CN105000761B - 去除高密度鱼类养殖循环水中氮元素的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种去除高密度鱼类养殖循环水中氮元素的方法，包括养殖池、植物种植结构、初步过滤装置、调节水池、电迁移装置、前端膜浓缩装置、末端膜浓缩装置、植物培养液贮池以及污泥池，所述电迁移装置包含MBR超滤装置和双极膜电渗析装置，还包括以下步骤：初步过滤、电迁移、膜浓缩以及形成养殖循环水对鱼类进行供水。本发明将带着鱼粪和残饵的污水经过电迁移和膜浓缩工艺，得到能够满足植物营养需求的高氮水，同时得到能够用于鱼类养殖池的循环水，大大提高植物和鱼类的产量。
Description
技术领域
本发明涉及一种去除高密度鱼类养殖循环水中氮元素的方法。
背景技术
在工厂化循环水养殖系统中，鱼类所食饵料的70%-80%通过腮的扩散、离子交换以代谢产物或残饵（主要为有机物和氨氮）的形式排入水中。这些物质在微生物的作用下，会生成“三氮”，即：氨态氮、亚硝酸氮和硝酸态氮。“三氮”对鱼类造成多方面危害，还会引起鱼体色泽和肉质下降。
在溶氧不足的时候，反硝化菌以有机碳化合物如甲醇、乙酸等为电子供体，硝酸态氮或亚硝态氮为电子受体，将硝酸盐或亚硝酸盐还原成一氧化二氮或氮气的过程，即反硝化作用。目前常用的方法是在生物滤器上附着生物膜进行脱氮。无论是滴流式生物滤、淹没式生物滤、生物转盘和生物转筒等固定床生物滤器，还是在高速水流和气流或机械搅拌作用下生物膜载体呈不断运动的生物流化床，都应进行生物滤器的培养及驯化，才能放养生物。由于细菌的生长率比较低，要形成一层将载体完全包裹的成熟生物膜所需的时间很长。更重要的是，反硝化脱氮所需的大多数反硝化细菌都在溶氧为0.5mg/L时才能正常地进行反硝化作用，而养殖水体是富氧水体，溶氧大约为4-6mg/L。有科学家试图在养殖废水进入反硝化系统前将溶氧降到较低的水平。例如，通过不断向水体吹脱氮气的方法来去除水中的溶解氧；通过适当地延长水力停留时间造成局部厌氧环境。但是，这两种方法都造成了成本的升高。
鱼菜耦合技术是在鱼类养殖水体循环系统中串联栽培管、盘、槽、钵和基质等，进行无土栽培蔬菜或其它植物（如观赏植物和药用植物）。不仅能直接吸收“三氮”，达到净水的目的；还能获得第二产出，是目前解决循环中养殖系统中氮循环的最有效和关键的技术，具有良好的生态效应。然而，在高密度循环水养鱼中，循环水中“三氮”（N的总含量）上升很快，仅靠植物吸收，需要很大的蔬菜栽培面积。蔬菜进入营养生长期后，其营养吸收的有效范围将大大超出鱼对氨氮、亚硝酸盐和其它营养物质的忍受程度；换句话说，采用循环水养鱼水质标准的水体直接作为蔬菜培养液，蔬菜生长缓慢、营养严重不足，产量很低，吸收“三氮”效率也很低。因此，如何解决水培系统植物营养生长需要的浓度与循环水养鱼水体不平衡的矛盾，是目前需要亟待解决的技术瓶颈。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种工艺简单、高效环保的去除高密度鱼类养殖循环水中氮元素的方法。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种去除高密度鱼类养殖循环水中氮元素的方法，包括养殖池、植物种植结构、初步过滤装置、调节水池、电迁移装置、前端膜浓缩装置、末端膜浓缩装置、植物培养液贮池以及污泥池，所述电迁移装置包含MBR超滤装置和双极膜电渗析装置，还包括以下步骤：
（1）初步过滤：所述养殖池中带着鱼粪和残饵的污水从池底排向所述初步过滤装置，经初步过滤装置过滤掉悬浮颗粒物后，得到的清水进入所述调节水池的处理前端、反冲的污水排入污泥池；
（2）电迁移：得到的清水从调节水池的处理前端进入所述MBR超滤装置，经MBR超滤装置去除大分子的污染物和水中SS后，得到的超滤上清液进入所述双极膜电渗析装置、反冲的污水排入污泥池；得到的超滤上清液进入所述双极膜电渗析装置后，超滤上清液中的阴离子透过所述双极膜电渗析装置的阴膜生成酸性离子水，超滤上清液中的阳离子透过所述双极膜电渗析装置的阳膜生成碱性离子水，超滤上清液中90%以上的氨氮以及重金属迁移至碱性离子水中；
（3）膜浓缩：得到的碱性离子水进入前端膜浓缩装置，在所述前端膜浓缩装置中得到的高氮水输送至植物培养液贮池、得到的清液返回双极膜电渗析装置与酸性离子水混合，清液被氧化掉不容易被迁移的有机污染物后进入末端膜浓缩装置，在末端膜浓缩装置中进一步稀释的清液返回至调节池的处理后端形成养殖循环水、进一步浓缩的高浓度水排到植物培养液贮槽前端的污泥池；
（4）供水：所述调节池的处理后端内的养殖循环水经管道混合器、纯氧机返回至养殖池。
优选的，所述调节水池的处理前端高于处理后端，且所述调节水池的处理前端和处理后端之间的中间隔墙上设有若干带有电磁阀的溢流口，所述调节水池的处理前端设置有氨氮测试仪，所述若干电磁阀与所述氨氮测试仪相连接；当所述调节水池的处理前端内的水体氨氮含量超过设定值时，关闭电磁阀，拒绝超标水体向所述调节水池的处理后端溢流，并开启电迁移装置、前端膜浓缩装置以及末端膜浓缩装置；当所述调节水池的处理前端内的水体氨氮含量低于设定值时，打开电磁阀，合格水体直接向调节水池的处理后端溢流，且经过管道混合器、纯氧机返回至养殖池，并关闭电迁移装置、前端膜浓缩装置以及末端膜浓缩装置。
优选的，所述污泥池设置在所述植物培养液贮池旁侧，且所述污泥池高于植物培养液贮池，所述污泥池经设置在其顶部的溢流口与植物培养液贮池相连接，所述污泥池的上清液经溢流口进入植物培养液贮池。
优选的，所述污泥池的底部连接有污泥脱水机，所述污泥脱水机得到的液体连接至植物培养液贮池，所述污泥脱水机得到的固体料渣进入到有机肥工厂。
优选的，所述初步过滤装置包含与养殖池底部连接的集水池、与集水池连接的石英砂过滤器。
优选的，所述前端膜浓缩装置采用RO膜分离脱氮装置，所述末端膜浓缩装置采用RO膜分离装置。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明打破生物膜脱氮机理的束缚，采用电迁移+膜浓缩技术，通过电迁移装置、前端膜浓缩装置分离出的高氮水满足植物的营养需求；同时，电迁移装置、前端膜浓缩装置分离出的清液进入末端膜浓缩装置进一步稀释，得到能够用以鱼类养殖的养殖循环水，控制调节水池内养鱼循环水“三氮”与其它污染物含量，确保循环水养鱼工艺的实现；
（2）本发明高效且工艺简单，省去臭氧消毒工序，以及后面的湮灭残余臭氧的活性炭过滤等工艺过程，所述初步过滤装置、MBR超滤装置以及末端膜浓缩装置产生的污水均排入至污泥池，污泥池的上清液溢流进入植物培养液贮池，共同作为植物的营养液，实现工厂化高密度鱼类养殖污水资源化利用，污泥池的料渣进入有机肥工厂，全系统不向周边流域排放任何养殖污水，从源头上治理农业面源污染。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
附图说明
图1为本发明实施例的构造示意图。
图中：1-养殖池，2-植物种植结构，3-初步过滤装置，31-集水池，32-石英砂过滤器，4-调节水池，41-处理前端，411-溢流口，42-处理后端，5-电迁移装置，51-MBR超滤装置，52-双极膜电渗析装置，6-前端膜浓缩装置，7-末端膜浓缩装置，8-植物培养液贮池，9-污泥池，91-溢流口，10-管道混合器，11-纯氧机，12-污泥脱水机。
具体实施方式
如图1所示，一种去除高密度鱼类养殖循环水中氮元素的方法，包括养殖池1、PVC管式无土栽培植物种植结构2、初步过滤装置3、调节水池4、电迁移装置5、前端膜浓缩装置6、末端膜浓缩装置7、植物培养液贮池8以及污泥池9，所述植物种植结构2设置在养殖池1的上方，所述电迁移装置5包含MBR超滤装置51和双极膜电渗析装置52，还包括以下步骤：
（1）初步过滤：所述养殖池1中带着鱼粪和残饵的污水经自清洗防水锤气动排水阀和水位自动调节阀从池底排向所述初步过滤装置3，所述初步过滤装置3包含与养殖池1底部连接的集水池31、与集水池31连接的石英砂过滤器32；所述石英砂过滤器32采用全自动浅层石英砂过滤器32，所述石英砂过滤器32去除水中的悬浮颗粒物后得到清水，清水进入所述调节水池4的处理前端41形成循环水主回路周期、反冲的污水排入污泥池9；
（2）电迁移：得到的清水从调节水池4的处理前端41进入所述MBR超滤装置51，经MBR超滤装置51去除大分子的污染物和水中SS后，得到的超滤上清液进入所述双极膜电渗析装置52、反冲的污水排入污泥池9；得到的超滤上清液进入所述双极膜电渗析装置52后，超滤上清液中的阴离子透过所述双极膜电渗析装置52的阴膜生成酸性离子水，超滤上清液中的阳离子透过所述双极膜电渗析装置52的阳膜生成碱性离子水，超滤上清液中90%以上的氨氮以及重金属迁移至碱性离子水中；
（3）膜浓缩：得到的碱性离子水进入前端膜浓缩装置6，在所述前端膜浓缩装置6中得到的高氮水输送至植物培养液贮池8、得到的清液返回双极膜电渗析装置52与酸性离子水混合，清液被氧化掉不容易被迁移的有机污染物后进入末端膜浓缩装置7，在末端膜浓缩装置7中进一步稀释的清液返回至调节池的处理后端42形成养殖循环水、进一步浓缩的高浓度水排到植物培养液贮槽前端的污泥池9；
（4）供水：所述调节池的处理后端42内的养殖循环水经管道混合器10、纯氧机11返回至养殖池1。
在本发明实施例中，所述调节水池4的处理前端41高于处理后端42，且所述调节水池4的处理前端41和处理后端42之间的中间隔墙上设有若干带有电磁阀的溢流口411，所述调节水池4的处理前端41设置有氨氮测试仪，所述若干电磁阀与所述氨氮测试仪相连接；当所述调节水池4的处理前端41内的水体氨氮含量超过设定值时，关闭电磁阀，拒绝超标水体向所述调节水池4的处理后端42溢流，并开启电迁移装置5、前端膜浓缩装置6、末端膜浓缩装置7；当所述调节水池4的处理前端41内的水体氨氮含量低于设定值时，打开电磁阀，合格水体直接向调节水池4的处理后端42溢流，且经过管道混合器10、纯氧机11返回至养殖池1，并关闭电迁移装置5、前端膜浓缩装置6、末端膜浓缩装置7；在不同鱼类养殖周期，根据鱼类养殖密度和水质状况，该电磁阀和电迁移装置5、前端膜浓缩装置6、末端膜浓缩装置7可以间歇启动运行，通过兑水方法，控制调节水池4内养鱼循环水“三氮”与其它污染物含量。当现场鱼类养殖密度＜20kg/m2, 电迁移装置5、前端膜浓缩装置6、末端膜浓缩装置7可以每天运行3-6 h，或隔天运行5-10 h。
在本发明实施例中，所述污泥池9设置在所述植物培养液贮池8旁侧，且所述污泥池9高于植物培养液贮池8，所述污泥池9经设置在其顶部的溢流口与植物培养液贮池8相连接，所述污泥池9的上清液经溢流口91进入植物培养液贮池8。
在本发明实施例中，所述污泥池9的底部连接有污泥脱水机12，所述污泥脱水机12得到的液体连接至植物培养液贮池8，所述污泥脱水机12得到的固体料渣进入到有机肥工厂。
在本发明实施例中，所述前端膜浓缩装置6采用RO膜分离脱氮装置，所述末端膜浓缩装置7采用RO膜分离装置。
在本发明实施例中，所述养殖池1与集水池31之间、集水池31与石英砂过滤器32之间、调节水池4的处理前端41与MBR超滤装置51之间、双极膜电渗析装置52与前端膜浓缩装置6、双极膜电渗析装置52与末端膜浓缩装置7之间、以及调节池的处理后端42与管道混合器10之间均设置有用以增加水压的水泵。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (6)
1.一种去除高密度鱼类养殖循环水中氮元素的方法，其特征在于：包括养殖池、植物种植结构、初步过滤装置、调节水池、电迁移装置、前端膜浓缩装置、末端膜浓缩装置、植物培养液贮池以及污泥池，所述电迁移装置包含MBR超滤装置和双极膜电渗析装置，还包括以下步骤：
（1）初步过滤：所述养殖池中带着鱼粪和残饵的污水从池底排向所述初步过滤装置，经初步过滤装置过滤掉悬浮颗粒物后，得到的清水进入所述调节水池的处理前端、反冲的污水排入污泥池；
（2）电迁移：得到的清水从调节水池的处理前端进入所述MBR超滤装置，经MBR超滤装置去除大分子的污染物和水中SS后，得到的超滤上清液进入所述双极膜电渗析装置、反冲的污水排入污泥池；得到的超滤上清液进入所述双极膜电渗析装置后，超滤上清液中的阴离子透过所述双极膜电渗析装置的阴膜生成酸性离子水，超滤上清液中的阳离子透过所述双极膜电渗析装置的阳膜生成碱性离子水，超滤上清液中90%以上的氨氮以及重金属迁移至碱性离子水中；
（3）膜浓缩：得到的碱性离子水进入前端膜浓缩装置，在所述前端膜浓缩装置中得到的高氮水输送至植物培养液贮池、得到的清液返回双极膜电渗析装置与酸性离子水混合，清液被氧化掉不容易被迁移的有机污染物后进入末端膜浓缩装置，在末端膜浓缩装置中进一步稀释的清液返回至调节池的处理后端形成养殖循环水、进一步浓缩的高浓度水排到植物培养液贮槽前端的污泥池；
（4）供水：所述调节池的处理后端内的养殖循环水经管道混合器、纯氧机返回至养殖池。
2.根据权利要求1所述的去除高密度鱼类养殖循环水中氮元素的方法，其特征在于：所述调节水池的处理前端高于处理后端，且所述调节水池的处理前端和处理后端之间的中间隔墙上设有若干带有电磁阀的溢流口，所述调节水池的处理前端设置有氨氮测试仪，所述若干电磁阀与所述氨氮测试仪相连接；当所述调节水池的处理前端内的水体氨氮含量超过设定值时，关闭电磁阀，拒绝超标水体向所述调节水池的处理后端溢流，并开启电迁移装置、前端膜浓缩装置以及末端膜浓缩装置；当所述调节水池的处理前端内的水体氨氮含量低于设定值时，打开电磁阀，合格水体直接向调节水池的处理后端溢流，且经过管道混合器、纯氧机返回至养殖池，并关闭电迁移装置、前端膜浓缩装置以及末端膜浓缩装置。
3.根据权利要求1所述的去除高密度鱼类养殖循环水中氮元素的方法，其特征在于：所述污泥池设置在所述植物培养液贮池旁侧，且所述污泥池高于植物培养液贮池，所述污泥池经设置在其顶部的溢流口与植物培养液贮池相连接，所述污泥池的上清液经溢流口进入植物培养液贮池。
4.根据权利要求1或3所述的去除高密度鱼类养殖循环水中氮元素的方法，其特征在于：所述污泥池的底部连接有污泥脱水机，所述污泥脱水机得到的液体连接至植物培养液贮池，所述污泥脱水机得到的固体料渣进入到有机肥工厂。
5.根据权利要求1所述的去除高密度鱼类养殖循环水中氮元素的方法，其特征在于：所述初步过滤装置包含与养殖池底部连接的集水池、与集水池连接的石英砂过滤器。
6.根据权利要求1所述的去除高密度鱼类养殖循环水中氮元素的方法，其特征在于：所述前端膜浓缩装置采用RO膜分离脱氮装置，所述末端膜浓缩装置采用RO膜分离装置。
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