本發(fā)明屬于水處理，具體涉及一種利用銅脅迫驅(qū)動菌藻顆粒污泥顆粒化同步去除水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水中重金屬及污染物的方法。

背景技術(shù)：

1、隨著水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的日益發(fā)展，其帶來的污染問題也越來越受到人們的廣泛關(guān)注。近年來更是成為世界第一的水產(chǎn)養(yǎng)殖國家，養(yǎng)殖總產(chǎn)量占到世界產(chǎn)量的2/3，年排放尾水達(dá)3億多噸。且我國的水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)80％以上采用池塘養(yǎng)殖的方式，并且在養(yǎng)殖過程中過度使用飼料和藥品，導(dǎo)致大量的營養(yǎng)物質(zhì)、重金屬、藥物等污染物排放至水體，這種集約化的發(fā)展模式，對水產(chǎn)養(yǎng)殖水體帶來的污染是巨大的。如若這種尾水不經(jīng)過處理直接排放，會給周邊水體造成水體富營養(yǎng)化、重金屬濃度超標(biāo)等危害。

2、近年來關(guān)于環(huán)境中重金屬的報(bào)道有很多，在地表水、地下水以及污水處理廠中均有檢測到多種重金屬。水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水中重金屬主要來源于飼料中的維生素、管道腐蝕和除藻抑菌劑等，如鐵(fe)，鋅(zn)，銅(cu)，鈷(co)，錳(mn)，鎳(ni)和硒(se)，其中鋅(zn)和銅(cu)占80％以上。大量的研究表明重金屬在水體中易累積于沉積物中，但釋放到水中會隨著食物鏈積累，對人類及生態(tài)系統(tǒng)具有潛在的危害。因此利用合適的處理工藝降低水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水的重金屬含量是很有必要的。

3、當(dāng)前淡水水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水的處理工藝主要采用微生物法，與其他方法相比，該方法更加環(huán)境友好、成本低廉。其中包括“三池兩壩”處理模式、人工濕地模式和池塘內(nèi)部圈養(yǎng)模式，且多地主要采用“三池兩壩”處理模式，但此模式存在氮磷去除效果不理想，占地面積較大，受季節(jié)影響較大等問題，且對于重金屬也難以有效去除。因此現(xiàn)追求處理水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水更加高效，具有成本效益的方法。

4、近年來，菌藻共生好氧顆粒污泥(algal-bacterial?aerobic?granular?sludge，abgs)因其微生物結(jié)構(gòu)更加緊湊，沉降性能優(yōu)良，能夠同時實(shí)現(xiàn)硝化和反硝化過程，并對高濃度有機(jī)物具有較強(qiáng)的抗沖擊能力等優(yōu)勢而引起廣泛的關(guān)注，因此被視為替代傳統(tǒng)活性污泥的有力候選方案。abgs通過微藻吸收水中的有機(jī)物及細(xì)菌釋放的二氧化碳來產(chǎn)生氧氣，從而降低了曝氣強(qiáng)度，提高了氮、磷的去除效率，減少了曝氣量及污水處理廠的運(yùn)營成本。此外，abgs復(fù)雜的生物結(jié)構(gòu)和多元的協(xié)同作用機(jī)制，使其在重金屬污染物的去除方面展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。當(dāng)前，已有研究發(fā)現(xiàn)abgs可以有效去除水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水中的污染物(ji,b.；fan,s.；liu,y.,a?continuous-flow?non-aerated?microalgal-bacterial?granularsludge?process?for?aquaculture?wastewater?treatment?under?natural?day-nightconditions.bioresour.technol.2022,350,126914.)，但其模擬廢水中cod含量遠(yuǎn)高于實(shí)際廢水中的含量，并且水中污染物較單一，無重金屬存在，對于實(shí)際應(yīng)用參考價(jià)值較小。因此，我們對于abgs處理含cu低營養(yǎng)水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水方面表現(xiàn)仍是空白。本技術(shù)采用更接近真實(shí)廢水的污染物與重金屬cu的濃度，并且通過實(shí)際廢水進(jìn)行研究，實(shí)現(xiàn)了菌藻顆粒污泥形態(tài)的穩(wěn)定，并維持高效的污染物去除效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種利用銅脅迫驅(qū)動菌藻顆粒污泥顆粒化同步去除水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水中重金屬及污染物的方法。本發(fā)明構(gòu)建菌藻顆粒污泥系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)菌藻顆粒污泥在面對低濃度銅時，表面絲狀藻類受到抑制，顆粒污泥形態(tài)穩(wěn)定，沉降性能得到提高，顆粒化進(jìn)入下一階段，同時，在cu的脅迫下，大量脫氮菌與去除有機(jī)物有關(guān)的菌群被富集，強(qiáng)化去除低碳氮比、低營養(yǎng)水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水中的有機(jī)物與總氮。在sbr光反應(yīng)器在運(yùn)行中，受到低營養(yǎng)與重金屬抑制時，構(gòu)建的菌藻顆粒污泥系統(tǒng)具有更強(qiáng)的抵抗性和降解效率。

2、本發(fā)明目的通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

3、利用銅脅迫驅(qū)動菌藻顆粒污泥顆粒化同步去除水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水中重金屬及污染物的方法，包含如下步驟：

4、(1)反應(yīng)器的啟動：

5、①菌藻顆粒污泥的培養(yǎng)：將污水處理廠好氧池的活性污泥接種到反應(yīng)器中進(jìn)行好氧培養(yǎng)，通過進(jìn)水管加入模擬生活污水與微量元素稀釋液；為滿足藻類生長的需求，反應(yīng)器外部裝有l(wèi)ed燈管，在模擬日光的環(huán)境下運(yùn)行，控制體系參數(shù)光暗比為12h：12h；通過反應(yīng)器底部曝氣盤進(jìn)行曝氣，調(diào)整曝氣流速；以此方式運(yùn)行直至藻類與細(xì)菌相互纏繞結(jié)合而形成具有規(guī)則橢圓形狀的菌藻顆粒污泥。

6、②啟動第一階段：將①中得到的菌藻顆粒污泥，取出部分放入sbr反應(yīng)器中培養(yǎng)，進(jìn)水仍為模擬生活污水(與步驟1中的模擬生活污水成分相同)，第一階段不添加cu，時間為15天左右，使菌藻顆粒污泥適應(yīng)新的反應(yīng)器環(huán)境，每天檢測進(jìn)出水指標(biāo)，直到cod和tn去除率達(dá)到穩(wěn)定。

7、③菌藻顆粒污泥的馴化：當(dāng)cod轉(zhuǎn)化率為90％以上和tn的平均轉(zhuǎn)化率達(dá)到65％時，將人工合成水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水通入到反應(yīng)器，同時添加重金屬到人工合成廢水中，調(diào)整工藝條件，進(jìn)入啟動的第二階段；第二階段主要進(jìn)行菌藻顆粒污泥處理含重金屬的水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水馴化階段，時間為1～2個月；其中，含有氮源、碳源、nahco3、kh2po4和重金屬cu的進(jìn)水進(jìn)入反應(yīng)器即開始進(jìn)行菌藻顆粒污泥馴化階段，在該階段進(jìn)水中的重金屬cu濃度為0.5mg/l，進(jìn)水中cod與氮的質(zhì)量濃度比值為5，以達(dá)到微生物馴化的目的，從而完成反應(yīng)器的啟動；為保證進(jìn)水水質(zhì)沒有太大的變化，所以每天更換進(jìn)水。

8、(2)反應(yīng)器啟動完成后，cod平均去除率達(dá)85％，tn的去除率為75％以上，cu平均去除率為80％，svi5為34.11-41.28ml/g，菌藻顆粒污泥系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)而建立起基于菌藻顆粒污泥去除水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水中重金屬的穩(wěn)定工藝環(huán)境。

9、(3)將待處理廢水作為進(jìn)水通入到穩(wěn)定運(yùn)行的廢水處理系統(tǒng)，去除待處理廢水中碳、氮以及重金屬污染物。

10、進(jìn)一步地，步驟(1)菌藻顆粒污泥培養(yǎng)階段的工藝操作條件為：反應(yīng)器按照6h的周期運(yùn)行，每周期結(jié)束通過蠕動泵控制進(jìn)出水，進(jìn)水量為1.2l，體積交換率為50％，4h好氧曝氣，2h厭氧靜置，控制曝氣強(qiáng)度為0.8-1.0cm/s，溶解氧范圍控制在2-8mg/l，反應(yīng)溫度20～35℃優(yōu)選25-30℃，進(jìn)水ph為7.5-8.0，光暗時間為11.5～12.5h:11.5～12.5h，優(yōu)選12h：12h。

11、進(jìn)一步地，步驟(1)菌藻顆粒污泥培養(yǎng)階段的生活污水含有氮源、碳源、nahco3和磷源，氮源由nh4cl提供，碳源由naac提供，nahco3為磷源，kh2po4用來緩沖反應(yīng)器ph；步驟(1)所述模擬生活污水中氮源濃度為30mg/l,碳源濃度為300mg/l-cod，無機(jī)磷的濃度為5mg/l；nahco3濃度為250mg/l；所述人工合成廢水ph優(yōu)選為7.5-8.0。

12、進(jìn)一步地，步驟(1)啟動第一階段和啟動第二階段的工藝操作條件為：反應(yīng)器運(yùn)行周期為6h，每周期結(jié)束通過蠕動泵控制進(jìn)出水，進(jìn)水量為1.2l，體積交換率為50％，4h好氧曝氣，2h厭氧靜置，曝氣強(qiáng)度為0.4cm/s，反應(yīng)溫度20～35℃，進(jìn)水ph為7.5-8.0，光暗時間為12h：12h。

13、進(jìn)一步地，步驟(2)(3)的工藝操作條件為：反應(yīng)器運(yùn)行周期為6h，每周期結(jié)束通過蠕動泵控制進(jìn)出水，進(jìn)水量為1.2l，體積交換率為50％，4h好氧曝氣，2h厭氧靜置，曝氣強(qiáng)度為0.4cm/s，反應(yīng)溫度20～35℃，進(jìn)水ph為7.5-8.0，光暗時間為12h：12h，進(jìn)水中cod、氮的質(zhì)量濃度比值為5。

14、進(jìn)一步地，步驟(1)、(2)、(3)所述人工合成水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水含有氮源、碳源、氯化鎂、nahco3和kh2po4，氮源由nh4cl和nano3提供，碳源由naac提供，nahco3為磷源，kh2po4用來緩沖反應(yīng)器ph；步驟(1)所述人工合成水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水中氮源為氨氮和硝態(tài)氮，其濃度分別為7.5～8.5mg/l和24.5～25.5mg/l，優(yōu)選8mg/l和25mg/l，碳源初始濃度為140～160mg/l-cod，優(yōu)選150mg/l-cod，無機(jī)磷的初始濃度為1.5～2.5mg/l，優(yōu)選2mg/l，nahco3濃度為240～260mg/l，優(yōu)選250mg/l；所述人工合成廢水ph優(yōu)選為7.5-8.0。

15、進(jìn)一步地，步驟(1)、(2)、(3)所述微量元素稀釋液是通過向1l的自來水中加入1ml的微量元素儲備液制成。

16、進(jìn)一步地，儲備液成分及其含量為znso4?2.0～2.2g/l、cacl27.0～7.3g/l、mncl2·4h2o?2.0～3.0g/l、(nh4)6mo7o24·4h2o?0.4～0.6g/l、cocl2·6h2o?0.4～0.6g/l、feso4·7h2o?4～6g/l、mgcl2?9～11g/l。優(yōu)選地，所述微量元素儲備液成分及其含量為znso4?2.2g/l、cacl2?7.3g/l、mncl2·4h2o?2.5g/l、(nh4)6mo7o24·4h2o?0.5g/l、cocl2·6h2o?0.5g/l、feso4·7h2o?5g/l、mgcl2?10g/l。

17、進(jìn)一步地，步驟(1)所述的反應(yīng)器為序批式反應(yīng)器(sequencing?batch?reactor，sbr)。材質(zhì)為有機(jī)玻璃，由進(jìn)、出水系統(tǒng)、反應(yīng)區(qū)組成，底部進(jìn)水，底部曝氣盤通入空氣。由進(jìn)水桶、出水桶、進(jìn)水泵、出水泵、空氣泵、進(jìn)水管、出水管、曝氣管、進(jìn)水閥、出水閥和反應(yīng)器主體組成。反應(yīng)器主體外側(cè)安裝有l(wèi)ed燈管。

18、進(jìn)一步地，步驟(1)所述的反應(yīng)器有效反應(yīng)體積為2.4～2.5l優(yōu)選2.4l，高徑比為8.0～8.5:1；人工合成廢水進(jìn)水優(yōu)選為1.2l，體積交換率為50％，進(jìn)水通過蠕動泵以一定的流速經(jīng)反應(yīng)器底部進(jìn)入，出水通過出水管經(jīng)蠕動泵排出。

19、進(jìn)一步地，步驟(1)所述的反應(yīng)體系中菌藻顆粒污泥濃度為4.25g/l，菌藻顆粒污泥的mlvss/mlss＝0.75；所述的反應(yīng)體系的ph由碳酸氫鈉調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)為7.5～8.0。

20、進(jìn)一步地，步驟(3)中所述待處理廢水中重金屬cu污染物濃度為0.5mg/l。

21、進(jìn)一步地，所述光源強(qiáng)度為5800～6100lux；所述光源強(qiáng)度為2800～3000lux。

22、本發(fā)明的原理：菌藻共生系統(tǒng)處理污水的基本原理是：污水中的有機(jī)污染物，由需氧性細(xì)菌進(jìn)行氧化分解，產(chǎn)生銨鹽、磷酸鹽和co2等；而藻類則利用銨鹽、磷酸鹽和co2等為營養(yǎng)，以陽光為能源，經(jīng)葉綠素進(jìn)行光合作用，合成藻類自身細(xì)胞物質(zhì)，并釋放出氧氣供細(xì)菌繼續(xù)氧化有機(jī)物之用。同時菌藻顆粒污泥具有復(fù)雜的多層結(jié)構(gòu)，分為厭氧、缺氧、好氧層，表面被藻類覆蓋，這種多層結(jié)構(gòu)對于重金屬的吸附有著積極的作用。菌藻顆粒污泥通過靜電作用吸附重金屬于顆粒內(nèi)，在顆粒內(nèi)大部分重金屬通過離子交換與化學(xué)沉淀轉(zhuǎn)化為較穩(wěn)定成分，少部分被細(xì)胞吸收利用或與有機(jī)質(zhì)絡(luò)合成為更為穩(wěn)定的形態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)重金屬的有效去除。在此過程中，菌藻顆粒污泥中大量藻類被抑制或毒害，但卻提高了abgs的沉降性能促進(jìn)了顆粒化進(jìn)程的加速，并且極大提高了一些脫氮菌的富集程度，使其彌補(bǔ)了藻類除污能力的缺失，從而保持abgs系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)對含cu水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水的高效去除。

23、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果：

24、本發(fā)明采用菌藻顆粒污泥法，該方法可以在低曝氣、低光照的條件下高效處理含cu水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水，解決了生物處理方法能耗高的問題，并且在低碳氮比的水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水中，實(shí)現(xiàn)快速顆粒化，污泥沉降性能得到提高，形態(tài)較為穩(wěn)定。菌藻顆粒污泥通過生物吸附、離子交換、化學(xué)沉淀和生物轉(zhuǎn)化等方法，實(shí)現(xiàn)了對cu的高效去除，對0.5mg/l的cu，在水力停留時間6h內(nèi)，去除率達(dá)80％以上，達(dá)到重金屬排放限值。在cu與低碳比環(huán)境脅迫下，仍能保持90％的cod去除率，100％的氨氮去除率與75％以上的tn去除率，對一些反硝化菌屬富集占比達(dá)到40％以上，實(shí)現(xiàn)了初步脫氮效果，是一種推廣應(yīng)用前景較好的去除水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水中重金屬的技術(shù)方法。