CN102815786A - 冲击式一体化脱氮生物反应器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种冲击式一体化脱氮生物反应器。包括一组存有若干层沙粒的腔体、设置于所述腔体上方的布水槽路、设置于所述腔体上方的出水管路、设置于所述腔体上部的分水板，所述若干层沙粒位于腔体下部，所述布水槽路和出水管路之间设有垂直高度差，用于保持水位，并产生所需的冲击水流，所述分水板平行于所述腔体的垂直轴线，布水槽路和出水管路分别位于分水板两侧，用于保证水流接触沙粒层后，其流向改变180度后从出水管路流出，所述分水板在出水管路一侧具有毛刷状突起，用于阻挡沙粒随水流流出腔体。本发明能同时去除海、淡水养殖水体中氨、亚硝酸盐和硝酸盐。

Description

冲击式一体化脱氮生物反应器

技术领域

本发明涉及一种同时去除海、淡水养殖水体中氨、亚硝酸盐和硝酸盐的生物反应器。具体涉及一种冲击式一体化脱氮生物反应器。

背景技术

水资源短缺、环境污染和盲目追求产量，造成渔场老化，水环境质量衰退，甚至鱼病蔓延，严重影响了水产品产量和质量。近年来，工厂化封闭式循环水养鱼，作为现代化养鱼科技、实现产业化的主要形式受到了越来越多的重视。在这一领域中高新技术的研究、引入、和应用情况，在某种程度上标志着一个国家养鱼技术水平，某些发达国家已在这一领域抢占制高点，实现产业化、商品化，其中的水处理技术工程与控制系统研究也更加深入。

鱼类的排泄物主要是氨类，氨对鱼类具有较高的毒性，在浓度为0.5mg/L的时候即可对养殖鱼类产生明显的毒性作用。氨在富氧环境中，在硝化细菌的作用下可转化成亚硝酸盐，进而转化成硝酸盐。但是亚硝酸盐对鱼类和其他水生生物同样具有很强的毒性，在0.05mg/L的时候即可对造成养殖鱼类中毒。硝酸盐毒性较弱，但是当浓度增加至400mg/L时，也会对鱼类的生长产生显著的抑制作用，同时降低鱼类地免疫力，造成鱼病高发。

目前对养殖水体中氨和亚硝酸盐的去除主要依靠生物滤器，而常用的生物过滤方法如普通生物滤池、生物滚筒、生物转盘、活性污泥法等存在着占地面积大、易阻塞或生物膜活性较差等不足，同时在系统管理上，技术要求较高，净化效果不稳定，开发推广受到限制。流化床生物滤器是近年来发展起来的高技术，它利用了固体流化技术和微小颗粒具有巨大表面积的原理和特点，集中了滴滤器和活性污泥法的优点，生物膜高度集中，浓度高，传质好净化效率高，负荷率和转化率能提高2～4倍，但是流化床生物滤器本身也有能耗高、耗氧高的问题，并且无法去除水体中的硝酸盐。

高效的硝化作用在去除水中的氨和亚硝酸盐的同时，也会造成水体中硝酸盐的累积，而且硝化生物滤器的效率越高，水体中硝酸盐的累积速度就越快。养殖水体中硝酸盐去除的主要途径有通过厌氧菌实现的反硝化反应和换水。在观赏鱼养殖等小规模养殖中，可以通过厚沙式生物过滤来制造厌氧区，实现反硝化作用；或者利用微流式反硝化滤器，依靠外加碳源来培养厌氧菌，实现反硝化作用。但由于这两种滤器共有的厌氧区难以稳定，处理能力较弱等问题，难以适应大规模、高密度的工厂化养殖的需求。因此，目前养殖水体中的硝酸盐控制主要通过换水实现。

综合以上，寻求一种能耗低、使用简便、成本低廉的并能对水体中的各种氨氮化合物(包括氨、亚硝酸盐和硝酸盐)实现高效去除的生物反应器，在水资源日益短缺、保护环境的呼声日益高涨的今天，对工厂化循环水养殖产业的发展至关重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种冲击式一体化脱氮生物反应器，从而包括了去除氨、亚硝酸盐的流化床生物过滤部分和去除硝酸盐的厚沙式生物过滤部分，能耗低，可以高效的去除养殖水体中的氨、亚硝酸盐和硝酸盐，且不用外加碳源，能够极大的降低换水频率，实现水产循环水养殖系统的节能、节本和减低维护强度。

为了达到上述目的，本发明有如下技术方案：

本发明的一种冲击式一体化脱氮生物反应器，包括一组存有若干层沙粒的腔体、设置于所述腔体上方的布水槽路、设置于所述腔体上方的出水管路、设置于所述腔体上部的分水板，所述若干层沙粒位于腔体下部，所述布水槽路和出水管路之间设有垂直高度差，用于保持水位，并产生所需的冲击水流，所述分水板平行于所述腔体的垂直轴线，布水槽路和出水管路分别位于分水板两侧，用于保证水流接触沙粒层后，其流向改变180度后从出水管路流出，所述分水板在出水管路一侧具有毛刷状突起，用于阻挡沙粒随水流流出腔体。

其中，所述分水板位于沙粒层上表面，分水板能上下移动，用于在改变水流方向的同时，调节水流以合适的流速扰动沙粒层表面。

其中，所述毛刷状突起分布于分水板上。

其中，所述布水槽路和出水管路设有垂直高度差，垂直高度差能通过布水槽路和出水管路的相对垂直位置变化而调节，用于产生足够的冲击水流。

其中，所述腔体下部铺有沙粒层。

其中，所述腔体一侧设有透明观察窗。

由于采取了以上技术方案，本发明的优点在于：

本发明的一种冲击式一体化脱氮生物反应器，水体通过布水槽路进入腔体内，水体由于重力产生冲击水流，使腔体内的水处于氧饱和状态，分水板的毛刷状突起和沙粒层表层10-15cm为富氧区，可培养大量的耗氧硝化细菌，分解水体中的氨和亚硝酸盐生成硝酸盐；沙粒层表层10-15cm以下为弱氧区和厌氧区，形成厚沙式生物过滤部分，其中细菌可进行反硝化反应，利用硝酸盐中的氧原子，生成氮气，从而实现硝酸盐的去除；脱氮后的水体由排水管路排出，实现去除养殖水体中的氨、亚硝酸盐和硝酸盐。

附图说明

图1为本发明的冲击式一体化脱氮生物反应器的结构示意图；

图2为本发明的冲击式一体化脱氮生物反应器的俯视图。

图3为本发明的冲击式一体化脱氮生物反应器的透明观察窗的示意图。

图中：101、腔体；102、分水板；103、砂粒层；104、毛刷状突起；201、布水槽路；202、出水管路；301、透明观察窗。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

参见图1、图2、图3，本发明的一种冲击式一体化脱氮生物反应器，它包括腔体101、布水槽路201、出水管路202；布水槽路201和出水管路202设置在腔体101的上部，布水槽路201高于出水管路202，在本实施例中，布水槽路201和出水管路202垂直高度差为15cm。

腔体101中设有沙粒层103，以提供反硝化细菌所需要的附着面和厌氧环境，在本实施例中，沙粒层103厚度为60cm，沙粒的直径为0.2-1.2mm；腔体101一侧设有透明观察窗301，以观察厌氧区形成状况，同时监视硫化氢形成层的形成。

腔体101中设有分水板102，在本实施例中，分水板102位于沙粒层103上方3cm处，在改变水流方向的同时，使沙粒层103上部3cm的沙粒处于悬浮状态，成为流化床生物过滤部分；分水板102在出水管202一侧具有毛刷状突起104，以阻挡沙粒随水流流出腔体，在本实施例中，毛刷状突起104分布于分水板的90％的面积上，长度8cm。

本发明工作时，水体通过管道或渠道自流进入布水槽路201，以15cm落差进入腔体101，使得水流与空气充分混合，从而使腔内水体富氧；水流下行至沙粒层，在分水板102的作用下，改变方向同时扰动沙粒层103上部3-5cm深度的沙粒；沙粒层103上部沙粒和分水板毛刷结构104上附着的硝化细菌可利用水中的氧，将水体中的氨和亚硝酸盐转化为硝酸盐；同时沙粒层103中10-15cm以下部分因上层活跃的耗氧硝化作用，处于微氧或无氧状态，形成厚沙式生物过滤部分，其中的厌氧反硝化细菌可进行反硝化作用，将分离、利用硝酸盐中的氧，同时产生氮气，实现对腔内水体的脱氮；脱氮后的水由出水管自由流出。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (6)

1.一种冲击式一体化脱氮生物反应器，其特征在于：包括一组存有若干层沙粒的腔体、设置于所述腔体上方的布水槽路、设置于所述腔体上方的出水管路、设置于所述腔体上部的分水板，所述若干层沙粒位于腔体下部，所述布水槽路和出水管路之间设有垂直高度差，用于保持水位，并产生所需的冲击水流，所述分水板平行于所述腔体的垂直轴线，布水槽路和出水管路分别位于分水板两侧，用于保证水流接触沙粒层后，其流向改变180度后从出水管路流出，所述分水板在出水管路一侧具有毛刷状突起，用于阻挡沙粒随水流流出腔体。

2.如权利要求1所述的一种冲击式一体化脱氮生物反应器，其特征在于：所述分水板位于沙粒层上表面，分水板能上下移动，用于在改变水流方向的同时，调节水流以合适的流速扰动沙粒层表面。

3.如权利要求1所述的一种冲击式一体化脱氮生物反应器，其特征在于：所述毛刷状突起分布于分水板上。

4.如权利要求1所述的一种冲击式一体化脱氮生物反应器，其特征在于：所述布水槽路和出水管路设有垂直高度差，垂直高度差能通过布水槽路和出水管路的相对垂直位置变化而调节，用于产生足够的冲击水流。

5.如权利要求1所述的一种冲击式一体化脱氮生物反应器，其特征在于：所述腔体下部铺有沙粒层。

6.如权利要求1所述的一种冲击式一体化脱氮生物反应器，其特征在于：所述腔体一侧设有透明观察窗。

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