CN111018115A - 一种生物膜装置及淡水养殖尾水处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种生物膜装置及淡水养殖尾水处理方法，涉及淡水养殖尾水处理技术领域，将好氧段膜和厌氧段膜通过过渡体连接成一个整体，在好氧段膜和厌氧段膜外分别罩设用于维持微生物活性的培养瓶一和培养瓶二，以便短暂保持生物膜装置的活性，将其作为一个产品出售；将该生物膜装置用于淡水养殖尾水处理时，先打开培养瓶一的瓶盖，使好氧生物不断繁殖形成好氧层，同时消耗掉生物膜处理室中的氧气，降低水中溶氧量，在好氧层下方形成缺氧环境，再戳破培养瓶二的薄膜，使厌氧菌大量生长，逐渐形成过渡层和厌氧层，硝化、反硝化反应得以进行，从而起到了脱氮、除磷、去除水体有机物的作用。

Description

一种生物膜装置及淡水养殖尾水处理方法

技术领域

本发明涉及淡水养殖尾水处理技术领域，特别涉及一种生物膜装置及淡水养殖尾水处理方法。

背景技术

随着淡水养殖业的迅速发展，盲目扩大规模和投入的负面效应日益严重，为了增加淡水产品的产量，向养殖水体大量投放人工饵料，造成了严重的水体污染，淡水养殖自身的污染与水域环境的矛盾也日益突出。养殖环境不断恶化，养殖生物病害频繁发生。淡水环境污染不仅制约了我国水产养殖业的健康发展，也对养殖区及其毗邻水域的生态环境产生了重要影响，据权威部门检测表明，我国河流、湖泊的80%均遭受到不同程度的污染，对于历年来严重干旱的北方地区，几乎没有未遭受污染的河流、湖泊。目前我国淡水养殖用水多数来自大大小小的河流、湖泊，淡水养殖池塘、水库、河流由于养殖条件的需要，水中剩余的氮、磷、有机物有一定的积累。面对渔业生态环境不断恶化的严峻形势，除了环保等部门要加大执法力度，减少各种陆源污染外，海洋与渔业部门应首先采取各种有效措施，最大限度地减少对水产养殖本身造成的污染。

生物膜技术是人们长期以来根据自然界中水体自净的现象，农田灌溉时土壤对污染物的净化作用以及有机物的腐败过程，总结、模拟而发展起来的一种污水处理技术。它使微生物群体附着于某些载体的表面上呈膜状，通过与污水接触，生物膜上的微生物摄取污中的有机物作为营养吸收并加以同化，从而使污水得到净化在污水处理中，生物膜法是采用细胞固定化技术，将用于污水处理的微生物固定在生物膜中，并利用该生物膜处理污水，具有操作简便，易于回收，及适应性强等优点，将生物膜污水处理技术应用到淡水养殖尾水处理上，具有较好的效果。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种生物膜装置及淡水养殖尾水处理方法，制备出一种新型的生物膜并将该生物膜应用于水处理设备中，达到快速脱氮、除磷、去除水体有机物并循环利用的目的。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种生物膜装置，包括好氧段膜、厌氧段膜及过渡体，所述过渡体上端与好氧段膜下端粘接，所述过渡体下端与厌氧段膜上端粘接，所述好氧段膜外罩设有用于维持好氧生物活性的培养瓶一，所述培养瓶一与过渡体上部连接，所述培养瓶一的一侧设有瓶盖，所述厌氧段膜外罩设有用于维持厌氧生物活性的培养瓶二，所述培养瓶二与过渡体下部连接，所述培养瓶二的一侧设有薄膜。

进一步地，所述好氧段膜包括微生物挂膜载体一，所述微生物挂膜载体一上附着有维氏硝化杆菌和光合细菌；所述厌氧段膜包括微生物挂膜载体二，所述微生物挂膜载体上附着有丁酸梭菌和芽孢杆菌。

进一步地，所述微生物挂膜载体一为纳米碳纤维载体、斜发沸石载体、发光沸石载体或钙十字沸石载体中的一种，所述微生物挂膜载体二为纳米碳纤维载体、斜发沸石载体、发光沸石载体或钙十字沸石载体中的一种。

进一步地，所述微生物挂膜载体一和微生物挂膜载体二均为锯齿状。

进一步地，所述微生物挂膜载体二的锯齿密度大于较微生物挂膜载体一的锯齿。

进一步地，所述培养瓶一的pH范围为7.5- 8.5，所述培养瓶二的pH范围为5.5-7.0且溶氧量小于1.0 mg/L。

进一步地，所述好氧段膜位于上部，长度为0～1.0m；所述厌氧段膜位于下部，长度为0～0.8m，所述过渡载体位于中部，且为可伸缩结构。

一种淡水养殖尾水处理方法，包括以下步骤：

S1、将淡水养殖尾水经物理过滤室一过滤掉大颗粒杂质，所述物理过滤室一内设有5-8层竖直且等间距设置的网格，所述网格为40目网片；

S2、将经过物理过滤室一过滤的淡水养殖尾水通入盛有鹅卵石粗砂石的物理过滤室二，过滤掉浮渣和剩余大颗粒杂质；

S3、将经过物理过滤室二过滤的淡水养殖尾水通入化学过滤室，所述化学过滤室内加有助凝剂、混凝剂或絮凝剂的，去除经初级物理过滤后的淡水养殖尾水中的重金属；

S4、把上述的生物膜装置的培养瓶二固定在生物膜处理室的底部，培养瓶一固定在生物膜处理室的顶部，然后打开培养瓶一的瓶盖，在生物膜处理室中装满水，培养瓶一中好氧微生物不断繁殖形成好氧层，当水中溶氧度小于2.0 mg/L时，使用尖头工具戳破培养瓶二的薄膜，培养瓶二中厌氧微生物不断繁殖形成厌氧层，好氧层和厌氧层中部形成过渡层，淡水养殖尾水由生物膜处理室顶部的进水口进入生物膜处理室，生物膜处理室内由上到下依15次进行微生物的好氧、缺氧、厌氧代谢，在降解有机物的同时完成脱氮除磷的过程，并完成生物膜的更新；

S5、将经过生物膜处理室处理后的淡水养殖尾水通入精滤室，所述精滤室内设置有吸附膜，所述吸附膜用于吸附小颗粒杂种、漂浮物及菌体杂质。

进一步地，所述生物膜处理室的内壁设有由电气石加工而成的无菌纳米抗菌材料涂层。

进一步地，所述培养瓶一远离瓶盖的一侧与生物膜处理室的侧壁连接，所述培养瓶二远离薄膜的一侧与生物膜处理室的侧壁连接。

本发明的有益效果是：

1）本发明将好氧段膜和厌氧段膜通过过渡体连接成一个整体，在好氧段膜和厌氧段膜外分别罩设用于维持微生物活性的培养瓶一和培养瓶二，以便短暂保持生物膜装置的活性，将其作为一个产品出售；将该生物膜装置用于淡水养殖尾水处理时，先打开培养瓶一的瓶盖，使好氧生物不断繁殖形成好氧层，同时消耗掉生物膜处理室中的氧气，降低水中溶氧量，在好氧层下方形成缺氧环境，再戳破培养瓶二的薄膜，使厌氧菌大量生长，逐渐形成过渡层和厌氧层，硝化、反硝化反应得以进行，从而起到了脱氮、除磷、去除水体有机物的作用。

2）本发明的微生物挂膜载体为锯齿状，能够增大其与微生物的有效接触面积，使膜内生化反应进行的更加充分；选取纳米碳纤维载体作为微生物挂膜载体，其性能优异，能够使微生物快速的消耗淡水养殖尾水中的有机物，从而改善水质。

3）本发明通过在生物膜处理室的内壁设无菌纳米抗菌材料涂层，能够起到调控养殖水体的pH值和氧化还原电位，还能去除水中重金属离子，对水体起到催化净化、抑菌作用，处理完成后的水体可以重新用于养殖，达到循环利用、绿色养殖的目的。

附图说明

图1为本发明的生物膜装置的结构示意图；

图2为本发明的生物膜处理室的结构示意图；

图3为本发明的淡水养殖尾水处理流程图；

图中，1-好氧段膜，2-厌氧段膜，3-培养瓶一，4-培养瓶二，5-微生物挂膜载体一，6-微生物挂膜载体二，7-过渡体，8-瓶盖，9-薄膜，10-进水口，11-出水口，12-生物膜处理室,13-物理过滤室一，14-物理过滤室二，15-化学过滤室，16-精滤室。

具体实施方式

下面将结合实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：

实施例1

一种生物膜装置，包括好氧段膜1、厌氧段膜2及过渡体7，过渡体7上端与好氧段膜1下端粘接，过渡体7下端与厌氧段膜2上端粘接，好氧段膜1外罩设有用于维持好氧生物活性的培养瓶一3，培养瓶一3与过渡体7上部连接，培养瓶一3的一侧设有瓶盖8，厌氧段膜2外罩设有用于维持厌氧生物活性的培养瓶二4，培养瓶二4与过渡体7下部连接，培养瓶二4的一侧设有薄膜9。

进一步地，好氧段膜1包括微生物挂膜载体一5，微生物挂膜载体一5上附着有维氏硝化杆菌和光合细菌；厌氧段膜2包括微生物挂膜载体二6，微生物挂膜载体上附着有丁酸梭菌和芽孢杆菌。

其中：好氧段膜1是将微生物挂膜载体一5安装在培养室Ⅰ内的旋转轴上，在培养室Ⅰ内加入第一培养基，在第一培养基内加入维氏硝化杆菌和光合细菌，在温度15～30℃、PH7.0～8.0的条件下，启动电机使微生物挂膜载体在培养室Ⅰ均匀旋转培养1～2小时，维氏硝化杆菌和光合细菌繁殖后附着在微生物挂膜载体上形成好氧段生物膜；

厌氧段膜2是将微生物挂膜载体安装在培养室Ⅱ内的旋转轴上，在培养室Ⅱ内加入第二培养基，在第二培养基内加入丁酸梭菌和芽孢杆菌，在温度18～28℃、PH6.0～7.0的条件下，启动电机使微生物挂膜载体在培养室Ⅱ均匀旋转培养1～1.5小时，丁酸梭菌和芽孢杆菌繁殖后附着在微生物挂膜载体上形成厌氧段生物膜；

第一培养基包括以下重量组分的原料：

红糖 35～40份、土豆 20～28份、蛋白胨 15～18份、麸皮 12～15份、NaCl 1～2份、NH4Cl 1～2份、NaHCO3 1～2份、K2HPO4 0.2～0.5份。

进一步地，第二培养基包括以下重量组分的原料：

EDTA-Na2 30～35份，蛋白胨 20～22份，葡萄糖 18～20份，CH3COONa 15～20份，NaHCO3 5～8份，CaCl2•2H2O 3～5份，NH4Cl 1～2份，MgSO4•7H2O 0.3～0.5份。

将好氧段膜1的微生物挂膜载体一5和厌氧段膜2的微生物挂膜载体二6取出，分别与过渡体7的上段和下端粘接；

培养瓶一3和培养瓶二4与过渡体7之间可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，例如螺纹连接。

进一步地，微生物挂膜载体一5为纳米碳纤维载体、斜发沸石载体、发光沸石载体或钙十字沸石载体中的一种，微生物挂膜载体二6为纳米碳纤维载体、斜发沸石载体、发光沸石载体或钙十字沸石载体中的一种。

纳米碳纤维载体是具有良好生物相容性的纤维状的碳材料，其在宿主与生物反应上具有优异的生物相容性、电、机械等综合特性，与水的润湿性差，表面呈现出疏水性，经表面修饰处理后，碳纤维表面含氧官能团增加，增强了在尾水处理过程中对污物杂物的吸附，当淡水养殖尾水经过生物膜时，杂质和污染物附着生长的菌胶团开始接触，菌胶团表面由于细菌和胞外聚合物的作用，絮凝或吸附了水中的有机物，与介质中的有机物浓度形成一种动态的平衡，使菌胶团表面既附有大量的活性细菌，又有较高浓度的有机物，成为细菌繁殖活动的适宜场所，由于这种有利条件，菌胶团表层的细菌迅速繁殖，很快消耗淡水养殖尾水中有机物，这时淡水养殖尾水中的有机物大部分被去除，水质也就得到了改善。

进一步地，微生物挂膜载体一5和微生物挂膜载体二6均为锯齿状，能够增大其与微生物的有效接触面积，使膜内生化反应进行的更加充分，微生物挂膜载体一5和微生物挂膜载体二6的颗粒尺寸均为3～15mm。

进一步地，微生物挂膜载体二6的锯齿密度大于较微生物挂膜载体一5的锯齿

进一步地，培养瓶一3的pH范围为7.5- 8.5，有利于维持好氧生物的活性，培养瓶二4的pH范围为5.5- 7.0且溶氧量小于1.0 mg/L，有利于维持厌氧生物的活性。

进一步地，好氧段膜1位于上部，长度为0～1.0m；厌氧段膜2位于下部，长度为0～0.8m，过渡载体位于中部，可以为可伸缩结构，以匹配不同深度的生物膜处理室12。

实施例2

一种淡水养殖尾水处理方法，包括以下步骤：

S1、将淡水养殖尾水经物理过滤室一13过滤掉大颗粒杂质，所述物理过滤室一13内设有5-8层竖直且等间距设置的网格，所述网格为40目网片；

S2、将经过物理过滤室一13过滤的淡水养殖尾水通入盛有鹅卵石粗砂石的物理过滤室二14，过滤掉浮渣和剩余大颗粒杂质；

S3、将经过物理过滤室二14过滤的淡水养殖尾水通入化学过滤室15，所述化学过滤室15内加有助凝剂、混凝剂或絮凝剂的，去除经初级物理过滤后的淡水养殖尾水中的重金属；

S4、把上述的生物膜装置的培养瓶二4固定在生物膜处理室12的底部，培养瓶一3固定在生物膜处理室12的顶部，然后打开培养瓶一3的瓶盖8，在生物膜处理室12中装满水，培养瓶一3中好氧微生物不断繁殖形成好氧层，当水中溶氧度小于2.0 mg/L时，使用尖头工具戳破培养瓶二4的薄膜9，培养瓶二4中厌氧微生物不断繁殖形成厌氧层，好氧层和厌氧层中部形成过渡层，淡水养殖尾水由生物膜处理室12顶部的进水口10进入生物膜处理室12，生物膜处理室12内由上到下依次进行微生物的好氧、缺氧、厌氧代谢，由生物膜处理室12底部的出水口11排出，在降解有机物的同时完成脱氮除磷的过程，并完成生物膜的更新；

其中：脱氮反应过程如下：

ADP+H3NO4+BOD（碳源）→ATP+H2O

除磷反应过程如下：

PO43-+Ca2+→Ca3（PO4）2↓

S5、将经过生物膜处理室12处理后的淡水养殖尾水通入精滤室16，所述精滤室16内设置有吸附膜，所述吸附膜用于吸附小颗粒杂种、漂浮物及菌体杂质。

进一步地，生物膜处理室12的内壁设有由电气石加工而成的无菌纳米抗菌材料涂层，能够起到调控养殖水体的pH值和氧化还原电位，还能去除水中重金属离子，对水体起到催化净化、抑菌作用，处理完成后的水体可以重新用于养殖，达到循环利用、绿色养殖的目的。

进一步地，培养瓶一3远离瓶盖8的一侧与生物膜处理室12的侧壁连接，培养瓶二4远离薄膜9的一侧与生物膜处理室12的侧壁连接。

所述处理室内气水比范围可设置为（8：1）～（15:1）。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种生物膜装置，其特征在于：包括好氧段膜（1）、厌氧段膜（2）及过渡体（7），所述过渡体（7）上端与好氧段膜（1）下端粘接，所述过渡体（7）下端与厌氧段膜（2）上端粘接，所述好氧段膜（1）外罩设有用于维持好氧生物活性的培养瓶一（3），所述培养瓶一（3）与过渡体（7）上部连接，所述培养瓶一（3）的一侧设有瓶盖（8），所述厌氧段膜（2）外罩设有用于维持厌氧生物活性的培养瓶二（4），所述培养瓶二（4）与过渡体（7）下部连接，所述培养瓶二（4）的一侧设有薄膜（9）。

2.根据权利要求1所述的一种生物膜装置，其特征在于：所述好氧段膜（1）包括微生物挂膜载体一（5），所述微生物挂膜载体一（5）上附着有维氏硝化杆菌和光合细菌；所述厌氧段膜（2）包括微生物挂膜载体二（6），所述微生物挂膜载体上附着有丁酸梭菌和芽孢杆菌。

3.根据权利要求2所述的一种生物膜装置，其特征在于：所述微生物挂膜载体一（5）为纳米碳纤维载体、斜发沸石载体、发光沸石载体或钙十字沸石载体中的一种，所述微生物挂膜载体二（6）为纳米碳纤维载体、斜发沸石载体、发光沸石载体或钙十字沸石载体中的一种。

4.根据权利要求3所述的一种生物膜装置，其特征在于：所述微生物挂膜载体一（5）和微生物挂膜载体二（6）均为锯齿状。

5.根据权利要求4所述的一种生物膜装置，其特征在于：所述微生物挂膜载体二（6）的锯齿密度大于较微生物挂膜载体一（5）的锯齿。

6.根据权利要求1所述的一种生物膜装置，其特征在于：所述培养瓶一（3）的pH范围为7.5- 8.5，所述培养瓶二（4）的pH范围为5.5- 7.0且溶氧量小于1.0 mg/L。

7.根据权利要求1所述的一种生物膜装置，其特征在于：所述好氧段膜（1）位于上部，长度为0～1.0m；所述厌氧段膜（2）位于下部，长度为0～0.8m，所述过渡载体位于中部，且为可伸缩结构。

8.一种淡水养殖尾水处理方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、将淡水养殖尾水经物理过滤室一（13）过滤掉大颗粒杂质，所述物理过滤室一（13）内设有5-8层竖直且等间距设置的网格，所述网格为40目网片；

S2、将经过物理过滤室一（13）过滤的淡水养殖尾水通入盛有鹅卵石粗砂石的物理过滤室二（14），过滤掉浮渣和剩余大颗粒杂质；

S3、将经过物理过滤室二（14）过滤的淡水养殖尾水通入化学过滤室（15），所述化学过滤室（15）内加有助凝剂、混凝剂或絮凝剂的，去除经初级物理过滤后的淡水养殖尾水中的重金属；

S4、把如权利要求1-7任一项中所述的生物膜装置的培养瓶二（4）固定在生物膜处理室（12）的底部，培养瓶一（3）固定在生物膜处理室（12）的顶部，然后打开培养瓶一（3）的瓶盖（8），在生物膜处理室（12）中装满水，培养瓶一（3）中好氧微生物不断繁殖形成好氧层，当水中溶氧度小于2.0 mg/L时，使用尖头工具戳破培养瓶二（4）的薄膜（9），培养瓶二（4）中厌氧微生物不断繁殖形成厌氧层，好氧层和厌氧层中部形成过渡层，淡水养殖尾水由生物膜处理室（12）顶部的进水口（10）进入生物膜处理室（12），生物膜处理室（12）内由上到下依次进行微生物的好氧、缺氧、厌氧代谢，在降解有机物的同时完成脱氮除磷的过程，并完成生物膜的更新；

S5、将经过生物膜处理室（12）处理后的淡水养殖尾水通入精滤室（16），所述精滤室（16）内设置有吸附膜，所述吸附膜用于吸附小颗粒杂种、漂浮物及菌体杂质。

9.根据权利要求8所述的淡水养殖尾水处理方法，其特征在于：所述生物膜处理室（12）的内壁设有由电气石加工而成的无菌纳米抗菌材料涂层。

10.根据权利要求8所述的淡水养殖尾水处理方法，其特征在于：所述培养瓶一（3）远离瓶盖（8）的一侧与生物膜处理室（12）的侧壁连接，所述培养瓶二（4）远离薄膜（9）的一侧与生物膜处理室（12）的侧壁连接。

Images