陈进斌 曹军瑞 苗英霞

摘要：将3株从天津市某海水养殖场底泥中分离到的好氧反硝化菌按照3∶2∶1的比例组合成好氧反硝化复合菌剂，并采用5%聚乙烯醇、2%海藻酸钠和3%硅藻土将好氧反硝化复合菌剂包埋形成固定化生物硅藻土小球。將其投加到循环式活性污泥（CAST）反应器中，考察固定化生物硅藻土小球强化CAST工艺对海水养殖废水化学需氧量（COD）、无机氮和磷酸盐的去除效果。结果表明，在相同运行条件下，投加固定化生物硅藻土小球的CAST工艺对海水养殖废水中COD、无机氮和磷酸盐的去除率维持在83%、99%和96%以上，与传统CAST工艺相比分别提高了30、28和55个百分点左右。

关键词：固定化生物硅藻土;循环式活性污泥法;海水养殖废水

Abstract： The three aerobic denitrifier isolated from sediment of one marine aquaculture farm in Tianjin city were made into aerobic denitrification microbial agent in a ratio of 3∶2∶1， and 5% polyvinyl alcohol， 2% sodium alginate and 3% diatomite was used to embed the aerobic denitrification microbial agent to form immobilized bio-diatomite. The immobilized bio-diatomite was added to the cyclic activated sludge technology （CAST） reactor to investigate the treatment capability of COD， inorganic nitrogen and phosphate in marine aquaculture wastewater by the cyclic activated sludge technology reactor with immobilized bio-diatomite. The results showed that under the same operation condition， the reduction rate of COD， inorganic nitrogen and phosphate by the cyclic activated sludge technology reactor with immobilized bio-diatomite can keep above 83%， 99% and 96%， respectively. It was 30 pecentage points， 28 pecentage points and 55 pecentage points higher than that of the traditional cyclic activated sludge technology reactor， respectively.

Key words： immobilized bio-diatomite; cyclic activated sludge technology; marine aquaculture wastewater

海水养殖对象产生的排泄物以及残余饵料等不仅会对海洋环境造成一定的污染，同时也会反作用于海水养殖业，影响海水养殖对象的生长。随着海水养殖业的快速发展，这个问题越来越严重并逐渐引起人们的重视[1-3]。为实现海水养殖业的持续健康发展，亟需一种廉价、高效且安全的海水养殖废水处理方法，解决海水养殖废水中盐度对处理效果的影响，将海水养殖废水净化后达标排放，从而实现海水养殖与海洋环境保护的协调发展[4-6]。

硅藻土具有孔隙度高、渗透性强、比表面积大、化学稳定性好等特性，具有较强的吸附能力及过滤性能，再加上其成本较低，因而在水处理中得到了广泛的应用[7，8]。本研究将高效好氧反硝化复合菌剂、硅藻土及固定化技术结合起来，制成固定化生物硅藻土小球，并将其与传统CAST工艺结合起来用于处理海水养殖废水，以期得到一种安全高效且廉价的海水养殖废水处理工艺[9-13]。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1）菌株。从天津某海水养殖场底泥中分离得到。

2）水样。将海水晶添加到实验室锦鲤养殖废水中制得，其化学需氧量（CODMn）约33 mg/L，无机氮含量约50 mg/L，磷酸盐（以P计）含量约1 mg/L。

3）硅藻土。取自云南腾冲某选矿厂。

4）活性污泥。取自天津某污水处理厂污泥回流池，并在实验室进行耐盐驯化。

1.2 方法

1.2.1 固定化生物硅藻土小球的制备 将实验室筛选到的3株菌MCW148、MCW151和MCW154液体培养24 h后按照3∶2∶1的体积比混合得到高效好氧反硝化复合菌剂。将硅藻土按照3%的比例加入高效好氧反硝化复合菌剂中制成菌悬液。取质量分数为5%的聚乙烯醇和质量分数为2%的海藻酸钠混合后与制得的菌悬液按照8∶1的体积比混合，然后用注射器将载体混合液注入4%的CaCl2溶液中制作成直径约3 mm菌球;4 ℃交联20 h后用去离子水洗涤形成固定化生物硅藻土小球[14]。

1.2.2 固定化生物硅藻土强化CAST工艺 CAST装置如图1所示，装置总容积20 L，每次排水10 L。运行周期：进水+反应8 h（其中进水约0.5 h），静置沉淀2.0 h，排水0.5 h，闲置1.5 h，合计12 h[15]。

将活性污泥投入主反应区，采用添加海水晶的市政生活污水对活性污泥进行驯化，逐步提高进水中海水晶的浓度直至进水中的盐度与海水相近，然后采用试验用海水养殖废水作为进水，待系统出水指标稳定后进行后续试验。

1）传统CAST工藝对海水养殖废水的处理效果。装置置于室内，将室内温度稳定在28 ℃，稳定运行后连续运行20 d，每天测定CAST装置进出水中的COD、无机氮和磷酸盐含量。

2）固定化生物硅藻土小球强化CAST工艺处理海水养殖废水的效果。将2 000 g固定化生物硅藻土小球投入到装置主反应区，在28 ℃下稳定运行后连续运行20 d，每天测定CAST装置进出水中的COD、无机氮和磷酸盐含量。

2 结果与分析

2.1 固定化生物硅藻土小球强化CAST工艺对COD的去除效果

固定化生物硅藻土小球强化CAST工艺对海水养殖废水中COD具有良好的去除效果，CAST生物处理装置稳定运行后，12 h运行周期条件下对COD的去除率维持在83%以上，出水COD的浓度低于6 mg/L（图2）。相比传统CAST工艺，采用固定化生物硅藻土小球强化CAST工艺使得海水养殖废水在菌剂和硅藻土的双重作用下被微生物利用转化为自身物质或被硅藻土吸附后随污泥排出，从而导致装置对海水养殖废水中COD的去除率得到大幅提高。

2.2 固定化生物硅藻土小球强化CAST工艺对无机氮的去除效果

固定化生物硅藻土小球强化CAST工艺对海水养殖废水中无机氮具有良好的去除效果，CAST生物处理装置稳定运行后，12 h运行周期条件下对无机氮的去除率维持在99%以上，出水无机氮的浓度低于0.5 mg/L（图3）。相比传统CAST工艺，采用固定化生物硅藻土小球强化CAST工艺使得海水养殖废水中的硝基氮在好氧反硝化菌剂的作用下被转化为氮气或一氧化二氮而逸出，从而导致装置对海水养殖废水中无机氮的去除率得到大幅度提高。

2.3 固定化生物硅藻土小球强化CAST工艺对磷酸盐的去除效果

固定化生物硅藻土小球强化CAST工艺对海水养殖废水中磷酸盐具有良好的去除效果，CAST生物处理装置稳定运行后，12 h运行周期条件下对磷酸盐的去除率维持在96%以上，出水磷酸盐（以P计）的浓度低于0.05 mg/L（图4）。相比传统CAST工艺，采用固定化生物硅藻土小球强化CAST工艺使得海水养殖废水中的大部分磷酸盐被硅藻土吸附后随污泥排出，从而导致装置对海水养殖废水中磷酸盐的去除率得到大幅度提高。

3 结论

与传统CAST工艺相比，采用固定化生物硅藻土小球强化CAST工艺处理海水养殖废水，在固定化生物硅藻土小球添加比例为10%时，CAST装置对海水养殖废水中COD、无机氮和磷酸盐的去除效率分别提高了30、28和55个百分点左右，且装置出水中COD、无机氮和磷酸盐等指标能够满足《海水养殖水排放要求》（SC/T 9103—2007）一级标准的要求。

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