CN104829067A - 活性铁净化器与岸坡湿地系统耦合净化养殖塘排水系统 - Google Patents

Abstract

本发明是活性铁净化器与岸坡湿地系统耦合净化养殖塘排水系统及排水方法，其结构是养殖塘的排水管的入口处设置拦污栅和过滤网，排水管的下端设置三通管，三通管连通活性铁净化器，活性铁净化器的出水管连通透水管，透水管埋设在砾石床的内部，砾石床与岸坡潜流湿地之间设置A无砂混凝土隔板，岸坡潜流湿地与河道之间设置B无砂混凝土隔板；所述的活性铁净化器的出水管上设置出水管阀门，活性铁净化器的底部的排水管上设置冲洗排水管阀门，冲洗排水管阀门连接冲洗排水管，冲洗排水管接入污泥井。优点：利用活性铁与厌氧微生物耦合协同反应降解养殖塘排水中的抗生素；充分利用岸坡，降低基建成本，砾石床和岸坡潜流湿地对出水也有较好的净化效果。

Description

活性铁净化器与岸坡湿地系统耦合净化养殖塘排水系统

技术领域

本发明涉及的是一种活性铁净化器与岸坡湿地系统耦合净化养殖塘排水系统及排水方法。属于养殖塘排水处理领域。

背景技术

池塘养殖是我国最重要的水产养殖方式，随着人们对水产品需求的日益增加，集约化水产养殖越来越多地应用在池塘养殖中。集约化水产养殖存在不合理的养殖容量和营养供需问题，高密度放养、大投喂量、大量残饵和动物代谢物滞留于养殖水体造成了养殖水体富营养化。养殖水体的富营养化还会加速病原生物的繁衍，诱发病害。为防治鱼病，需直接向水体投入大量的消毒剂、抗生素和杀虫剂等。鱼、蟹、虾等水产品一般都追求速度快，就添加大量激素在饲料里。研究表明，仅20%-30%投加的抗生素被鱼类吸收，大部分进入水环境中。

目前，我国养殖池塘结构设计中只有生产功能而缺乏有效的水体净化功能，含有大量抗生素、激素、氮磷营养盐等的养殖废水直接排放进入周围稻田或自然水体。我国农田土壤、江河湖泊以及地下水体中都检测出了抗生素。残留在环境中的抗生素虽然只有痕量水平，但是长期暴露在此环境中的动植物、微生物还是会受到很大影响，比如耐药性微生物的出现、植物和动物生长受抑制、微生态平衡受到破坏等。许多抗生素理化性质比较稳定，不容易降解，蓄积在水产品体内，通过食物链传递而对人体健康构成威胁。养殖塘排水的治理成为我国亟待解决的问题，抗生素的去除成为养殖塘排水治理的关键内容。

生物处理法有处理条件温和、费用低、微生物易培养和可强化等优点，目前抗生素行业废水处理主体环节都采用了生物处理法。生物处理工艺主要依赖微生物作用，受污泥吸附能力和生物降解活性的限制，对废水中残留抗生素的处理效果并不理想。基于上述问题，很多学者对生物处理工艺强化方法进行了研究，这些方法的主体是驯化可以耐受抗生素毒性并能分解这些高浓度有机物的微生物。驯化和基因工程菌改造等生物强化手段提高了微生物对抗生素的处理效果，但这些微生物获得了较强的耐药性，一旦离开处理系统进入环境，必将带来新的环境风险。

近年来，水生植物尤其是经济水生植物越来越多地用于污水处理领域，例如稳定塘、人工湿地等。但水生植物对抗生素的去除效果有限，抗生素对水生植物也有一定的毒性，且容易长期累积，并随着食物链传递对周围环境产生生态风险和人体健康风险。

活性铁因其优异的物化特性，尤其是强氧化性，而在废水处理中受到广泛重视。活性铁-厌氧微生物耦合体系可用于降解多种不同的污染物，对抗生素和激素具有较好的去除效果，并且其处理效果远优于活性铁或微生物单独作用的效果。但粉末状的活性铁颗粒易钝化、结板，需要频繁清洗更换，限制了活性铁在水处理中的广泛应用。

发明内容

本发明提出的是一种活性铁净化器与岸坡湿地系统耦合净化养殖塘排水系统及排水方法，其目的旨在克服现有技术所存在的上述缺陷，活性铁净化器填充新型铁碳微电解填料，该填料为规整球形颗粒，采用高温磁化构架、微孔活化技术形成铁-碳-微量催化元素多孔空间网状结构，表面Zeta电位高，大幅度降低污染物开环、断链及降解反应的活化能，提高反应速率和效率。比表面积大，活性稳定高效，不钝化、堵塞、板结，消耗量少，产生污泥量少，清洗容易，无需经常拆卸更换，只需定期补加填料。活性铁净化器内部竖直悬挂若干根弹性填料，挂膜生长厌氧微生物，利用活性铁与厌氧微生物耦合协同反应处理污水。

本发明的技术解决方案：活性铁净化器与岸坡湿地系统耦合净化养殖塘排水系统，其结构是养殖塘24的排水管3的入口处设置拦污栅1和过滤网2，排水管3的下端设置三通管14，三通管14连通活性铁净化器4，活性铁净化器4的出水管连通透水管6，透水管6埋设在砾石床7的内部，砾石床7与岸坡潜流湿地8之间设置A无砂混凝土隔板9，岸坡潜流湿地8与河道19之间设置B无砂混凝土隔板10；所述的活性铁净化器的出水管上设置出水管阀门17，活性铁净化器的底部的排水管上设置冲洗排水管阀门13，冲洗排水管阀门13连接冲洗排水管11，冲洗排水管11接入污泥井12。

其排水方法，包括如下步骤：

1）养殖塘24排水流入排水管3，排水管入口处设置有拦污栅1和过滤网2；

2）养殖塘排水经由排水管下端的三通管14进入活性铁净化器4，活性铁净化器内填有铁碳内电解填料，对进入活性铁净化器4排水中的抗生素氧化分解，降低抗生素对微生物的毒害作用，提高抗生素的可生化降解性；

弹性填料上的厌氧微生物对氧化分解后的抗生素进行生物吸附降解；从而使废水中的抗生素得以去除；废水中氮在活性铁与厌氧微生物的耦合协同作用下转化为氮气得以去除，活性铁氧化过程产生的Fe³⁺和Fe²⁺与磷发生共沉淀，达到除磷效果，部分有机物也得以去除，脱落的生物膜以及污物沉降在净化器底部集中清理；

3）活性铁净化器4的出水从反水管15流入透水管6；透水管布水均匀，养殖废水进入砾石床，砾石床装填的碎石、煤渣、沸石填料表面的生物膜对废水中有机物和氮磷吸附降解，颗粒物也得以沉降；

4）污水经砾石床7处理后由A无砂混凝土隔板9进入岸坡潜流湿地8；

5）经过岸坡潜流湿地8植物净化的污水通过B无砂混凝土隔板10流入河道19；

冲洗时，关闭活性铁净化器出水管阀门17，打开活性铁净化器底部的冲洗排水管阀门13，冲洗水经有坡降的冲洗排水管11排入污泥井12，存集在污泥井中的污泥无氧发酵后可用作肥料。

本发明的优点和积极效果：（1）活性铁净化器填料浸没于污水中形成无数微电池系统，构成电场空间。电极反应中阴极得到的新生态氢、阳极生成的新生态Fe²⁺和零价铁均具有强还原性，极易与抗生素发生氧化还原作用，使其结构改变、毒性消除，提高废水的可生化降解性。反应产生的Fe(OH)₃、Fe(OH)₂胶体具有很强的混凝和吸附作用，废水中的悬浮物、胶体、大分子物质以及微电解作用产生的不溶物可被其吸附、凝聚。（2）活性铁净化器填充新型铁碳微电解填料，该填料比表面积大，活性稳定高效，不钝化、堵塞、板结，无需经常拆卸更换，只需定期补加填料，产泥少，处理成本低。活性铁净化器内部竖直悬挂若干根弹性填料，挂膜生长厌氧微生物，活性铁与厌氧微生物耦合协同反应处理污水效果和效率更高。铁是微生物生长的必需元素之一，对反应器内微生物的生长具有促进作用。铁碳内电解对抗生素的氧化分解降低了抗生素对微生物的毒害作用，提高了抗生素的可生化降解性。厌氧微生物对氧化分解后的抗生素和少量未分解的抗生素生物降解去除，氮磷营养元素以及有机物等也能得到较好地去除。（3）活性铁净化器采用便携式，安装方便，操作简单。（4）活性铁净化器出水管采用反水管，防止污水倒流，且出水管下端与活性铁净化器底部不接触，防止污泥堵塞出水管，且底部出水水质更好。（5）活性铁净化器出水口连接透水管，布水更均匀。（6）设置有冲洗排水系统，冲洗排水管有一定的坡度，采用物理自流式，利用势差，能耗低。污泥井设置在岸坡潜流湿地，污泥和冲洗排水存集在污泥井中，可用作肥料。（7）本发明因地制宜，改造利用现有河道岸坡湿地系统，降低了基建成本，砾石床和岸坡潜流湿地进一步去除水体中的氮磷和有机物，提高出水水质。

附图说明

图1是活性铁净化器与岸坡湿地系统耦合净化养殖塘排水系统的水平面图。

图2是图1中的A-A剖面图。

图3是图1中的B-B剖面图。

图4是图1中的C-C剖面图。

图中：1是拦污栅，2是过滤网，3是排水管，4是活性铁净化器，5是活性铁净化器挡盖，6是透水管，7是砾石床，8是岸坡潜流湿地，9是A无砂混凝土隔板，10是B无砂混凝土隔板，11是冲洗排水管，12是污泥井，13是冲洗排水管阀门，14是三通管，15是反水管，16是活性铁净化器填料，17是反水管阀门， 18是A隔水层，19是B隔水层，20是碎石层，21是土壤层，22是A植物，23是B植物，24是养殖塘，25是河道，26是塘埂。

具体实施方式

活性铁净化器与岸坡湿地系统耦合净化养殖塘排水系统，其结构是养殖塘24的排水管的3入口处设置拦污栅1和过滤网2，排水管3的下端设置三通管14，三通管14连通活性铁净化器4，活性铁净化器4的出水管连通透水管6，透水管6埋设在砾石床7的内部，砾石床7与岸坡潜流湿地8之间设置A无砂混凝土隔板9，岸坡潜流湿地8与河道19之间设置B无砂混凝土隔板10；所述的活性铁净化器的出水管上设置出水管阀门17，活性铁净化器的底部的排水管上设置冲洗排水管阀门13，冲洗排水管阀门13连接冲洗排水管11，冲洗排水管11接入污泥井12。

所述活性铁净化器填料采用新型铁碳微电解填料，该填料为规整球形颗粒，采用高温磁化构架、微孔活化技术形成铁-碳-微量催化元素多孔空间网状结构，并竖直悬挂若干根弹性填料，活性铁净化器填料与净化器底部存在间隙空间；活性铁净化器采用便携式，安装多个，安装数量根据实际情况确定。

所述活性铁净化器4的出水管采用反水管，出水从反水管15流入透水管6，透水管6埋设在砾石床7内部。

所述砾石床7的底部设置A隔水层18，A隔水层的上方装填碎石、煤渣、沸石填料，A隔水层表层种植菖蒲等A植物22，污水经砾石床7处理后由A无砂混凝土隔板9进入岸坡潜流湿地8，

所述的岸坡潜流湿地8底部设置B隔水层19，B隔水层上方设置碎石层20，碎石层的上方设置土壤层21，土壤层种植芦苇、菖蒲等B植物23，经过岸坡潜流湿地8植物净化的污水通过B无砂混凝土隔板10流入河道25。

所述活性铁净化器4，设置为封闭结构，活性铁净化器上方设置活性铁净化器挡盖5，方便定期添加填料和检修。

所述活性铁净化器的出水管上设置出水管阀门17，活性铁净化器的底部的排水管上设置冲洗排水管阀门13，洗排水管阀门13连接冲洗排水管11，冲洗排水管11接入污泥井12。

活性铁净化器与岸坡湿地系统耦合净化养殖塘的排水方法：

如附图所示，养殖塘24排水流入排水管3，排水管入口处设置有拦污栅1和过滤网2。养殖塘排水经由排水管下端的三通管14进入活性铁净化器4，活性铁净化器内填充活性铁净化器填料16，铁碳内电解填料对养殖塘18排水中的抗生素氧化分解，降低抗生素对微生物的毒害作用，提高了抗生素的可生化降解性，弹性填料上的厌氧微生物对氧化分解后的抗生素进行生物吸附降解，活性铁净化器4出水从反水管15流入透水管6，透水管6埋设在砾石床7内部，砾石床底部设置A隔水层18，A隔水层的上方装填碎石、煤渣、沸石等填料，A隔水层表层种植菖蒲等A植物22，污水经砾石床7处理后由A无砂混凝土隔板9进入岸坡潜流湿地8，岸坡潜流湿地8底部设置B隔水层19，B隔水层上方设置碎石层20，碎石层的上方设置土壤层21，土壤层种植芦苇、菖蒲等B植物23，经过岸坡潜流湿地8植物净化的污水通过B无砂混凝土隔板10流入河道25。

为保持系统处理效果，设置有冲洗系统。冲洗时，关闭活性铁净化器出水管阀门17，打开活性铁净化器底部的冲洗排水管阀门13，冲洗水经有一定坡降的冲洗排水管11排入污泥井12，存集在污泥井中的污泥无氧发酵后可用作肥料。

当养殖塘废水排出时，首先排水管入口处的拦污栅拦截养殖废水中的漂浮物、水草树枝、小鱼小虾等，过滤网去除较小的漂浮物和悬浮物。养殖废水流入排水管，经三通管流入活性铁净化器。

活性铁净化器进水管高于液面，废水存集在填料表面，并通过重力平推沉降。

活性铁净化器装填的新型铁碳内电解填料对养殖废水中的抗生素氧化分解，使其开环、断链、降解成小分子有机物，毒性得以消除，降低了抗生素对微生物的毒害作用，提高了抗生素的可生化降解性。

活性铁净化器内的弹性填料上的厌氧微生物对抗生素氧化分解后的产物进行生物吸附降解，从而使废水中的抗生素得以去除。废水中氮在活性铁与厌氧微生物的耦合协同作用下转化为氮气得以去除，活性铁氧化过程产生的Fe³⁺和Fe²⁺与磷发生共沉淀，达到除磷效果，部分有机物也得以去除，脱落的生物膜以及污物沉降在净化器底部集中清理。

活性铁净化器出水通过反水管进入透水管，透水管布水均匀，养殖废水进入砾石床，砾石床装填的碎石、煤渣、沸石等填料表面的生物膜对废水中有机物和氮磷吸附降解，颗粒物也得以沉降。

砾石床出水通过A无砂混凝土隔板进入岸坡潜流湿地，废水中的有机物和氮磷被岸坡潜流湿地植物根系和基质表面的生物膜吸附降解，净化后的废水通过B无砂混凝土隔板直接排入河道。

Claims (10)

1. 活性铁净化器与岸坡湿地系统耦合净化养殖塘排水系统，其特征是养殖塘的排水管的入口处设置拦污栅和过滤网，排水管的下端设置三通管，三通管连通活性铁净化器，活性铁净化器的出水管连通透水管，透水管埋设在砾石床的内部，砾石床与岸坡潜流湿地之间设置A无砂混凝土隔板，岸坡潜流湿地与河道之间设置B无砂混凝土隔板；所述的活性铁净化器的出水管上设置出水管阀门，活性铁净化器的底部的排水管上设置冲洗排水管阀门，冲洗排水管阀门连接冲洗排水管，冲洗排水管接入污泥井。

2. 根据权利要求1所述的活性铁净化器与岸坡湿地系统耦合净化养殖塘排水系统，其特征是所述的活性铁净化器填料采用新型铁碳微电解填料，该填料为规整球形颗粒，采用高温磁化构架、微孔活化技术形成铁-碳-微量催化元素多孔空间网状结构，并竖直悬挂若干根弹性填料，活性铁净化器填料与净化器底部存在间隙空间；活性铁净化器采用便携式，安装多个，安装数量根据实际情况确定。

3. 根据权利要求1所述的活性铁净化器与岸坡湿地系统耦合净化养殖塘排水系统，其特征是所述的活性铁净化器的出水管采用反水管，出水从反水管流入透水管，透水管埋设在砾石床内部。

4. 根据权利要求3所述的活性铁净化器与岸坡湿地系统耦合净化养殖塘排水系统，其特征是所述的砾石床的底部设置A隔水层，A隔水层的上方装填碎石、煤渣、沸石填料，A隔水层表层种植菖蒲，污水经砾石床处理后由A无砂混凝土隔板进入岸坡潜流湿地。

5. 根据权利要求1所述的活性铁净化器与岸坡湿地系统耦合净化养殖塘排水系统，其特征是所述的岸坡潜流湿地底部设置B隔水层，B隔水层上方设置碎石层，碎石层的上方设置土壤层，土壤层种植芦苇、菖蒲等挺水植物，经过岸坡潜流湿地植物净化的污水通过B无砂混凝土隔板流入河道。

6. 根据权利要求1所述的活性铁净化器与岸坡湿地系统耦合净化养殖塘排水系统，其特征是所述的活性铁净化器，设置为封闭结构，活性铁净化器上方设置活性铁净化器挡盖，方便定期添加填料和检修。

7. 根据权利要求1所述的活性铁净化器与岸坡湿地系统耦合净化养殖塘排水系统，其特征是所述的活性铁净化器的出水管上设置出水管阀门，活性铁净化器的底部的排水管上设置冲洗排水管阀门，洗排水管阀门连接冲洗排水管，冲洗排水管接入污泥井。

8. 如权利要求1所述的活性铁净化器与岸坡湿地系统耦合净化养殖塘的排水方法，其特征是包括如下步骤：

1）养殖塘排水流入排水管，排水管入口处设置有拦污栅和过滤网；

2）养殖塘排水经由排水管下端的三通管进入活性铁净化器，活性铁净化器内填有铁碳内电解填料，对进入活性铁净化器排水中的抗生素氧化分解，降低抗生素对微生物的毒害作用，提高抗生素的可生化降解性；

弹性填料上的厌氧微生物对氧化分解后的抗生素进行生物吸附降解；从而使废水中的抗生素得以去除；废水中氮在活性铁与厌氧微生物的耦合协同作用下转化为氮气得以去除，活性铁氧化过程产生的Fe³⁺和Fe²⁺与磷发生共沉淀，达到除磷效果，部分有机物也得以去除，脱落的生物膜以及污物沉降在净化器底部集中清理；

3）活性铁净化器的出水从反水管流入透水管；透水管布水均匀，养殖废水进入砾石床，砾石床装填的碎石、煤渣、沸石填料表面的生物膜对废水中有机物和氮磷吸附降解，颗粒物也得以沉降；

4）污水经砾石床处理后由A无砂混凝土隔板进入岸坡潜流湿地；

5）经过岸坡潜流湿地植物净化的污水通过B无砂混凝土隔板流入河道；

冲洗时，关闭活性铁净化器出水管阀门，打开活性铁净化器底部的冲洗排水管阀门，冲洗水经有坡降的冲洗排水管排入污泥井，存集在污泥井中的污泥无氧发酵后可用作肥料。

9. 如权利要求8所述的活性铁净化器与岸坡湿地系统耦合净化养殖塘的排水方法：其特征是所述排水管入口处的拦污栅拦截养殖废水中的漂浮物、水草树枝、小鱼小虾，过滤网去除较小的漂浮物和悬浮物；养殖废水流入排水管，经三通管流入活性铁净化器。

10. 如权利要求8所述的活性铁净化器与岸坡湿地系统耦合净化养殖塘的排水方法：其特征是所述活性铁净化器进水管高于液面，废水存集在填料表面，并通过重力平推沉降。