生物膜—活性污泥工藝對甲魚養殖廢水的處理效果研究*

朱建龍 張 濤# 蔣路平 羅金飛 黃燦燦

(1.浙江清華長三角研究院分析測試中心，浙江 嘉興 314006；2.嘉興市水產技術推廣總站，浙江 嘉興 314001)

生物膜—活性污泥工藝對甲魚養殖廢水的處理效果研究*

朱建龍1張 濤1#蔣路平2羅金飛2黃燦燦1

(1.浙江清華長三角研究院分析測試中心，浙江 嘉興 314006；2.嘉興市水產技術推廣總站，浙江 嘉興 314001)

對甲魚養殖產生的溫室廢水和外塘廢水的污染情況進行分析，發現溫室廢水COD、TP、TN、氨氮濃度較高，污染程度明顯高于外塘廢水，將溫室廢水和外塘廢水混合后集中于囤水池中，采用生物膜—活性污泥(HYBAS)工藝對甲魚養殖廢水進行處理。結果表明，HYBAS工藝對COD、TP處理效果較好，平均去除率分別為63.76%、59.32%；受冬季低溫影響，HYBAS工藝運行前期對TN、氨氮去除效果較差，而運行后期去除效果良好，后期TN、氨氮平均去除率分別為42.84%、85.71%，處理出水總體滿足《地表水環境質量標準》(GB3838—2002)中Ⅳ類標準和《浙江省水產養殖池塘生態化建設與改造規范》養殖廢水排放標準。HYBAS工藝建設運行費用低、抗沖擊負荷能力強、處理效果良好，是一種簡單易行的甲魚養殖廢水處理工藝。

甲魚養殖廢水HYBAS工藝 出水水質

Abstract: Pollution of the turtle breeding wastewater including greenhouse wastewater and outer pond wastewater was analyzed. It was found that the concentration of COD,TP,TN and ammonia nitrogen in greenhouse wastewater was high,and the pollution degree was obviously higher than that in outer pond. The wastewater in greenhouse and outer pond was mixed and collected in the pond,and then using hybrid-biofilm-activated sludge (HYBAS) technology to treat the turtle breeding wastewater. The results showed that the HYBAS process had perfect performance on COD and TP removal,and the average removal rate of COD and TP was 63.76% and 59.32%,respectively. Due to the low temperature in winter,the removal efficiency of TN and ammonia nitrogen was poor in early stage,while the removal efficiency was better in the later stage,with the average removal rate of TN and ammonia nitrogen was 42.84% and 85.71%,respectively. The treated water met the class Ⅳ standards of “Surface water environment quality standard”(GB 3838-2002) and discharge standard of “Standards for the ecological construction and renovation of aquaculture ponds in Zhejiang Province”. The HYBAS process had the advantages of low construction cost,strong shock load resistance and good treatment effect. It was a suitable process for treating turtle breeding wastewater.

Keywords: turtle breeding wastewater; HYBAS process; effluent water quality

近年來隨著生活水平的提高，人們對于水產品的需求日益增加[1-2]，大量水產養殖基地建成并投入使用。在水產養殖過程中普遍存在過量投放養殖飼料等情況，導致水體中氮磷等元素嚴重超標，形成高濃度有機污染的養殖廢水。此類廢水若不經處理直接排放將對周邊水體環境造成巨大危害[3-5]。因此，在發展規模化水產養殖的同時，必須積極研發并配套養殖廢水處理工藝技術。

生物膜—活性污泥(HYBAS)工藝[6-8]內包含兩種獨立的微生物構成：即低泥齡的活性污泥和附著在填料上的高泥齡污泥[9-10]，可以實現在一個反應池內同時進行硝化和反硝化過程，提升活性污泥脫氮除磷的性能，生物膜還有助于提高系統中微污染物的去除能力[11]。HYBAS工藝具有操作簡單、污泥沉降性能好、抗沖擊負荷能力強等優點。針對甲魚養殖廢水的污染問題，本研究采用HYBAS工藝處理此類廢水中的高濃度有機污染物，考察HYBAS工藝對廢水中COD、TN、TP和氨氮的去除效果，保證處理后的廢水可以達到相關排放要求。

1 材料和方法

1.1 實驗場地

實驗場地位于嘉興市某大型規模化水產養殖場內，該養殖場共擁有水產養殖面積39.2 hm2，主要從事甲魚、青蝦等水產品養殖。其中甲魚養殖采用兩段式養殖法，先在溫室中養殖，再轉移至溫室外池塘進行養殖。

1.2 工藝流程

甲魚養殖廢水日處理量為20 t/d，溫室和外塘排放的甲魚養殖廢水通過截留的方式收集到囤水池中，在重力作用下廢水中較大顆粒的懸浮物沉淀下來，提升泵將囤水池內廢水抽入HYBAS系統(包括缺氧池、HYBAS池和沉淀池)中進行生化處理，去除其中的有機污染物。缺氧池懸掛直徑為150 mm的塑料組合填料，用于加強反硝化和部分磷的去除；HYBAS池內安裝曝氣裝置，并放入聚乙烯材質生物填料，為生物膜生長提供載體，使養殖廢水得到有效處理。具體工藝流程見圖1。

1.3 分析方法

COD采用重鉻酸鉀法測定；TP采用鉬酸銨分光光度法測定；TN采用堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法測定；氨氮采用納氏試劑分光光度法測定[12]。

2 結果與分析

2.1 溫室與外塘甲魚養殖廢水分析

圖2為一個典型養殖周期內溫室和外塘甲魚養殖廢水水質變化情況。從圖2可見：(1)溫室廢水污染程度明顯高于外塘廢水，這是由于溫室中長期集約化養殖，甲魚未食用完的飼料及產生的糞便在溫室高溫下分解產生大量有機污染物，導致溫室廢水污染嚴重；(2)外塘廢水中污染物濃度變化不大，這是因為外塘養殖密度相對較小，且換水頻率較高，污染物難以積累；(3)溫室廢水中污染物濃度出現幾次較大的波動，這是由于溫室養殖過程中需不定期對池體進行曝氣增氧和加水補充高溫蒸發流失水量導致；(4)養殖后期COD、TP和TN濃度出現不同程度的回升，表明長時間的甲魚養殖過程會使水體中污染物積累，而氨氮在養殖后期濃度逐漸降低直至平穩，這是因為養殖后期甲魚規格變大，需對水體不斷增氧曝氣，使水體中氨氮在微生物硝化作用下去除。

圖1 工藝流程Fig.1 The flow diagram of treatment process

圖2 甲魚養殖溫室廢水和外塘廢水水質變化情況Fig.2 The changes of greenhouse and outer pond turtle breeding wastewater quality

圖3 HYBAS工藝對COD和TP的處理效果Fig.3 The treatment effect of HYBAS process on COD and TP

圖4 HYBAS工藝對TN和氨氮的處理效果Fig.4 The treatment effect of HYBAS process on TN and ammonia nitrogen

2.2 HYBAS工藝處理效果

甲魚養殖的溫室廢水每年定期集中排放，外塘廢水則根據甲魚出售情況不定期排放，考慮到溫室廢水每次排放量較大，故在整個HYBAS系統前端設置囤水池對甲魚養殖廢水進行收集。由2.1節分析可知，甲魚養殖廢水中溫室廢水的污染物濃度較高，因此將溫室廢水與外塘廢水在囤水池中混合，可以達到調節整體水質情況，減輕HYBAS工藝處理負荷的目的，便于后續進一步處理。

企業各部門制定的各類預算，是財務預算編制的重要憑據。以本公司為例，業務部門的預算為年度預算編制工作開展的基礎，收入預算應以該指標為基礎進行編制，在以上工作結束后才可對成本費用預算進行編制，成本費用與現金流量預算是企業財務預算工作的總結，而利潤表、資產負債表預算為所有預算的綜合體現形式。

2.2.1 COD和TP的處理效果

圖3為調試結束后，HYBAS工藝對甲魚養殖廢水中COD、TP的處理效果。

COD、TP主要通過HYBAS池中的好氧菌降解去除。COD可以通過微生物的生殖過程來降解，其中一部分COD作為好氧菌硝化作用的碳源被消耗，另一部分COD通過形成微生物，以活性污泥的形式排放去除；TP主要通過微生物對磷的過量吸收，將磷以聚合物的形式貯藏在微生物體內，進而形成高磷污泥去除。

從圖3可以看出，運行前期出水COD、TP波動較大，個別出水TP甚至高于囤水池進水，這是由于處理設施剛調試結束，處理效果還未達到最佳，出水不夠穩定；隨著處理設施運行時間增加，出水COD逐漸趨于平穩，而出水TP依舊波動較大，可能是由于囤水池進水TP波動較大，使前置缺氧池微生物在缺氧環境中釋放出的部分磷不能在HYBAS池中完全吸收，造成出水TP存在一定波動；與囤水池進水COD、TP相比，出水COD、TP相對穩定，表明整個HYBAS工藝抗沖擊負荷能力較強。總體來看，HYBAS工藝對水體中COD、TP的處理效果較好，平均去除率分別為63.76%、59.32%。

2.2.2 TN和氨氮的去除效果

甲魚養殖廢水中有機成分較高，具有很好的可生化性。在缺氧池內，由于污水中有機物濃度較高，微生物處于缺氧狀態，此時微生物主要為異養菌，這些異養菌將廢水中大分子有機物分解為小分子，將有機氮轉化為氨氮，并依靠廢水中的高濃度有機物完成反硝化作用，將硝態氮、亞硝態氮還原為氮氣排放。而HYBAS池生物填料上自養菌通過硝化作用將廢水中的氨氮轉化為硝態氮、亞硝態氮，將大分子有機物分解為小分子，通過沉淀回流輸入到缺氧池內，為缺氧池提供碳源和氮源，確保反硝化順利進行。在缺氧池和HYBAS池中均安裝有聚乙烯填料，整個生化處理過程主要依賴于附著在填料上的多種微生物共同完成。

從圖4可以看出，運行前期進出水TN、氨氮總體差別不大，HYBAS工藝處理效果較差，從運行第11周開始，TN、氨氮的處理效果明顯提升。這是因為異養菌的適宜溫度為20～40 ℃，當氣溫低于15 ℃時會降低異養菌的代謝速率，進而影響反硝化過程的脫氮效果。HYBAS工藝前期運行時間為冬季，環境氣溫較低，因此TN和氨氮去除效果較差，而后期運行時間為次年春夏季，環境氣溫回升至異養菌適宜溫度，生化處理過程正常進行，導致TN和氨氮的去除效果明顯提高。由于運行前期受低溫環境影響，處理效果較差，僅考慮運行后期(第11至21周)的TN、氨氮平均去除率，分別為42.84%、85.71%。可見，當HYBAS工藝正常運行時，其對TN的處理效果一般，對氨氮的去除效果較好。

2.3 出水水質分析

目前我國還沒有針對甲魚養殖廢水處理出水的水質要求規范，因此本研究的預期出水水質按照《地表水環境質量標準》(GB 3838—2002)中Ⅳ類水和《浙江省水產養殖池塘生態化建設與改造規范》養殖廢水排放標準執行，具體標準見表1。

表1 預期出水水質標準

從圖3、圖4可以看出，經HYBAS工藝處理后，僅在運行前期的個別時段存在出水水質超標現象，運行穩定后，出水COD、TN、TP、氨氮濃度均達到預期設計的出水水質指標，出水水質情況總體較好。

2.4 HYBAS工藝優勢分析

目前對于甲魚養殖廢水的處理大多采用傳統的水質改良劑[13]和普通活性污泥法，這些技術在運行時均存在一定的缺點，難以完全有效地處理水產養殖廢水。水質改良劑能有效降低養殖廢水中的氮磷含量，但處理效果維持時間較短，且長期使用易導致底質惡化；普通活性污泥法對養殖廢水處理效果較好，但是設施占地面積較大、抗沖擊負荷能力差，不適合水質條件變化較大的情況。

本研究在總結其他廢水處理工藝的基礎上，采用HYBAS工藝對甲魚養殖廢水進行處理。從技術角度來看，該處理工藝設計比較新穎，可靠性較高，系統處理效果也表現良好；從建設費用來看，工程化建設時所有處理設施的池體可以全部采用磚砌覆膜的方式進行建設，可大大降低建設成本，而生化處理裝置的安裝成本相對較低，適合大規模推廣應用；從運行費用來考慮，該處理工藝僅包括水體必要的提升和生化處理階段需要的池體曝氣等動力系統，運行費用主要是電費，以廢水處理規模為20 t/d計算，日運行費用約為6元/d，即平均每噸甲魚養殖廢水的處理費用為0.3元，HYBAS工藝具有一定經濟性。

另外，經HYBAS工藝處理后的廢水水質較好，可以考慮循環利用，如水產養殖場內有其他青蝦等耗水量較大的水產養殖品種時，則可以考慮使用處理過的甲魚養殖廢水作為補充用水和循環用水使用，使水資源得到最大程度的利用。

3 結 論

甲魚養殖的溫室廢水污染嚴重，污染程度明顯高于外塘廢水，將溫室廢水和外塘廢水混合后收集在囤水池中，采用HYBAS工藝對囤水池廢水進行處理。HYBAS工藝對甲魚養殖廢水處理效果較好，COD、TP平均去除率分別為63.76%、59.32%；受冬季低溫影響，HYBAS工藝運行前期對TN、氨氮去除效果較差，而運行后期去除效果良好，TN、氨氮平均去除率分別為42.84%、85.71%，處理出水總體滿足GB 3838—2002中Ⅳ類標準和《浙江省水產養殖池塘生態化建設與改造規范》養殖廢水排放標準。相較于傳統的水質改良劑和活性污泥法來說，HYBAS工藝建設費用低、抗沖擊負荷能力強、處理效果良好，是一種簡單易行的甲魚養殖廢水處理工藝，適合進行大規模推廣應用。

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StudyonthetreatmenteffectofHYBASonturtlebreedingwastewater

ZHUJianlong1，ZHANGTao1，JIANGLuping2，LUOJinfei2，HUANGCancan1.

(1.AnalysisandTestingCenter,YangtzeDeltaRegionInstituteofTsinghuaUniversity,JiaxingZhejiang314006;2.JiaxingFisheriesTechnologyExtensionStation,JiaxingZhejiang314001)

朱建龍，男，1980年生，本科，工程師，研究方向為廢水處理。#

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*浙江省科技型中小企業技術創新基金資助項目(No.2015C32115)；浙江省科技計劃項目(No.2015C33009)；嘉興市科技計劃項目(No.2015AY11008)。

10.15985/j.cnki.1001-3865.2017.09.004

2017-02-15)