CN102531287A - 一种多级好氧-厌氧复合生物滤床 - Google Patents

一种多级好氧-厌氧复合生物滤床 Download PDF

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吴吉翰
谢昀孜
王钰萱
胡梦娇
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夏洁晋
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Abstract

本发明属于生物滤床技术领域，特指一种多级好氧-厌氧复合生物滤床，包括进水管及两级以上的滤床，每级滤床的液位高度依级次降低，滤床用整流墙分割成进水槽、过滤腔及出水槽，过滤腔内装填有填料层，两边填料层的填料粒径大、中间填料层的填料粒径小，中间填料层的填料粒径随滤床的级次依次减小，进水管的出水端设置在最前一级滤床的进水槽底部，上、下级滤床的出水槽底部通过虹吸管连通，最后一级滤床的出水槽底部与排水槽连通，中间填料层内设有通气立管、通气干管和通气支管，通气支管上间隔设置有通气孔，填料层的上部种植有能降解污染物质的植物，由于上述结构使得本发明具有占地面积小、建造方便、成本较低、适用范围广等优点。

Description

一种多级好氧-厌氧复合生物滤床
技术领域
本发明属于生物滤床技术领域，特指一种水产养殖循环水处理用多级好氧-厌氧复合生物滤床。
背景技术
目前，国内外主要采用常规的物理、化学和生化工艺处理水产养殖循环水。物理方法要求提供设备和动力装置，而且方法粗犷，只有联合使用才能收到比较好的效果；化学方法对技术条件要求高，而且工艺复杂、能源消耗较大和易形成二次污染。水产养殖循环水中的有机物主要为碳水化合物、蛋白质、脂肪等，可生化性好，特别适合采用生物处理技术。
传统的生物膜滤器具有产生污泥少、运行管理方便等特点，因此，采用以生物滤池为核心的工艺处理水产养殖循环水的研究和应用较多。但已有的研究表明，传统生物膜滤器容易堵塞，并且易造成循环式水产养殖水体氮元素的积累，导致水产品产量下降，污水中氮的去除主要是靠硝化菌的硝化作用和反硝化细菌的反硝化作用，其过程比较复杂，对厌氧和好氧环境的条件要求比较高。
目前，针对循环式水产养殖水体中氮的去除，单一滤器采用曝气生物滤池，其建造费用高，运行成本高；复合生物滤器主要采用人工湿地，但人工湿地易堵塞，占地面积大，因而在设计时要因地制宜，需要与其他水处理技术相结合，其推广收到一定限制。
发明内容
本发明的目的是提供一种建造和运行成本较低、不易堵塞、处理效果较好的多级好氧-厌氧复合生物滤床，以解决循环式水产养殖水体中氮元素累积等技术问题。
本发明的目的是这样实现的：
一种多级好氧-厌氧复合生物滤床，包括进水管及滤床，所述的滤床有两级以上，每级滤床的液位高度依级次降低，每级滤床均用两面均布有穿孔的整流墙分割成进水槽、过滤腔及出水槽，过滤腔内装填有填料形成填料层，所述的填料层为横向分层，填料层的填料粒径为：两边填料层的填料粒径大、中间填料层的填料粒径小，每级滤床的中间填料层的填料粒径随滤床的级次依次减小，进水管的出水端设置在最前一级滤床的进水槽的底部，上一级滤床的出水槽的底部通过虹吸管与下一级滤床的进水槽底部连通，最后一级滤床的出水槽底部通过虹吸管与低于最后一级滤床的出水槽底部的排水槽连通，每级滤床的中间填料层内竖直设置有若干根通气立管、横向设置有一层以上的通气干管和通气支管，通气立管、通气干管及通气支管交叉连通，通气支管上间隔设置有通气孔，通气立管的上端设置有开口，每级滤床填料层的上部种植有能适应海水或淡水水质特点及降解污染物质的植物，所述的中间填料层的填料粒径逐次减小是指：最前一级滤床的中间填料层使用的粒径为10-15mm的沸石；最后一级滤床的中间填料层使用的是粒径为2-4mm的石英砂；中间级滤床的中间填料层使用的粒径按比例递减，其填料为下列材料之一或其组合：火山石、石灰石、陶粒、废煤渣。
上述两边填料层的填料为卵石，填料粒径均采用30-50mm，两边填料层的宽度为300-400mm。
上述的虹吸管为倒“U”型虹吸配水管，在虹吸管及进水管上均设置有控制阀。
上述上下级滤床之间的最高液位之差均为500-600mm。
上述出水槽内的虹吸管吸水口与出水槽的底部的距离为30-50mm，进水槽内的虹吸管出水口与进水槽底部的距离为30-50mm，排水槽内的虹吸管出水口与排水槽底部的距离为30-50mm。
上述出水槽内的虹吸管上设置有破坏孔，破坏孔比下一级滤床最高液位高出100-200mm，虹吸管破坏孔与虹吸管吸水口的距离为100-200mm。
上述整流墙上穿孔的截面尺寸均为：长×宽＝200mm×30mm。
上述在海水环境中种植的降解污染物质的植物为：耐盐植物菊芋、芦苇或黑麦草；在淡水环境中种植的降解污染物质的植物为：香蒲、菖蒲、水葱、野山姜。
本发明相比现有技术突出且有益的技术效果是：
多级好氧-厌氧复合生物滤床，联合填料、微生物和植物共同净化水质，克服了传统生物滤器的易堵塞和造成水产养殖水体中氮元素的积累等缺点。
1、利用虹吸原理使多级好氧-厌氧复合生物滤床处于好氧-厌氧交替的状态，通过通气立管、通气干管和通气支管的共同作用，大大改善中间填料层的复氧效果，能够强化填料上微生物脱氮，无需外加动力消耗，运行成本低。
2、多级好氧-厌氧复合生物滤床中间填料层的填料粒径逐级减小，最前一级滤床的中间填料层使用沸石，吸附污染物质氨氮，提高后续设备除氮的效率；最后一级滤床中间填料层采用粒径较小的石英砂，达到较好过滤效果，去除水中含有少量的细小悬浮物、细菌、病毒等物质，截留物质能够被填料上的微生物降解，防止了堵塞现象。
3、多级好氧-厌氧复合生物滤床，占地面积小，床深较浅，建造方便，可直接建造在养殖塘堤上；机械设备少，建造成本较低；适用范围广，适用于大、中、小型规模的海水或淡水养殖循环水处理。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明图1的俯视示意图；
图3为本发明通气支管的结构示意图；
图4为本发明图3的A-A剖视示意图；
图5为本发明整流墙的结构示意图。
图6为本发明应用举例的结构原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图以具体实施例对本发明作进一步描述，参见图1-6：
一种多级好氧-厌氧复合生物滤床，包括进水管4及滤床(L1、L2、L3)，所述的滤床(L1、L2、L3)有两级以上(本发明为3级)，每级滤床的液位高度依级次降低，每级滤床均用两面均布有穿孔29的整流墙7分割成进水槽(6、16)、过滤腔3及出水槽14，过滤腔3内装填有填料形成的填料层(8、9、10)，所述的填料层(8、9、10)为横向分层，填料层(8、9、10)的填料粒径为：两边填料层(8、9)的填料粒径大、中间填料层10的填料粒径小，每级滤床的中间填料层10的填料粒径随滤床的级次依次减小，进水管4的出水端设置在最前一级滤床的进水槽6的底部，上一级滤床的出水槽14的底部通过虹吸管15与下一级滤床的进水槽16底部连通，最后一级滤床的出水槽14底部通过虹吸管15与低于最后一级滤床的出水槽14底部的排水槽21连通，每级滤床的中间填料层10内竖直设置有若干根通气立管11、横向设置有一层以上的通气干管12和通气支管13，通气立管11、通气干管12及通气支管13交叉连通，通气支管13上间隔设置有通气孔131，通气立管11的上端设置有开口，每级滤床填料层的上部种植有能适应海水或淡水水质特点及降解污染物质的植物2，所述的中间填料层10的填料粒径逐次减小是指：最前一级滤床的中间填料层10使用的粒径为10-15mm的沸石，吸附污染物质氨氮，提高后续设备除氮的效率；最后一级滤床的中间填料层10使用的是粒径为2-4mm的石英砂，目的是去除水中含有少量的细小悬浮物、细菌、病毒等物质；中间级滤床的中间填料层10使用的粒径按比例递减，其填料为下列材料之一或其组合：火山石、石灰石、陶粒、废煤渣等。
上述两边填料层(8、9)的填料为卵石，填料粒径均采用30-50mm，两边填料层(8、9)的宽度为300-400mm。
上述的虹吸管15为倒“U”型虹吸配水管，在虹吸管15及进水管4上均设置有控制阀5。
上述上下级滤床之间的最高液位之差均为500-600mm。
上述出水槽14内的虹吸管15吸水口与出水槽14的底部的距离为30-50mm，进水槽16内的虹吸管15出水口与进水槽16底部的距离为30-50mm，排水槽21内的虹吸管出水口与排水槽21底部的距离为30-50mm。
上述出水槽14内的虹吸管15上设置有破坏孔20，破坏孔20比下一级滤床最高液位高出100-200mm，虹吸管15破坏孔20与虹吸管15吸水口的距离为100-200mm，使滤床中具有一定高度的厌氧层，保证厌氧反硝化过程充分。
上述整流墙7上穿孔29的截面尺寸均为：长×宽＝200mm×30mm。
上述在海水环境中种植的降解污染物质的植物2为：耐盐植物菊芋、芦苇或黑麦草等；在淡水环境中种植的降解污染物质的植物为：香蒲、菖蒲、水葱、野山姜等。
本发明的工作过程：污水从进水管4进入滤床L1进行过滤：污水从进水管4进入滤床L1的进水槽6，经过有穿孔29的整流墙7整流后流进入左侧的大粒径填料层8渗透，然后向中间填料层10渗透，再流进右侧的大粒径填料层9，由有穿孔29的整流墙7整流后收集到出水槽14中，当出水槽14中的液位漫过虹吸管15顶点后，虹吸管15中发生虹吸，出水槽14中水被输送到下一级滤床L2的进水槽16中而降低上一级滤床L1的液面，当上一级滤床L1的液面高度低于虹吸管15前端进口处的破坏口20的高度时，虹吸管15中的虹吸破坏，吸水停止，其它级滤床(L2、L3)的工作原理与最前一级滤床L1的工作原理相同，不再一一详述，经过一级滤床L1净化的水被输送到下一级滤床L2的进水槽16中经整流墙7、左侧的大粒径填料层8、中间填料层10、右侧的大粒径填料层9、出水槽14、用虹吸管15送入再下一级滤床L3的进水槽16，在经整流墙7、左侧的大粒径填料层8、中间填料层10、右侧的大粒径填料层9、出水槽14后，用虹吸管15送入排水槽21中，形成了一个完整的过滤过程；
污水从进水管4开始，经滤床L1、滤床L2、滤床L3的净化，达到出水水质标准，最后由排水槽21排出；由多级滤床之间的设计高程逐级次降低，污水在逐级流动的过程中，主要依靠虹吸来完成，在虹吸管15中虹吸的发生和破坏往复过程中，使各级滤床中的水位“上-下”自动不断的改变。当水位下降时，外部空气可以通过中间填料层10中通气立管11、通气干管12和通气支管13迅速被抽吸进入填料空隙中，空气直接与填料上附着的微生物以及液膜进行氧传递，填料上微生物处于好氧状态；当水位上升时，填料上的微生物消耗水中溶解氧至尽，形成厌氧状态，通过虹吸管15上调节阀5的开度来调节虹吸流速，从而达到控制填料上微生物好氧-厌氧状态交替的周期，填料上的微生物处在好氧-厌氧不断交替的方式下运行，能够强化脱氮的效果。该充氧方式，复氧效率高且无需外加能源消耗，解决了传统生物滤器技术由于溶解氧不足而限制系统污染物降解能力的问题，同时通过多级模式，填料粒径逐级减小，防止了系统堵塞，在每级滤床的过滤中，由于种植的可降解污染物质的植物2吸收了污水中的有机物，即使水质得到了净化，又美化了环境。
本发明在实际使用过程中，进水槽(6、16)、滤床(L1、L2、L3)及出水槽14的数量可以根据实际需要设置，同时，各个滤床中填料种类及粒径可根据污水中污染物的成分进行针对性的设置。
本发明的应用举例，参见图6：
将本发明B的进水管的进水端用管道与水产养殖塘D内连通，进水管上安装有水泵E，将本发明B的排水槽内腔用管道与水产养殖塘D连通，排水槽与水产养殖塘D之间的管道上设置有紫外线消毒器C，水泵E将水产养殖塘D内的水抽到本发明B的最前一级滤床的进水槽内，经过多级过滤后进入排水槽内，再经紫外线消毒器消毒后返回水产养殖塘D内形成对水产养殖塘D内的水质进行强制循环净化处理的装置，保证了水产养殖产品的质量和产量。
上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种多级好氧-厌氧复合生物滤床，其特征在于：包括进水管及滤床，所述的滤床有两级以上，每级滤床的液位高度依级次降低，每级滤床均用两面均布有穿孔的整流墙分割成进水槽、过滤腔及出水槽，过滤腔内装填有填料形成填料层，所述的填料层为横向分层，填料层的填料粒径为：两边填料层的填料粒径大、中间填料层的填料粒径小，每级滤床的中间填料层的填料粒径随滤床的级次依次减小，进水管的出水端设置在最前一级滤床的进水槽的底部，上一级滤床的出水槽的底部通过虹吸管与下一级滤床的进水槽底部连通，最后一级滤床的出水槽底部通过虹吸管与低于最后一级滤床的出水槽底部的排水槽连通，每级滤床的中间填料层内竖直设置有若干根通气立管、横向设置有一层以上的通气干管和通气支管，通气立管、通气干管及通气支管交叉连通，通气支管上间隔设置有通气孔，通气立管的上端设置有开口，每级滤床填料层的上部种植有能适应海水或淡水水质特点及降解污染物质的植物，所述的中间填料层的填料粒径逐次减小是指：最前一级滤床的中间填料层使用的粒径为10-15mm的沸石；最后一级滤床的中间填料层使用的是粒径为2-4mm的石英砂；中间级滤床的中间填料层使用的粒径按比例递减，其填料为下列材料之一或其组合：火山石、石灰石、陶粒、废煤渣。
2.根据权利要求1所述的多级好氧-厌氧复合生物滤床，其特征在于：所述两边填料层的填料为卵石，填料粒径均采用30-50mm，两边填料层的宽度为300-400mm。
3.根据权利要求1所述的多级好氧-厌氧复合生物滤床，其特征在于：所述的虹吸管为倒“U”型虹吸配水管，在虹吸管及进水管上均设置有控制阀。
4.根据权利要求1所述的多级好氧-厌氧复合生物滤床，其特征在于：所述上下级滤床之间的最高液位之差均为500-600mm。
5.根据权利要求1所述的多级好氧-厌氧复合生物滤床，其特征在于：所述出水槽内的虹吸管吸水口与出水槽的底部的距离为30-50mm，进水槽内的虹吸管出水口与进水槽底部的距离为30-50mm，排水槽内的虹吸管出水口与排水槽底部的距离为30-50mm。
6.根据权利要求1所述的多级好氧-厌氧复合生物滤床，其特征在于：所述出水槽内的虹吸管上设置有破坏孔，破坏孔比下一级滤床最高液位高出100-200mm，虹吸管破坏孔与虹吸管吸水口的距离为100-200mm。
7.根据权利要求1所述的多级好氧-厌氧复合生物滤床，其特征在于：所述整流墙上穿孔的截面尺寸均为：长×宽＝200mm×30mm。
8.根据权利要求1所述的多级好氧-厌氧复合生物滤床，其特征在于：所述在海水环境中种植的降解污染物质的植物为：耐盐植物菊芋、芦苇或黑麦草；在淡水环境中种植的降解污染物质的植物为：香蒲、菖蒲、水葱、野山姜。
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