CN103420544B - 应用于清洁化水产养殖水体原位修复的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明应用于清洁化水产养殖水体原位修复的方法，被污染的养殖水体由液位差推动，有机污染物经生态渗滤以截留、吸附和降解三种方式协同作用被去除。池底集水槽的出水进入固定化生物反应器后，载体中固定化微好氧微生物被激活，为生态渗滤***提供丰富的微好氧微生物菌群来源。将含微生物菌群的水体泵回养殖池塘水体***，在浅层曝气***作用下微生物大量繁殖，并以池塘水体污染物为所需营养源，从而有效净化养殖水体，实现清洁化养殖。本发明直接利用养殖池塘底部空间建造生态渗滤池底***，使处理***不占地；不产生剩余污泥，节约了费用；所用的固定化微生物载体有效期长，可实现养殖水体的原位净化及污染物达标排放；综合效益明显。
Description
技术领域
本发明属一种涉及海水、咸淡水及淡水高密度水产养殖等水体的净化处理、特别是应用于清洁化水产养殖水体原位修复的方法。
背景技术
现有的海水、咸淡水及淡水高密度水产养殖等水体的净化工艺有多种，其中生物净化方法是目前使用最广泛、效果较稳定、运行费用较低的主流工艺，其方法包括生物膜法、人工湿地法、投加高效微生物菌剂法以及固定化微生物技术。
生物膜法是利用附着生长在惰性载体表面上的生物膜，通过吸附和降解途径去除水体中的有机污染物。其优点是：(1)微生物多样化，生物的食物链长，有利于提高污水处理效果和单位面积的处理负荷；(2)优势菌群分段运行，有利于提高对污染物的生物降解效率，提高脱氮除磷效果；(3)对水质、水量变动有较强的适应性，耐冲击负荷力增强；(4)适合低浓度污水的处理；(6)易于维护，运行管理方便，耗能低。缺点是对工艺设计和运行条件的要求较为严格，一旦发生问题，便会引起滤料的破损和堵塞，降低出水的水质。
人工湿地是指模拟并人工强化天然湿地的结构和功能、人为构建的一种污水净化综合***。水体、透水性基质(如土壤、砂、石)、水生植物和微生物种群是构成人工湿地***的基本要素，其工作原理是利用基质、水生植物和微生物之间物理、化学和生物的三种协同作用来净化水体。人工湿地的优点在于：(1)建造和运行费用较低；(2)易于实现有效可靠的废水处理；(3)可缓冲对水力和污染负荷的冲击。缺点是：(1)占地面积大；(2)生物和水力复杂性使得设计运行参数难以精确，因此常由于设计不当使出水达不到设计要求或不能达标排放，有的人工湿地反而成了污染源。
投加高效微生物菌剂的方法，是通过向水体投加直接以目标降解物质为主要碳源和能源的高效微生物菌剂来增加生物量，强化对目标污染物质的去除能力。水产养殖中主要投加以光合细菌为主的多菌株复合微生物制剂，利用水中的氨氮、硫化氢等，使水中的有毒物质减少，溶氧增加，防止水体富营养化，使水的透明度提高，从而改善水质。另外，将多种非致病性的微生物如酵母菌、芽孢杆菌、放线菌等制成多菌株复合产品，可发挥各个菌群的不同功能，起到协同作用，克服单一品种适应性差、应用面狭窄的不足。微生物菌剂中的微生物在特定环境条件下的竞争力和适应性是决定其生物强化效果的关键。对于实际多种污染物共存的复杂环境。目前所研制的微生物菌剂往往存在稳定性差和治理效果不明显等问题。
固定化微生物技术是用化学或物理的手段和方法将游离微生物限制或定位在某一特定空间范围内，保留其固有的催化活性，且能够被重复和连续使用的现代生物工程技术。技术要点是首先将所需的优势菌种从活性污泥中分离和筛选，大量富集后固定于反应器中，组成一个连续、高效的污水处理***。相比于传统的处理方法，其优点在于：（1）被固定化的微生物高度密集并保持生物活性，在适宜条件下能够快速、大量增殖，有利于提高生物反应器内微生物浓度，缩短反应时间、减小反应流程，降低设备费用。（2）可以通过对所需菌种的筛选后进行固定，由此保证增殖速度慢的细菌发挥其最佳代谢活性，并可以缩短反应器的启动时间。（3）由于固定化所带来的高活性、高浓度的微生物以及固定材料的保护，使得水质或水量的冲击对处理效率及稳定性的影响降到最低点。（4）微生物细胞固定在非水溶性的载体上，因此很容易实现快速、高效的固液分离，而且由于微生物量大，其生长基本处于内源呼吸阶段，因此剩余污泥量产生少，无二次污染产生。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于生物膜法、人工湿地法以及固定化微生物技术优点及不足之处提出的应用于清洁化水产养殖水体原位修复的方法，其技术核心是生态渗滤耦合微好氧固定化生物技术原位修复养殖水体，实现清洁化水产养殖。
本发明以如下技术方案解决上述技术问题：
本发明的应用于清洁化水产养殖水体原位修复的技术，其工艺流程为：被污染的养殖水体由液位差推动，自上而下经过细砂层、砾石层、生态球层进入池底集水槽，生态渗滤池底***所寄生的硝化细菌，能发挥更好的生化效果。水体中的有机污染物在生态渗滤***以物理截留、化学吸附和生物降解三种方式协同作用被去除。池底集水槽出水进入微好氧固定化生物反应器，反应器内的生物载体中的固定化微好氧微生物在养殖水体中逐渐被激活，为生态渗滤***提供丰富的微好氧微生物菌群来源。循环水泵将富含微好氧微生物菌群的水体泵回养殖池塘水体***，在浅层曝气***作用下来自微好氧固定化生物反应器的微生物大量繁殖，并以池塘水体污染物为所需营养源，从而有效净化养殖水体，实现清洁化养殖。
清洁化水产养殖水体原位修复的设备由浅层曝气***、养殖池塘水体***、生态渗滤池底***、固定化生物反应***组成。其中：浅层曝气***由微孔曝气元件、鼓风机以及送风管路组成；养殖池塘水体***由池塘本体和水体组成；生态渗滤池底***由上而下设置有细砂层、砾石层、生化球层以及池底集水槽；固定化生物反应***由微好氧固定化生物反应器、反应器内的固定化微生物载体和调节阀、循环水泵及循环管路组成。
本发明的特点在于：（1）直接利用养殖池塘底部空间建造生态渗滤池底***，解决了养殖水体处理***的占地问题。（2）与现有处理工艺相比，本方法不产生剩余污泥，节约了剩余污泥处理所产生的费用。（3）本工艺所采用的固定化微生物载体有效期长，10年内无需更换，每年按5%破损补充即可。（4）可实现养殖水体的原位净化及污染物达标排放。
附图说明
图1为本发明的应用于清洁化水产养殖水体原位修复的方法的工艺流程图。
图中：1-微孔曝气元件 2-鼓风机 3-送风管路 4-生态渗滤池池塘本体 5-水体6-细砂层 7-砾石层 8-生化球层 9-池底集水槽 10-微好氧固定化生物反应器 11-固定化微生物载体 12-调节阀 13-反应器进水管 14-循环水泵 15-循环管路
具体实施方式
本发明的应用于清洁化水产养殖水体原位修复的技术，由浅层曝气***、养殖池塘水体***、生态渗滤池底***、固定化生物反应***四部分组成。其中：浅层曝气***包括微孔曝气元件1、鼓风机2以及送风管路3；养殖池塘水体***包括池塘本体4和水体5；生态渗滤池底***从上而下有细砂层6、砾石层7、生化球层8，最下面是池底集水槽9；固定化生物反应***中有内置固定化微生物载体11的微好氧固定化生物反应器10、微好氧固定化生物反应器的两端分别有反应器进水管13和循环水泵14，循环水泵的另一端有调节阀12及循环管路15。
被污染的养殖水体由液位差推动，自上而下经过细砂层6、砾石层7、生态球层8进入池底集水槽9，生态渗滤池底***所寄生的硝化细菌，能够发挥更好的生化效果。水体中的有机污染物在生态渗滤***以物理截留、化学吸附和生物降解三种协同途径而被去除。当反应器进水调节阀12开启、循环水泵14启动后，池底集水槽9出水经反应器进水管路13进入微好氧固定化生物反应器10，反应器中的固定化微生物载体11在养殖水体中逐渐被激活，大量富含微好氧微生物菌群随水流经反应器进水调节阀12和循环管路15进入养殖池塘水体，为生态渗滤***提供丰富的微好氧微生物菌群来源，在浅层曝气***作用下来自于微好氧固定化生物反应器微生物大量繁殖，并以池塘水体污染物为所需营养源，从而能够有效净化养殖水体，实现清洁化养殖。具有明显的综合效益。
实施例1
申请人用本发明的技术进行了海水养殖水体修复的模拟应用试验。池塘本体采用Φ0.2×1.8m的PVC管竖向设置，管内上半部分水体深度为1.1m，下半部分生态渗滤层高度为0.6m。从上至下填料分别为：细砂层高度0.15m，粒径范围0～0.004m；砾石层高度0.25m，粒径范围0.01～0.04m；生化球层由粒径分别为0.04m和0.01m的两种球体各半混合填充。
以海水晶及蛋白质含量丰富的饵料模拟配制被污染的海水养殖水体由液位差推动，反应器进水调节阀和循环水泵开启后，被污染的海水自上而下经过细砂层、砾石层、生化球层进入池底集水槽，水体中的有机污染物在生态渗滤***以物理截留、化学吸附和生物降解三种方式协同作用而被去除。池底集水槽的出水经反应器进水管路进入微好氧固定化生物反应器，反应器中的固定化微生物载体在养殖水体中逐渐被激活，为生态渗滤***提供丰富的微好氧微生物菌群来源。循环水泵及循环管路将富含微好氧微生物菌群泵回养殖池塘水体***，在浅层曝气***作用下，来自于微好氧固定化生物反应器的微生物大量繁殖，并以池塘水体污染物为所需营养源，从而能够有效净化养殖水体，实现清洁化养殖。
鼓风机排气量：60L/min，池底渗流速度：0.035m/min，水体CODMn浓度：15mg/L，氨氮浓度：10.5mg/L。经过8个小时的连续运行，CODMn浓度降至7.8mg/L，氨氮浓度降至0.5mg/L，分别达到《海水养殖水排放要求》（SC/T9103-2007）一级标准。
在海水环境中，***对CODMn和氨氮都有较好的去除效果，***可将CODMn和氨氮浓度分别降低至5mg/L和0.5mg/L以下，为了保证***的稳定运行，***中有机物的浓度不能过低，当***中CODMn在浓度在8mg/L以上时，***对氨氮去除效果较好，最终氨氮浓度稳定在0.5mg/L左右，***运行稳定。
实施例2
申请人用本发明的技术进行了淡水养殖水体修复的模拟应用试验。池塘本体、水体深度、渗滤层的组成、粒径和高度均与实施例1相同。
自来水经过暴晒除余氯后，作为淡水养殖水使用。根据养殖水体来时的主要污染情况投加蛋白质含量丰富的饵料，配制模拟污染源。
被污染水CODCr浓度为250mg/L，氨氮浓度为15mg/L。
养殖水体修复的流程和工艺参数与实施例1相同。经过8个小时的连续运行，CODCr浓度为20mg/L，氨氮浓度为0.3mg/L。分别达到《淡水池塘养殖水排放要求》（SC/T9101-2007）二级标准。
结论是：在淡水环境中，***对CODCr和氨氮去除效果较好，CODCr和氨氮浓度分别降低至20mg/L和0.5mg/L以下，但是，***对COD和氨氮去除彼此之间有一定影响。当维持***中CODCr在浓度在30mg/L以上时，***对氨氮去除效果较好，氨氮浓度基本维持在1mg/L以下，***运行稳定。
Claims (2)
1.一种应用于清洁化水产养殖水体原位修复的方法，其特征是工艺流程为：被污染的养殖水体由液位差推动，自上而下经过细砂层、砾石层、生态球层进入池底集水槽，生态渗滤池底***所寄生的硝化细菌，能促进发挥更好的生化效果；水体中的有机污染物在生态渗滤***以物理截留、化学吸附和生物降解三种方式协同作用被去除；池底集水槽出水进入微好氧固定化生物反应器，反应器内的生物载体中的固定化微好氧微生物在养殖水体中逐渐被激活，为生态渗滤***提供丰富的微好氧微生物菌群来源；循环水泵将富含微好氧微生物菌群的水体泵回养殖池塘水体***，在浅层曝气***作用下来自微好氧固定化生物反应器的微生物大量繁殖，并以池塘水体污染物为所需营养源，从而有效净化养殖水体，实现清洁化养殖。
2.如权利要求1所述的应用于清洁化水产养殖水体原位修复的方法，其特征是清洁化水产养殖水体原位修复的设备由浅层曝气***、养殖池塘水体***、生态渗滤池底***、固定化生物反应***组成；其中：浅层曝气***由微孔曝气元件、鼓风机以及送风管路组成；养殖池塘水体***由池塘本体和水体组成；生态渗滤池底***由上而下设置有细砂层、砾石层、生化球层以及池底集水槽；固定化生物反应***由微好氧固定化生物反应器、反应器内的固定化微生物载体和调节阀、循环水泵及循环管路组成。
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