CN115893767A - 一种同步去除水中氮磷的循环水养殖*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及水产养殖***技术领域，且提出了一种同步去除水中氮磷的循环水养殖***，解决了现有技术中无法同时去除养殖水中氮、磷的问题，一种同步去除水中氮磷的循环水养殖***，包括依次通过管路连接的养殖池、滚筒微滤机、蓄水池，循环水养殖***设有三条同时进行循环的水路***，分别是硝化消毒***、除磷***、反硝化***，本发明将带有残饵和粪便的养殖水经过滚筒微滤机过滤、硝化反应、反硝化反应、结晶除磷和消毒，实现养殖水高效循环利用，并设计了适用于循环水养殖***的结晶反应器，本发明的循环水养殖***具有结构简单、能高效去除养殖水中氮磷的优点。
Description
技术领域
本发明涉及水产养殖***技术领域，特别是指一种同步去除水中氮磷的循环水养殖***。
背景技术
陆基循环水养殖***是一种具有发展前景的新型养殖模式，利用合理的水处理方法对养殖水进行处理，处理后的水循环利用，在高养殖密度下，减少养殖尾水排放量，有效减少暴露于海洋环境对养殖生物造成的不确定性。
但是在循环水养殖***实际运行过程中，由于设计上的缺陷，导致一系列问题：
1）残饵粪便等固体废弃物未能及时处理，使养殖水氮、磷浓度升高；
2）为维持养殖水中氨氮和亚硝酸氮的浓度处于较低水平，生物滤池持续进行硝化反应，使养殖水中硝酸氮的浓度不断升高；
3）养殖***缺少有效的除磷装置，使养殖水中活性磷的浓度不断升高，含磷养殖尾水排放对环境造成较大威胁；
4）养殖水体pH值逐渐下降，缺少酸碱调节装置；
5）设备造价高、能耗高、技术要求高。
因此，如何解决养殖水水质营养化，低能耗条件下处理养殖水体，实现绿色排放，是本领域亟待解决的问题。目前尽管有一些措施养殖***中可以去除水中氮的方法，如中国发明专利申请号为2018203171513，专利名称一种基于厌氧反硝化的低碳零排放工厂化循环水养殖***，该专利确实公开了除氮的方式，但是除氮效果未知，同时对于水中磷的处理措施并未提及。
发明内容
本发明提出一种同步去除水中氮磷的循环水养殖***，解决了现有技术中无法同时去除养殖水中氮、磷的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：一种同步去除水中氮磷的循环水养殖***，包括依次通过管路连接的养殖池、滚筒微滤机、蓄水池，
循环水养殖***设有三条同时进行循环的水路***，分别是硝化消毒***、除磷***、反硝化***，
所述硝化消毒***包括硝化单元、以及连接在所述硝化单元出水口的消毒单元，所述硝化消毒***入水口连通所述蓄水池，出水口连通所述养殖池；
所述反硝化***入水口连通所述蓄水池，出水口连通所述硝化单元的入水口；
所述除磷***包括结晶反应器、沉淀剂添加器和pH调节器，所述结晶反应器上设有两个进料口，分别与所述沉淀剂添加器、pH调节器连通，所述结晶反应器的进水口与所述蓄水池连通，其出水口连通所述养殖池。
优选的，所述结晶反应器的底部为圆柱状反应区，顶部为倒锥状沉降区，所述圆柱状反应区内部设有上下均开口的圆柱套管，所述圆柱套管底部设有十字支架，所述十字支架固定在所述圆柱状反应区的圆周内壁上，所述倒锥状沉降区中心设有倒置的漏斗，所述漏斗的口部置于所述圆柱套管的上方，管部伸出所述结晶反应器外部；
所述结晶反应器的出水口设置在所述倒锥状沉降区的顶端，进水口设置在所述圆柱状反应区的底部，且位于所述十字支架的下方，两个所述进料口设置在所述圆柱状反应区中部。
优选的，所述圆柱套管底部还设有曝气装置，所述曝气装置位于所述十字支架的上方，将所述圆柱套管内的水向上推动。
优选的，所述pH调节器包括pH控制仪、碱液蠕动泵和碱液储存罐，pH控制仪的电极监测探头设置于所述圆柱状反应区与倒锥状沉降区连接处，碱液蠕动泵的一端与所述碱液储存罐相连，另一端与所述进料口相连。
优选的，所述碱液储存罐中液体包括氢氧化钠溶液、碳酸钠溶液、碳酸氢钠溶液中的一种或几种。
优选的，所述反硝化***包括厌氧折流反应器，所述厌氧折流反应器由8个反应仓组成，反应仓均采用底部进水、顶部出水方式。
优选的，所述反硝化***中水力停留时间为8~24h。
优选的，所述除磷***中水力停留时间为3~24h。
优选的，所述养殖池的底面呈漏斗状，池壁呈圆柱状，其出水口设置在所述养殖池底面中心处，出水口上设有浮力控制开关，所述养殖池底部铺设有曝气石，所述曝气石上方连接有空气泵。
本发明的有益效果：
1）本发明通过结晶反应器、沉淀剂添加器和pH调节器去除养殖水中的磷，相较于传统的生物处理技术，采用简单的结晶沉淀技术，降低了养殖尾水中磷的含量，从源头上治理工厂化养殖面源污染，同时去除过程产生的回收产物，如含磷沉淀物可作为肥料和工业原料使用。
2）除磷设备中的结晶反应器采用上部倒锥状、下部直管状，进水设置在底部，养殖水在底部曝气装置的作用下上浮，沉淀剂和碱液下行，使得二者在反应区对流循环，圆柱套管内水流向上，圆柱套管外水流向下，漏斗将气泡和沉降区分隔，沉降区水流流速降低，含磷沉淀物在重力作用下沉降，最终汇入反应区底部的收集器中，而且反应完全。
3）反硝化***中，厌氧折流反应器中，反硝化微生物生长过程中会吸收养殖水中的氮，将硝态氮和亚硝态氮转化为氮气，氮以气体形态从养殖***中分离，厌氧折流反应器处理后的养殖水流入硝化单元，形成封闭循环***，本发明通过硝化单元和反硝化单元联用，添加固体碳源，强化反硝化作用，去氮效果好。
4）本发明磷的去除过程受温度影响较小，可适应宽域养殖水温范围内正常工作，同时，可实现自动化运行，且运行成本较低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为循环水养殖***的结构示意图；
图2为循环水养殖***的流程图；
图3为结晶反应器的结构示意图；
图4为结晶反应器的组件示意图；
图5为循环水养殖***养殖池运行参数图；
图6为厌氧折流反应器和结晶反应器运行参数图。
图中：1-养殖池，2-滚筒微滤机，3-蓄水池，4-一级生物处理池，5-二级生物处理池，6-消毒池，7-厌氧折流反应器，8-结晶反应器，9-蛋白分离器，10-臭氧发生器，11-气泵，12-沉淀剂储存罐，13-沉淀剂蠕动泵，14-碱液储存罐，15-碱液蠕动泵，16-pH控制仪，17-电极监测探头，18-曝气石，19-进水口，20-圆柱套管，21-十字支架，22-漏斗，23-进料口，24-出水口；25-盖板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-图4所示，一种同步去除水中氮磷的循环水养殖***，包括依次通过管路连接的养殖池1、滚筒微滤机2、蓄水池3，
循环水养殖***设有三条同时进行循环的水路***，分别是硝化消毒***、除磷***、反硝化***，
所述硝化消毒***包括硝化单元、以及连接在所述硝化单元出水口的消毒单元，所述硝化消毒***入水口连通所述蓄水池3，出水口连通所述养殖池1；
所述反硝化***入水口连通所述蓄水池3，出水口连通所述硝化单元的入水口；
所述除磷***包括结晶反应器8、沉淀剂添加器和pH调节器，所述结晶反应器8上设有两个进料口23，分别与所述沉淀剂添加器、pH调节器连通，所述结晶反应器8的进水口19与所述蓄水池3连通，其出水口24连通所述养殖池1。
所述结晶反应器8的底部为圆柱状反应区，顶部为倒锥状沉降区，所述圆柱状反应区内部设有上下均开口的圆柱套管20，所述圆柱套管底部设有十字支架21，所述十字支架21固定在所述圆柱状反应区的圆周内壁上，所述倒锥状沉降区中心设有倒置的漏斗22，所述漏斗22的口部置于所述圆柱套管20的上方，管部伸出所述结晶反应器8外部；
所述结晶反应器8的出水口24设置在所述倒锥状沉降区的顶端，进水口19设置在所述圆柱状反应区的底部，且位于所述十字支架21的下方，两个所述进料口23设置在所述圆柱状反应区中部。
结晶反应器8的顶部设有盖板25，用于将整个反应器进行封住。十字支架21由两根相互交叉呈十字状的圆管焊接而成。
所述圆柱套管20底部还设有曝气装置。该曝气装置为曝气石18、以及气泵11。所述曝气装置位于所述十字支架21的上方，将所述圆柱套管20内的水向上推动，而圆柱套管20外的水随水流方向向下流动。
所述pH调节器包括pH控制仪16、碱液蠕动泵15和碱液储存罐14，pH控制仪16的电极监测探头17设置于所述圆柱状反应区与倒锥状沉降区连接处，碱液蠕动泵15的一端与所述碱液储存罐14相连，另一端与所述进料口23相连。
所述碱液储存罐14中液体包括氢氧化钠溶液、碳酸钠溶液、碳酸氢钠溶液中的一种或几种。
所述反硝化***包括厌氧折流反应器7，所述厌氧折流反应器7由8个反应仓组成，反应仓均采用底部进水、顶部出水方式。
所述反硝化***中水力停留时间为8~24h。
所述除磷***中水力停留时间为3~24h。
所述养殖池1的底面呈漏斗状，池壁呈圆柱状，其出水口设置在所述养殖池1底面中心处，出水口上设有浮力控制开关，所述养殖池1底部铺设有曝气石18，所述曝气石18上方连接有空气泵。养殖产生的残饵、粪便在水流的作用下向出水口聚集，养殖池1底部中心和池壁顶端的出水口与滚筒微滤机2的进水口相连，底部出水口设有浮力控制开关，养殖池1内水位过低时，开关闭合。
滚筒微滤机2采用滚筒式滤网，用于截留养殖尾水中固体物，滚筒内配有带浮球开关的反冲洗装置，反冲洗水经排污管排出，过滤后的养殖水排入蓄水池。蓄水池3底部配有潜水式水泵，由控制器控制，将蓄水池3中养殖尾水泵入硝化单元、反硝化***和除磷***。
硝化单元包括一级生物处理池4和二级生物处理池5，两个反应池均采用一侧底部进水、一侧顶部出水方式，一级生物处理池4为移动床生物膜反应器，池中心配有双螺旋桨搅拌器。浮动填料呈圆柱状，中心有网状结构，材料表面有褶皱状凸起，有效比表面积高于500m2/m3，填料填充体积率为40%~60%。二级生物处理池5为生物膜反应器，填料为聚丙烯绳型填料，比表面积高于300m2/m，垂直间隔安装，池底配有曝气装置。
消毒单元包括消毒池6、蛋白分离器9、臭氧发生器10，消毒单元采用臭氧-紫外线联用方式，消毒池6采用一侧底部进水，一侧顶部出水方式，潜水式紫外灭菌灯布置于池底，蛋白分离器9配有吸气水泵，蛋白分离器9进水口与二级生物处理池5出水口相连，出水口与消毒池6进水口相连，臭氧发生器10间歇式运行，配有导气管，导气管另一端与吸气水泵相连，经消毒后的养殖循环水经管道返回至养殖池1。
反硝化***中的厌氧折流反应器7，反应仓底部设有斜插隔板，进一步使养殖水中的固体物沉降，反应仓底部填充秸秆、玉米芯、可降解塑料等填料，经处理后的养殖循环水经管道流入硝化单元前端。
沉淀剂添加器包括沉淀剂蠕动泵13和沉淀剂储存罐12，沉淀剂蠕动泵13的泵管一端与沉淀剂储存罐12相连，另一端与结晶反应器8反应区相连，沉淀剂储存罐12中沉淀溶液有效成分包括且不限于铁离子、镁离子、钙离子、铝离子。
除磷***的具体步骤：为了去除养殖水中的磷含量，养殖水通过变频潜水泵将蓄水池3中的养殖水由进水口19泵入结晶反应器8中，变频潜水泵定时开启，水力停留时间为3~24h，养殖水在气泡上浮的作用下，在反应区对流循环，圆柱套管20内水流向上，圆柱套管20外水流向下，圆柱套管20放置于十字支架21上。以镁离子沉淀剂为例，沉淀剂蠕动泵13将沉淀剂储存罐12内溶液由进料口23泵入结晶反应器8中，控制反应器中养殖水的Mg/P摩尔比为5~50（淡水养殖）、200~1000（海水养殖），为结晶沉淀过程提供反应物质。pH控制仪16的预设反应pH为8.5~9.5，电极检测探头17监测由反应区进入沉降区的养殖水pH值，随着沉淀反应进行，反应区内pH值逐渐降低，当pH值低于预设区间时，pH控制仪16控制碱液蠕动泵15启动，将碱液储存罐14内溶液由进料口23泵入结晶反应器8中，调整反应区内pH值，当pH值高于预设区间时，pH控制仪16控制碱液蠕动泵15停止运行。反应产生的沉淀部分进入沉降区后，漏斗套管22将气泡和沉降区分隔，沉降区水流流速降低，含磷沉淀在重力作用下沉降，最终汇入反应区底部的收集器中，结晶反应器8处理后的养殖水从出水口24流入养殖池1中，形成封闭循环***。
本***中三条水路持续循环，从而达到去除养殖水中的氮、磷。图5列举了循环水养殖***运行过程中养殖池的氮、磷等相关数据，图6列举了厌氧折流反应器和结晶反应器运行参数图。从两个图上可以看出，本***的除氮、磷效果良好。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种同步去除水中氮磷的循环水养殖***，包括依次通过管路连接的养殖池、滚筒微滤机、蓄水池，其特征在于：
循环水养殖***设有三条同时进行循环的水路***，分别是硝化消毒***、除磷***、反硝化***，
所述硝化消毒***由包括硝化单元、以及连接在所述硝化单元出水口的消毒单元，所述硝化消毒***入水口连通所述蓄水池，出水口连通所述养殖池；
所述反硝化***入水口连通所述蓄水池，出水口连通所述硝化单元的入水口；
所述除磷***包括结晶反应器、沉淀剂添加器和pH调节器，所述结晶反应器上设有两个进料口，分别与所述沉淀剂添加器、pH调节器连通，所述结晶反应器的进水口与所述蓄水池连通，其出水口连通所述养殖池。
2.如权利要求1所述的一种同步去除水中氮磷的循环水养殖***，其特征在于：
所述结晶反应器的底部为圆柱状反应区，顶部为倒锥状沉降区，所述圆柱状反应区内部设有上下均开口的圆柱套管，所述圆柱套管底部设有十字支架，所述十字支架固定在所述圆柱状反应区的圆周内壁上，所述倒锥状沉降区中心设有倒置的漏斗，所述漏斗的口部置于所述圆柱套管的上方，管部伸出所述结晶反应器外部；
所述结晶反应器的出水口设置在所述倒锥状沉降区的顶端，进水口设置在所述圆柱状反应区的底部，且位于所述十字支架的下方，两个所述进料口设置在所述圆柱状反应区中部。
3.如权利要求2所述的一种同步去除水中氮磷的循环水养殖***，其特征在于：
所述圆柱套管底部还设有曝气装置，所述曝气装置位于所述十字支架的上方，将所述圆柱套管内的水向上推动。
4.如权利要求1所述的一种同步去除水中氮磷的循环水养殖***，其特征在于：
所述pH调节器包括pH控制仪、碱液蠕动泵和碱液储存罐，pH控制仪的电极监测探头设置于所述圆柱状反应区与倒锥状沉降区连接处，碱液蠕动泵的一端与所述碱液储存罐相连，另一端与所述进料口相连。
5.如权利要求4所述的一种同步去除水中氮磷的循环水养殖***，其特征在于：
所述碱液储存罐中液体包括氢氧化钠溶液、碳酸钠溶液、碳酸氢钠溶液中的一种或几种。
6.如权利要求1所述的一种同步去除水中氮磷的循环水养殖***，其特征在于：
所述反硝化***包括厌氧折流反应器，所述厌氧折流反应器由8个反应仓组成，反应仓均采用底部进水、顶部出水方式。
7.如权利要求1所述的一种同步去除水中氮磷的循环水养殖***，其特征在于：
所述反硝化***中水力停留时间为8~24h。
8.如权利要求1所述的一种同步去除水中氮磷的循环水养殖***，其特征在于：
所述除磷***中水力停留时间为3~24h。
9.如权利要求1所述的一种同步去除水中氮磷的循环水养殖***，其特征在于：
所述养殖池的底面呈漏斗状，池壁呈圆柱状，其出水口有两处，分别设置在所述养殖池底面中心、池壁顶端，所述养殖池底部铺设有曝气石，所述曝气石上方连接有空气泵。
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