CN110240353A - 一种海水养殖尾水处理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种海水养殖尾水处理系统，包括依次连接的集污池、物理过滤装置、气浮池、电极‑悬浮填料耦合生物滤池处理单元，所述集污池、物理过滤装置、气浮池、电极‑悬浮填料耦合生物滤池处理单元均与污泥浓缩脱水装置相连接；所述电极‑悬浮填料耦合生物滤池处理单元中的悬浮填料设置在生物滤池内，直流阴阳电极列阵组合设置在所述生物滤池的上部，电动搅拌装置设置在所述生物滤池的下部，所述生物滤池的底部设置有污泥斗，所述电动搅拌装置设置在污泥斗上方，碳源补充装置通过管道连接至生物滤池。本发明具有脱氮除磷处理效率高、占地面积小、节能、成本低、无二次污染、管理简便等优点。
Description
【技术领域】
本发明涉及一种海水养殖尾水处理系统。
【背景技术】
当前海水的池塘养殖尾水和工厂化养殖尾水都基本未经处理直接排放，由于海水养殖尾水中一般都含有较高浓度的无机氮、活性磷酸盐，化学需氧量COD、悬浮物，容易导致对近岸海域环境不同程度的富营养化污染。为保护近岸海域生态环境，无论是各级政府或是社会都要求必须开展对养殖尾水的处理，使排放水的水质能符合国家的相关环保要求，如符合《海水养殖尾水排放要求》(SC/T 9103)、国家《海水水质标准》(GB 3097-1997)中的相应水质标准等。当前的海水池塘养殖尾水或工厂化养殖尾水处理技术，主要采用生态塘技术及综合应用化学辅助除磷技术，如氯化铝(PAC)辅助除磷等进行脱氮除磷，虽然有一定的脱氮除磷效果，但存在占地面积大，脱氮除磷处理效率不高，运行成本较高、处理效果稳定性较差及如果长期使用大量化学药剂可能导致二次污染等问题。许多水产养殖场因受土地面积限制和处理成本高的问题，未能开展尾水排放处理，污染了周边海域环境或面临因环保不达标而被强制停产的问题。
另外，现有的电极电解时，阳极铁表面容易被氧化物所形成的致密覆盖层所钝化，导致电解无法正常进行，需要定期清洗或者更换，这将导致生产要定期中断，影响工作效率，同时还产生新的废水以及增加成本。
【发明内容】
本发明要解决的技术问题，在于提供一种海水养殖尾水处理系统，其具有脱氮除磷处理效率高、占地面积小、节能、成本低、无二次污染、管理简便等优点。
本发明是这样实现的：
一种海水养殖尾水处理系统，其特征在于：所述尾水处理系统包括集污池、物理过滤装置、气浮池、电极-悬浮填料耦合生物滤池处理单元以及污泥浓缩脱水装置；所述集污池、物理过滤装置与气浮池依次相连相连接，所述气浮池连接至电极-悬浮填料耦合生物滤池处理单元，所述集污池、物理过滤装置、气浮池、电极-悬浮填料耦合生物滤池处理单元均与污泥浓缩脱水装置相连接；
所述电极-悬浮填料耦合生物滤池处理单元包括生物滤池、悬浮填料、直流阴阳电极列阵组合、电动搅拌装置以及碳源补充装置，所述悬浮填料设置在生物滤池内，所述直流阴阳电极列阵组合设置在所述生物滤池的上部，所述电动搅拌装置设置在所述生物滤池的下部，所述生物滤池的底部设置有污泥斗，所述电动搅拌装置设置在污泥斗上方，所述碳源补充装置通过管道连接至生物滤池；所述气浮池的底部设置有气泡扩散器；
所述悬浮填料与所述生物滤池内水体的体积比为20％～50％，所述悬浮填料的密度为0.92～0.98g/cm3；所述直流阴阳电极列阵组合中阳极为铁，阴极为铁、碳或铜；所述电动搅拌装置的转速为100～300r/min。
进一步地，所述悬浮填料为高密度聚乙烯材质，比表面积大于500m2/m3。
进一步地，所述直流阴阳电极列阵组合的相邻电极之间的间距为2-30cm，运行电压和电流分别为：直流电压为12～36V，微电流密度为0.1～1.0mA/cm2。
进一步地，所述生物滤池为2个以上池体串联组合，可部分或全部池体设置直流阴阳电极列阵组合。
进一步地，所述物理过滤装置为自动反冲筛网过滤器、微滤机或弧形筛。
本发明具有如下优点：
本发明主要通过在生物滤池中产生的系列物理、化学和微生物作用，综合铁阳离子磷酸盐沉析反应、铁阳离子水化物及其多聚物对磷及其他颗粒物的絮凝沉淀作用、硝化反应和反硝化反应等，达到持续、稳定、高效的除磷脱氮、降解有机质和降低悬浮物浓度效果。具有装置结构简单、产污泥量少和无二次污染等优点。
本发明解决了当前海水养殖尾水脱氮除磷处理效率不高，占地面积大，处理效果稳定性较差的问题，具有脱氮除磷处理效率高，节地，可稳定符合《海水养殖尾水排放要求》(SC/T 9103)、投资和运行成本较低，管理简便等优点。应用本发明的装置设施，海水养殖尾水经处理后，排放水中的无机氮、活性磷酸盐，化学需氧量COD、悬浮物、pH等因子指标，都可符合《海水养殖尾水排放要求》(SC/T 9103)规定的一级排放标准。
【附图说明】
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明中电极-悬浮填料耦合生物滤池处理单元结构示意图。
【具体实施方式】
参阅图1-2，本发明涉及一种海水养殖尾水处理系统，所述尾水处理系统包括集污池1、物理过滤装置2、气浮池3、电极-悬浮填料耦合生物滤池处理单元4以及污泥浓缩脱水装置5；所述集污池1、物理过滤装置2与气浮池3依次相连接，所述气浮池3连接至电极-悬浮填料耦合生物滤池处理单元4，所述集污池1、物理过滤装置2、气浮池3、电极-悬浮填料耦合生物滤池处理单元4均与污泥浓缩脱水装置5相连接；
所述电极-悬浮填料耦合生物滤池处理单元4包括生物滤池41、悬浮填料42、直流阴阳电极列阵组合43、电动搅拌装置44以及碳源补充装置45，所述悬浮填料42设置在生物滤池41内，所述直流阴阳电极列阵组合43设置在所述生物滤池41的上部，所述电动搅拌装置44设置在所述生物滤池41的下部，所述生物滤池41的底部设置有污泥斗46，所述电动搅拌装置44设置在污泥斗46上方，所述碳源补充装置45通过管道连接至生物滤池41；所述气浮池3的底部设置有气泡扩散器；
所述悬浮填料42与所述生物滤池41内水体的体积比为20％～50％，所述悬浮填料42的密度为0.92～0.98g/cm3；所述直流阴阳电极列阵组合43中阳极为铁，阴极为铁、碳或铜；所述电动搅拌装置44的转速为100～300r/min。
所述悬浮填料42为高密度聚乙烯材质，比表面积大于500m2/m3。
所述直流阴阳电极列阵组合43的相邻电极之间的间距为2-30cm，运行电压和电流分别为：直流电压为12～36V，微电流密度为0.1～1.0mA/cm2。
所述生物滤池41为2个以上池体串联组合，可部分或全部池体设置直流阴阳电极列阵组合43。
所述物理过滤装置2为自动反冲筛网过滤器、微滤机或弧形筛。
本发明工作过程如下：养殖尾水进入集污池1后，经水泵抽提进入物理过滤装置2，经过滤后的水进入气浮池3，而含残饵和粪便等大颗粒物质的反冲水(≤1.5％)进入污泥浓缩脱水装置5；在气浮池3中，水中的一些悬浮物质、中小颗粒物及部份溶解性蛋白质等，随上浮气泡溢出(≤0.5％)排入污泥浓缩脱水装置5，底流水则进入电极-悬浮填料耦合生物滤池处理单元4；在污泥浓缩脱水装置5中将浓缩脱水后的污泥形成泥饼有机肥外运离开系统，浓缩滤出的水则返回集污池1；在电极-悬浮填料耦合生物滤池处理单元4中，生物滤池41底部设有污泥斗46，可定期排污，该污泥水(≤3％)则排入污泥浓缩脱水装置5；经电极-悬浮填料耦合生物滤池处理单元4处理后的出水，可符合《海水养殖尾水排放要求》(SC/T9103)的一级标准，实现达标排放。
各设备的工作原理如下：
1、集污池1主要是汇集养殖池排出的养殖尾水，池内设置2台以上潜水泵(其中1台为备用)，把池水抽提至物理过滤装置2。
2、物理过滤装置2为自动反冲筛网过滤器、微滤机或弧形筛等物理过滤设备，分离水中的大颗粒物质，自动把含残饵和粪便等大颗粒物质的反冲水(≤1.5％)进入污泥脱水浓缩装置5，而经筛网过滤后的水进入气浮池3。
3、气浮池3的池底设有外接气泵的气泡扩散器，水体中可形成数量巨大的微小气泡，从物理过滤装置2入池的水中一些悬浮物质、中小颗粒物及部份溶解性蛋白质等，可随气泡上浮溢出(≤0.5％)而排入污泥浓缩脱水装置5，底流水则进入电极-悬浮填料耦合生物滤池处理单元4。
4、电极-悬浮填料耦合生物滤池处理单元4的工作原理如下：
(1)由于直流阴阳电极列阵组合43的直流电场的作用，铁(阳极)生成大量的铁阳离子，产生的大量Fe2+和Fe3+与养殖尾水中的磷酸盐发生沉析反应，形成颗粒状、非溶解性的物质而沉降于生物滤池41的底部污泥斗46内；同时，铁阳离子经过一系列水解聚合反应，Fe2+和Fe3+以及它们的水化物如氢氧化铁等对磷都具有较强的絮凝、沉淀作用，还可生成具有吸附凝聚作用的多聚物，如部份Fe3+水解产生的如[Fe2(OH)2]4+、[Fe3(OH)4]5+、[Fe5(OH)9]6+等多核羟基络合物，可以起到絮凝剂的作用，能与养殖尾水中一些悬浮物质(含悬浮态磷，包括生物磷和难溶磷酸盐颗粒)、颗粒物质和电解质等发生沉聚作用，而沉降于生物滤池41的底部污泥斗46内。此外，海水的高盐度可确保足够大的电导率，有利于减少处理海水养殖尾水的能耗。
(2)严格控制微电流密度在0.1～1.0mA/cm2，在此范围内，海水电解因电流密度低而不能产生和积累游离氯或羟基自由基。众所周知，海水中如果有游离氯或羟基自由基，它们均能与有机物反应而生成卤代副产物，其中的三卤甲烷(如三氯甲烷等)均对养殖动物具有基因毒性，也属于致癌物。因此本发明确保了对海水处理的安全性，完全避免了海水废水常规使用电解电化学氧化处理，因产生三卤甲烷而引起的二次污染问题或必需增设三卤甲烷的安全处理设施。
(3)电极产生的铁离子可与海水中的氯离子结合形成三氯化铁，三氯化铁是絮凝剂，水中FeCl3·6H2O絮体的凝聚作用，可与水中一些悬浮物质、颗粒物质和电解质等形成复合絮凝体，沉降于生物滤池41的底部污泥斗46内。
(4)海水养殖尾水中含有的溶解氧，可为悬浮填料42附着的生物膜中大量的亚硝化和硝化细菌提供进行硝化反应所需要的溶解氧，使氨氮转化为亚硝酸氮和硝酸氮，同时，由于溶解氧的迅速消耗，使池内水体，特别是池水下层快速形成缺氧或厌氧水环境，推动反硝化脱氮反应的进行。
(5)池中存在的异养反硝化菌利用养殖水中的有机碳源做电子供体，发生反硝化反应，使硝酸盐氮最终经反硝化反应生成氮气而溢出系统从而被去除。
(6)阴极电解水产生的氢气，可以作为氢自养反硝化细菌的电子供体，而尾水中的CO2可为这些自养菌提供无机碳源，发生自养反硝化反应，使硝酸盐氮经反硝化反应生成氮气而溢出系统从而被去除。
此外，电解水产生的氢气，可刺激悬浮填料42表面附着的自养反硝化菌的生长代谢，同时，电解产生的氧化还原物质为微生物生长繁殖提供了适宜的环境，为自养反硝化菌的反硝化过程提供无机碳源和电子供体，进一步促进自养反硝化过程，从而提高了对总氮的去除。
(7)利用悬浮填料42的密度(0.92～0.98g/cm3)接近于海水，在生物滤池水体中易形成均匀的悬浮态，同时，在电动搅拌装置44的持续慢速搅动与水流流经下，可形成流化态，使悬浮填料42附着的生物膜容易与养殖废水中的污染物质持续流动接触，不仅有助于提高硝化反应及反硝化反应的速率，而且有利于悬浮填料42与水流不断摩擦与流经电极表面，同等体积下密度为0.92～0.98g/cm3的悬浮填料摩擦力更大，能更好的去除(阳极)铁的表面被氧化物，防止(阳极)铁的表面被氧化物形成致密覆盖层而被钝化，影响电极电解反应的正常进行，有效解决了(阳极)铁的钝化问题。
(8)微电流可对悬浮填料42上生物膜中细菌等微生物起强化作用，可改变细菌细胞膜的通透性，有助于细菌细胞膜内的酶通过细胞膜至废水中进行系列的酶促反应，增加了胞膜内的酶与水中反应底物的接触，从而一定程度上加强了降解养殖废水中氮磷的效果；此外，微电流也可直接刺激强化某些细菌分泌的胞外酶的活性，促进对水中氮磷及其他污染物的降解。
(9)由于养殖尾水中的有机碳浓度一般较低，很快将被消耗完毕，为促进池中异养反硝化反应的进行，通过碳源补充装置45进行补充碳源如红糖等的投放。可配置自动投加装置，定期将一定量的红糖加入溶液桶，启动搅伴机进行溶解，经计量泵，通过管道按一定的量自动投入池中，以持续快速地促进异养反硝化反应的进行。由于异养反硝化的反应速率要几倍(约7倍)快速于自养反硝化反应，同时，异养反硝化菌的种群生长和扩繁速度均高于自养反硝化菌群。因此添加如红糖等补充有机碳源，可明显加速反硝化脱氮。
而TP的去除率与TN去除率具有一定的正相关性，即TN去除效果好时，TP也具有较好的去除效果。本发明中，铁电极可提供反硝化反应需要的电子，具有一定的强化反硝化作用，促进NO3 --N和TN质量浓度的下降，有利于促进填料生物膜中及水体中的聚磷菌生物除磷，协同促进TP的去除。此外，本发明使用的补充碳源高效促进反硝化装置，极大地促进了反硝化的持续进行，促进NO3 --N和TN质量浓度的下降。协同促进了持续深度去除TP浓度。因此，本发明的电极-悬浮填料耦合技术与补充碳源高效促进反硝化技术集成融合一体，互相协同，提升了脱氮除磷效率和去除率。
5、污泥浓缩脱水装置5，采用污泥压滤机设备或设置滤水层干化池设施，将浓缩脱水后的污泥形成泥饼(有机肥)外运离开系统，滤出的水则返回集污池1。
以下结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
利用本发明构建的一种海水养殖尾水处理系统，对大黄鱼海水池塘养殖和工厂化养殖尾水进行处理，经处理后的排放出水水质都符合，监测结果数据如下：
备注：进水指海水养殖尾水，出水指经处理池处理后的排放水。
综上，海水养殖尾水经本发明处理系统处理后的排放水中的无机氮、活性磷酸盐、化学需氧量COD、pH、悬浮物等，都符合《海水养殖尾水排放要求》(SC/T 9103)规定的一级排放标准。
总之，本发明主要通过在生物滤池中产生的系列物理、化学和微生物作用，综合铁阳离子磷酸盐沉析反应、铁阳离子水化物及其多聚物对磷及其他颗粒物的絮凝沉淀作用、硝化反应和反硝化反应等，达到持续、稳定、高效的除磷脱氮、降解有机质和降低悬浮物浓度效果。具有装置结构简单、产污泥量少和无二次污染等优点。
本发明解决了当前海水养殖尾水脱氮除磷处理效率不高，占地面积大，处理效果稳定性较差的问题，具有脱氮除磷处理效率高，节地，可稳定符合《海水养殖尾水排放要求》(SC/T 9103)、投资和运行成本较低，管理简便等优点。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。
Claims (5)
1.一种海水养殖尾水处理系统，其特征在于：所述尾水处理系统包括集污池、物理过滤装置、气浮池、电极-悬浮填料耦合生物滤池处理单元以及污泥浓缩脱水装置；所述集污池、物理过滤装置与气浮池依次相连相连接，所述气浮池连接至电极-悬浮填料耦合生物滤池处理单元，所述集污池、物理过滤装置、气浮池、电极-悬浮填料耦合生物滤池处理单元均与污泥浓缩脱水装置相连接；
所述电极-悬浮填料耦合生物滤池处理单元包括生物滤池、悬浮填料、直流阴阳电极列阵组合、电动搅拌装置以及碳源补充装置，所述悬浮填料设置在生物滤池内，所述直流阴阳电极列阵组合设置在所述生物滤池的上部，所述电动搅拌装置设置在所述生物滤池的下部，所述生物滤池的底部设置有污泥斗，所述电动搅拌装置设置在污泥斗上方，所述碳源补充装置通过管道连接至生物滤池；所述气浮池的底部设置有气泡扩散器；
所述悬浮填料与所述生物滤池内水体的体积比为20％～50％，所述悬浮填料的密度为0.92～0.98g/cm3；所述直流阴阳电极列阵组合中阳极为铁，阴极为铁、碳或铜；所述电动搅拌装置的转速为100～300r/min。
2.根据权利要求1所述的一种海水养殖尾水处理系统，其特征在于：所述悬浮填料为高密度聚乙烯材质，比表面积大于500m2/m3。
3.根据权利要求1所述的一种海水养殖尾水处理系统，其特征在于：所述直流阴阳电极列阵组合的相邻电极之间的间距为2-30cm，运行电压和电流分别为：直流电压为12～36V，微电流密度为0.1～1.0mA/cm2。
4.根据权利要求1所述的一种海水养殖尾水处理系统，其特征在于：所述生物滤池为2个以上池体串联组合，可部分或全部池体设置直流阴阳电极列阵组合。
5.根据权利要求1所述的一种海水养殖尾水处理系统，其特征在于：所述物理过滤装置为自动反冲筛网过滤器、微滤机或弧形筛。
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