【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种生物滤池，具体涉及一种黄铁矿混养反硝化生物滤池及其应用在低碳氮比的海水养殖废水硝酸盐去除的工艺，属于污水生物处理。
技术介绍
1、随着人类对海产品需求的不断增加和全球野生鱼类资源的持续减少，海水养殖业得到迅速发展。海水养殖业的发展缓和了人类对海产品需求的不断增长和天然渔业资源日益枯竭之间的矛盾，已成为促进我国经济增长的重要力量之一。循环海水养殖系统减轻了传统海水养殖方式如池塘、跑道或网箱等带来的水资源衰竭、环境污染、水产品质量下降等负面影响，越来越受到重视。与传统养殖模式相比，循环水养殖可实现高密度养殖，节水，节地，是资源节约型和环境友好型生产方式。但在此过程中已暴露出诸多环境问题亟待解决，如养殖生物的密度较大，养殖池内存在大量养殖生物的排泄物；且由于不规范的管理和操作，养殖池内也有较高的残饵量，使养殖池内含有大量氨氮。最常用的控制氨氮的方法是微生物好氧硝化法，能够有效控制氨氮，但会造成硝态氮的大量积累。高浓度硝态氮会影响养殖水生生物的生长。为了养殖生物的健康，循环海水养殖系统需要每天更换10％～20％的海水以维持系统中硝态氮浓度在健康的水平。含高浓度硝态氮废水排入海洋，可能造成海洋水体富营养化，赤潮，海洋生态系统的紊乱和破坏。因此，有必要对循环水养殖尾水中的硝态氮进行处理。
2、实践证明，生物脱氮法成本低、适用范围广，能有效去除废水中的硝态氮，受到广泛关注和应用。然而，海水养殖废水中的有机物含量很低，难以满足常规的异养反硝化对有机碳源的需求。为了解决这一问题，通常向反应器内添加甲醇、乙醇、乙酸钠、
3、针对于这一问题，可以采用自养反硝化或混养反硝化代替异养反硝化。自养反硝化常用的无机电子供体有h2，还原性硫化合物(如hs-、硫化物、硫单质，s2o32-)，零价铁或亚铁离子，以及铁硫化物(如fes，fe1-xs和fes2)。其中，以hs-、硫化物、硫单质或s2o32-作为电子供体进行反硝化过程(硫自养反硝化)的研究比较多且比较成熟。但硫自养反硝化具有硫酸盐产量高、反应产酸需外加碱度的缺点限制了该技术的应用。混养反硝化是同时以有机物和无机物作为电子供体进行反硝化。混养反硝化可以同时克服异养反硝化需要外加酸、产生大量污泥和硫自养反硝化需要外加碱、硫酸盐产量很高的缺点，因此得到学术界的广泛研究，有广阔的应用前景。
4、黄铁矿(fes2)在地壳中的体积巨大，是地球铁硫循环的重要中间产物。其经济价值较低，在高价值矿物开采过程中常作为矸石丢弃。当黄铁矿同时暴露在空气和水中会导致酸性矿井排水，有潜在的严重环境后果。将黄铁矿作为电子供体来驱动自养反硝化，既能实现将黄铁矿废物资源化，又能实现去除废水中硝态氮的目的，是一种对环境友好的黄铁矿利用方法。已公开的技术方案(如中国专利申请公布号cn101973629a、cn107176702a、cn110407321a、cn112047565a等)表明可以基于黄铁矿实现硫自养或者硫混养反硝化脱氮。但现行的技术方案还没有专门针对于利用黄铁矿作为生物滤池材料和电子供体实现高盐度硝酸盐废水的处理。
5、与中国专利申请公布号cn112047565a所授权的内容相比较，本专利技术的处理废水目标专门针对于高盐度、低碳氮比、高硝酸盐含量的海水养殖尾水，未使用成本高、可能造成出水cod和色度高的固体有机碳源phbv作为填充柱中的填料组分，而选择加入极少量、成本更低、且对环境无害的乙酸钠作为构成混养反硝化体系的有机碳源，也可根据实际水质和环境条件灵活调节乙酸钠的添加量，甚至可以不添加乙酸钠；此外，在填充柱中加入一定量成本低廉、对生物无毒无害并具有一定生物活性的麦饭石，以同时达到为反硝化微生物提供生长发育空间，缓慢释放如k、na、ca、mg、cu、mo等有益微量元素，以及稳定水质ph值等的目的，能有效提高系统的抗冲击能力和脱氮效能。本专利技术将利用黄铁矿的硫自养反硝化和外加少量乙酸钠作为异养碳源，构建混养反硝化体系，实现高盐度、低碳氮比海水养殖废水中硝态氮的高效去除。除此之外，中国专利申请公布号cn112047565a所授权的内容未对实现反硝化功能的微生物群落结构进行分析，未确定可以稳定实现反硝化功能的功能微生物群落结构，未对得到的微生物群落进行复壮和重要功能菌群复配后的脱氮效能分析。本专利技术对稳定实现对低碳氮比海水养殖废水高效脱氮效果的微生物群落结构进行分析，确定重要脱氮功能微生物群落，并对得到的微生物群落进行复壮和重要功能菌群复配后的脱氮效能分析。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的不足，为了摆脱传统反硝化过程对有机碳源的依赖，实现在低碳氮比、高硝酸盐条件下对海水养殖废水中硝态氮的高效去除，本专利技术提供了一种采用黄铁矿生物滤池净化海水养殖废水中硝态氮的工艺，本专利技术废水处理成本低、出水水质硫酸盐产生量少、硝酸盐去除效能好、抗外界冲击能力强。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、本专利技术的目的之一是提供一种黄铁矿生物滤池，主体为填充柱(1)，填充柱内部填充有填料(2)，其特征在于：
4、所述的填料包括砾石、黄铁矿和麦饭石颗粒，在填充柱的底部铺设有砾石以起到支撑填料和均匀布水的目的；砾石的上部铺设有黄铁矿和麦饭石颗粒混合后形成的混合填料；混合填料的上部铺设有砾石以起到压缩体积和均匀布水的目的。
5、上述技术方案中，所述的黄铁矿生物滤池，主体为填充柱(1)，填充柱为亚克力材料制成的圆柱体结构，填充柱为密闭式，内部填充填料；所述的填充柱的上表面中央处设置有排气孔(3)、下表面中央处设置有乙酸钠溶液投加口(13)；所述的填充填充柱的侧壁顶端设置有出水口(4)、末端设置有进水口(6)，侧壁上均匀设置有多个采样口(5)且采样口位于出水口和进水口之间；所述的填充柱的填料内部设置有溶解氧检测探头(12)；所述的进水口(6)通过管线与海水养殖系统中的好氧生物脱氨氮反应池(8)的池壁底部相连通，该管线上设置有蠕动泵(7)；所述的出水口(4)通过管线从好氧生物脱氨氮反应池上方深入到该好氧生物脱氨氮反应池的水体内部，可以有效去除反硝化产生的副产物氨氮。
6、上述技术方案中，所述的填充柱的底部铺设有3-8cm厚的砾石，砾石厚度优选为5cm；所述的砾石的上部铺设有30-100cm厚的黄铁矿和麦饭石颗粒混合后形成的混合填料，混合填料厚度优选为50cm；所述的混合填料的上部铺设有3-8cm厚的砾石，砾石厚度优选为5cm。
7、上述技术方案中，所述的砾石，粒径为3-10mm；所述的黄铁矿，粒径为3-10mm；所述的麦饭石颗粒，粒径为3-10mm。
8、上述技术方案中，所述的混合填本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种黄铁矿生物滤池，主体为填充柱(1)，填充柱内部填充有填料(2)，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的黄铁矿生物滤池，其特征在于：所述的黄铁矿生物滤池，主体为填充柱(1)，填充柱为亚克力材料制成的圆柱体结构，填充柱为密闭式，内部填充填料；所述的填充柱的上表面中央处设置有排气孔(3)、下表面中央处设置有乙酸钠溶液投加口(13)；所述的填充填充柱的侧壁顶端设置有出水口(4)、末端设置有进水口(6)，侧壁上均匀设置有多个采样口(5)且采样口位于出水口和进水口之间；所述的填充柱的填料内部设置有溶解氧检测探头(12)；所述的进水口(6)通过管线与海水养殖系统中的好氧生物脱氨氮反应池(8)的池壁底部相连通，该管线上设置有蠕动泵(7)；所述的出水口(4)通过管线从好氧生物脱氨氮反应池上方深入到该好氧生物脱氨氮反应池的水体内部，可以有效去除反硝化产生的副产物氨氮。
3.根据权利要求1所述的黄铁矿生物滤池，其特征在于：所述的填充柱的底部铺设有3-8cm厚的砾石；所述的砾石的上部铺设有30-100cm厚的黄铁矿和麦饭石颗粒混合后形成的混合填料；所述的混合填料的上部铺设
4.一种采用权利要求1-3任一项所述的黄铁矿生物滤池净化低碳氮比海水养殖废水中硝态氮的方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的配制耐盐反硝化菌富集培养液，包括以下组分：30g/L海水晶、722mg/LKNO3、1583mg/L NaS2O3·5H2O、89.7mg/LCH3COONa·5H2O、18mg/LNH4Cl、77mg/L KH2PO4、540mg/L NaHCO3；所述的污泥和耐盐反硝化菌富集培养液的体积比为(1:2)-(2:1)；对污泥中的反硝化菌进行培养与富集时，温度控制在15-35℃，混合液中溶解氧浓度始终低于2mg/L。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，对种泥中的反硝化菌进行培养与富集时，采用3-6个月内逐渐提升盐度、添加硫源和添加极少量有机碳源的方式进行培养与富集，其中：
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述的挂膜培养液包括以下组分：30g/L海水晶、290mg/L KNO3、36mg/LCH3COONa·5H2O、77mg/L KH2PO4、540mg/LNaHCO3；所述耐高盐、硫混养反硝化菌的菌群与挂膜培养夜的体积比为1：1；按照序批式反应器形式对填充柱进行挂膜启动，HRT控制在72h，温度控制在15～35℃。
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(4)中，所述的好氧生物脱氨氮反应池(8)，池底设施有曝气器(9)，所述的曝气器(9)通过管路与装有纯度为99.5％氮气的氮气罐(10)相连接，该管路上设置有流量计(11)；所述的好氧生物脱氨氮反应池内设置有溶解氧检测探头(12)。本专利技术中所述溶解氧探头分别设置在黄铁矿生物滤池和好氧生物脱氨氮反应池内，能够实时测定系统内的溶解氧含量；所述的低碳氮比海水养殖废水，碳氮比为到0.5～1：1；所述的黄铁矿生物滤池，进水水质为：pH 7.5-8.5，盐度20％～35％，硝态氮浓度10-50mg/L；所述的黄铁矿生物滤池的运行参数为：HRT 24～48h，温度15～35℃，溶解氧始终低于2mg/L。
9.一种用于净化海水养殖废水中硝态氮的微生物复合菌群，其特征在于，是通过权利要求4所述的采用黄铁矿生物滤池净化低碳氮比海水养殖废水中硝态氮的方法中获得的微生物复合群落经过复壮、保存后得到的，微生物复合菌群经过快速解冻后用于净化海水养殖废水中硝态氮；所述的微生物复合菌群从属的角度进行分析包括：5％海胞菌Marinicella spp.、2％硫杆菌Thiobacillus spp.、2％热线菌Caldithrix spp.、2％栖沉积物菌Sedimenticola spp.、1％卵黄色杆菌Vitellibacter spp.、1％SM1A02、1％副鞘氨醇盒菌Parasphingopyxis spp.、1％黄色海水菌Xanthomarina spp.、1％IheB3-7、1％硫膨大杆菌Thioclava spp.。
10.一种用于净化海水养殖废水中硝态氮的人工微生物复合菌群，其特征在于，是根据权利要求9获得的微生物复合群落的重要脱氮功能确定的四种具体的菌种并进行复配后得到的：所述的人工微生物复合菌群包括热线菌(Cald...
【技术特征摘要】
1.一种黄铁矿生物滤池，主体为填充柱(1)，填充柱内部填充有填料(2)，其特征在于：
2.根据权利要求1所述的黄铁矿生物滤池，其特征在于：所述的黄铁矿生物滤池，主体为填充柱(1)，填充柱为亚克力材料制成的圆柱体结构，填充柱为密闭式，内部填充填料；所述的填充柱的上表面中央处设置有排气孔(3)、下表面中央处设置有乙酸钠溶液投加口(13)；所述的填充填充柱的侧壁顶端设置有出水口(4)、末端设置有进水口(6)，侧壁上均匀设置有多个采样口(5)且采样口位于出水口和进水口之间；所述的填充柱的填料内部设置有溶解氧检测探头(12)；所述的进水口(6)通过管线与海水养殖系统中的好氧生物脱氨氮反应池(8)的池壁底部相连通，该管线上设置有蠕动泵(7)；所述的出水口(4)通过管线从好氧生物脱氨氮反应池上方深入到该好氧生物脱氨氮反应池的水体内部，可以有效去除反硝化产生的副产物氨氮。
3.根据权利要求1所述的黄铁矿生物滤池，其特征在于：所述的填充柱的底部铺设有3-8cm厚的砾石；所述的砾石的上部铺设有30-100cm厚的黄铁矿和麦饭石颗粒混合后形成的混合填料；所述的混合填料的上部铺设有3-8cm厚的砾石；所述的砾石，粒径为3-10mm；所述的黄铁矿，粒径为3-10mm；所述的麦饭石颗粒，粒径为3-10mm；所述的混合填料中，黄铁矿和麦饭石颗粒的体积比为3-1：1。
4.一种采用权利要求1-3任一项所述的黄铁矿生物滤池净化低碳氮比海水养殖废水中硝态氮的方法，其特征在于，包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的配制耐盐反硝化菌富集培养液，包括以下组分：30g/l海水晶、722mg/lkno3、1583mg/l nas2o3·5h2o、89.7mg/lch3coona·5h2o、18mg/lnh4cl、77mg/l kh2po4、540mg/l nahco3；所述的污泥和耐盐反硝化菌富集培养液的体积比为(1:2)-(2:1)；对污泥中的反硝化菌进行培养与富集时，温度控制在15-35℃，混合液中溶解氧浓度始终低于2mg/l。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，对种泥中的反硝化菌进行培养与富集时，采用3-6个月内逐渐提升盐度、添加硫源和添加极少量有机碳源的方式进行培养与富集，其中：
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述的挂膜培养液包括以下组...
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