CN101407360A - 应用人工湿地处理循环海水养殖中废水的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的应用人工湿地处理循环海水养殖中废水的方法，先经微滤机过滤，然后将微滤机出水引入人工湿地进行处理；该人工湿地为水平潜流填料床形式，分割成前后设置的表面积比为1～2∶4～3的厌氧区和好氧区两部分，厌氧区填料上无植物，好氧区填料上种植耐盐植物；微滤机出水依次流经厌氧区和好氧区后排出，厌氧区进水中还包含有好氧区的出水。本发明提供了一种可处理海水的、反硝化能力和脱氮、除磷能力的人工湿地，使污水流经人工湿地过程中利用多种途径完成对悬浮物质、有机物、氮、磷等的处理，使出水水质达到中国渔业水质标准要求，从而实现出水的循环利用。与现有技术相比，本发明具有处理效果好、成本低、环保无污染的优点。

Description

应用人工湿地处理循环海水养殖中废水的方法

技术领域

本发明涉及的是一种应用人工湿地处理循环海水养殖中废水的方法，属于以生物手段的环保技术和水产养殖技术领域。

背景技术

传统浅海养殖、海洋滩涂养殖等海水养殖方式因富营养化问题而对海洋环境的污染日益严重，同时养殖环境内的其他污染对海水养殖业进一步发展的制约作用也在逐渐显现。循环海水养殖是一种将养殖用海水循环利用的技术，因其既能满足集约化生产需求又不至于污染环境而被寄予厚望，并具有节约占地面积和用水量、养殖周期短、产量及产品价格高等优点。而循环海水养殖中的海水循环所需要的废水处理技术就是该种养殖方式的核心技术之一。由于海水盐度效应，以及养殖废水中污染物结构与常见陆源污水的差异，当前针对海水养殖废水处理的专有技术较少。现有的处理方法考虑到其中污染物的多样性，普遍采用物理方法和生物方法相结合的工艺，常规方法如：过滤去除悬浮大颗粒物质→泡沫分离去除胶体和悬浮小颗粒物质→生物滤器等生化处理去除溶解态有机物和营养盐→臭氧氧化去除病原菌和难生物降解有机物，从而实现水质的净化和净化后回用。但这些方法在实际应用中存在很多问题，如污泥产生，氨氮转化不彻底，容易产生NO₂ ^-和NO₃ ^-积累，耐冲击负荷能力差，运行成本高，管理不方便等等。

目前，人工湿地作为一种生态工程化的废水处理技术已引起人们广泛关注，其作用机理综合了物理、化学和生物三重协同作用，表现为过滤、吸附、沉淀、离子交换、植物吸收和微生物代谢等多种途径，不仅能有效去除有机物、氮、磷、重金属和病源微生物等，而且投资运行费用低，维护管理方便。因此可用于循环海水养殖废水的处理。

虽然，人工湿地目前已成功应用于生活污水、工业废水、淡水池塘养殖等水体的处理，但是，将其应用于循环海水养殖废水的处理仍然存在几方面关键技术需要解决。首先，常规人工湿地植物通常无法在海水养殖废水的高盐度环境下生长；其次，由于残剩含氮饲料和鱼类排泄物的分解，在封闭的养殖水体中含有较多氨类物质以及硝化反应产生的亚硝酸盐等，对鱼类有强烈的毒性，是循环海水养殖废水处理的重要目标，而传统人工湿地填料床均是依靠植物根区供氧的好氧环境，因此系统内微生物缺氧反硝化的能力不足，尤其对于C/N较低的循环海水养殖废水无法满足系统的脱氮处理要求；第三，现行人工湿地广泛采用的砂、砾石等基质作填料，其除磷效果仅为30％～50％，出水水质不能达到渔业水质标准的要求，且吸附饱和寿命一般只有3～4年，无法满足循环海水养殖废水的处理要求。

发明内容

针对上述不足，本发明所要解决的技术问题是如何提高人工湿地的耐盐能力、脱氮能力、除磷能力而适于海水水产养殖废水的处理，提供一种应用人工湿地处理循环海水养殖中废水的方法。

本发明提供的应用人工湿地处理循环海水养殖中废水的方法，先经微滤机过滤以去除较大的悬浮颗粒物质和杂质，然后将微滤机出水引入人工湿地进行处理；该人工湿地为水平潜流填料床形式，分割成厌氧区和好氧区两部分，厌氧区和好氧区的表面积分别为湿地填料床总表面积的20％～40％和80％～60％，并分别依前后设置，厌氧区以高炉钢渣和粉煤灰的混合物为填料，其上不种植任何植物，好氧区以高炉钢渣、膨润土、沸石、泥炭和土壤的混合物为填料，其上种植耐盐植物；微滤机出水依次流经厌氧区和好氧区后排出，厌氧区进水中还包含有好氧区的出水。

本发明提供的应用人工湿地处理循环海水养殖中废水的方法，污水从布水沟投入人工湿地床内，沿厌氧区和好氧区基质潜流渗滤从另端出水沟流出，并将部分出水内循环回流至进水端。污水流经人工湿地过程中利用基质过滤、吸附、沉淀、离子交换、植物吸收和微生物代谢等多种途径完成对悬浮物质、有机物、氮、磷等的处理，使出水水质达到中华人民共和国国家标准-渔业水质标准(GB11607-89)要求，从而实现出水的循环利用。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1.选用耐盐植物，成功构建了耐盐人工湿地系统，开拓了循环海水养殖废水处理的新途径。

2.为使人工湿地的处理效果达到循环海水养殖废水的处理要求，对传统水平潜流人工湿地系统进行了改进，将人工湿地的填料床分割成厌氧区在前和好氧区在后的两部分，同时将人工湿地好氧区出水部分内循环回流至厌氧区进水端，利用进水中丰富的有机物为碳源完成反硝化脱氮作用，从而提高了系统的反硝化能力和脱氮能力，同时也提高了人工湿地对耗氧有机物的去除效果。改进后人工湿地对COD、BOD₅、非离子氨、总无机氮的去除率分别达到82.9％、82.1％、87.4％、90.5％以上，出水水质指标达到中国国家渔业水质标准(GB11607-89)的要求。

3.利用人工湿地填料床厌氧区由高炉钢渣和粉煤灰组成的人工混合基质，一方面为反硝化菌等微生物提供了附着生长的环境，另一方面通过对磷的固定作用除磷；利用人工湿地填料床好氧区由高炉钢渣、膨润土、沸石为主料由泥炭和土壤为辅料组成的人工混合基质，一方面为好氧微生物和植物提供生长环境，另一方面通过对磷的固定作用去除废水中的磷。同时利用基质上栽种的黄花鸢尾和千屈菜等耐盐人工湿植物的吸收作用完成对磷的去除，从而可使本发明所述水平潜流耐盐人工湿地对TP的除去率达到90％以上，出水PO₄ ^3--P浓度小于0.03mg/L。且本发明填料基质，对磷的吸附饱和使用寿命可达10年以上。

4.采用耐盐人工湿地处理循环海水养殖废水能耗省，运行费用低，出水水质好，处理效果稳定，出水可100％循环利用，不仅解决了养殖水资源短缺和养殖污染问题，而且降低了养殖成本，为养殖企业争取了更大的利润空间。

在上述方法中，将一部分填料床好氧区出水内循环回流至厌氧区进水端，与进水相混合，内循环水与人工湿地进水的体积比为1～4∶1，在启动阶段要全部回流，出水量达到回流量要求后向系统外排水。回流的目的是利用原污水中丰富的有机物为反硝化碳源，依靠厌氧区填料床中存在的大量反硝化菌实现彻底的反硝化反应，同时产生的碱度可弥补后续硝化反应对碱度的消耗。

在上述方法中，人工湿地填料床好氧区种植耐盐植物，如盐角草、短尾灯心草、黄花鸢尾、水葱、美人蕉、千屈菜等。以适应海水养殖废水的盐度环境，并最大限度发挥人工湿地中植物在去除污染物方面的作用。在上述耐盐植物中由实验根据耐盐性、耐污力、地上部生物量、根系、景观、易管理、去污效果等指标确定黄花鸢尾和千屈菜为优选植物。

在上述方法中，人工湿地填料床厌氧区放置能为微生物附着提供较大表面积并具有较好除磷效果的人工混合基质，由高炉钢渣和粉煤灰按3～10∶1的体积比配制而成，好氧区人工混合基质由主料和辅料组成，主料按重量百分比计包括60％～80％的高炉钢渣、10％～30％的膨润土、10％～20％的沸石，辅料按重量百分比计包括20％～40％的泥炭和60％～80％的土壤。主料和辅料的体积比为6～15∶1。

下面结合附图及其所对应的具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

附图说明

附图为应用本发明方法进行循环海水养殖中废水处理时，某例人工湿地填料床内各型态氮浓度沿床体长度的变化曲线图，图中显示，废水在0.9米的厌氧区和2.1米的好氧区中，氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮浓度的变化过程，氨氮从0.84mg/L到0.75mg/L到约0.1mg/L，亚硝酸盐氮从0.1mg/L到0.01mg/L到0.07mg/L，硝酸盐氮从0.21mg/L到0.01mg/L到0.13mg/L。

具体实施方式

实施例1：

取某循环海水养殖池出水，经微滤机进行过滤后投入水平潜流耐盐人工湿地进行处理，日流量为0.6～1m³/d。污水从砾石布水沟投入人工湿地填料床内，沿基质潜流渗滤从另端出水沟流出，收集后将部分出水内循环回流至进水端，与进水相混合，内循环水与微滤机排往人工湿地的水的体积比为2∶1，即在人工湿地总进水中，有2/3是人工湿地出水。污水流经人工湿地过程中利用基质过滤、吸附、沉淀、离子交换、植物吸收和微生物代谢等多种途径完成对悬浮物质、有机物、氮、磷等的处理，处理效果如表1所示。

一典型性运行状态下填料床内各型态氮浓度沿床体长度的变化情况如附图所示。进水NH₄ ⁺-N浓度为1.35mg/L，与内循环水混合后NH₄ ⁺-N浓度得到稀释，降为0.84mg/L，内循环水中含有硝化反应产物硝酸盐类物质，混合后NO₂ ^--N和NO₃ ^--N浓度上升至0.10mg/L和0.21mg/L。混合液在填料床中渗滤前进完成氮的去除，混合液首先进入填料床的厌氧区，依靠吸附于基质表面的大量反硝化菌以进水中丰富的有机物为碳源进行反硝化反应，混合液在渗滤前进过程中NO₂ ^--N和NO₃ ^--N浓度不断降低，同时也减轻了后续硝化反应的阻力。此后混合液渗滤进入好氧区，依靠填料床中好氧硝化菌的硝化作用以及植物吸收、基质吸附的作用，混合液NH₄ ⁺-N浓度不断下降，至出水口降至0.1mg/L，人工湿地对NH₄ ⁺-N去除率达到92.6％，出水总无机氮(NH₄ ⁺-N+NO₂ ^--N+NO₃ ^--N)浓度为0.3mg/L，人工湿地对总无机氮去除率达到85.7％。

人工湿地填料床设计尺寸长×宽×高为3m×2m×0.7m，并分割成厌氧区在前和好氧区在后的两个区域，其中厌氧区长度为0.9m，好氧区长度为2.1m。填料床厌氧区放置能为微生物附着提供较大表面积并具有较好除磷效果的人工混合基质，该基质由高炉钢渣和粉煤灰按6∶1的体积比混合而成，不提供氧气，使其成为厌氧环境。填料床好氧区放置能高效吸磷且具有较长磷吸附饱和寿命的人工混合基质，该基质由主料和辅料按体积比为9∶1的比例组成，其中主料包括70％高炉钢渣、20％膨润土、10％沸石，辅料为30％泥炭和70％土壤，以上均为重量百分比。并在其上种植通过实验筛选得到的耐盐植物黄花鸢尾，依靠植物根系向填料床供氧。

表1 水平潜流耐盐人工湿地的处理结果

注：总无机氮＝NH₄ ⁺-N+NO₂ ^--N+NO₃ ^--N

实施例2：

取某循环海水养殖池出水，水质指标SS为150～200mg/L，BOD₅为12～15mg/L，非离子氨为0.15～0.20mg/L，NH₄ ⁺-N为1.0～2.5mg/L，pH值为6.8～8.0。经微滤机进行过滤后投入水平潜流耐盐人工湿地进行处理，日流量为0.5～1.5m³/d。人工湿地填料床设计尺寸长×宽×高为3m×2m×0.7m，并分割成厌氧区在前和好氧区在后的两个区域，其中厌氧区长度为0.6m，好氧区长度为2.4m。填料床厌氧区人工混合基质由高炉钢渣和粉煤灰按3∶1的体积比混合而成，不提供氧气，使其成为厌氧环境。填料床好氧区人工混合基质由主料和辅料按体积比为6∶1的比例组成，其中主料包括高炉钢渣60％(重量)、膨润土20％(重量)、20％沸石(重量)，20％辅料为泥炭(重量)和80％土壤(重量)。并在其上种植通过实验筛选得到的耐盐植物黄花鸢尾，依靠植物根系向填料床供氧。人工湿地厌氧区出水部分内循环回流至进水端，与进水相混合，内循环水占人工湿地总进水体积的50％。污水流经人工湿地过程中利用基质过滤、吸附、沉淀、离子交换、植物吸收和微生物代谢等多种途径完成对悬浮物质、有机物、氮、磷等的处理，出水水质指标达到中国国家渔业水质标准(GB11607-89)要求。

实施例3：

取某循环海水养殖池出水，水质指标SS为180～300mg/L，BOD₅为17～25mg/L，非离子氨为0.25～0.40mg/L，NH₄ ⁺-N为2.0～2.8mg/L，pH值为6.6～8.0。经微滤机进行过滤后投入水平潜流耐盐人工湿地进行处理，日流量为0.5～1.5m³/d。人工湿地填料床设计尺寸长×宽×高为3m×2m×0.7m，并分割成厌氧区在前和好氧区在后的两个区域，其中厌氧区长度为1.2m，好氧区长度为1.8m。填料床厌氧区人工混合基质由高炉钢渣和粉煤灰按10∶1的体积比混合而成，不提供氧气，使其成为厌氧环境。填料床好氧区人工混合基质由主料和辅料按体积比为15∶1的比例组成，其中主料包括高炉钢渣80％(重量)、膨润土10％(重量)、10％沸石(重量)，辅料为40％泥炭(重量)和土壤60％(重量)。并在其上种植通过实验筛选得到的耐盐植物千屈菜，依靠植物根系向填料床供氧。人工湿地厌氧区出水部分内循环回流至进水端，与进水相混合，内循环水与人工湿地进水的体积比为4∶1。污水流经人工湿地过程中利用基质过滤、吸附、沉淀、离子交换、植物吸收和微生物代谢等多种途径完成对悬浮物质、有机物、氮、磷等的处理，出水水质指标达到中国国家渔业水质标准(GB11607-89)要求。

Claims (5)

1、一种应用人工湿地处理循环海水养殖中废水的方法，先经微滤机过滤以去除较大的悬浮颗粒物质和杂质，然后将微滤机出水引入人工湿地进行处理其特征在于该人工湿地为水平潜流填料床形式，分割成厌氧区和好氧区两部分，厌氧区和好氧区的表面积分别为湿地填料床总表面积的20％～40％和80％～60％，并分别依前后设置，厌氧区以高炉钢渣和粉煤灰的混合物为填料，其上不种植任何植物，好氧区以高炉钢渣、膨润土、沸石、泥炭和土壤的混合物为填料，其上种植耐盐植物；微滤机出水依次流经厌氧区和好氧区后排出，厌氧区进水中还包含有好氧区的出水。

2、如权利要求1所述的应用人工湿地处理循环海水养殖中废水的方法，其特征在于将一部分填料床好氧区出水内循环回流至厌氧区进水端，与进水相混合，内循环水与人工湿地进水的体积比为1～4∶1。

3、如权利要求1所述的应用人工湿地处理循环海水养殖中废水的方法，其特征在于人工湿地填料床好氧区上种植有耐盐植物，为盐角草、短尾灯心草、黄花鸢尾、水葱、美人蕉、千屈菜中的一种或若干种。

4、如权利要求3所述的应用人工湿地处理循环海水养殖中废水的方法，其特征在于人工湿地填料床好氧区所种植的耐盐植物为黄花鸢尾和/或千屈菜。

5、如权利要求1所述的应用人工湿地处理循环海水养殖中废水的方法，其特征在于人工湿地填料床厌氧区放置的人工混合基质，由高炉钢渣和粉煤灰按3～10∶1的体积比配制而成，好氧区放置的人工混合基质由主料和辅料组成，主料按重量百分比计包括60％～80％的高炉钢渣、10％～30％的膨润土、10％～20％的沸石，辅料按重量百分比计包括20％～40％的泥炭和60％～80％的土壤，主料和辅料的体积比为6～15∶1。

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