CN107487856A

CN107487856A - 一种处理海产养殖污水的人工湿地系统

Info

Publication number: CN107487856A
Application number: CN201710865549.0A
Authority: CN
Inventors: 刘琳; 张婷凤; 刘超翔
Original assignee: Institute of Urban Environment of CAS
Current assignee: Institute of Urban Environment of CAS
Priority date: 2017-09-22
Filing date: 2017-09-22
Publication date: 2017-12-19
Anticipated expiration: 2037-09-22
Also published as: CN107487856B

Abstract

本发明公开了一种处理海产养殖污水的人工湿地系统，本发明所述系统包括湿地池体、湿地基质填料、湿地植物、碳源填料及颗粒化微生物接种菌剂，所述湿地基质填料为红砖块、水泥砖块及滨海湿地沉积物定量比例构成的复合填料，湿地植物为红树类植物，碳源填料为植物生物质废弃物，颗粒化微生物接种菌剂为颗粒污泥，人工湿地启动阶段时间为1‑30天，人工湿地运行阶段水力负荷控制为0.1‑10吨/平方米/天。本系统能够处理各种类型海产养殖污水，可有效解决现有技术存在的湿地植物活性抑制、盐度对磷素和抗生素吸附去除干扰、总氮减量能力不足及接种菌剂流失问题。本发明制备工艺简单、成本低廉，可大规模的工业化生产。

Description

一种处理海产养殖污水的人工湿地系统

技术领域

本发明涉及污水处理系统，特别是涉及一种用于海产养殖污水处理的人工湿地系统。

背景技术

改革开放以来，中国大陆沿海地区开发规模不断扩大，然而伴随经济快速发展的同时，沿海地区的生态环境破坏情况也日益显著，其中海产养殖引发的污染问题成为诱因之一。这主要是因为大陆消费市场对海产品的需求日益旺盛，仅仅依靠海洋捕捞已远远不能满足市场需要，特别是在充分认识到对海洋资源保护的重要性后，海产品对于社会供应更大程度依赖于海产养殖业的发展。例如福建省统计局发布的统计数据指出，2011年福建全省海产养殖面积达238千公顷，海水养殖总量达316万吨，福建省海产养殖规模在全国水产养殖业中历年来稳居前列，在全国的海产养殖产业结构中发挥着重要作用。前期调研及文献查阅发现，即使在规范海产养殖过程中通常存在20%以上的饵料未被摄食的现象，残饵溶失的有机质和氮磷营养物质成为养殖污水中主要常规污染物。同时，近年来为保证产量收益，以抗生素为主的鱼用用药量在养殖过程中不断增加，滥用现象严重。据福建省东山药监局调查，数十家养殖场的土霉素和诺氟沙星等抗生素原料药药物残留量超过国家规定的养殖用药标准20倍以上，由于养殖作物对抗生素低吸收率及水体溶解等影响，大量的抗生素会以原型或代谢产物形式通过养殖污水排放，严重污染周边环境。因此，我国对如何安全有效净化海产养殖污水的技术研发与优化具有迫切需要。

基于我国海产养殖场现实情况考虑，传统生化方法在污水处理过程中存在基建成本较高、操作复杂和运行费用高等问题，这些因素导致传统生化方法在广泛实际应用过程中存在阻碍。针对此现状，我们认为生态工程净化工艺在海产养殖污水处理方面具有更好的应用可行性。海洋生态环境保护与污染状况修复一直被社会和政府所重视，而由于改革开放以来海产养殖产业重心主要集中在经济体量与效益发展上面，对于海产养殖产业所带来的环境影响及对此产业污水有效管理规范仍很欠缺，相关净化技术的水平仍处于初始研发阶段，特别是对于污水中残留高浓度抗生素与抗生素抗性基因问题在近年来才被社会逐渐关注。因此，基于生态工艺的海产养殖污水处理技术还有许多难点需要进一步深入研究。其中，科学技术瓶颈与难点主要体现在以下几个方面：（1）海产养殖污水含盐量较高，传统经典湿地植物（如芦苇等）虽存在一定的耐盐特性，但在实际治理应用过程中已经被证明存在活性较低、植物修复作用较弱等问题，这必将影响生态工艺中微生物群落多样性及稳定性，造成工艺净化能力难以达到最佳效果，并影响工艺环境美观性；（2）我国海产养殖产业仍处于发展阶段，对于高能净化技术（如活性污泥法、膜处理技术和物化技术）的建设与运行成本难以承受，并且相关技术能力储备明显不足，无法合理有效对上述工艺进行管理控制。在此现状下，生态工程技术在大陆海产养殖污水处理过程中具有较强的实际应用性能，而如何在提高污水中传统污染物处理效果的同时，进一步降低污水中抗生素与工艺系统微生物中抗生素抗性基因绝对与相对含量成为了学术界所关心的热点问题；（3）我国海产养殖过程仍以开放模式为主，这导致养殖环境受地区降水与温度影响较大，从而形成污水污染排放负荷的大幅度波动，有机物和氮的比例失调对总氮净化效果的干扰严重。因此，针对上述问题，构建相应海产养殖污水专属型人工湿地系统是十分必要的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于海产养殖污水处理的人工湿地系统，为达上述目的，本发明一种用于海产养殖污水处理的人工湿地系统，所述系统包括湿地池体、湿地基质填料、湿地植物、碳源填料及颗粒化微生物接种菌剂，所述湿地池体周边为砖混、板材、钢材或三者任意比例混合构建，湿地池体长宽比为10/1-2/1，湿地池体高度为0.3-2m，湿地池体底部斜度为1%-5%。

其中所述湿地基质填料为红砖块、水泥砖块及滨海湿地沉积物定量比例构成的复合填料。

其中所述湿地植物为秋茄、白骨壤、盐地鼠尾黍、盐角草、金蕨或五者任意比例混合的植物群落。

其中所述碳源填料为玉米芯、碎木屑、芦苇、树皮、稻草或五者任意比例的混合填料。

其中所述颗粒化微生物接种菌剂为厌氧颗粒污泥、好氧颗粒污泥或二者任意比例的混合颗粒污泥。

一种用于海产养殖污水处理的人工湿地系统，包括以下步骤：以砖混、板材、钢材或三者任意比例混合构建的湿地池体为装置，以间歇式或连续流运行方式进行，进水口高度设定为距离湿地池体顶部1/50-1/5处，出水口高度设定为距离湿地池体顶部1/20-1/2处。

红砖块、水泥砖块和碳源填料依据水流延程进行配置，红砖块添加点位为湿地池体末端，水泥砖块添加点位为湿地池体前端，碳源填料添加点位为湿地池体中端。

滨海湿地沉积物依据湿地池体高度进行配置，滨海湿地沉积物配置点位为红砖块、水泥砖块和碳源填料上层。

颗粒化微生物投加位置为红砖块层、水泥砖块层和碳源填料层，颗粒化微生物投加量为0.01-5 kg/m³（以干重计）。

人工湿地启动阶段水力负荷控制为0.01-1吨/平方米/天，人工湿地启动阶段时间设定为1-30天，人工湿地运行阶段水力负荷控制为0.1-10吨/平方米/天。

本发明与现有技术不同之处在于本发明取得了如下技术效果：

1、湿地植物具有耐受海产养殖污水中盐度的特性，可保持湿地植物群落的健康生长，美化人工湿地系统的外部环境；

2、滨海湿地沉积物的添加可在湿地植物与湿地基质填料之间起到保护缓冲的作用效果，避免湿地植物与湿地基质填料直接接触，破坏湿地植物根系结构与活性，此外相比传统湿地所用土壤，滨海湿地沉积物更为适合和促进本工艺所选用耐盐植物的生长；

3、针对海产养殖污水低碳氮比的特性，通过碳源填料的添加，可促进系统内反硝化脱氮效果，使本系统具有更好的总氮去除能力；

4、相比现有技术采用海蛎壳、沸石、砾石、煤渣作为湿地填料，水泥砖块和红砖块作为基质材料可应对海产养殖污水所含盐度对湿地填料吸附磷素的作用干扰，并提高湿地填料对海产养殖污水中抗生素的吸附去除能力，同时保证湿地出水pH水平处于中性条件；

5、颗粒化微生物因其结构特性具有良好的沉降性能和污泥比重，使其可在高水力负荷运行条件下在人工湿地系统中得以保持固定，避免现有技术采用絮状微生物作为接种体所遇到的被冲刷出系统的现象；

总之通过本专利的实施成果有望为海产养殖污水处理提供一种新型模式，在污水净化方面具有一定的研究意义。

下面结合附图对本发明作进一步说明。

附图说明

图1. 本发明专利的工艺结构图。

具体实施方式

以下结合实施例，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

实施以湿地池体、湿地基质填料、湿地植物、碳源填料及颗粒化微生物接种菌剂为主体。本专利所申请的人工湿地系统可用于各种类型海产养殖污水的净化处理（包括：鲍鱼养殖污水、海鱼养殖污水、虾蟹养殖污水等），可用于有效去除污水中有机物、氮磷营养盐、重金属、持久性有机物（如抗生素和雌激素等）和致病微生物。本系统适合处理污水的COD含量可在0-400mg/L，氨氮含量0-80mg/L，总氮在0-100mg/L，磷酸盐含量可在0-10mg/L。

本系统建设过程中以砖混、板材、钢材或三者任意比例混合构建湿地池体周边，底部土壤在压实后采用防透膜、砖混、板材、钢材或四者任意比例混合进行铺设，防止海产养殖污水渗入土壤层；湿地池体进水口设置高于出水口，进水口通过水泵与海水养殖污水进行连接，通过水体流量计或计量泵控制进水水量和时间，出水口位置位于湿地基质填料层；当湿地池体长宽比小于3/1时，可选择在进水口与湿地填料之间设定折流板，水流设置为从折流板底部通过，折流板底部高度设置为湿地池体高度的1/10-1/2。

湿地基质填料采用红砖块、水泥砖块和碳源填料进行配置，红砖块、水泥砖块和碳源填料的粒径分为为1-10厘米、2-10厘米和0.1-20厘米；红砖块添加点位为湿地池体末端0-1/3处，红砖块添加比例占湿地池体体积的0%-70%，红砖块添加高度占湿地池体高度的0%-80%；水泥砖块添加点位为湿地池体前端0-2/3处，水泥砖块添加比例占湿地池体体积的0%-70%，水泥砖块添加高度占湿地池体高度的0%-80%；碳源填料添加点位为湿地池体中端，碳源填料添加比例占湿地池体体积的1%-40%，碳源填料添加高度占湿地池体高度的1%-80%，碳源填料更换时间依据其在池体中高度变化而定，当碳源填料高度距原有高度降低10%-70%时进行补充添加。

湿地植物为秋茄、白骨壤、盐地鼠尾黍、盐角草、金蕨或五者任意比例混合的植物群落，湿地植物种植密度为0-3株/平方米，湿地植物种植前采用营养对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

液进行培养活化，培养活化时间为1-15天，营养液为1:1-0.1的蒸馏水与霍格兰氏营养液配置而成。

滨海湿地沉积物可采集于红树林湿地、滨海滩涂地区，沉积物依据湿地池体高度进行配置，滨海湿地沉积物配置点位为红砖块、水泥砖块和碳源填料上层，在无湿地植物区域可选择不进行添加，滨海湿地沉积物添加厚度为0-40 cm。

颗粒化微生物接种菌剂为厌氧颗粒污泥、好氧颗粒污泥或二者任意比例的混合颗粒污泥，接种颗粒化微生物应具有较好的沉降性能，5分钟污泥体积指数（SVI₅）为10-80mL/g，接种颗粒化微生物应具有30%-99%的含水率，接种颗粒粒径范围为0.2-4毫米，颗粒化微生物接种菌剂投加量为0.01-5 kg/m³（以干重计）。

人工湿地建设完成后启动阶段水力负荷控制为0.01-1吨/平方米/天，人工湿地启动阶段时间设定为1-30天；人工湿地运行阶段水力负荷控制为0.1-10吨/平方米/天，人工湿地运行阶段如湿地植物受到虫害侵袭，可选择将蚊香点燃至于虫害侵袭区域进行驱离，无需使用杀虫剂或相似药物。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员。

Claims

1.一种处理海产养殖污水的人工湿地系统，其特征在于：所述系统包括湿地池体、湿地基质填料、湿地植物、碳源填料及颗粒化微生物接种菌剂，所述湿地基质填料为红砖块、水泥砖块及滨海湿地沉积物定量比例构成的复合填料，红砖块和水泥砖块依据水流延程进行配置，红砖块添加点位为湿地池体末端，水泥砖块添加点位为湿地池体前端，滨海湿地沉积物配置点位为红砖块和水泥砖块上层；所述碳源填料为玉米芯、碎木屑、芦苇、树皮、稻草或五者任意比例的混合填料，碳源填料添加点位为湿地池体中端。

2.根据权利要求1所述的一种处理海产养殖污水的人工湿地系统，其特征在于：红砖块、水泥砖块和碳源填料的粒径分别为1-10厘米、2-10厘米和0.1-20厘米；红砖块添加比例占湿地池体体积的0%-70%，红砖块添加高度占湿地池体高度的0%-80%；水泥砖块添加比例占湿地池体体积的0%-70%，水泥砖块添加高度占湿地池体高度的0%-80%；碳源填料添加比例占湿地池体体积的1%-40%，碳源填料添加高度占湿地池体高度的1%-80%，当碳源填料高度距原有高度降低10%-70%时进行补充添加；滨海湿地沉积物添加厚度为0-40 cm。

3.根据权利要求1-2所述的一种处理海产养殖污水的人工湿地系统，其特征在于：所述颗粒化微生物接种菌剂为厌氧颗粒污泥、好氧颗粒污泥或二者任意比例的混合颗粒污泥，颗粒化微生物接种菌剂投加位置为红砖块区域、水泥砖块区域和碳源填料区域，污泥颗粒粒径范围为0.2-4 mm，菌剂投加量为0.01-5 kg/m³（以干重计）。

4.根据权利要求1-2所述的一种处理海产养殖污水的人工湿地系统，其特征在于：所述湿地植物为秋茄、白骨壤、盐地鼠尾黍、盐角草、金蕨或五者任意比例混合的植物群落，湿地植物种植密度为0-3株/m²，湿地植物种植前采用营养液进行培养活化，培养活化时间为1-15天，所述营养液为1:1-0.1的蒸馏水与霍格兰氏营养液配置而成。