CN110776087B - 一种包含微生物电化学净水装置的循环养殖系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种包含微生物电化学净水装置的循环养殖系统，属于环境保护中污水处理技术领域。主要涉及一种在水产养殖系统中增设微生物电化学装置来强化系统中的污水处理与产值增长问题的反应器装置。可在无进出水循环情况下，有效降解水体中COD、氨氮和总磷三类污染物质并产电，从而增加系统中养殖产量，以改善整个养殖环境，大大降低水产养殖的养殖成本和污水处理成本。本发明的结构简单，成本低，效率高，符合新时代环保、低能耗的水处理工艺理念。

Description

一种包含微生物电化学净水装置的循环养殖系统
技术领域
本发明属于环境保护中污水处理技术领域，涉及一种包含微生物电化学净水装置的循环养殖系统，主要涉及一种在水产养殖系统中增设微生物电化学装置来强化系统中的污水处理与产值增长问题的反应器装置。
背景技术
自20世纪60年代以来，全球鱼类消费量一直呈现出持续增长的态势，水产养殖业对消除全球饥饿和促进经济发展的贡献与日俱增。养殖废水大多由于集约化养殖，养殖密度较高，水生动物新陈代谢产生的大量尿液和粪便会导致水体氨氮、生化需氧量等增加，产生较高浓度的氮、磷等有机污染物质，使环境水体中溶解氧降低，氨氮、亚硝酸盐氮等含量增加，细菌、微生物等大量滋生，引起水体富营养化，严重影响环境水体水质，对环境造成一定的二次污染。
对于养殖废水的处理，一般有物理处理、化学处理、生物过滤等方法，其中物理技术操作量太大，且清理不同的污染物也要使用不同的设备，不能在保证废水处理效率的同时保证经济效益，对于生物处理技术在效率上低于其他两种方法，单一的生物处理过滤时间较长，无法做到有效的水循环利用。而随着环境污染与能源危机逐步凸显，人们开始大力发展环境修复和能源回收技术。微生物电化学技术能同时降解有机污染物并以电能、化学能等形式进行能量回收，因而引起了广泛的关注。
微生物电化学系统(Microbial electrochemical systems,MESs)是一种以产电菌(exoelectrogens)为“生物催化剂”，将有机物中的化学能直接转化为电能的装置，在将有机物分解代谢的同时，能够以电能、清洁能源(氢气)或生成有用代谢副产物等方式回收能量。其作用原理是，将阳极置于厌氧的沉积物中，沉积物中微生物及阳极产电菌降解沉积物中丰富的有机物，产生的电子通过外电路传递给水相中的阴极，氧气结合阳极传递的电子、质子生成水，进而达到去除沉积物中有机污染物的同时回收能量。总之，微生物电化学技术是一种有前景的、可持续的水处理新技术。
发明内容
本发明设计了一种包含微生物电化学净水装置的循环养殖系统。可在无需进出水循环情况下，有效降解水体中的污染物质并产电，从而增加系统中养殖产量，以改善整个养殖环境。大大降低水产养殖的养殖成本和污水处理成本。
本发明的技术方案：
一种包含微生物电化学净水装置的循环养殖系统，包括养殖池1、阴极2、阳极室3、增氧过滤泵4、连接电阻5、过滤棉6、活性碳粒7、碳棒8及铁棒9；
阳极室3密封放置于养殖池1上方，阳极室3底部内置过滤棉6用于截留增氧过滤泵4抽提上来的鱼类排泄物，利于微生物着床生长；过滤棉6上铺设一层活性碳粒7，活性碳粒7中间埋置两根碳棒8及一根铁棒9；
阳极为周边包裹有活性碳粒7的两根碳棒8，由不锈钢导线接出连接电阻5再并与阴极2形成闭路；
阴极2从阳极室3自然悬挂至养殖池1内，阴极2的一半浸于养殖池1的水下；
增氧过滤泵4从阳极室3自然悬挂至养殖池1内，埋于养殖池1的水中靠近底部，增氧过滤泵4用于曝气并抽水，将底部鱼类排泄物抽至阳极室3。
本发明的有益效果：
1)该系统有效降低水中COD、氨氮和总磷三类污染物质的含量，装置高效廉价，大大降低水产养殖业废水处理成本。
2)利用微生物产电，可将生物能转换为电能符合新时代环保、低能耗的水处理工艺理念。
3)本发明在一定养殖密度范围内，实现了系统本身水体自处理，大大减少养殖过程中水资源循环的浪费，有效降低养殖成本。
4)经生物电化学系统强化的养殖鱼类产值有所增加，有利于提高养殖业的养殖效率。
5)阴极自然悬挂，一半于水下，利于形成电路闭环，一半于水上，更好的接触空气。
6)铁棒可在水流浸泡过程产生铁(III)氧化物，具有高度亲和性,能够作为电子受体而被还原，有利于阳极与电化学活性微生物间的电子传递过程。
附图说明
图1是装置摆放示意图。
图2是装置构造示意图。
图中：1养殖池；2阴极；3阳极室；4增氧过滤泵；5连接电阻；6过滤棉；7活性碳粒；8碳棒；9铁棒。
具体实施方式
以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。
一种包含微生物电化学净水装置的循环养殖系统。改装市场现有鱼缸过滤器(19cm*9cm*9cm)，包含增氧过滤泵，抽取装置底部鱼类排泄物于过滤盒中。将过滤盒改装为阳极室3，由下至上铺设：过滤棉6(19cm*9cm*3cm)截留鱼类排泄物，提供产电微生物着床生长空间；活性碳粒7(80g粒径2～4mm，比表面积为1 000～1500m2/g)，并于活性碳粒7中埋置两根碳棒8(直径1cm，长30cm)及一根直径铁棒9(1cm，长20cm)，作为阳极材料；阴极2为两根直径碳棒(1cm，长30cm)包裹颗粒活性炭7(80g，粒径2～4mm，比表面积为1 000～1500m2/g)，由直径为2mm不锈钢导线接出连接1000Ω的电阻形成闭路。
直径为28cm，高40cm的聚乙烯HDPE塑料圆桶作为养殖池1，阳极室3呈缺氧环境放于养殖池1上方，增氧过滤泵4放置于养殖池1底部，方便抽取鱼类排泄物，阴极2自然悬挂，一半于水下，利于形成电路闭环，一半于水上，更好的接触空气。由在人工河中取水样进水1.8L，水体自循环，放入鱼种规格为300-400克/尾，养殖密度为10尾/m3鱼苗进行养殖。整个循环过程无洁净水源补充进水，装置处理水可维持鱼类的正常生长需求，并增加产值(9.8％)。
系统最高电压可达300mv，功率密度达50mw/m3。采用受污染河水进行养殖时，设置的生物电化学系统，提高了养殖水中的COD、氨氮和总磷去除效率，去除率分别可达52％、56％和49％，效果令人满意。

Claims (1)

1.一种包含微生物电化学净水装置的循环养殖系统，其特征在于，所述的包含微生物电化学净水装置的循环养殖系统包括养殖池(1)、阴极(2)、阳极室(3)、增氧过滤泵(4)、连接电阻(5)、过滤棉(6)、活性碳粒(7)、碳棒(8)及铁棒(9)；
阳极室(3)密封放置于养殖池(1)上方，阳极室(3)底部内置过滤棉(6)用于截留增氧过滤泵(4)抽提上来的鱼类排泄物，利于微生物着床生长；过滤棉(6)上铺设一层活性碳粒(7)，活性碳粒(7)中间埋置两根碳棒(8)及一根铁棒(9)；
阳极为周边包裹有活性碳粒(7)的两根碳棒(8)，由不锈钢导线接出连接电阻(5)再并与阴极(2)形成闭路；
阴极(2)从阳极室(3)自然悬挂至养殖池(1)内，阴极(2)的一半浸于养殖池(1)的水下；
增氧过滤泵(4)从阳极室(3)自然悬挂至养殖池(1)内，埋于养殖池(1)的水中靠近底部，增氧过滤泵(4)用于曝气并抽水，将底部鱼类排泄物抽至阳极室(3)。
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