CN105084655A - 去除水产养殖水中氟甲砜霉素的铁碳基人工湿地净化系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于水处理技术领域，涉及一种去除水产养殖水中氟甲砜霉素的铁碳基人工湿地净化系统。该系统包括顺序设置的进水区、铁碳微电解区、湿地净化区及出水区；铁碳微电解区内装填有铁碳填料，在铁碳填料下方设置曝气装置，湿地净化区包括下层的填料层与上层的覆土层，填料层分为靠近铁碳微电解区的砾石填料段和靠近出水区的沸石填料段，覆土层上种植湿地植物。与现有技术相比，本发明增设铁碳微电解区，综合利用物理、化学和生物之间的相互作用去除养殖水体中的抗生素，同时其他类型的污染物也被去除；具有施工成本低、净化效果好、生态效益好、操作简便、出水稳定等优点，可应用于养殖水体的净化和循环利用，具有良好的经济和环境效益。

Description

去除水产养殖水中氟甲砜霉素的铁碳基人工湿地净化系统

技术领域

本发明涉及一种人工湿地净化系统，尤其是涉及一种去除水产养殖水中氟甲砜霉素的铁碳基人工湿地净化系统。

背景技术

目前，我国的水产养殖业发展迅速，为了预防和治疗鱼类疾病，提高水产产品产量，规模水产养殖过程中往往需要使用大量的抗生素药物。据统计，我国每年甲砜霉素、氟甲砜霉素的使用量大约为400t。抗生素的大量使用保障了养殖产品快速、健康生长，但不可避免地造成了水环境中抗生素的残留，并可能会引发多种危害，例如对细菌产生选择压力诱导抗生素抗性基因、对非靶生物产生毒害、对水产品消费者造成健康威胁等。在高密度的水产养殖业过程中使用的抗生素有70-80％最终进入水环境，且渔场底部沉积物已具有一定的抗生素浓度和抗菌活性。

含有残留抗生素的养殖水体若不经处理肆意排放，会进一步加剧周围海域、江河、湖泊等水域污染，对水环境造成危害，但目前国内外专家均未找到一种简单、低成本的抗生素去除工艺。常规的抗生素净化装置大多针对超高浓度污水，工艺复杂且成本较高，对养殖水体的抗生素去除不明显。因此，急需研发去除水产养殖水中氟甲砜霉素的净化系统。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种施工成本低、净化效果好、生态效益好、操作简便、出水稳定的去除水产养殖水中氟甲砜霉素的铁碳基人工湿地净化系统。该系统一方面可以去除养殖水体中的抗生素，另一方面可以去除氮、磷、有机污染物。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种去除水产养殖水中氟甲砜霉素的铁碳基人工湿地净化系统，包括顺序设置的进水区、铁碳微电解区、湿地净化区及出水区；其中，铁碳微电解区内装填有铁碳填料，在铁碳填料下方设置曝气装置，湿地净化区包括下层的填料层与上层的覆土层，填料层分为靠近铁碳微电解区的砾石填料段和靠近出水区的沸石填料段，覆土层上种植湿地植物。

铁碳微电解区可以同时去除氟甲砜霉素和其他类型的污染物。铁碳微电解区的大小跟水质和抗生素的浓度有关，曝气装置的曝气量可以调节，具体参数按试验确定，可以根据水质及实际情况进行调节。

所述的进水区连接进水管，所述的出水区连接出水管。

所述的进水区与出水区内均填充鹅卵石填料。

鹅卵石填料的粒径为30-50mm；铁碳填料的粒径5-10mm；砾石填料的粒径为5-30mm；沸石填料的粒径为5-15mm。

所述的填料层的下方还依次设置防渗层与碎石砂垫层。

所述的湿地净化区长宽比为(5-10)：1，覆土层厚100-150mm，水平潜流水头标高位于潜流湿地表面下100-150mm。

所述的进水区与铁碳微电解区的底部均设置有穿孔板，通过穿孔板使得进水区的底部与铁碳微电解区的底部相同。

所述的曝气装置设置在穿孔板的下方，所述的铁碳填料设置在穿孔板的上方。

所述的湿地净化区的左右两侧均通过穿孔板与铁碳微电解区及出水区相隔开，且穿孔板使得湿地净化区的左右两侧均与铁碳微电解区及出水区相连通。

所述的砾石填料段与沸石填料段长度的比例为3:1。

所述的砾石填料段按照粒径20-30mm、10-20mm级配分两区段布置。

所述湿地植物包括芦苇、黄菖蒲、常绿鸢尾、香蒲。

所述湿地植物中芦苇、黄菖蒲、常绿鸢尾、香蒲的种植数量比例为(1-3)∶(1-2)∶(1-2)∶1。

采用本发明的净化系统，其净化步骤如下：

养殖水体首先通过填充了鹅卵石的进水区，然后自下而上通过铁碳微电解区，铁碳微电解区内曝气装置持续曝气，与铺设了的铁碳填料形成铁碳微电解作用，此后依次通过湿地净化区和出水区。

氟甲砜霉素等抗生素主要在铁碳微电解区被去除或分解为小分子，剩余部分在湿地净化区去除。其他氮、磷和有机污染物等主要在湿地净化区去除。铁碳微电解是利用铁碳形成的微电池，将养殖水体中氟甲砜霉素等抗生素去除或分解为小分子；人工湿地是一种生态处理技术，利用物理、化学和生物之间的相互作用对氟甲砜霉素也有很好的去除效果，同时还能去除水中的氮、磷和其他污染物，并且具有施工成本低、生态效益好、操作简便、出水稳定等优点。

与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：

1.施工成本低。目前常用的抗生素净化装置工艺复杂，施工成本高，本发明工艺在人工湿地工艺的基础上增加铁碳微电解区，施工成本与常规工艺相比具有成本低的优势。

2.净化效果好。常规的抗生素净化装置大多针对超高浓度废水，对养殖水体的抗生素去除不明显，本发明工艺，利用物理、化学和生物之间的相互作用对氟甲砜霉素有很好的去除，同时能去除水中有机物、氮、磷等污染物。

3.生态效果好。本发明在去除抗生素的同时可以净化其他污染物，同时具有景观效用，系统中的湿地植物也可通过销售产生经济效益。

4.操作简便。本系统基本不需人工维护，在抗生素浓度发生变化时仅需调节曝气量控制铁碳微电解强度，提高抗生素的去除效果。

5.出水稳定。湿地净化区的设计及较高的水力停留时间可以有效应对水质恶化的情况，保证净化的效果和持续性。

附图说明

图1为本发明净化系统的剖面结构示意图；

图2为本发明净化系统的俯视结构示意图。

图中，A.进水区，B.铁碳微电解区，C.湿地净化区，D.出水区，1.进水管，2.鹅卵石填料，3.铁碳填料，4.曝气装置，5.湿地植物，6.穿孔板，7.覆土层，8.砾石填料段，9.沸石填料段，10.出水管。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

一种去除水产养殖水中氟甲砜霉素的铁碳基人工湿地净化系统，如图1、图2所示，包括顺序设置的进水区A、铁碳微电解区B、湿地净化区C及出水区D，进水区A连接进水管1，出水区D连接出水管10。其中，进水区A与出水区D内均填充鹅卵石填料2，铁碳微电解区B内装填有铁碳填料3，在铁碳填料3下方设置曝气装置4(包括曝气管与曝气头)，湿地净化区C包括下层的填料层与上层的覆土层7，填料层分为靠近铁碳微电解区B的砾石填料段8和靠近出水区D的沸石填料段9，砾石填料段8与沸石填料段9长度的比例为3:1。砾石填料段8按照粒径由大到小级配分两区段布置。填料层的下方还依次设置防渗层与碎石砂垫层。覆土层7上种植湿地植物5。湿地植物5包括芦苇、黄菖蒲、常绿鸢尾、香蒲。湿地植物5中芦苇、黄菖蒲、常绿鸢尾、香蒲的种植数量比例为(1-3)∶(1-2)∶(1-2)∶1。

鹅卵石填料2的粒径为30-50mm；铁碳填料3的粒径5-10mm；砾石填料的粒径为5-30mm；沸石填料的粒径为5-15mm。

进水区A与铁碳微电解区B的底部均设置有穿孔板6，通过穿孔板6使得进水区A的底部与铁碳微电解区B的底部相同。曝气装置4设置在穿孔板6的下方，铁碳填料3设置在穿孔板6的上方。

湿地净化区C的左右两侧均通过穿孔板6与铁碳微电解区B及出水区D相隔开，且穿孔板6使得湿地净化区C的左右两侧均与铁碳微电解区B及出水区D相连通。

湿地净化区C长宽比为(5-10)：1，覆土层7厚100-150mm，水平潜流水头标高位于潜流湿地表面下100-150mm。

构造的水平潜流湿地尺寸为10×2m，有效面积为20m²，高度为1.0m，坡度为5‰。自下而上依次铺设防渗层、填料层和覆土层，填料层厚度600mm，覆土层厚100mm。湿地构建在常州市某水产养殖场，池塘中的水产养殖尾水通过水泵抽入河道，河道中的水经水泵提升进入配水桶后的水作为进水，运行采用连续进水的方式，由布水管进行配水，流量由蠕动泵控制。进水首先向下流入放置粒径约30-50mm鹅卵石填料的进水区，通过穿孔板，自下而上通过放置了铁碳填料的铁碳微电解区，在其下方始终有曝气装置进行曝气，由曝气管和曝气头均匀曝气。然后通过穿孔板依次潜流进入由20-30mm砾石、10-20mm砾石、5-15mm沸石组成的并种植了挺水植物的湿地净化区，再通过穿孔板到达放置粒径约30-50mm鹅卵石填料的出水区，出水区内布置底部打孔的出水管进行集水，出水管连通可以控制出水液位高度，最终经过人工湿地处理后的出水排入河道或池塘，养殖尾水实现循环利用。

根据铁碳微电解区的大小不同，本湿地存在两种工况。湿地净化区的水力停留时间均为4天，铁碳微电解区设计了两种构型，分别对应工况一和工况二，其水力停留时间分别为2h和4h。经过长时间的运行结果表明，本发明系统对氟甲砜霉素由很好的去除效果，同时可以去除养殖水体中的氮、磷和有机污染物，具体处理效果见表1、表2所示。

表1.氟甲砜霉素的去除效果(工况一)

表2.氟甲砜霉素的去除效果(工况二)

进水中的氟甲砜霉素浓度为114-815ng/L，经本发明系统处理后，氟甲砜霉素的浓度均有较大的降低，去除率均高于80％，主要指标均达到安全标准。在低浓度时(氟甲砜霉素浓度<300ng/L)，出水浓度均低于检出限，去除率达到100％。在高浓度时(氟甲砜霉素浓度>300ng/L)，工况二的去除效果略高于工况一，去除率分别为87.4％和85.0％，说明铁碳微电解区的水力停留时间越长越有利于氟甲砜霉素的去除。

本发明系统除了对氟甲砜霉素有很好的去除外，也对氮、磷和有机污染物有一定的去除效果，由于氮、磷和有机污染物主要通过湿地净化区去除，所以工况一和工况二的差异较小，对总氮、氨氮、硝态氮、亚硝态氮、总磷和CODc_r的平均去除率分别为46.8％、66.1％、83.9％、94.8％、77.5％和41.4％。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种去除水产养殖水中氟甲砜霉素的铁碳基人工湿地净化系统，其特征在于，包括顺序设置的进水区、铁碳微电解区、湿地净化区及出水区；其中，铁碳微电解区内装填有铁碳填料，在铁碳填料下方设置曝气装置，湿地净化区包括下层的填料层与上层的覆土层，填料层分为靠近铁碳微电解区的砾石填料段和靠近出水区的沸石填料段，覆土层上种植湿地植物。

2.根据权利要求1所述的一种去除水产养殖水中氟甲砜霉素的铁碳基人工湿地净化系统，其特征在于，所述的进水区连接进水管，所述的出水区连接出水管。

3.根据权利要求1所述的一种去除水产养殖水中氟甲砜霉素的铁碳基人工湿地净化系统，其特征在于，所述的进水区与出水区内均填充鹅卵石填料。

4.根据权利要求3所述的一种去除水产养殖水中氟甲砜霉素的铁碳基人工湿地净化系统，其特征在于，鹅卵石填料的粒径为30-50mm；铁碳填料的粒径5-10mm；砾石填料的粒径为5-30mm；沸石填料的粒径为5-15mm。

5.根据权利要求1所述的一种去除水产养殖水中氟甲砜霉素的铁碳基人工湿地净化系统，其特征在于，所述的进水区与铁碳微电解区的底部均设置有穿孔板，通过穿孔板使得进水区的底部与铁碳微电解区的底部相同。

6.根据权利要求5所述的一种去除水产养殖水中氟甲砜霉素的铁碳基人工湿地净化系统，其特征在于，所述的曝气装置设置在穿孔板的下方，所述的铁碳填料设置在穿孔板的上方。

7.根据权利要求1所述的一种去除水产养殖水中氟甲砜霉素的铁碳基人工湿地净化系统，其特征在于，所述的湿地净化区的左右两侧均通过穿孔板与铁碳微电解区及出水区相隔开，且穿孔板使得湿地净化区的左右两侧均与铁碳微电解区及出水区相连通。

8.根据权利要求1所述的一种去除水产养殖水中氟甲砜霉素的铁碳基人工湿地净化系统，其特征在于，所述的砾石填料段与沸石填料段长度的比例为3:1。

9.根据权利要求1所述的一种去除水产养殖水中氟甲砜霉素的铁碳基人工湿地净化系统，其特征在于，所述的砾石填料段按照粒径20-30mm、10-20mm级配分两区段布置。