CN101904547A

CN101904547A - 水产养殖废水处理过程资源化产饲料蛋白的装置和方法

Info

Publication number: CN101904547A
Application number: CN2010102285835A
Authority: CN
Inventors: 徐向阳; 阮赟杰; 朱亮
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2010-07-16
Filing date: 2010-07-16
Publication date: 2010-12-08
Anticipated expiration: 2030-07-16
Also published as: CN101904547B

Abstract

本发明公开了一种水产养殖废水处理过程资源化产饲料蛋白的装置和方法，从工厂化循环水养殖系统养殖水处理的角度出发，解决了现有养殖水处理工艺成本高、处理效率低、系统营养盐同化利用率低等问题。本发明包括一体化生物絮体培养与资源化回收装置，养殖废水从装置中部序批式进入一体化生物絮体培养与资源化回收装置的反应室，通过反应室内微生物的利用、增殖转化为生物絮体；处理后废水重新回用至养殖系统，同时以定期排泥的方式将一定泥龄的生物絮体收集至装置下部的资源化回收室，收获的生物絮体经简单风干处理后可直接用于饲料蛋白源，从而实现养殖废水净化处理与废物资源化的双重目的。

Description

水产养殖废水处理过程资源化产饲料蛋白的装置和方法

技术领域

本发明涉及水产养殖水处理技术，尤其涉及一种工厂化循环水养殖系统去除氨氮过程及利用其生产饲料蛋白的方法和装置。

背景技术

工厂化循环水养殖系统因具有资源节约、环境友好的特点，已成为世界范围内大力推崇发展的水产养殖模式。传统循环水养殖系统的核心处理技术主要为生物过滤，即通过硝化-反硝化处理单元将养殖水体中的主要污染物氨氮通过硝化(公式1，2)及反硝化作用(公式3)转变为氮气逸出系统，其化学简式

NH₃+CO₂+1.5O₂→NO^2-+H₂O+H⁺

NO^2-+CO₂+0.5O₂→NO^3-

NO₃ ^-+有机碳→N₂↑

然而在实际的生产实践中，上述方法仍然面临如下弊端：(1)由于工厂化循环水养殖系统水体有机负荷低，自身有机物浓度难以满足完全异养反硝化的需要，脱氮效率有限，因此需要人为提供有机碳源。但若添加液体碳源，则因养殖水质状况不同而难以准确计量添加量，从而面临有机物过量造成的水质波动及反应衍生副产物的风险，且装置配置及工况运行要求均较高，不适宜养殖水体处理。若采用可降解聚合物如PBS(poly-butylene-succinate，聚丁二酸丁二醇酯)等作为固体碳源，虽然避免了液体碳源添加的计量问题，但仍然存在成本高、碳源释放效率低等问题，从而制约了系统的反硝化效率。此外，若采用完全的自养反硝化(如硫自养反硝化)进行脱氮，则因为该反应会大量积累副产物硫酸盐，极易诱导养殖系统内大量增殖硫酸盐还原菌将其转变为硫化氢，从而对养殖对象造成毒害。(2)养殖系统在不同养殖周期内水质存在波动，其脱氮单元在非正常运行工况下易产生N₂O等脱氮副产物污染环境，有悖于工厂化循环水养殖系统“环境友好”的基本特点。(3)养殖周期内未被同化吸收的氮素通过上述途径转变为气态产物去除，失去了被养殖对象再次利用的机会，造成系统整体营养盐同化利用效率低。(4)上述硝化-反硝化过程一般通过配置生物滤器，滤料极易受水中固体颗粒及老化脱落生物膜的影响发生淤积堵塞，并且去除速率受限传质，从而影响系统整体的单位体积负荷性能与运行稳定性。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种水产养殖废水处理过程资源化产饲料蛋白的装置和方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种水产养殖废水处理过程资源化产饲料蛋白的装置，它包括：鼓风机、计量泵、进水管、导气管、反应室、第一电磁阀、上部排水管、上部排泥管、第二电磁阀、盘型布气器、第三电磁阀、下部排水管、第四电磁阀、下部排泥管、资源化回收室、可编程控制器、装置支撑架。鼓风机与导气管连接，导气管在反应室顶部中心位置垂直向下插入，进水管与计量泵连接后与反应室的底部室壁垂直连接，进水管在反应室中心部分向下弯曲，上部排水管与反应室中部壁垂直连接。上部排泥管在资源化回收室的顶部中心位置垂直向下插入，下部排水管与资源化回收室的底部室壁垂直连接，下部排泥管与资源化回收室底部中心位置垂直向下连接。上部排水管、上部排泥管、下部排水管、下部排泥管分别与电磁阀第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀相连接。第一电磁阀、第二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀、鼓风机、计量泵分别与可编程控制器相连接。

一种应用上述装置资源化产饲料蛋白的方法，该方法包括以下步骤：

(1)装置强化培养与启动过程：以水产养殖底泥为接种源，在装置中培养可快速利用废水中氮素用于自身合成的异养微生物。

(2)装置调试与生产过程：通过序批式运行模式及相关参数调整“淘汰”硝化细菌并促使异养细菌形成结构紧密、沉降性好的絮体颗粒。

(3)絮体饲料蛋白收获过程：通过重力沉降分离收获后，经简单风干处理即得可用于养殖对象饲料替代蛋白源。

进一步地，所述步骤(1)具体为：采用水产养殖生产高峰期的池塘底泥为接种物，接种浓度MLSS控制在10-15g/L，采用如下配制的营养液进行强化培养，具体配万为100mg/L(NH₄)₂SO₄，35mg/L NH₄Cl，78mg/L K₂HPO₄，31mg/L KH₂PO₄，95mg/L MgSO₄·7H₂O，37mg/L KCl，：并按照体积比1500∶1的量添加含微量元素的溶液，含微量元素的溶液的配方为：640mg/L EDTA，550mg/L FeSO₄·7H₂O，230mg/L ZnSO₄·7H₂O，340mg/L MnSO₄·H₂O，75mg/LCuSO₄·5H₂O，47mg/L Co(NO₃)₂·6H₂O，25mg/L(NH₄)₅Mo₇O₂₄·4H₂O。以乙酸纳、蔗糖、糖蜜按质量比7∶2∶1添加作为有机碳源，且营养液总碳氮比以质量比计控制在10-12。采用序批式运行模式，启动后前六天循环周期为：进水1h，好氧反应23h，沉淀0.8h，排水0.2h，之后将装置内污泥沉淀0.8h后至底部排掉40-60％后继续培养，循环周期变更为：进水1h，好氧反应1.7h，沉淀0.2小时，排水0.1h，单周期运行时间3h，日运行周期8次，运行时间为4周。

所述步骤(2)具体为：将实际养殖废水与乙酸纳、蔗糖、糖蜜按质量比3∶2∶5组成的有机碳源按碳氮质量比10的比例预混合后由进水管3自下而上流入反应室5，运行参数为进水1h，好氧反应1.7h，沉淀0.2小时，排泥0.5min，排水0.1h，单周期运行时间3h，日运行周期8次，进水过程不充气以节约能耗。

所述步骤(3)具体为：周期运行完毕后净化废水由上部排水管排出后重新回用至养殖系统，水体体积交换比62.5-75％，部分生物絮体由上部排泥管排入资源化回收室，单周期排放比例为反应室内系统总泥量的6-7％。资源化回收室内收集的絮体颗粒经下部排泥管排出后经由自然风干用做养殖对象饲料蛋白源，排放周期间隔12小时，日排放2次，每周期排泥完毕后，剩余少量水体由下部排水管排出。

本发明的有益效果是，本发明通过改变传统水产养殖废水中氨氮的去除途径，将原先反硝化过程所需要的有机碳源“后碳前用”，通过序批式运行模式参数变化的选择压调控而抑止硝化反应过程，最终将废水中的碳、氮等物质成为反应中大量增殖的异养微生物营养元素而去除，形成菌絮体后作为饲料蛋白质源被养殖对象二次利用。本发明克服了传统生物膜处理过程受限传质的影响，在废水净化的同时提高了养殖系统整体的营养盐同化利用效率，对于循环水养殖系统水处理具有处理效率高、单位体积处理负荷高、可实现装备化等诸多优点。

附图说明

图1是本发明水产养殖废水处理过程资源化产饲料蛋白的装置结构示意图；

图中，鼓风机1、计量泵2、进水管3、导气管4、反应室5、第一电磁阀6、上部排水管7、上部排泥管8、第二电磁阀9、盘型布气器10、第三电磁阀11、下部排水管12、第四电磁阀13、下部排泥管14、资源化回收室15、可编程控制器16、装置支撑架17。

具体实施方式

本发明水产养殖废水生物处理过程资源化产饲料蛋白装置，包括：鼓风机1、计量泵2、进水管3、导气管4、反应室5、第一电磁阀6、上部排水管7、上部排泥管8、第二电磁阀9、盘型布气器10、第三电磁阀11、下部排水管12、第四电磁阀13、下部排泥管14、资源化回收室15、可编程控制器16，装置支撑架17。

该装置的各部分连接关系为：鼓风机1采用软管与导气管4连接，导气管4在反应室5顶部中心位置垂直向下插入，导气管4顶部高与反应室5顶部2-5cm，导气管4末端与反应室5底部距离3-5cm。进水管3与计量泵2连接后与反应室5的底部室壁垂直连接，进水管3在反应室5中心部分向下弯曲，末端距离上部排泥管8顶部2-3cm。上部排水管7与反应室中部壁垂直连接，连接高度为反应室5整体高度的0.375。上部排泥管8在资源化回收室15的顶部中心位置垂直向下插入，下部排水管12与资源化回收室15的底部室壁垂直连接，下部排泥管14与资源化回收室15底部中心位置垂直向下连接。上部排水管7、上部排泥管8、下部排水管12、下部排泥管14分别与电磁阀6、9、11、13相连接。电磁阀6、9、11、13及鼓风机1，计量泵2与可编程控制器16相连接。装置构建材料采用食品级树脂，厚度4mm。装置采用装置支撑架17支撑。

本方法的实施依赖于本发明中的一体化生物絮体培养与资源化回收装置，该装置工作过程如下：水产养殖废水由计量泵2抽提经由进水管3进入反应室5后，鼓风机1工作产生气体经导气管4连接盘型步气器10进入反应室5进行好氧反应，周期反应运行完毕后，净化后废水由第一电磁阀6控制的上部排水管7排出，部分絮体由第二电磁阀9控制的上部排泥管8排入下部的资源化回收室15，资源化回收室15内絮体颗粒积累至一定量后由第四电磁阀13控制的下部排泥管14排出后使用，剩余少量废水由第三电磁阀11控制的下部排水管12排出。电磁阀6、9、11、13及鼓风机1，计量泵2的运行时长与开关顺序均由可编程控制器16控制。

反应室5的体积计算方法为水产养殖系统主循环单位流量(L/h)与3.5的乘积，资源化回收室15的体积为反应5体积的90％。装置整体高径比(H/D)应控制在5.5-7.5范围内。

本发明通过生物处理过程资源化，实现养殖废水净化处理与废物资源化的双重目的。该方法包括以下步骤：

1.装置强化培养与启动过程

通过人工强化营养的方式以水产养殖底泥为接种源，在装置中培养可快速利用废水中氮素用于自身合成的异养微生物。方法为采用水产养殖生产高峰期的池塘底泥为接种物，接种浓度MLSS控制在10-15g/L，采用如下配制的营养液进行强化培养，具体配方为(mg/L)：100(NH₄)₂SO₄，35NH₄Cl，78K₂HPO₄，31KH₂PO₄，95MgSO₄·7H₂O，37KCl，并按照体积比1500∶1的量添加微量元素(mg/L)：640EDTA，550FeSO₄·7H₂O，230ZnSO₄·7H₂O，340MnSO₄·H₂O，75CuSO₄·5H₂O，47Co(NO₃)₂·6H₂O，25(NH₄)₅Mo₇O₂₄·4H₂O。以乙酸纳、蔗糖、糖蜜按质量比7∶2∶1添加作为有机碳源，且营养液总碳氮比以质量比计控制在10-12。采用序批式运行模式，启动后前六天循环周期为：进水1h，好氧反应23h，沉淀0.8h，排水0.2h，之后将装置内污泥沉淀0.8h后至底部排掉40-60％后继续培养，循环周期变更为：进水1h，好氧反应1.7h，沉淀0.2小时，排水0.1h，单周期运行时间3h，日运行周期8次，运行时间为4周

2.装置调试与生产过程

通过序批式运行模式及相关参数调整“淘汰”硝化细菌并促使异养细菌形成结构紧密、沉降性好的絮体颗粒。方法为将实际养殖废水与乙酸纳、蔗糖、糖蜜按质量比3∶2∶5组成的有机碳源按碳氮质量比10的比例预混合后由进水管3自下而上流入反应室5，运行参数为进水1h，好氧反应1.7h，沉淀0.2小时，排泥0.5min，排水0.1h，单周期运行时间3h，日运行周期8次，进水过程不充气以节约能耗。

3.絮体饲料蛋白收获过程

通过重力沉降分离收获后，经简单风干处理即可用于养殖对象饲料替代蛋白源。周期运行完毕后净化废水由上部排水管7排出后重新回用至养殖系统，水体体积交换比62.5-75％，部分生物絮体由上部排泥管8排入资源化回收室15，单周期排放比例为反应室5内系统总泥量的6-7％。资源化回收室15内收集的絮体颗粒经下部排泥管14排出后经由自然风干用做养殖对象饲料蛋白源，排放周期间隔12小时，日排放2次，每周期排泥完毕后，剩余少量水体由下部排水管12排出。装置内所有排泥与排水过程均由电磁阀6、9、11、13经可编程控制器16控制。

本发明的具体实施方式为，首先在反应室5中定向增殖异养微生物，方法为采用水产养殖生产高峰期的池塘底泥为接种物，接种浓度MLSS控制在10-15g/L，采用如下配制的营养液进行强化培养，具体配方为(mg/L)：100(NH₄)₂SO₄，35NH₄C1，78K₂HPO₄，31KH₂PO₄，95MgSO₄·7H₂O，37KCl，并按照体积比1500∶1的量添加微量元素(mg/L)：640EDTA，550FeSO4·7H2O，230ZnSO4·7H2O，340MnSO4·H2O，75CuSO4·5H2O，47Co(NO3)2·6H2O，25(NH4)5Mo7O24·4H2O。以乙酸纳、蔗糖、糖蜜按质量比7∶2∶1添加作为有机碳源，且营养液总碳氮比以质量比计控制在10-12。采用序批式运行模式，启动后前六天循环周期为：进水1h，好氧反应23h，沉淀0.8h，排水0.2h，之后将装置内污泥沉淀0.8h后至底部排掉40-60％后继续培养，循环周期变更为：进水1h，好氧反应1.7h，沉淀0.2小时，排水0.1h，单周期运行时间3h，日运行周期8次，待运行约4周后，装置内出水氨氮、COD去除率稳定与95％以上，生物絮体产量大于850g/(m³·d)，表明运行效果趋与稳定，装置启动成功，可用于后续的实际水产养殖废水处理。

将实际养殖废水与乙酸纳、蔗糖、糖蜜按质量比3∶2∶5组成的有机碳源按碳氮质量比10的比例预混合后由进水管3自下而上流入反应室5，运行参数为进水1h，好氧反应1.7h，沉淀0.2小时，排泥0.5min，排水0.1h，单周期运行时间3h，日运行周期8次，进水过程不充气以节约能耗。周期运行完毕后净化废水由上部排水管7排出后重新回用至养殖系统，水体体积交换比62.5-75％，部分生物絮体由上部排泥管8排入资源化回收室15，单周期排放比例为反应室5内系统总泥量的6-7％。资源化回收室15内收集的絮体颗粒经下部排泥管14排出后经由自然风干用做养殖对象饲料蛋白源，排放周期间隔12小时，日排放2次，每周期排泥完毕后，剩余少量水体由下部排水管12排出。装置内所有排泥与排水过程均由电磁阀6、9、11、13经可编程控制器16控制。

下表为该方法对水产养殖废水净化效果及相应的装置生产性能与絮体营养特性：

Claims

1.一种水产养殖废水处理过程资源化产饲料蛋白的装置，其特征在于，它包括：鼓风机(1)、计量泵(2)、进水管(3)、导气管(4)、反应室(5)、第一电磁阀(6)、上部排水管(7)、上部排泥管(8)、第二电磁阀(9)、盘型布气器(10)、第三电磁阀(11)、下部排水管(12)、第四电磁阀(13)、下部排泥管(14)、资源化回收室(15)、可编程控制器(16)，装置支撑架(17)。鼓风机(1)与导气管(4)连接，导气管(4)在反应室(5)顶部中心位置垂直向下插入，进水管(3)与计量泵(2)连接后与反应室(5)的底部室壁垂直连接，进水管(3)在反应室(5)中心部分向下弯曲，上部排水管(7)与反应室中部壁垂直连接。上部排泥管(8)在资源化回收室(15)的顶部中心位置垂直向下插入，下部排水管(12)与资源化回收室(15)的底部室壁垂直连接，下部排泥管(14)与资源化回收室(15)底部中心位置垂直向下连接。上部排水管(7)与电磁阀第一电磁阀(6)相连，上部排泥管(8)与第二电磁阀(9)相连，下部排水管(12)与第三电磁阀(11)相连，下部排泥管(14)与第四电磁阀(13)相连接。第一电磁阀(6)、第二电磁阀(9)、第三电磁阀(11)、第四电磁阀(13)、鼓风机(1)、计量泵(2)分别与可编程控制器(16)相连接。

2.一种应用权利要求1所述装置资源化产饲料蛋白的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述方法，其特征在于，所述步骤(1)具体为：采用水产养殖生产高峰期的池塘底泥为接种物，接种浓度MLSS控制在10-15g/L，采用营养液进行强化培养，营养液具体配方为：100mg/L(NH₄)₂SO₄、35mg/LNH₄C1、78mg/L K₂HPO₄、31mg/L KH₂PO₄、95mg/L MgSO₄·7H₂O、37mg/LKCl。并按照体积比1500∶1的量添加含微量元素的溶液，含微量元素的溶液的配方为：640mg/L EDTA、550mg/L FeSO₄·7H₂O、230mg/L ZnSO₄·7H₂O、340mg/L MnSO₄·H₂O、75mg/L CuSO₄·5H₂O、47mg/L Co(NO₃)₂·6H₂O、25mg/L(NH₄)₅Mo₇O₂₄·4H₂O。以乙酸纳、蔗糖、糖蜜按质量比7∶2∶1添加作为有机碳源，且营养液总碳氮比以质量比计控制在10-12。采用序批式运行模式，启动后前六天循环周期为：进水1h，好氧反应23h，沉淀0.8h，排水0.2h，之后将装置内污泥沉淀0.8h后至底部排掉40-60％后继续培养，循环周期变更为：进水1h，好氧反应1.7h，沉淀0.2小时，排水0.1h，单周期运行时间3h，日运行周期8次，运行时间为4周。

4.根据权利要求2所述方法，其特征在于，所述步骤(2)具体为：将实际养殖废水与乙酸纳、蔗糖、糖蜜按质量比3∶2∶5组成的有机碳源按碳氮质量比10的比例预混合后由进水管3自下而上流入反应室5，运行参数为进水1h，好氧反应1.7h，沉淀0.2小时，排泥0.5min，排水0.1h，单周期运行时间3h，日运行周期8次，进水过程不充气以节约能耗。

5.根据权利要求2所述方法，其特征在于，所述步骤(3)具体为：周期运行完毕后净化废水由上部排水管7排出后重新回用至养殖系统，水体体积交换比62.5-75％，部分生物絮体由上部排泥管8排入资源化回收室，单周期排放比例为反应室内系统总泥量的6-7％。资源化回收室内收集的絮体颗粒经下部排泥管排出后经由自然风干用做养殖对象饲料蛋白源，排放周期间隔12小时，日排放2次，每周期排泥完毕后，剩余少量水体由下部排水管排出。