專利名稱:豆秸作為生物法反硝化脫氮碳源的用途的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物法反硝化脫氮領(lǐng)域，具體涉及豆秸作為生物法反硝化脫氮碳源的用途以及一種水體的反硝化脫氮方法。
背景技術(shù)：
隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快和水資源、土地資源的日益緊缺，建立集約和現(xiàn)代化的循環(huán)水產(chǎn)養(yǎng)殖模式成為一種大趨勢(shì)。循環(huán)水產(chǎn)養(yǎng)殖是漁業(yè)生產(chǎn)新的經(jīng)營(yíng)方式，具有占地面積小、生產(chǎn)集中、產(chǎn)量高、效益好等優(yōu)點(diǎn)，是發(fā)展現(xiàn)代漁 業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)實(shí)選擇。在循環(huán)水產(chǎn)養(yǎng)殖中，水質(zhì)凈化是核心技術(shù)。
在循環(huán)水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)中，魚類所食餌料的80%以上作為廢棄物(主要為氨氮和有機(jī)物)排入水中。氨氮和亞硝酸鹽對(duì)水生生物有明顯的毒副作用，因而對(duì)于其控制引起了很大的重視，技術(shù)也比較成熟。通過(guò)沉淀、過(guò)濾和生物凈化，能有效去除養(yǎng)殖水體中的有機(jī)物，并把氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽，使水質(zhì)得到一定程度的改善。但由于不具備反硝化功能，常造成系統(tǒng)中硝酸鹽的大量積累。高密度養(yǎng)殖水體中硝酸鹽的濃度會(huì)積累達(dá)500mg/L。盡管硝態(tài)氮對(duì)養(yǎng)殖對(duì)象的毒性比相同濃度的氨氮和亞硝態(tài)氮低得多，但是硝態(tài)氮也會(huì)影響?zhàn)B殖對(duì)象的生長(zhǎng)，造成養(yǎng)殖對(duì)象生長(zhǎng)速度減緩，成活率降低，免疫力下降等。甚至是中等濃度的硝態(tài)氮(30-60mg/L)也會(huì)影響?zhàn)B殖對(duì)象的組織發(fā)育和激素分泌，導(dǎo)致體質(zhì)變?nèi)跎踔了劳?，特別是在局部貧氧環(huán)境中(如系統(tǒng)管道和水流低速區(qū))，硝酸鹽會(huì)轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽，使毒性增強(qiáng)。養(yǎng)殖生產(chǎn)中往往靠大量換水來(lái)降低硝酸鹽濃度，日均換水率達(dá)10-20%，不但造成了水資源和能源的巨大浪費(fèi)，而且富含硝酸鹽的養(yǎng)殖廢水直接排放，加劇了對(duì)環(huán)境的污染。此外，循環(huán)養(yǎng)殖中的常規(guī)水處理系統(tǒng)由于存在硝化作用，會(huì)使系統(tǒng)的PH值降低，所以需要加堿中和或進(jìn)行換水保證適宜的PH值。
公開(kāi)號(hào)為CN 101200332A的專利以去除養(yǎng)殖水中的硝酸鹽為目的，通過(guò)硫自養(yǎng)反硝化與異養(yǎng)反硝化相結(jié)合來(lái)去除硝酸鹽，工藝流程長(zhǎng)，而且會(huì)有硫酸根及硫化氫等副產(chǎn)物生成。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)中缺乏低成本、有效的脫氮工藝，擴(kuò)展微生物反硝化脫氮領(lǐng)域的碳源種類，本發(fā)明的目的是提供豆秸作為生物法反硝化脫氮的碳源的用途。
本發(fā)明還提供了一種水體的反硝化脫氮方法，所述方法以豆秸為碳源對(duì)水體進(jìn)行生物法反硝化脫氮處理。
具體地，所述反硝化脫氮方法為以豆秸作為碳源接種活性污泥并進(jìn)行微生物馴化，然后將水體通過(guò)所述豆秸即可。
水體在接種后豆秸中的停留時(shí)間和水體中的氮元素含量有關(guān)，還與水體的流量、豆秸的用量等有關(guān)，可由本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)實(shí)際情況來(lái)確定，只要達(dá)到預(yù)定的脫氮效果即可。[0009]上述反硝化脫氮方法可以應(yīng)用于任何含氮的水體中，如未經(jīng)過(guò)任何處理的地下水、養(yǎng)殖污水等氮含量較高的水體，或是經(jīng)過(guò)一定處理工藝后仍含有較多氮素的水體。
優(yōu)選地，所述水體為循環(huán)水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)的循環(huán)水。
本發(fā)明還提供了一種用于循環(huán)水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)的脫氮系統(tǒng)，包括柱狀的上流式反硝化反應(yīng)器，所述反硝化反應(yīng)器中填充有接種了活性污泥的豆秸，填充高度為所述反硝化反應(yīng)器高度的1/2 2/3。
所述反硝化反應(yīng)器為空心的柱狀容器，進(jìn)水口位于容器下方，出水口位于容器上方，其材質(zhì)可以為有機(jī)玻璃、高分子聚合物、陶瓷、玻璃等，其容積可以根據(jù)欲處理的水體的流量來(lái)確定。所述反硝化反應(yīng)器還可直接采用現(xiàn)有技術(shù)中的任一種，如中國(guó)專利ZL200910076445. 7等公開(kāi)的反硝化反應(yīng)器。
其中，脫氮系統(tǒng)還包括容積式水泵，所述水泵與所述反硝化反應(yīng)器的入水口相連。
優(yōu)選地,所述水泵為螺動(dòng)泵或計(jì)量泵。
待處理的水體首先通過(guò)容積式水泵定量輸入反硝化反應(yīng)器的入水口，然后通過(guò)所述反應(yīng)器從上方出水口流出再返回至養(yǎng)殖系統(tǒng)中進(jìn)行回用，由于反硝化反應(yīng)器的脫氮功能，出水中的氮含量大大降低，因此出水可循環(huán)利用，極大節(jié)約了水產(chǎn)養(yǎng)殖的用水量，從而大幅降低的養(yǎng)殖成本。
本發(fā)明技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn)
(I)以常見(jiàn)的、廉價(jià)的豆秸作為固體碳源，接種活性污泥后用于水體的反硝化脫氮處理，可在短時(shí)間內(nèi)除去水體中的絕大部分氮元素，豆秸來(lái)源廣泛，成本低廉，能夠降低生物法反硝化脫氮工藝的成本。
(2)采用了豆秸作為碳源進(jìn)行水產(chǎn)養(yǎng)殖循環(huán)水的脫氮處理，可維持循環(huán)系統(tǒng)中的硝酸鹽氮濃度不超過(guò)10mg/L、氨氮濃度低于O. 15mg/L、亞硝酸鹽氮濃度低于O. Olmg/L，水體質(zhì)量好，避免了大量換水維持水體質(zhì)量，大幅降低了水產(chǎn)養(yǎng)殖的成本，也有利于水資源的節(jié)約利用，符合可持續(xù)發(fā)展的趨勢(shì)。
(3)采用了豆秸作為碳源進(jìn)行水產(chǎn)養(yǎng)殖循環(huán)水的脫氮處理，可維持循環(huán)系統(tǒng)中的pH值穩(wěn)定在7-8，不必額外添加化學(xué)藥劑調(diào)節(jié)系統(tǒng)pH值，進(jìn)一步減少了水體污染來(lái)源。
(4)本發(fā)明提供的脫氮系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)，可方便地用于各種循環(huán)水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)中，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。


圖I是實(shí)施例I所述兩組養(yǎng)殖系統(tǒng)(水族箱)中循環(huán)水的硝酸鹽變化情況對(duì)比圖；
圖2是實(shí)施例I所述兩組養(yǎng)殖系統(tǒng)(水族箱)中循環(huán)水的pH值變化情況對(duì)比圖；
圖3是實(shí)施例2所述的采用了本發(fā)明脫氮系統(tǒng)的水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)；
圖中1、水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)(水族箱);2、過(guò)濾系統(tǒng)；3、蠕動(dòng)泵；4、反硝化反應(yīng)器進(jìn)水口 ；5、豆秸；6、反硝化反應(yīng)器；7、反硝化反應(yīng)器出水口。
具體實(shí)施方式
以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。
實(shí)施例I豆秸作為碳源在水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)中反硝化脫氮的應(yīng)用[0027]一、脫氮系統(tǒng)的制備
( I)碳源準(zhǔn)備
采用直徑為4cm、高40cm的空心柱狀有機(jī)玻璃容器作為反硝化反應(yīng)器。將曬干的豆秸剪成長(zhǎng)度約為I厘米的小段，在清水中浸泡過(guò)夜，浙干，然后將豆秸填充至上述反硝化反應(yīng)器中作為碳源，填充高度約為反應(yīng)器高度的三分之二。反硝化反應(yīng)器為上流式反應(yīng)器，底部設(shè)置入水口用于進(jìn)水，上部設(shè)置 出水口用于出水。
(2)反應(yīng)器的接種和微生物的馴化
向自來(lái)水中加入硝酸鈉，使硝酸鹽氮的濃度在50mg/L左右，加入取自北京石景山用于處理生活污水的活性污泥，污泥濃度約為2mg/L-4mg/L。
將所得的含有活性污泥的配水通過(guò)蠕動(dòng)泵輸入反硝化反應(yīng)器中，上流式進(jìn)水，出水由反應(yīng)器上部的出水口排出。出水再通過(guò)蠕動(dòng)泵輸入反應(yīng)器形成循環(huán)，由此對(duì)反應(yīng)器進(jìn)行接種以及反硝化微生物的馴化。按以上方式連續(xù)運(yùn)行5天，水流速為100-150mL/h。
上述脫氮系統(tǒng)還包括一個(gè)蠕動(dòng)泵，待處理水首先通過(guò)蠕動(dòng)泵定量輸入反硝化反應(yīng)器的入水口，然后通過(guò)反應(yīng)器后從上方出水口流出即完成脫氮處理。
二、脫氮系統(tǒng)的應(yīng)用
平行運(yùn)行2個(gè)容積約為21. 5L的循環(huán)水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)(水族箱)，水族箱自帶過(guò)濾系統(tǒng)，用以去除養(yǎng)殖水中的C0D、氨氮和亞硝酸鹽。水族箱內(nèi)加水20L，溶解氧濃度為5-7mg/Lu每個(gè)水族箱內(nèi)各飼養(yǎng)大小相近的4尾草魚(長(zhǎng)度為5-6cm)。飼養(yǎng)過(guò)程中不換水,每隔一周補(bǔ)足由于揮發(fā)損失的水，每天測(cè)定2個(gè)水族箱內(nèi)的氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮和COD濃度。65天后發(fā)現(xiàn)兩個(gè)系統(tǒng)中氨氮濃度不高于O. lmg/L,亞硝酸鹽氮濃度不高于O. 01mg/L,COD濃度不高于10mg/L，但是硝酸鹽氮濃度都達(dá)到了 50mg/L以上。
將運(yùn)行了 65天的一個(gè)養(yǎng)殖系統(tǒng)(水族箱I)的養(yǎng)殖水通過(guò)蠕動(dòng)泵輸入上述脫氮系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)脫氮處理后重新返回至養(yǎng)殖系統(tǒng)中，控制反應(yīng)器中的水力停留時(shí)間在5-7h。另一養(yǎng)殖系統(tǒng)(水族箱2)仍按原方式運(yùn)行作為對(duì)照。養(yǎng)殖系統(tǒng)內(nèi)硝酸鹽的變化情況如圖I所示。1-65天時(shí)，兩個(gè)養(yǎng)殖系統(tǒng)中硝酸鹽的增加情況相近，在第65天硝酸鹽氮的濃度都超過(guò)了 50mg/L。連接了脫氮系統(tǒng)之后，水族箱I內(nèi)的硝酸鹽氮濃度急劇下降，在第68天下降到10mg/L以下，最終穩(wěn)定在5mg/L左右。而水族箱2由于沒(méi)有連接脫氮系統(tǒng)，硝酸鹽氮濃度則一直上升。
測(cè)定兩個(gè)水族箱內(nèi)pH值隨時(shí)間的變化，結(jié)果如圖2所示。當(dāng)水族箱I連接脫氮系統(tǒng)后，PH值明顯上升，最后穩(wěn)定在7. 4-7. 6 ;而另一個(gè)對(duì)照水族箱由于硝化作用產(chǎn)酸，所以PH值一直呈下降趨勢(shì)。
由此可見(jiàn)，采用了豆秸作為碳源的反硝化反應(yīng)器能夠起到很好的脫氮效果，并維持pH值的穩(wěn)定。
實(shí)施例2脫氮系統(tǒng)的應(yīng)用
一、脫氮系統(tǒng)的制備
如實(shí)施例I。
二、脫氮系統(tǒng)的應(yīng)用
使用500L的水族箱飼養(yǎng)8尾錦鯉，按常規(guī)方法飼養(yǎng)，每隔3天換水10%，可保證水族箱內(nèi)的硝酸鹽氮濃度不超過(guò)15mg/L。將水族箱與上述脫氮系統(tǒng)相連。如圖3所示，水族箱I自帶有過(guò)濾系統(tǒng)2，并連接有包括蠕動(dòng)泵3和反硝化反應(yīng)器6在內(nèi)的脫氮系統(tǒng)。水族箱I內(nèi)的養(yǎng)殖水通過(guò)蠕動(dòng)泵3定量輸入至反硝化反應(yīng)器進(jìn)水口 4，然后在接種了活性污泥的豆秸5中停留5h以上進(jìn)行脫氮處理，再?gòu)姆聪趸磻?yīng)器出水口 7排出，重新返回至水族箱I中進(jìn)行回用。水族箱不換水，每天檢測(cè)水中的氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、COD濃度和pH值，連續(xù)檢測(cè)30天，結(jié)果(平均值)如下氨氮0. 11 + 0. 03mg/L;硝酸鹽氮:8. 21 ±0. 23mg/L ;亞硝酸鹽氮0. 008±0· 00lmg/L ；C0D :20. 46±2· 01mg/L ；pH 值:7. 68±0· 14。
由此可見(jiàn)，使用了本發(fā)明所述脫氮系統(tǒng)之后，循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)的水質(zhì)尤其是含氮量得到明顯改善。
雖然，上文中已經(jīng)用一般性說(shuō)明及具體實(shí)施方案對(duì)本發(fā)明作了詳盡的描述，但在本發(fā)明基礎(chǔ)上，可以對(duì)之作一些修改或改進(jìn)，這對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見(jiàn)的。因 此，在不偏離本發(fā)明精神的基礎(chǔ)上所做的這些修改或改進(jìn)，均屬于本發(fā)明要求保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1.豆秸作為生物法反硝化脫氮的碳源的用途。
2.一種水體的反硝化脫氮方法，其特征在于，以豆秸為碳源對(duì)水體進(jìn)行生物法反硝化脫氮處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求
2所述的方法，其特征在于，所述反硝化脫氮方法為以豆秸作為碳源接種活性污泥并進(jìn)行微生物馴化，然后將水體通過(guò)所述豆秸即可。
4.根據(jù)權(quán)利要求
2或3所述的方法，其特征在于，所述水體為循環(huán)水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)的循環(huán)水。
5.一種用于循環(huán)水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)的脫氮系統(tǒng)，其特征在于，包括柱狀的上流式反硝化反應(yīng)器，所述反硝化反應(yīng)器中填充有接種了活性污泥的豆秸，填充高度為所述反硝化反應(yīng)器高度的1/2 2/3。
6.根據(jù)權(quán)利要求
5所述的脫氮系統(tǒng)，其特征在于，所述脫氮系統(tǒng)還包括容積式水泵，所述水泵與所述反硝化反應(yīng)器的入水口相連。
專利摘要
本發(fā)明涉及豆秸作為生物法反硝化脫氮的碳源的用途。本發(fā)明還涉及了一種水體的反硝化脫氮方法以及一種用于循環(huán)水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)的脫氮系統(tǒng)。本發(fā)明以豆秸作為固體碳源，接種活性污泥后用于水體的反硝化脫氮處理，能在短時(shí)間內(nèi)除去水體中的絕大部分氮元素，豆秸來(lái)源廣泛，成本低廉。采用了豆秸作為碳源進(jìn)行水產(chǎn)養(yǎng)殖循環(huán)水的脫氮處理，可在不換水、不添加藥劑的條件下，維持循環(huán)系統(tǒng)中的硝酸鹽氮濃度不超過(guò)10mg/L、pH值穩(wěn)定在7-8。本發(fā)明提供的脫氮系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)，可方便地用于各種循環(huán)水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)中，具有非常廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)A01K63/04GKCN102963979SQ201210442218
公開(kāi)日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年11月7日
發(fā)明者王旭明, 仇天雷, 高敏, 韓梅琳, 崔鑫鑫, 魏建華 申請(qǐng)人:北京農(nóng)業(yè)生物技術(shù)研究中心導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan