CN104743679B - 一种连续流式生物絮凝水处理反应器及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种连续流式生物絮凝水处理反应器及其方法，所述反应器包含一圆柱形筒体，圆柱形筒体内部设置中隔板(5)将圆柱形简体分为体积比1∶1的左右两部分，一部分为反应区(6)，另一部分为沉淀区(7)；反应区(6)上部设置进水口(2)，沉淀区(7)上部设置出水口(4)，中隔板正中央设有一个流水孔(10)，使反应区和沉淀区中的混合液可以充分流通；中隔板(5)下部和反应器底部保持一定空隙作为回泥口(12)。使用一个水处理单元同步去除循环水养殖用水中悬浮固体颗粒物、氨氮、亚硝氮和硝氮等污染物，不需要固液分离机，减少装备投入和减少换水。
Description
技术领域
本发明涉及循环水养殖水处理领域，尤其涉及的是一种连续流式生物絮凝水处理反应器及其方法。
背景技术
循环水养殖方式能够节水、节地，实现全年的高密度集约化养殖。但是水产动物的蛋白需求明显高于哺乳动物，仅约20-30％的投喂蛋白质被转化成鱼获物，大部分N元素不能被利用而存在于养殖水体中，一般养殖水体中的碳氮比(C/N)低于4.0。循环水养殖用水通常首先通过固液分离机去除大部分的悬浮颗粒物，然后使用硝化反应器将水体中的氨氮通过自养硝化细菌的硝化作用转变亚硝氮，直至硝态氮，但是固液分离需要消耗大量能源和排除大量废水，目前开发的固液分离机大多性能不够稳定，而且养殖水体硝氮过高也会对鱼类的福利产生负面影响。通常，当硝态氮高于100mg/L就要适当换水，闭合式循环水养殖系统日换水率小于5％，半闭合循环水养殖系统日换水率为5-15％。
此外，每生产1kg鲜鱼需消耗1-3kg干饲料。全球大约1/3的鱼粉产量被用作鱼类饲料原料，生产1kg罗非鱼大约需要消耗1.41kg野生鱼资源(鲜重)，每生产1kg海产肉食性鱼类大约消耗5.16kg野生鱼资源，可是野生鱼资源是有限的，饲料短缺被认为是水产养殖可持续发展的主要限制因素之一。
研究者根据异养细菌生长代谢需求特征，提出将养殖水体中的C/N提高到15以上，促进异养细菌的生长繁殖，形成微生物絮凝体，而异养微生物的同化作用可以快速去除水体中的氨氮，并将其转化为可被鱼虾摄食的微生物有机氮，从而高效地控制水质和提高饲料利用率。并且，相关研究者成功将硝态氮作为生物絮凝反应器的底物，实现了硝态氮的去除和生物絮凝体的生产。研究表明，絮体可以直接被水产动物摄食，或者作为饲料中鱼粉的替代品。絮体的粗蛋白含量一般为20-60％，粗脂肪含量为1-5％，能量20-25)kJ/g，可以部分满足养殖对象的营养需求；絮凝体中含有的其他物质对水产养殖也具有重要意义，比如短链脂肪酸、聚β羟丁酸(Poly-β-hydroxybutyrate，PHB)和某些生物未知因子等。
发明内容
本发明提出一种循环水养殖用水处理的连续流式生物絮凝反应器，同步去除循环水养殖用水中悬浮固体颗粒物、氨氮、亚硝氮和硝氮等污染物，剩余的生物絮凝体可作为水产饲料蛋白源。
本发明采用如下技术方案：
一种连续流式生物絮凝水处理反应器，包含一圆柱形筒体，圆柱形筒体内部设置中隔板(5)将圆柱形筒体分为体积比1∶1的左右两部分，一部分为反应区(6)，另一部分为沉淀区(7)；反应区(6)上部设置进水口(2)，通过进水口(2)通入待处理的污水，沉淀区(7)上部设置出水口(4)，处理后的水从出水口排出，中隔板正中央设有一个流水孔(10)，使反应区和沉淀区中的混合液可以充分流通；中隔板(5)下部和反应器底部保持一定空隙作为回泥口(12)；在沉淀区(7)的底部设置一个倾斜的导泥板(11)，将沉淀区内的沉淀物通过回泥口(12)重新导流进入反应区(6)参与反应，反应区(6)底部设有一曝气盘(13)，通过顶部空气入口(1)向曝气盘(13)导入空气，对反应区搅拌、曝气、增氧。
所述的水处理反应器中，所述反应器由一台离心泵(15)提供进水，离心泵(15)进水管与水产养殖污水出水口连接，离心泵(15)出水管分为两路支管，一路支管连接反应区(6)的进水口，另一路支管直接接回循环水养殖单元入水口，两路支管均设有流量计及水流量调节的阀门(9)。
所述的水处理反应器中，所述反应区底部设有一个排泥口(14)，在生物絮凝体达到一定量时打开排泥口收集多余的生物絮体，用作水产养殖动物的饵料。
所述的水处理反应器中，所述圆柱形筒体高210cm、直径100cm；所述进水口(2)设在反应区高190cm高处，所述出水口(4)设在沉淀区(7)高180cm处；中隔板(5)为宽100cm，长195cm的矩形板，其宽度与圆柱形筒体直径相等。
所述的水处理反应器中，所述流水孔设置在距反应器底部50cm处，其直径为10cm。
所述的水处理反应器中，所述中隔板(5)下部和反应器底部保持10cm的空隙作为回泥口(12)。
所述的水处理反应器中，所述导泥板(11)与圆柱形筒体底部呈30°斜角。
所述的水处理反应器中，所述反应区和沉淀区顶盖上各开设有一个直径45cm的检查口(3)。
所述的水处理反应器中，所述曝气盘由一根总长250cm的纳米微管以直径40cm环绕两周形成。
应用上述任一所述水处理反应器的水处理方法，在生物絮凝反应器的反应区(6)预先填充培养好生物絮凝体，启动絮凝反应，养殖废水经离心泵进入反应区，曝气反应，沉淀区沉淀后上层洁净水通过出水口重回循环水养殖单元，浑浊反应液沉淀后的絮凝体污泥经导泥板重回反应区；养殖用水通过生物絮凝反应器处理并实现二次利用。
本发明运用生物絮凝反应器处理循环水养殖用水，使用一个水处理单元同步去除循环水养殖用水中悬浮固体颗粒物、氨氮、亚硝氮和硝氮等污染物，不需要固液分离机，减少装备投入和减少换水；生物絮凝反应器内多余的絮凝体可用作水产动物的鲜饲料或饲料原料，实现系统投饲中N的再次利用，节约养殖成本。
附图说明
图1为本发明生物絮凝反应器的剖视图；
图2为本发明生物絮凝反应器的俯视图；
图3为本发明基于生物絮凝反应器的循环水养殖系统侧视图。
图中标号的含义为：1.空气入口，2.进水口，3.检查口，4.出水口，5.中隔板，6.反应区，7.沉淀区，8.流量计，9.阀门，10.流水孔，11.导泥板，12.回泥口，13.曝气盘，14.排泥口，15.离心泵，16.养殖槽，17.集污槽，18.排污管道，19.阀门，20.缓冲池，21.支架，22.地面，23.连通管道，24.钢丝隔网。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。
参考图1和图2，该生物絮凝反应器包括一高210cm，直径100cm的圆柱形筒体，圆柱形筒体内部设置中隔板5将圆柱形筒体分为体积比1∶1的左右两部分，一部分为反应区6，另一部分为沉淀区7。反应器6顶部设置进水口2，进水口2设在反应区高190cm高处，沉淀区7设置出水口4，出水口4设在沉淀区7高180cm处。中隔板5为宽100cm，长195cm的矩形板，其宽度与圆柱形筒体直径相等。中隔板正中央距反应器底部50cm处设有一个直径10cm的流水孔10，使反应区和沉淀区中的混合液可以充分流通。中隔板5下部和反应器底部保持10cm空隙作为回泥口12。在沉淀区7的底部设置一个倾斜的导泥板11，将沉淀区内的沉淀物通过回泥口12重新导流进入反应区6参与反应，导泥板11与圆柱形筒体底部呈30°斜角。反应区和沉淀区顶盖上各开设有一个直径45cm的检查口3。用一根总长250cm的纳米微管以直径40cm环绕两周成曝气盘13，设置在反应区6底部，通过顶部空气入口1导入空气，进行搅拌、曝气、增氧。
反应器由一台离心泵15(2.2kW，总流量8m3/h)提供进水，离心泵15进水管与养殖单元出水口(水产养殖污水)连接，离心泵15出水管分为两路支管，一路支管连接反应区6的进水口，另一路支管直接接回循环水养殖单元入水口，两路支管均设有流量计及水流量调节的阀门9，因此反应器的进水流量可以合理地调节。在生物絮凝反应器的反应区6预先填充培养好生物絮凝体，启动絮凝反应，养殖废水经离心泵进入反应区，曝气反应，沉淀区沉淀后上层洁净水通过出水口重回循环水养殖单元，浑浊反应液沉淀后的絮凝体污泥经导泥板重回反应区。养殖用水通过生物絮凝反应器处理并实现二次利用。反应区底部设有一个排泥口14，在生物絮凝体达到一定量时可以打开排泥口收集多余的生物絮体，用作水产养殖动物的饵料。
参考图3，循环水养殖单元包括养殖槽16和一个位于养殖槽16下部的缓冲槽20，玻璃纤维制作的养殖槽16分为平行的上下两层，每层养殖槽长1000cm，宽100cm，高45cm，槽壁厚0.6cm。养殖槽每隔200cm设有一个高40cm的钢丝隔网24(孔径1.0cm×1.0cm)。每层养殖槽尾部设有一个长50cm，宽100cm，高80cm的斜斗式集污槽17。下层养殖槽的下部，设有一个长500cm，宽100cm，高45cm的PVC材质的缓冲池20。两层养殖槽的尾部集污槽17通过PVC材质的连通管道23连通，下层养殖槽的集污槽通过连通管道23连接到缓冲池20。两个集污槽17设有独立的PVC材质的排污管道18。
循环水养殖单元分为上下两层养殖槽，养殖槽串联、叠放，实现了水体的连续流动，缩减了养殖系统的占地面积。养殖用水依次经过上下两层养殖槽后进入缓冲池。缓冲池和反应区之间为离心泵15。生物絮凝反应器的反应区已预先培养好生物絮凝体，浑浊反应液沉淀后的絮凝体污泥经导泥板重回反应区。养殖用水经曝气反应，沉淀区沉淀后，重回上层养殖槽。养殖用水通过生物絮凝反应器处理并实现二次利用。
使用时，将上述生物絮凝反应器同循环水养殖单元(总养殖水体4m3)连接，首先关闭生物絮凝反应器的排泥口14，向反应器的反应区6加入养殖废水和鱼类的残饵粪便，全天24h使用3台总功率为540w的电磁式空气泵连续曝气，然后每日额外加入适量葡萄糖，使反应区水体中溶解性有机碳(DOC)与总氨氮(TAN)之比大于15，经过3周的培养，反应区形成了具有强吸附和絮凝能力的生物絮凝体，絮凝体浓度为2.9g/L。生物絮凝体培养完成一周之前，上下两层养殖槽和缓冲池均加入自来水，水深20cm。自来水经曝气处理后，养殖槽放入35g/尾左右的罗非鱼，放养密度12.5kg/m3。暂养期间，开离心泵，打开通入上层养殖槽支水路的阀门，关闭通入生物絮凝反应器支水路的阀门。
待生物絮凝反应器内的生物絮凝体已培养完成，打开通入生物絮凝反应器支水路的阀门，调节阀门大小，使进水流量为1.9L/min，即生物絮凝反应器的水力停留时间为12h。离心泵总流量为8m3/h，即养殖槽的平均水流速为0.01m/s。罗非鱼日投饵三次，日投饵率为1％。每天按日投饵总重的50％，分早晚两次向生物絮凝反应器的反应区加入葡萄糖。
养殖期间，分别从养殖槽、生物絮凝反应器的进水口和出水口取样，分别测试pH，化学需氧量(CODcr)、总氮(TN)、总氨氮(TAN)，亚硝酸(NO2-N)，硝态氮(NO3-N)和悬浮物(SS)浓度。经过4周的养殖，罗非鱼终密度为15.2kg/m3，成活率为90.5％。整个养殖期间生物絮凝反应器对养殖水具有很好的净化效果。表1所列数据为养殖系统中连续流式生物絮凝反应器对养殖水净化的实测效果和养殖区水质情况，数据表明本反应器有效地去除养殖水中的悬浮物和较好的脱氮效果。
表1
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (7)
1.一种连续流式生物絮凝水处理反应器，其特征在于，包含一圆柱形筒体，圆柱形筒体内部设置中隔板(5)将圆柱形筒体分为体积比1∶1的左右两部分，一部分为反应区(6)，另一部分为沉淀区(7)；反应区(6)上部设置进水口(2)，通过进水口(2)通入待处理的污水，沉淀区(7)上部设置出水口(4)，处理后的水从出水口排出，中隔板正中央设有一个流水孔(10)，使反应区和沉淀区中的混合液可以充分流通；中隔板(5)下部和反应器底部保持一定空隙作为回泥口(12)；在沉淀区(7)的底部设置一个倾斜的导泥板(11)，将沉淀区内的沉淀物通过回泥口(12)重新导流进入反应区(6)参与反应，反应区(6)底部设有一曝气盘(13)，通过顶部空气入口(1)向曝气盘(13)导入空气，对反应区搅拌、曝气、增氧；所述反应器由一台离心泵(15)提供进水，离心泵(15)进水管与水产养殖污水出水口连接，离心泵(15)出水管分为两路支管，一路支管连接反应区(6)的进水口，另一路支管直接接回循环水养殖单元入水口，两路支管均设有流量计及水流量调节的阀门(9)；所述反应区底部设有一个排泥口(14)，在生物絮凝体达到一定量时打开排泥口收集多余的生物絮体，用作水产养殖动物的饵料；所述圆柱形筒体高210cm、直径100cm；所述进水口(2)设在反应区高190cm高处，所述出水口(4)设在沉淀区(7)高180cm处；中隔板(5)为宽100cm，长195cm的矩形板，其宽度与圆柱形筒体直径相等。
2.根据权利要求1所述的水处理反应器，其特征在于，所述流水孔设置在距反应器底部50cm处，其直径为10cm。
3.根据权利要求1所述的水处理反应器，其特征在于，所述中隔板(5)下部和反应器底部保持10cm的空隙作为回泥口(12)。
4.根据权利要求1所述的水处理反应器，其特征在于，所述导泥板(11)与圆柱形筒体底部呈30°斜角。
5.根据权利要求1所述的水处理反应器，其特征在于，所述反应区和沉淀区顶盖上各开设有一个直径45cm的检查口(3)。
6.根据权利要求1所述的水处理反应器，其特征在于，所述曝气盘由一根总长250cm的纳米微管以直径40cm环绕两周形成。
7.根据权利要求1-6任一所述水处理反应器的水处理方法，其特征在于，在生物絮凝反应器的反应区(6)预先填充培养好生物絮凝体，启动絮凝反应，养殖废水经离心泵进入反应区，曝气反应，沉淀区沉淀后上层洁净水通过出水口重回循环水养殖单元，浑浊反应液沉淀后的絮凝体污泥经导泥板重回反应区；养殖用水通过生物絮凝反应器处理并实现二次利用。
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