一种养殖废水的反硝化处理方法与流程
1.本发明属于污水处理技术领域，尤其涉及一种养殖废水的反硝化处理方法。
背景技术：
2.养殖废水中含有较为丰富的氮磷元素，若将养殖废水不经过处理直接排放，则会导致水体的富营养化；因此，相关技术中通过一系列的方法对养殖废水中氮元素进行处理。
3.相关技术中常规的氮元素去除技术有物理处理技术、化学处理技术和生物处理技术；生物处理技术是指利用微生物的反硝化作用，从而实现将养殖废水中氮源进行去除；而相关技术中生物处理技术存在脱氮的效率低且成本较高的问题。
技术实现要素：
4.本发明的目的在于提供一种养殖废水的反硝化处理方法，以解决上述背景技术中提出的问题和缺陷的至少一个方面。
5.具体如下，本发明提供了一种养殖废水的反硝化处理方法，包括以下步骤：s1、将养殖废水沉降后固液分离，收集第一液相；s2、将所述第一液相进行反硝化处理；所述反硝化处理在生物填料中进行；所述生物填料为负载有好氧反硝化细菌的反硝化载体；所述反硝化载体包括以下重量份数的制备原料：100份硅烷改性纤维素、10份~20份改性生物炭、3份~4份聚乙烯醇和硫磺0.5份~1份；所述改性生物炭的制备方法，包括以下步骤：将生物炭添加至碱溶液中处理。
6.根据本发明处理方法技术方案中的一种技术方案，至少具备如下有益效果：本发明的处理方法利用生物填料对第一液相中氮元素进行处理；本发明的生物填料中负载了好氧反硝化细菌；通过生物填料对好氧反硝化细菌的固定，从而提升了细菌的脱氮效果；同时通过聚乙烯醇将硅烷改性纤维素、改性生物炭和硫磺三者进行固定，从而使得反硝化细菌的传质过程大大加快，从而提升脱氮效率；而硅烷改性纤维素相对于纤维素具有强度高的特点，从而提升了材料的结构稳定性；同时纤维素和生物炭具有发达的孔隙结构，比表面积大，从而使得载体材料与水、空气以及微生物的接触面积大，增大微生物附着生长的机会，从而提升脱氮效率。
7.且改性生物炭具有优异的吸附性能，从而不仅能够吸附固定大量的好氧反硝化微生物，且对养殖废水中的氨氮化合物也具有一定的吸附性，从而起到更好的净化效果。
8.根据本发明的一些实施方式，所述养殖废水中总氮在100mg/l以上。
9.根据本发明的一些实施方式，所述养殖废水中总氮为100mg/l~500mg/l。
10.根据本发明的一些实施方式，所述养殖废水中总氮为100mg/l~400mg/l。
11.根据本发明的一些实施方式，所述养殖废水中总氮为100mg/l~200mg/l。
12.根据本发明的一些实施方式，所述反硝化处理的温度为25℃~35℃。
13.根据本发明的一些实施方式，所述反硝化处理的时间为2h~3h。
14.根据本发明的一些实施方式，所述反硝化处理的溶氧量为3mg/l~4mg/l。
15.根据本发明的一些实施方式，所述反硝化处理的ph为7~7.5。
16.本发明中通过对反硝化处理的ph、温度和溶氧量进行控制，从而实现了对好氧硝化细菌的活性进行控制，从而进一步提升了反硝化处理的效果。
17.根据本发明的一些实施方式，所述反硝化处理的细菌为好氧假单胞菌和除烃海杆菌组成。
18.根据本发明的一些实施方式，所述好氧假单胞菌和所述除烃海杆菌的质量比为1:0.5~0.8。
19.本发明中通过对好氧假单胞菌和除烃海杆菌的质量比进行控制，利用两者之间的协同作用，从而显著降低水体中氮元素含量。
20.根据本发明的一些实施方式，所述硅烷改性纤维素的制备方法，包括以下步骤：s01、将纤维素和氢氧化钠溶液混合后反应，固液分离，收集固相；s02、再将所述固相与氨基硅烷混合后反应，固液分离；所述纤维素和所述氢氧化钠溶液的质量体积比为1g：100ml~200ml；所述纤维素和所述氨基硅烷的质量比为1:0.01~0.02。
21.氨基硅烷的用量过小，则对硅烷改性纤维素的强度提升效果有限；而氨基硅烷的用量过多，则会导致硅烷改性纤维素表面的疏水性增强，从而影响到反硝化载体与第一液相的接触，进一步影响到第一液相中氮元素的去除效果。
22.根据本发明的一些实施方式，步骤s01中所述反应的温度为40℃～60℃。
23.根据本发明的一些实施方式，步骤s01中所述反应的时间为1h~2h。
24.根据本发明的一些实施方式，步骤s02中所述反应的时间为1h~2h。
25.根据本发明的一些实施方式，步骤s02中所述反应的温度为20℃～80℃。
26.通过对反应的温度和时间进行控制，从而实现了对反应的进程进行控制，从而有利于在较短的时间内实现改性，提高工艺过程的效率。
27.根据本发明的一些实施方式，所述氨基硅烷为3-氨基丙基三甲氧基硅烷。
28.根据本发明的一些实施方式，所述聚乙烯醇的分子量mw为20000~40000。
29.根据本发明的一些实施方式，所述反硝化载体的制备方法，包括以下步骤：制备聚乙烯醇分散液；将所述硅烷改性纤维素、所述改性生物炭、所述硫磺添加至所述聚乙烯醇分散液中，混合、烘干和造粒。
30.根据本发明的一些实施方式，所述烘干的温度为60℃~80℃。
31.根据本发明的一些实施方式，所述聚乙烯醇溶液的质量浓度为5%~10%。
32.根据本发明的一些实施方式，所述碱溶液包括氢氧化钠溶液和氢氧化钾溶液。
33.根据本发明的一些实施方式，所述碱溶液的摩尔浓度为0.5mol/l~1mol/l。
34.根据本发明的一些实施方式，所述反硝化载体的粒径为5mm~10mm。
35.根据本发明的一些实施方式，所述沉降为依次经过初沉淀、粗格栅、细格栅和沉淀池处理。
36.根据本发明的一些实施方式，所述生物炭的制备方法，包括以下步骤：将生物质原料在500℃~600℃下热裂解。
37.通过将热裂解温度控制在上述范围，有利于提升生物炭材料的性能。
38.根据本发明的一些实施方式，所述生物质原料包括玉米秸秆和棉花秸秆中的至少一种。
39.根据本发明的一些实施方式，所述热裂解的气氛为保护性气体。
40.根据本发明的一些实施方式，所述保护性气体包括氮气和稀有气体中的至少一种。
41.根据本发明的一些实施方式，所述稀有气体包括氦气、氩气、氖气和氪气中的至少一种。
具体实施方式
42.以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。
43.本发明的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中；在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例；而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
44.实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行；所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
45.本发明实施方式中养殖废水的总氮为356mg/l。
46.本发明实施方式中生物炭的制备方法，由以下步骤组成：本发明实施方式中生物炭的制备方法，由以下步骤组成：s1、取玉米秸秆粉碎成2mm～3mm的玉米秸秆颗粒；s2、将玉米秸秆装入充满氮气的马弗炉中，加热至550℃后，保持4h，冷却后生成生物炭。
47.本发明实施方式中好氧假单胞菌为施氏假单胞菌a1501。
48.本发明实施方式中除烃海杆菌购自谷研的goyj13792。
49.实施例1一种养殖废水的反硝化处理方法，包括以下步骤：s1、将养殖废水依次进行初沉淀、粗格栅、细格栅和沉淀池处理，制得第一液相；s2、再将第一液相经过反硝化处理，即得处理后养殖废水；反硝化处理过程中工艺参数如下：溶氧量为4mg/l，ph为7~7.5，温度为30℃，时间为2h；
反硝化处理在生物填料上进行；生物填料与第一液相的质量体积比为1g：100ml；生物填料为负载有好氧反硝化细菌的反硝化载体；反硝化载体的粒径为5mm；好氧反硝化细菌由好氧假单胞菌和除烃海杆菌按照质量比为1:0.5组成；反硝化载体包括以下重量份数的制备原料：100份硅烷改性纤维素、20份改性生物炭、4份聚乙烯醇和硫磺1份。
50.生物填料的制备方法，由以下步骤组成：将硅烷改性纤维素、改性生物炭和硫磺添加至聚乙烯醇溶液（聚乙烯醇bp-05（长春化工），分子量mw为27000~32000，聚乙烯醇溶液的质量分数为10%）中，混合均匀后干燥，干燥（干燥的温度为80℃，干燥的时间为12h）后造粒，制得反硝化载体；再将反硝化载体添加至好氧反硝化微生物菌剂（反硝化载体和好氧反硝化微生物菌剂的质量比为1:10）中，在25℃下曝氧条件下浸泡处理10h，停止曝氧并降温至4℃，收集反硝化载体并冷冻干燥至水含量为15%。
51.好氧反硝化微生物菌剂的制备方法，由以下步骤制得：将好氧反硝化细菌接种至液体培养基（葡萄糖10g，氯化钠35g，醋酸钠0.6g，硝酸钾0.2g，磷酸二氢钾0.01g，氯化镁0.02g，氯化钙0.1g，水1l，ph调节为7.0~7.5，121℃灭菌15min后冷却至25℃）中，在30℃下曝氧培养20h。
52.硅烷改性纤维素的制备方法，由以下步骤组成：将纤维素（cas号，9004-34-6；购自西格玛奥德里奇（上海）贸易有限公司，货号为310697，平均粒径为20μm）添加至氢氧化钠溶液（1mol/l，纤维素和氢氧化钠溶液的质量体积比为1g：100ml）中反应（反应温度为50℃，反应时间为2h）；反应后固液分离，收集固相，水洗3次；再将固相添加至3-氨基丙基三甲氧基硅烷乙醇分散液（1mol/l，3-氨基丙基三甲氧基硅烷与纤维素的质量比为1:0.02）中反应（反应温度为30℃，反应时间为2h），反应完成后固液分离，收集固相，洗涤，干燥。
53.改性生物炭的制备方法，由以下步骤组成：将生物炭添加至氢氧化钠溶液（质量分数为6%，生物炭和氢氧化钠溶液的质量体积比为1g：20ml）中处理（处理温度为80℃，处理时间为2h），处理后固液分离，收集固相；将固相用水洗涤3次，洗涤后干燥，即得改性生物炭。
54.实施例2本实施例为一种养殖废水的反硝化处理方法，与实施例1的差异在于：反硝化载体包括以下重量份数的制备原料：100份硅烷改性纤维素、20份改性生物炭、4份聚乙烯醇和硫磺0.5份。
55.实施例3本实施例为一种养殖废水的反硝化处理方法，与实施例1的差异在于：本实施例中3-氨基丙基三甲氧基硅烷与纤维素的质量比为1:0.01。
56.实施例4本实施例为一种养殖废水的反硝化处理方法，与实施例1的差异在于：
本实施例中3-氨基丙基三甲氧基硅烷与纤维素的质量比为1:0.04。
57.实施例5本实施例为一种养殖废水的反硝化处理方法，与实施例1的差异在于：不加入好氧假单胞菌。
58.实施例6本实施例为一种养殖废水的反硝化处理方法，与实施例1的差异在于：不加入除烃海杆菌。
59.实施例7本实施例为一种养殖废水的反硝化处理方法，与实施例1的差异在于：本实施例中好氧假单胞菌和所述除烃海杆菌的质量比为1:1。
60.对比例1本对比例为一种养殖废水的反硝化处理方法，与实施例1的差异在于：本对比例中纤维素不经过改性处理（即将硅烷改性纤维素替换为纤维素）。
61.对比例2本对比例为一种养殖废水的反硝化处理方法，与实施例1的差异在于：本对比例中生物炭不经过改性处理（即将改性生物炭替换为生物炭）。
62.对比例3本对比例为一种养殖废水的反硝化处理方法，与实施例1的差异在于：本对比例中不加入改性生物炭。
63.对比例4本对比例为一种养殖废水的反硝化处理方法，与实施例1的差异在于：本对比例中不加入硫磺。
64.本发明实施例1~7及对比例1~4中处理后的养殖废水中总氮含量及去除率见表1。
65.表1本发明实施例1~7及对比例1~4养殖废水中总氮含量及去除率
综上所述，本发明的处理方法利用生物填料对第一液相中氮元素进行处理；本发明的生物填料中负载了好氧反硝化细菌；通过生物填料对好氧反硝化细菌的固定，从而提升了细菌的脱氮效果；同时通过聚乙烯醇将硅烷改性纤维素、改性生物炭和硫磺三者进行固定，从而使得反硝化细菌的传质过程大大加快，从而提升脱氮效率；而硅烷改性纤维素相对于纤维素具有强度高的特点，从而提升了材料的结构稳定性；同时纤维素和生物炭具有发达的孔隙结构，比表面积大，从而使得载体材料与水、空气以及微生物的接触面积大，增大微生物附着生长的机会，从而提升脱氮效率；且改性生物炭具有优异的吸附性能，从而不仅能够吸附固定大量的好氧反硝化微生物，且对养殖废水中的氨氮化合物也具有一定的吸附性，从而起到更好的净化效。
66.以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
技术特征：
1.一种养殖废水的反硝化处理方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、将养殖废水沉降后固液分离，收集第一液相；s2、将所述第一液相进行反硝化处理；所述反硝化处理在生物填料上进行；所述生物填料为负载有好氧反硝化细菌的反硝化载体；所述反硝化载体包括以下重量份数的制备原料：100份硅烷改性纤维素、10份~20份改性生物炭、3份~4份聚乙烯醇和硫磺0.5份~1份；所述改性生物炭的制备方法，包括以下步骤：将生物炭添加至碱溶液中处理。2.根据权利要求1所述的养殖废水的反硝化处理方法，其特征在于，所述反硝化处理的温度为25℃~35℃。3.根据权利要求1所述的养殖废水的反硝化处理方法，其特征在于，所述反硝化处理的溶氧量为3mg/l~4mg/l。4.根据权利要求1所述的养殖废水的反硝化处理方法，其特征在于，所述反硝化处理的细菌由好氧假单胞菌和除烃海杆菌组成。5.根据权利要求1所述的养殖废水的反硝化处理方法，其特征在于，所述硅烷改性纤维素的制备方法，包括以下步骤：s01、将纤维素和氢氧化钠溶液混合后反应，固液分离，收集固相；s02、再将所述固相与氨基硅烷混合后反应，固液分离；所述纤维素和所述氢氧化钠溶液的质量体积比为1g：100ml~200ml；所述纤维素和所述氨基硅烷的质量比为1:0.01~0.02。6.根据权利要求5所述的养殖废水的反硝化处理方法，其特征在于，所述氨基硅烷为3-氨基丙基三甲氧基硅烷。7.根据权利要求1所述的养殖废水的反硝化处理方法，其特征在于，所述聚乙烯醇的数均分子量为20000~40000。8.根据权利要求1所述的养殖废水的反硝化处理方法，其特征在于，所述反硝化载体的制备方法，包括以下步骤：s001、制备聚乙烯醇分散液；s002、将所述硅烷改性纤维素、所述改性生物炭、所述硫磺添加至所述聚乙烯醇分散液中，混合后造粒。9.根据权利要求8所述的养殖废水的反硝化处理方法，其特征在于，所述造粒后烘干的温度为60℃~70℃。10.根据权利要求1所述的养殖废水的反硝化处理方法，其特征在于，所述碱溶液包括氢氧化钠溶液和氢氧化钾溶液。
技术总结
本发明公开了一种养殖废水的反硝化处理方法，属于污水处理技术领域；该方法包括以下步骤：S1、将养殖废水沉降后固液分离，收集第一液相；S2、将所述第一液相进行反硝化处理；所述反硝化处理在生物填料上进行；所述生物填料为负载有好氧反硝化细菌的反硝化载体；所述反硝化载体包括以下重量份数的制备原料：硅烷改性纤维素、改性生物炭聚乙烯醇和硫磺；所述改性生物炭的制备方法，包括以下步骤：将生物炭添加至碱溶液中处理。本发明的处理方法利用生物填料对第一液相中氮元素进行处理；本发明的生物填料中负载了好氧反硝化细菌；通过生物填料对好氧反硝化细菌的固定，从而提升了细菌的脱氮效果。氮效果。
