CN112279378B - 净化养殖废水生物处理方法、装置及循环净化养殖装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于养殖废水水生物处理技术领域，具体涉及净化养殖废水生物处理方法、装置及循环净化养殖装置。所述方法包括生物接触氧化反应、膜生物反应过滤和污泥沉降分离。所述装置包括缸体、设置在缸体内的倒锥形筒、设置在倒锥形筒中央的圆筒以及与倒锥形筒小口端相连的排泥管路。本发明提供的技术方案通过将养殖废水经生物接触氧化硝化及其降碳、膜生物反应和过滤反硝化脱氮和除碳、污泥沉降分离区的剩余污泥排除而将富磷污泥排除降磷，达到高效脱氮除碳的目的，独特的倒锥形筒设计使得水体内杂质去除效率更高。
Description
技术领域
本发明属于养殖废水水生物处理技术领域，具体涉及净化养殖废水生物处理方法、装置及循环净化养殖装置。
背景技术
近年来，水产养殖源污染作为农业源污染的重要来源之一，得到了越来越多的学者关注和研究。据我国农业部渔业局发布的《2018年中国渔业统计年鉴》显示，2017年我国水产养殖面积达7449.03千hm2，其中池塘养殖面积2527.78千hm2，占淡水养殖面积的47.12％。据我国2020年第33号公告《第二次全国污染源普查公报》显示，2017年水产养殖业，水污染物排放量：化学需氧量66.60万吨，氨氮2.23万吨，总氮9.91万吨，总磷1.61万吨。成为自然水体不可忽视的重要污染源。而如何高效回用污染量巨大的水产养殖废水成为摆在人类面前的一道难题。
国内外已经发展了许多养殖废水的处理方法，其中包括物理、化学处理方法和生物膜法、耐盐植物处理法、人工湿地处理法、沉淀-贝类过滤-藻类吸附的综合处理法等。此外，还有专门针对悬浮颗粒物的处理方法。苏州等地针对水产养殖废水采用生态植物沟拦截的方法净化废水，减轻了太湖阳澄湖水体的污染值得推广，但是该方法会受季节影响。本研究是将生物接触氧化和生物过滤相结合，形成生物旁滤净化器，实现养殖水净化和循环使用。
发明内容
本发明提供了净化养殖废水生物处理方法、装置及循环净化养殖装置，用以解决现有水产养殖废水未被充分合理利用以及废水不达标排放的现状的问题。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：所述净化养殖废水生物处理方法，其包括如下步骤：
1)生物接触氧化反应：在富氧环境下，悬浮填料中硝化菌将废水中的氨氧化成硝酸盐进行硝化反应，同时有机碳被生物利用，微生物生长过程中吸收部分磷；
2)膜生物反应过滤：在缺氧环境下，生物膜吸收废水中有机物，进入的硝酸盐在多孔陶粒滤料中反硝化菌作用下进行反硝化反应成氮气释放，从而降解了废水中的氮，另外，多孔陶粒滤料对废水进行了截留过滤；
3)污泥沉降分离：生物接触氧化反应和膜生物反应过滤的污泥经污泥压缩沉降，泥水被间隙排放，而营养物包括氮磷随着污泥的排放而减少。
本发明还提供了一种净化养殖废水生物处理装置，其包括缸体、设置在缸体内的倒锥形筒、设置在倒锥形筒中央的圆筒以及与倒锥形筒小口端相连的排泥管路，所述缸体被倒锥形筒划分为倒锥形筒内区域和倒锥形筒外区域、所述倒锥形筒内区域被圆筒分割为圆筒内区域、环绕圆筒区域及圆筒下方区域，所述圆筒内区域为生物接触氧化反应区，所述环绕圆筒区域及倒锥形筒外区域为膜生物反应过滤区、所述圆筒下方区域为污泥沉降分离区，所述排泥管路将污泥沉降分离区的污泥导出到缸体外。
倒锥形筒设计，水体紊流流动，使水体杂质颗粒碰撞，环绕圆筒区域由下到上水流速度由大到小，倒锥形筒外区域由上到下水流速度同样由大到小，即沿水流方向速度由大到小，初始速度大也相应增大碰撞机会，向上速度逐步减小，形成的絮体不易破碎。由大到小的水力条件，有利于杂质絮凝过滤去除。
可选地，所述圆筒壁设有连通圆筒内区域及环绕圆筒区域的若干第一通孔，所述倒锥形筒壁设有连通环绕圆筒区域及倒锥形筒外区域的若干第二通孔。
可选地，所述第二通孔水平映射到圆筒侧壁的位置高于第一通孔。
可选地，所述第二通孔两侧设有柔性填料。柔性填料在锥形倒锥形筒左右的分布利于截留絮体污泥，接触絮凝，污水与生物膜接触氧化。
可选地，所述圆筒内设有负载硝化菌的悬浮填料，所述倒锥形筒外区域柔性填料之下设有负载反硝化菌的陶粒滤料。
可选地，所述圆筒底部设有顶部开孔的锥形罩，所述锥形罩顶部设有水气逸出口的钟罩。
可选的，所述圆筒内设有曝气管，所述曝气管的曝气头进行曝气。
将圆筒中的填料悬浮，进行生物接触氧化反应，包括硝化反应。
可选地，所述环绕圆筒区域与圆筒下方区域之间设有第一回泥缝，所述圆筒内区域与圆筒下方区域之间设有第二回泥缝。
本发明还提供了循环净化养殖装置，其包括养殖缸、与养殖缸隔板的上述净化养殖废水生物处理装置、将养殖缸的水引入净化养殖废水生物处理装置的连通管、以及将净化养殖废水生物处理装置的水导回养殖缸的回流***。
可选地，所述连通管一端位于养殖缸水位以下，另一端为净化养殖废水生物处理装置的入水口；所述回流***包括位于倒锥形筒外区域底部的水泵、与水泵相连的回流管、设置在回流管出水口处的喷嘴和设置在喷嘴上方的弧形罩。
采用微型水泵将过滤水经回流管送回养殖缸进行回用，充分利用微型水泵的水头经喷嘴喷射形成表面复氧。
可选地，所述喷嘴位于养殖缸水位以上。
可选地，所述养殖缸及净化养殖废水生物处理装置的缸体一体成型。
本发明提供的技术方案通过将养殖废水经生物接触氧化硝化及其降碳、膜生物反应和过滤反硝化脱氮和除碳、污泥沉降分离区的剩余污泥排除而将富磷污泥排除降磷，达到高效脱氮除碳的目的，独特的倒锥形筒设计使得水体内杂质去除效率更高。
附图说明
图1是本发明所述循环净化养殖装置一具体实施方式的结构示意图；
图2是本发明所述净化养殖废水生物处理装置一具体实施方式的结构示意图。
图中所示：
10-养殖缸、20-净化缸、21-缸体、22-倒锥形筒、221-第二通孔、222-柔性填料、223-陶粒滤料、224-第一回泥缝、23-圆筒、231-第一通孔、232-悬浮填料、233-锥形罩、234-钟罩、235-曝气管、236-曝气头、237-第二回泥缝、241-排泥管、242-排泥阀、30-隔板、40-连通管、51-水泵、52-回流管、53-喷嘴、54-弧形罩、I-倒锥形筒外区域、II-圆筒内区域、III-环绕圆筒区域、IV-圆筒下方区域。
具体实施方式
为了便于理解，下面结合实施例阐述所述净化养殖废水生物处理方法、装置及循环净化养殖装置，应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位和位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明所述净化养殖废水生物处理方法，其包括如下区域和过程：
1)生物接触氧化反应区：在富氧环境下，悬浮填料中硝化菌将废水中的氨氧化成硝酸盐进行硝化反应，同时有机碳被生物利用，微生物生长过程中吸收部分磷；
2)膜生物反应过滤区：在缺氧环境下，生物膜吸收废水中有机物，进入的硝酸盐在多孔陶粒滤料中反硝化菌作用下进行反硝化反应成氮气释放，从而降解了废水中的氮，另外，多孔陶粒滤料对废水进行了截留过滤；
3)污泥沉降分离区：生物接触氧化反应区和膜生物反应过滤区的污泥在污泥沉降分离区压缩沉降，泥水被间隙排放，而营养物包括氮磷随着污泥的排放而减少。
基于上述方法的思路，设计了一种高效的、实用的循环净化养殖装置。本养殖装置可用于众多的水生生物的养殖，本实施例中以养殖鱼为例，也就是提供了一种生态鱼缸。
实施例1
如图1所示，所述生态鱼缸包括一体成型的左侧养殖缸10与右侧净化缸20，养殖缸10与净化缸20之间设有隔板30，还包括将养殖缸的水引入净化缸的连通管40，以及将净化缸的水导回养殖缸的回流***。生态鱼缸由有机玻璃制作，有效容积8L。
继续参见图1，所述连通管40一端位于养殖缸10水位以下，另一端为净化缸20的入水口；所述回流***包括位于净化缸20底部的水泵51、与水泵51相连的回流管52、设置在回流管52出水口处的喷嘴53和设置在喷嘴53上方的弧形罩54，所述喷嘴53位于养殖缸10水位以上。
下面详细描述净化缸20，也就是净化养殖废水生物处理装置。
继续参见图1，其包括缸体21、设置在缸体21内的倒锥形筒22、设置在倒锥形筒22中央的圆筒23、与倒锥形筒22小口端相连的排泥管241以及设置在排泥管上的排泥阀242，所述排泥管241将污泥沉降分离区的污泥通过排泥阀242控制间隙排放到缸体21外。
继续参见图1，所述缸体21被倒锥形筒22划分为倒锥形筒内区域和倒锥形筒外区域I、所述倒锥形筒内区域被圆筒23分割为圆筒内区域II、环绕圆筒区域III及圆筒下方区域IV，所述圆筒内区域II为生物接触氧化反应区，所述环绕圆筒区域III及倒锥形筒外区域I为膜生物反应过滤区、所述圆筒下方区域IV为污泥沉降分离区。所述倒锥形筒22和圆筒23均由不锈钢制作，其中圆筒内区域II也就是生物接触氧化反应区有效容积为2L，所述锥形膜生物反应过滤区由不锈钢制作，膜生物反应过滤区有效容积为5L，所述污泥沉降分离区有效容积为1L。
其最大特色在于设置的倒锥形筒，III区由下到上水流速度由大到小，I区由上到下水流速度同样由大到小，即沿水流方向速度由大到小，初始速度大也相应增大碰撞机会，向上速度逐步减小，形成的絮体不易破碎。由大到小的水力条件，有利于杂质絮凝过滤去除。
继续参见图1，所述圆筒23壁设有连通圆筒内区域II及环绕圆筒区域III的若干第一通孔231，所述倒锥形筒22壁设有连通环绕圆筒区域III及倒锥形筒外区域I的若干第二通孔221。更具体的为圆筒23下部三分之一高度开第一通孔231，开孔率4％～6％，孔径3～5mm，倒锥形筒22上部三分之一高度开第二通孔221，开孔率3％～5％，孔径2～3mm。也就是所述第二通孔221水平映射到圆筒23侧壁的位置高于第一通孔221。
如图2所示，所述圆筒23内设有负载硝化菌的悬浮填料232和接触氧化污泥，所述接触氧化污泥浓度为1500～3000mg MLSS/L，所述悬浮填料采用直径10～20mm聚乙烯空心环材质，其密度为0.95～1.00g/cm3，比表面积为400～700m2/m3，孔隙率为94～96％，悬浮填料232填充体积约占圆筒内区域II总有效体积的50％，接触氧化污泥体积约占该圆筒内区域II有效体积的30％。
继续参见图2，所述第二通孔221两侧设有柔性填料222，所述倒锥形筒外区域I柔性填料222之下设有负载反硝化菌的陶粒滤料223，多孔陶粒滤料223粒径5～8mm，并分层布设。
继续参见图1，所述圆筒23底部设有顶部开孔的锥形罩233，所述锥形罩233顶部设有水气逸出口的钟罩234，所述圆筒23内设有曝气管235，所述曝气管235的曝气头236曝气。
继续参见图1，所述环绕圆筒区域III与圆筒下方区域IV之间设有第一回泥缝224，所述圆筒内区域II与圆筒下方区域IV之间设有第二回泥缝237。所述第一回泥缝224和第二回泥缝237均采用采用正方形孔，开孔率20％～30％，孔口边长6～10mm。
实施例2
结合上述生态鱼缸详细阐述净化养殖废水生物处理的过程
1.接种污泥及悬浮填料
接种某A2/O污水厂的活性污泥，所述生物接触氧化区接种好氧段污泥，接种后污泥浓度为2000mg MLSS/L；悬浮填料挂膜启动时间15天，氨去除负荷达0.15kg N/(m3·d)。所述形膜生物反应区接种缺氧段污泥，污泥浓度为1200mg MLSS/L，接种后柔性填料和陶粒滤料挂膜为35天，氮氮去除负荷达0.08kg N/(m3·d)
2.参数控制
本实施例中具体实验用水为模拟养殖废水，采用0.75g氯化铵和20g鱼饲料加100L自来水配制，进水CODMn＝11.2mg/L，其NH4 +-N浓度为2.65mg/L，TN＝5.9mg/L，TP＝1.3mg/L，DO浓度为7.2mg/L，控制pH为7.3～7.6。
生物接触氧化区参数控制：反应区水力停留时间HRT控制在7小时，溶解氧浓度范围为2～3.5mg/L，反应区温度为室温10～30℃；气水比为1～3:1。膜生物反应区参数控制：反应区水力停留时间HRT控制在17小时，溶解氧浓度范围为0.0～0.5mg/L，反应区温度为室温10～30℃.
3.运行操作
通过每天按比例模拟间隙投加营养物到养殖缸10中(相当于8L废水的营养物)，经连通管40进入圆筒23，通过调整进气阀控制气水比为(1～3):1；通过水泵51将净化缸20的水循环，经回流管52到表面复氧喷嘴53复氧后回到养殖缸10，形成循环。
4.运行结果
生态鱼缸运行35天启动成功，出水COD浓度为2.0～3.5mg/L，平均除率69.2％，NH4 +-N出水浓度为0.6～0.8mg/L，平均去除率71.3％，TN出水浓度为2.3～2.8mg/L，平均去除率63.2，TP出水浓度0.95～1.10mg/L，平均去除率20.1％。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (7)
1.一种净化养殖废水生物处理装置，其特征在于，包括缸体、设置在缸体内的倒锥形筒、设置在倒锥形筒中央的圆筒以及与倒锥形筒小口端相连的排泥管路，所述缸体被倒锥形筒划分为倒锥形筒内区域和倒锥形筒外区域、所述倒锥形筒内区域被圆筒分割为圆筒内区域、环绕圆筒区域及圆筒下方区域，所述圆筒内区域为生物接触氧化反应区，所述环绕圆筒区域及倒锥形筒外区域为膜生物反应过滤区、所述圆筒下方区域为污泥沉降分离区，所述排泥管路将污泥沉降分离区的污泥导出到缸体外，所述圆筒壁设有连通圆筒内区域及环绕圆筒区域的若干第一通孔，所述倒锥形筒壁设有连通环绕圆筒区域及倒锥形筒外区域的若干第二通孔，所述第二通孔水平映射到圆筒侧壁的位置高于第一通孔；所述圆筒底部设有顶部开孔的锥形罩，所述锥形罩顶部设有水气逸出口的钟罩。
2.根据权利要求1所述净化养殖废水生物处理装置，其特征在于，所述第二通孔两侧设有柔性填料。
3.根据权利要求2所述净化养殖废水生物处理装置，其特征在于，所述圆筒内设有负载硝化菌的悬浮填料，所述倒锥形筒外区域柔性填料之下设有负载反硝化菌的陶粒滤料。
4.根据权利要求1所述净化养殖废水生物处理装置，其特征在于，所述圆筒内设有曝气管，所述曝气管的曝气头进行曝气。
5.根据权利要求1所述净化养殖废水生物处理装置，其特征在于，所述环绕圆筒区域与圆筒下方区域之间设有第一回泥缝，所述圆筒内区域与圆筒下方区域之间设有第二回泥缝。
6.一种循环净化养殖装置，其特征在于，包括养殖缸、与养殖缸隔板的权利要求1-5任一所述净化养殖废水生物处理装置、将养殖缸的水引入所述净化养殖废水生物处理装置的连通管、以及将净化养殖废水生物处理装置的水导回养殖缸的回流***。
7.一种采用权利要求6所述循环净化养殖装置进行净化养殖废水的生物处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）生物接触氧化反应：在富氧环境下，悬浮填料中硝化菌将废水中的氨氧化成硝酸盐进行硝化反应，同时有机碳被生物利用，微生物生长过程中吸收部分磷；
2）膜生物反应过滤：在缺氧环境下，生物膜吸收废水中有机物，进入的硝酸盐在多孔陶粒滤料中反硝化菌作用下进行反硝化反应成氮气释放，从而降解了废水中的氮，另外，多孔陶粒滤料对废水进行了截留过滤；
3）污泥沉降分离：生物接触氧化反应和膜生物反应过滤的污泥经污泥压缩沉降，泥水被间隙排放，而营养物包括氮磷随着污泥的排放而减少；
4）将净化养殖废水生物处理后的水导回养殖缸。
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