[发明专利]一种用于循环水养殖系统的废水强化脱氮处理方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于养殖废水处理技术领域，具体涉及一种用于循环水养殖系统的废水强化脱氮处理方法，同时还涉及一种用于循环水养殖系统的废水强化脱氮的装置，适用于大部分工厂化高密度循环水养殖系统，以及一些水资源匮乏、缺少甚至没有废水集中处理系统的农村地区。

背景技术

循环水养殖系统(Recirculating Aquaculture System，RAS)是一种在水产养殖生产过程中引入废水处理工艺，以此来控制水质，减少用水量，同时提高产品产量和品质的养殖模式。循环水养殖系统通过对养殖水体的净化回用，使之保持相对稳定的适合养殖对象生长的生态环境，降低或清除不利于养殖对象的有机物和氨氮，并增强鱼、虾机体新陈代谢、提高饲料转换率、提高抗病能力、成活率和生长速度，从而在节水的同时，实现高密度水产养殖的目的。采用循环水养殖系统，还可以使养殖过程易于监控，通过对养殖过程的监控管理，使养殖产品更易于达到国际食品卫生标准，保证产品顺利进入国际市场。

氨氮是水产养殖水体中最为重要的水质指标之一，养殖水体中的氨氮主要来源于饵料、水产动物的排泄物和动植物死亡后的残体。当氨溶于水时，其中一部分氨与水反应生成铵离子(NH₄⁺-N)，一部分则形成水合氨，也称非离子氨(NH₃-N)，这两者之和称为总氨氮(Total Ammonia Nitrogen，TAN)。氨在水中具体以哪一种形式存在，与水体的pH值密切相关。研究表明，当水温为20℃，pH等于7.0时，水体中的非离子氨仅占总氨氮的0.4％，但是一旦当pH大于8以后，非离子氨占总氨氮的比例会随着pH的升高快速增加，最高能达到80％以上。非离子态的氨氮对鱼类具有很强的毒性，当其在鱼类血液中的浓度升高时，血液的pH随之相应上升，会导致鱼体内多种酶的活性受到抑制；在高氨氮浓度下，还会降低血液的输氧能力，破坏鳃表皮组织，导致氧气和废物交换不畅而窒息，甚至造成鱼类的死亡；在低浓度情况下也会降低鱼类的摄食量、生长速度和抗病力，导致养殖鱼类生长缓慢或发生病害。由于循环水养殖一般都采取高密度养殖模式，单位水体中的饵料投加量和养殖对象排泄量都很大，必然会造成养殖水体中氨氮浓度升高，C/N降低，如不及时处理，则会影响水产养殖的产量和品质。因此，氨氮的积累是循环水养殖模式中提高养殖密度的重要限制因子，有效去除水中的氨氮，是循环水养殖系统能否正常高效运行的必要条件。

目前在高密度循环水养殖系统中常用的氨氮去除方法有空气吹脱、离子交换吸附、臭氧氧化处理、沉水植物处理、微生物处理等。空气吹脱是通过调整水体的pH，利用气液相平衡和介质传递亨利定律，向养殖水体中充入大量气体，减少水体中可溶性气体的分压，排出溶解于水体中的NH₃，达到去除氨氮的目的。此法对养殖水体的pH要求较高，要稳定保持一个既能大幅提高氨氮处理效率，又能满足鱼类安全生产水体的pH难度较大；同时该方法需要吹入大量空气，降低了养殖水体的温度，导致鱼类生长速度较慢。离子交换吸附是利用交换介质(沸石、氟石、交换树脂等)的物理特性实现养殖水体中氨氮的交换和吸附，从而最终达到降解氨氮的效果。此方法的问题在于吸附剂需要频繁再生，且再生产生的废液仍需进行处理，操作困难、成本较高。臭氧是一种强氧化剂、消毒剂，有消毒和去除水产养殖水中悬浮物的作用，在氨氮处理方面也有较好的效果。臭氧催化氧化可直接将氨氮转化为N₂排出水体，但容易产生一些氧化副产物如NO₂^-和NO₃^-，反而增加了养殖水体中的硝酸盐含量，同时也会对水体的pH造成影响。沉水植物处理氨氮是通过沉水植物利用养殖鱼类代谢的氮、磷物质，进行光合作用从而达到降解氨氮的目的。但此方法的处理效率和稳定性有待提高，有时还需要在水下补充光照，管理维护较为困难。微生物处理则是利用硝化细菌和亚硝化细菌的硝化作用转化养殖水体中的氨氮，也是目前应用较为广泛的一类氨氮处理技术。常见的微生物处理工艺包括接触氧化法、序批式活性污泥法(Sequencing Batch Reactor，SBR)、周期循环活性污泥法(Cyclic Activated Sludge System，CASS)、曝气生物滤池(Biological Aerated Filter，BAF)等。这些工艺有一个共同的特点，就是需要曝气设备，而曝气风机价格较高，且功率都较大，其能耗占到废水处理成本的相当大一部分。