CN212222570U - 一种海水养殖废水处理及循环利用*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种海水养殖废水处理及循环利用***，利用生态的理念，通过将植物、微生物、生物质基质与传统的物理(增氧)化学(过滤吸附)法相结合，对围塘海产养殖废水进行多级循环处理，使养殖废水达到了深度净化处理，减少了近海海域的富营养化污染风险。本实用新型解决了传统海产养殖废水处理的技术难题，提出的生态处理方法和水循环理念，并配合智慧控制***，更是降低了成本提高了效能。

Description

一种海水养殖废水处理及循环利用***

技术领域

本实用新型涉及废水处理技术领域，具体涉及一种海水养殖废水处理及循环利用***。

背景技术

海水养殖虽能为养殖户带来可观的收入，但是养殖尾水也会对水环境造成很大影响。近年来,随着社会经济的不断发展，人们对海产品的需求也日益增长，而为了满足急剧增长的供给需求，我国海岸沿线的海产养殖多以增加养殖密度来提高产量，这就致使大量的残饵和粪便排入水体，导致养殖塘水中氮磷的含量急剧增加，造成海水的富营养化。这样不仅恶化了养殖环境，所产生的养殖尾水更会对近岸海域水质、海洋生态环境造成恶劣影响，严重还会引起赤潮的频繁发生。

相对于淡水水产养殖，海水海产养殖多以近海区域围塘养殖或养殖网箱为主，其养殖废水的统一收集处理相对较为困难，过剩的氮磷污染物沉积于近岸海域底层，随着时间的不断积累，底泥中的沉积物内源磷污染逐步增加，上覆水中的氮污染也不断增长。长期的高密度养殖水循环会造成围塘养殖区域毗邻近岸海域的海水污染负荷过重，进一步破环滨海岸带生态***，长此以往造成海洋自净能力下降，严重的海水富营养化甚至会导致赤潮的频发，造成更大的社会危害。

海水养殖废水作为高盐度废水，传统处理方法有物理法、化学法和生物法。在实际工程应用中，人们通常将物理法和化学法相结合来处理海水废水，主要是通过向海水废水中投加药剂，通过药剂的吸附、絮凝、沉淀等作用来去除海水废水中的污染物。

公开号为CN 106186548 A的专利说明书公开了一种海水养殖废水处理***与处理方法，将A/O生物接触氧化工艺与吸附除磷技术相结合应用于海水处理领域。公告号为CN204281505 U的专利说明书公开了一种海水养殖废水的处理***，采用“气浮+SBR”工艺。以上专利技术均基于生物法处理海水养殖废水，而生物法在海水废水处理领域的局限性也比较突出，即需要培养出特定的耐盐菌剂来净化海水废水中的有机物和氮磷污染物。

以上传统处理方法的处理效率相对较低且处理成本投入相对较大，而且最主要的是海水养殖的扩散面积过大，这也对海水养殖废水的处理形成一定的困难。

因此，开发一种全新的近海区域围塘海产养殖废水处理工艺方法及水循环***显得尤为重要和迫切。

实用新型内容

针对本领域存在的不足之处，本实用新型提供了一种海水养殖废水处理及循环利用***，利用生态的理念，通过将植物、微生物、生物质基质与传统的物理(增氧)化学(过滤吸附)法相结合，对围塘海产养殖废水进行多级循环处理，使养殖废水达到了深度净化处理，减少了近海海域的富营养化污染风险。

一种海水养殖废水处理及循环利用***，包括：

养殖废水处理区域，通过进水泵接收所述海水养殖废水；所述养殖废水处理区域内部通过构筑物挡墙划分为若干个相互连通的养殖废水处理单元，所述每个养殖废水处理单元内均设有若干个生物质填料滤坝和耐盐型水生植物生态***；

与增氧曝气设备连接的增氧曝气管网***，包括主管网***和设于所述养殖废水处理区域内、与所述各养殖废水处理单元一一对应的支管网***，所述各支管网***并联入所述主管网***，且均带有气量调节装置；

尾水深度净化区域，接收所述养殖废水处理区域的尾水，出水回用于海水养殖；所述尾水深度净化区域内部通过构筑物挡墙划分为若干个相互连通的生态沟渠拦截区域，所述每个生态沟渠拦截区域内均种植有生态沟渠植物群落。

作为优选，所述相邻养殖废水处理单元通过过水孔连通，所述每个养殖废水处理单元用于进水的过水孔和用于出水的过水孔分别位于相对的两侧，且分别靠近相对的两端；

所述每个过水孔均通过管道使出水端靠近下一个养殖废水处理单元的底部。

上述优选设计的过水孔可保证充足的水力停留时间。

作为优选，所述生物质填料滤坝和耐盐型水生植物生态***间隔设置。

作为优选，所述的生物质填料滤坝由生物质材料基质通过改性加工处理后组成，所述的生物质材料基质为Ca²⁺基团类改性材料，所述的改性加工处理包括碾碎、煅烧、酸碱处理中的至少一种；所述的Ca²⁺基团类改性材料具有良好渗透性和高吸附性，如牡蛎壳等；通过改性处理的生物质材料基质具有良好的渗透性和可观的比表面积，并且Ca²⁺基团类的活性会显著增强，以提高废水中总磷的去除率。

作为优选，所述的耐盐型水生植物生态***的水面面积占比率为8％～15％，以保证废水处理过程中充分发挥填料基质、水生植物、微生物的协同作用。

作为优选，所述的耐盐型水生植物生态***包括耐盐型水生植物种植区和固化微生物制剂缓释区，所述的耐盐型水生植物种植区装填有种植基质并种植有耐盐型水生植物，所述的固化微生物制剂缓释区设置于所述耐盐型水生植物根系位置并装填有固化缓释微生物制剂。所述的耐盐型水生植物为挺水植物，可以是海蓬子等。

生物质填料滤坝经过改性后，其比表面积增加，有利于微生物挂膜，且由于其改性后的多微空结构使其具有良好的渗透性，其每个微孔有限元中的微环境存有一定的溶解氧，而耐盐型水生植物生态***中耐盐型水生植物的生长会不断的将水中的氮磷作为营养物质进行利用去除，同时其根系所设置的固化缓释微生物制剂可以长期持续的调节水中的微生物菌群结构，通过智慧控制曝气增氧不断优化水处理条件。

作为优选，所述支管网***的各曝气支管相隔一定距离设置，单根曝气支管上相隔一定距离设置防堵塞曝气头。

作为优选，所述尾水深度净化区域内部通过构筑物挡墙将所述各生态沟渠拦截区域之间的水道改造为折流通道，以延长水力停留时间。

所述折流通道采用弧线型设计，以减少死水区并降低水流阻力保持水流畅通。

作为优选，所述生态沟渠植物群落包括植物种植栽培底质以及种植在所述植物种植栽培底质上的耐盐型沉水植物，有利于对尾水做进一步深度净化处理。

作为优选，所述尾水深度净化区域内设有若干回流泵，所述每个回流泵的出口连接若干个分别与所述不同养殖废水处理单元连通的回流口；

所述尾水深度净化区域的出水端设有调节泵，所述调节泵出口连接两路管道，一路与所述养殖废水处理区域的进水端通过连通口连通，另一路出水回用于海水养殖。

尾水深度净化区域中主要体现为生态沟渠的原理，通过每级植物群落不仅对上覆水中的氮磷进行净化，通过沉水植物还能进一步增强底质中的氮磷的去除，防止过剩的氮磷存于底质中，从而避免水流扰动造成底质中的氮磷释放到上覆水中形成水质恶化。尾水深度净化区域可以增强这个***和工艺的稳定性，保持稳定优良的净化处理效果。

此外，由于磷无法像氮一样通过各种反应形成氮气溢出，所以生物质填料滤坝、耐盐型水生植物生态***、生态沟渠植物群落形成完整的生态***，通过物理、化学、生物的有机组合实现全方位作用效果。

本实用新型通过多级回流的设置进一步提升氮磷的去除效果。

作为优选，所述的海水养殖废水处理及循环利用***，还包括若干流量计和水质监测传感器探头，所述流量计分别设于所述养殖废水处理区域的进水端、所述尾水深度净化区域的出水端、所述连通口及所述各回流口，所述水质监测传感器探头分别设于所述养殖废水处理区域的进水端和各养殖废水处理单元内，以及所述尾水深度净化区域的出水端。

作为优选，所述的海水养殖废水处理及循环利用***，还包括控制***，根据所述各流量计、水质监测传感器探头的监测数据控制增氧曝气设备、气量调节装置、进水泵、回流泵和调节泵。

本实用新型引入智慧控制***，对本实用新型中所涉及的电气设备进行自反馈控制，以达到工艺的不断优化提升。所述的控制***可以是嵌入智慧控制***软件的基于PRC电控原理的模块化设备，通过智慧控制***并根据水质水量监测数据，可对整个工艺流程进行自反馈实时控制并优化运行。

所述的海水养殖废水处理及循环利用***的海水养殖废水处理及循环利用工艺包括：海水养殖废水依次经过养殖废水处理区域、尾水深度净化区域后，根据出水实际情况控制其回流再次进入养殖废水处理区域或回用于海水养殖。

作为优选，通过控制各回流口的回流量以及各气量调节装置，使对应的养殖废水处理单元交替出现厌氧、好氧、兼氧环境。

本实用新型与现有技术相比，主要优点包括：

本实用新型提出一套全新的适用于近海区域的围塘海产养殖废水处理及循环利用***和工艺，实现了海产养殖废水的高效深度净化处理，通过整体***的循环架构解决了海产养殖废水的难处理问题，同时引入智慧控制***，在不同功能区域通过反馈得到水量水质数据信号来控制各电气设备，首先通过控制进水泵、进水闸门、增氧曝气设备、水质水量监测设备等电气设备，来调节各个处理区域中的微环境条件，使海产养殖废水得到有效净化，且循环结构***的引入更使污水处理稳定达标得到有力保障。在养殖废水处理区域对通过水质监测传感器(溶解氧传感器)对水中溶解氧测定数据的反馈，控制增氧曝气设备及其支管网***与主管网***相连的气量调节阀，同时控制多级回流口的回流泵和闸门，确保合理的回流量和回流级，以保证养殖废水处理区域的多个单元根据要求交替出现厌氧、好氧、兼氧的环境，交替进行硝化和反硝化作用以去除污水中的总氮，同时充分发挥耐盐性水生植物生态***和其水下固化缓释微生物的作用，并提高生物质填料滤坝挂膜微生物的活性，提高污水中磷的吸收去除，防止长期围塘养殖使磷沉积于底泥中形成持续性内源污染；在尾水深度净化区域通过液位计和水质监测传感器反馈的水量、水质数据信号，控制出水口的出水闸门、调节泵、连通口的过水闸门，根据水质情况来判断是否出水排海或继续用循环回流再处理。

本实用新型解决了传统海产养殖废水处理的技术难题，提出的生态处理方法和水循环理念，并配合智慧控制***，更是降低了成本提高了效能。

附图说明

图1为实施例的海水养殖废水处理及循环利用***的俯视结构示意图；

图2为实施例的海水养殖废水处理及循环利用***的纵向剖面结构示意图；

图中：1-进水口；2-构筑物挡墙；3-养殖废水处理区域；4-尾水深度净化区域；5-出水口；6-连通口；7-控制中心房；8-水质水量在线监测设备；9-增氧曝气设备；10-智慧控制***；11-过水孔；12-生物质填料滤坝；13-耐盐型水生植物生态***；14-增氧曝气管网***；15-气量调节阀；16-过水渠；17-生态沟渠植物群落；18-多级回流口。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。下列实施例中未注明具体条件的操作方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。

本实施例的海水养殖废水处理及循环利用***如图1、2所示，包括进水口1、构筑物挡墙2、养殖废水处理区域3、尾水深度净化区域4、出水口5、连通口6、控制中心房7、水质水量在线监测设备8、增氧曝气设备9、智慧控制***10、过水孔11、生物质填料滤坝12、耐盐型水生植物生态***13、增氧曝气管网***14、气量调节阀15、过水渠16、生态沟渠植物群落17、多级回流口18。

其中，所述的控制中心房7中安装有水质水量在线监测设备8、增氧曝气设备9、智慧控制***10。水质水量在线监测设备8连接有各个流量计及各个水质监测传感器探头，各流量计分别位于进水口1、出水口5、连通口6、多级回流口18，各个水质监测传感器探头分别位于养殖废水处理区域3各级处理单元和尾水深度净化区域4末端，具体监测水质指标可根据实际需求自行定义。进水泵位于进水口1外侧海产养殖区域末端，液位计位于养殖废水处理区域3，均连接至智慧控制***10。调节泵位于尾水深度净化区域4末端并连接两道管路，一路通向出水口5外侧，一路通过连通口6通向养殖废水处理区域3前端。回流泵位于尾水深度净化区域4中端并连接三道管路，分别通过不同的多级回流口18通向养殖废水处理区域3的不同级的养殖废水处理单元。水质水量在线监测设备8、增氧曝气设备9均与智慧控制***10相连接，通过水质水量数据信号智慧控制***10对进水泵、调节泵、回流泵、增氧曝气设备9进行控制，根据实际需要还可使智慧控制***10控制水质水量在线监测设备8，以确定监测频率等技术参数问题，以不断优化智慧控制***10的自反馈控制能力。

其中，所述的养殖废水处理区域3中设置与增氧曝气设备9连接的增氧曝气管网***14，各支管网***通过气量调节阀15与主管网***相连接，根据设置于养殖废水处理区域3中的水质监测传感器探头所得水质数据可通过智慧控制***10对气量调节阀15进行自反馈控制，以保证养殖废水处理区域3中交替出现厌氧、好氧、兼氧的环境，同时根据实时监测的各区域的水量水质数据精准控制多级回流口18的回流泵和单向回流式过水闸门，确保适量的多级回流水量，不断优化硝化作用和反硝化作用的反应环境条件，以增强***的总氮去除能力。

其中，所述的养殖废水处理区域3包括多级养殖废水处理单元，相邻单元间通过过水孔11互相连通，且每个养殖废水处理单元的进出过水孔平面均成对角线位置设置，如图2所示，每个过水孔均通过管道通往流向单元近底部。每个养殖废水处理单元均设置有生物质填料滤坝12和耐盐型水生植物生态***13，生物质填料滤坝12材质选择具有良好渗透性和高吸附性Ca²⁺基团改性填料，耐盐型水生植物生态***13中种植海篷子类等耐盐型近海水域水生植物，根系容器中装填有固化缓释微生物制剂。

其中，所述的养殖废水处理区域3末端通过过水渠16与尾水深度净化区域4相连通，并设置构筑物挡墙2以形成折流通道，尾水深度净化区域4中的生态沟渠拦截区域中种植有生态沟渠植物群落17，其种植密度可根据实际工程需要进行配置。

当养殖废水处理区域3液位过低水量较少时，智慧控制***开启进水泵进水口以保证持续均匀进水；当尾水深度净化区域4末端水质无法达到《海水水质标准(GB3097-1997)》时，智慧控制***开启调节泵连通口管路，将末端尾水打回养殖废水处理区域3进行再循环处理，当满足《海水水质标准(GB3097-1997)》时，智慧控制***开启调节泵出水口管路，将末端尾水排放至外部近海海域环境；当养殖废水处理区域和尾水深度净化区域的溶解氧、氨氮、硝态氮、亚硝态氮等水质指标失去动态平衡时，智慧控制***开启回流泵多级回流口，以保证各区域单元的反应微环境，使各区域各水质指标达到最优，以提高废水中总氮的去除率，具体回流量和回流级的控制应根据实际情况而定。

上述海水养殖废水处理及循环利用***的工艺方法流程如下，

选取近岸海域滩涂地区建设该***，***进水口1和出水口5均毗邻近海海域，需充分考虑建设地点的潮汐情况以确定******挡墙的高度。

进水口1处设置闸门，养殖废水处理区域3前端设置的液位计、流量计及水质监测传感器探头将实时获取的数据传输至智慧控制***10，通过智慧反馈实时控制进水泵和进水口闸门，保证养殖废水均匀持续进入多级废水处理区域单元，且经过多级废水处理区域单元间相连通的过水孔11逐级流动，过水孔11可参考污水处理厂设计，位于挡墙上端开口且均通过管道通向废水处理单元近底部位置，以保证每级废水处理单元均有充足的水力停留时间。

每级废水处理单元均相隔一定距离设置垂直的具有适宜渗透性和高吸附性的生物质填料滤坝12，生物质滤坝间水域设置耐盐型水生植物生态***13，***种植海篷子等耐盐性水生植物，且水面下根系位置设置固化微生物缓释装置并装填有固化缓释微生物制剂，通过填料基质、植物和微生物的协同作用吸收废水中的氮磷。每个废水处理单元均布设增氧曝气支管网***，且各支管网***均通过总管网统一接入岸边的增氧曝气设备9，且每个支管网***与总管网相连处设置气量调节阀15，根据获得的水质水量监测数据通过智慧控制***10对增氧曝气设备9和气量调节阀15进行实时反馈控制，以保证交替出现厌氧、好氧、兼氧的环境，以去除废水中的总氮。

经过养殖废水处理区域3处理后的尾水通过养殖废水处理区域3与尾水深度净化区域4相连通的过水渠16进入尾水深度净化区域4，此过水渠16为位于挡墙上部的水槽式明渠，以保证尾水均匀流入尾水深度净化区域4中的生态沟渠植物群落17，该区域内设置折流式通道以延长生态沟渠中废水的水力停留时间，该区域的河道栽培底质上种植耐盐型沉水植物，对尾水进一步深度净化。

尾水深度净化区域4内设置多级回流口18，与养殖废水处理区域3的不同级养殖废水处理单元相连通，并配有过水闸门、回流泵和流量计。根据实时监测的水量水质数据控制回流量，使各区域的溶解氧、氨氮、硝态氮、亚硝态氮等水质指标达到动态平衡，以提高废水中总氮的去除率。

尾水深度净化区域4末端与养殖废水处理区域3进水区相连但通过过水闸门阻隔开来，尾水深度净化区域4设置出水口5且设有出水闸门，出水口末端设置调节泵、液位计、流量计和水质监测传感器探头，通过数据结果控制过调节泵和出水闸门、过水闸门，水质达到《海水水质标准(GB3097-1997)》时可排入外部近海区域，不达标则通过过水闸门回流至养殖废水处理区域进行再循环处理。

实际案例现场中试工程位于浙江省近海域某处围塘养殖基地，养殖海产主要为蛏子、青蟹、对虾等，养殖方式为综合立体式养殖。整个***的水力停留时间为36h，污泥龄为90天(d)，海产养殖区域末端的原水水质情况如下表1所示。

表1海产养殖废水水质

海产养殖废水中的碳氮比(C/N比值)通常相对较低，但含盐量相对较高，其中蛋白质及脂肪类等有机物含量较多，具有一定的可生化性。现场中试工程中通过立体式高密度养殖和饵料投加可增加废水中COD_Cr的含量，而耐盐菌剂的培养驯化则提高了废水生化处理的可行性，水力停留时间分别取18h、24h、30h、36h、42h、48h。通过不断监测发现当水力停留时间为36h时，调节泵对尾水的循环回用率最低仅为10％左右，回流泵的不同级别回流均小于10％且根据实时监测到的水质指标数据采用间歇性开启模式，且最终出水拥有最佳的稳定达标率，过短和过长的水力停留时间都会影响废水处理效果并增加***运行能耗。

通过一个季度的连续试验监测，水温为20℃时，经过多级循环处理后，其处理出水趋于稳定，COD_Cr的平均去除率为97％，出水平均值为10.86mg/L；COD_Mn的平均去除率为97％，出水平均值为2.19mg/L；NH₄ ⁺-N的平均去除率为98％，出水平均值为0.2mg/L，根据非离子氨换算方法得出非离子氨浓度为6.7×10^-3mg/L；NO₃ ^--N和NO₂ ^--N的出水浓度持续降低；总氮(TN)的平均去除率为58％，出水平均值为18.45mg/L；根据无机氮计算方法得出无机氮浓度为0.03mg/L；总磷(TP)的平均去除率为98％，出水平均值为0.1mg/L，其中活性磷酸盐浓度为0.02mg/L；温度、含盐量和pH值变化波动不明显。其中TN的出水浓度有持续下降趋势。

根据《海水水质标准(GB3097-1997)》中指标评价，以COD_Mn、非离子氨、无机氮、活性磷酸盐等作为主要考核指标，处理后水质均满足相应标准，达到二类海水水质标准且持续优良，且部分指标优于一类标准。

此外应理解，在阅读了本实用新型的上述描述内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (8)

1.一种海水养殖废水处理及循环利用***，其特征在于，包括：

养殖废水处理区域，通过进水泵接收所述海水养殖废水；所述养殖废水处理区域内部通过构筑物挡墙划分为若干个相互连通的养殖废水处理单元，所述每个养殖废水处理单元内均设有若干个生物质填料滤坝和耐盐型水生植物生态***；

与增氧曝气设备连接的增氧曝气管网***，包括主管网***和设于所述养殖废水处理区域内、与各所述养殖废水处理单元一一对应的支管网***，各所述支管网***并联入所述主管网***，且均带有气量调节装置；

尾水深度净化区域，接收所述养殖废水处理区域的尾水，出水回用于海水养殖；所述尾水深度净化区域内部通过构筑物挡墙划分为若干个相互连通的生态沟渠拦截区域，所述每个生态沟渠拦截区域内均种植有生态沟渠植物群落。

2.根据权利要求1所述的海水养殖废水处理及循环利用***，其特征在于，所述相邻养殖废水处理单元通过过水孔连通，所述每个养殖废水处理单元用于进水的过水孔和用于出水的过水孔分别位于相对的两侧，且分别靠近相对的两端；

所述每个过水孔均通过管道使出水端靠近下一个养殖废水处理单元的底部。

3.根据权利要求1所述的海水养殖废水处理及循环利用***，其特征在于，所述生物质填料滤坝和耐盐型水生植物生态***间隔设置；

所述的生物质填料滤坝由生物质材料基质通过改性加工处理后组成，所述的生物质材料基质为Ca²⁺基团类改性材料，所述的改性加工处理包括碾碎、煅烧、酸碱处理中的至少一种；

所述的耐盐型水生植物生态***的水面面积占比率为8％～15％；

所述的耐盐型水生植物生态***包括耐盐型水生植物种植区和固化微生物制剂缓释区，所述的耐盐型水生植物种植区装填有种植基质并种植有耐盐型水生植物，所述的固化微生物制剂缓释区设置于所述耐盐型水生植物根系位置并装填有固化缓释微生物制剂。

4.根据权利要求1所述的海水养殖废水处理及循环利用***，其特征在于，所述支管网***的各曝气支管相隔一定距离设置，单根曝气支管上相隔一定距离设置防堵塞曝气头。

5.根据权利要求1所述的海水养殖废水处理及循环利用***，其特征在于，所述尾水深度净化区域内部通过构筑物挡墙将各所述生态沟渠拦截区域之间的水道改造为折流通道；

所述折流通道采用弧线型设计；

所述生态沟渠植物群落包括植物种植栽培底质以及种植在所述植物种植栽培底质上的耐盐型沉水植物。

6.根据权利要求1～5任一权利要求所述的海水养殖废水处理及循环利用***，其特征在于，所述尾水深度净化区域内设有若干回流泵，所述每个回流泵的出口连接若干个分别与不同养殖废水处理单元连通的回流口；

所述尾水深度净化区域的出水端设有调节泵，所述调节泵出口连接两路管道，一路与所述养殖废水处理区域的进水端通过连通口连通，另一路出水回用于海水养殖。

7.根据权利要求6所述的海水养殖废水处理及循环利用***，其特征在于，还包括若干流量计和水质监测传感器探头，所述流量计分别设于所述养殖废水处理区域的进水端、所述尾水深度净化区域的出水端、所述连通口及各所述回流口，所述水质监测传感器探头分别设于所述养殖废水处理区域的进水端和各养殖废水处理单元内，以及所述尾水深度净化区域的出水端。

8.根据权利要求7所述的海水养殖废水处理及循环利用***，其特征在于，还包括控制***，根据各所述流量计、水质监测传感器探头的监测数据控制增氧曝气设备、气量调节装置、进水泵、回流泵和调节泵。

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