CN113104989A - 一种海水鱼养殖尾水净化处理方法及净化处理系统 - Google Patents

一种海水鱼养殖尾水净化处理方法及净化处理系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种海水鱼养殖尾水净化处理方法及净化处理系统，属于废水处理技术领域。本发明方法包括如下步骤：S1：将养殖尾水注入长茎葡萄蕨藻养殖池中；S2：根据富营养程和悬浮颗粒物含量，投放一定密度的长茎葡萄蕨藻；S3：在养殖池底曝气；S4：净化设定时间后，获取长茎葡萄蕨藻养殖池各项水质参数的含量，当达到水质排放标准时，排放所述净化后的养殖尾水。本发明的有益效果为：可以高效利用海水中N、P等营养物质，大容量吸收温室气体二氧化碳，并释放充足氧气，高效去除污染物的同时显著改善养殖水体的环境；养殖废水继续进行海葡萄的养殖，可进一步增加海葡萄的产量，提高经济效益。

Description

一种海水鱼养殖尾水净化处理方法及净化处理系统
技术领域
本发明涉及一种废水处理技术，尤其涉及一种多组合逐级净化的海水鱼养殖尾水净化处理方法及处理系统。
背景技术
我国是全球水产养殖的第一大国，水产养殖业近30年来发展迅猛，成为国家农业经济发展的重要支柱产业，而旺盛的海水养殖作业亦造成局部养殖海区严重的富营养化与酸化，生物多样性减少，渔业资源衰退，严重威胁到近海环境的生态安全，养殖尾水的大量和持续排放，造成了水环境的严重污染，从而导致养殖病害的不断蔓延，而传统近海滩涂养殖自身污染和交叉污染导致的赤潮、绿潮、水母等生态灾害频发，直接威胁水产养殖的可持续发展。因此，研发经济高效的养殖尾水净化处理技术，是发展清洁、安全、健康、高效的现代水产养殖业亟需解决的关键技术问题。
养殖尾水具有污染物浓度低、排放量大的特点，其最敏感的几个指标是氨氮、活性磷酸盐和总悬浮颗粒物，养殖尾水是一种宝贵的营养资源。人工栽培大型海藻是一种较为可行的养殖尾水生物处理技术，因为大型海藻参与碳、氮、磷循环，能大量吸收、储存和转移碳、氮、磷，并能从海水中移出，具有固碳、产氧、调节水体pH的作用，它能有效地改善水环境质量。但是目前国内相关方面的技术研究还非常有限，仅有一些基于大型藻类净化鱼类养殖水体的零星研究，由于所采用的海藻经济价值较低，投入和产出不成正比，许多养殖业者和企业不愿涉及，更没有在规模化海水养殖废水处理中应用推广。
发明内容
为解决现有技术中投入和产出不成正比、无法大规模推广应用的技术问题，本发明提供一种海水鱼养殖尾水净化处理方法及处理系统。
本发明海水鱼养殖尾水净化处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：将养殖尾水注入长茎葡萄蕨藻养殖池中；
S2：根据富营养程度和悬浮颗粒物含量，投放一定密度的长茎葡萄蕨藻；
S3：在养殖池底曝气；
S4：净化设定时间后，获取长茎葡萄蕨藻养殖池各项水质参数的含量，当达到水质排放标准时，排放所述净化后的养殖尾水。
本发明作进一步改进，步骤S4中，将所述养殖尾水排放入清水储存池，供养殖海水鱼的海水鱼养殖池循环利用。
本发明作进一步改进，步骤S2中，当所述养殖尾水轻度富营养化，并且悬浮颗粒物含量较低时，所述长茎葡萄蕨藻的投放密度为20g/L养殖尾水，养殖尾水在所述长茎葡萄蕨藻养殖池中的处理时间为24h。
本发明作进一步改进，步骤S2中，当所述养殖尾水严重富营养化，并且悬浮颗粒物含量较高时，所述长茎葡萄蕨藻的投放密度为50g/L养殖尾水，养殖尾水在所述长茎葡萄蕨藻养殖池中的处理时间为120h。
本发明作进一步改进，对养殖尾水采用二级串联净化处理方法，在养殖尾水注入长茎葡萄蕨藻养殖池之前，还包括自由沉降处理步骤A：将排放的养殖尾水排放至沉淀池靠重力自由沉降第一设定时间，将水体中的粗大颗粒物和悬浮物从养殖尾水中分离，然后将沉淀池的上浮水直接注入长茎葡萄蕨藻养殖池中。
本发明作进一步改进，：对养殖尾水采用三级串联净化处理方法，在自由沉降处理步骤A执行之后，注入长茎葡萄蕨藻养殖池之前，还包括贝类过滤步骤B：将沉淀池的上浮水注入贝类过滤池，经过贝类过滤处理第二设定时间，然后将贝类过滤后的尾水注入长茎葡萄蕨藻养殖池中。
本发明作进一步改进，二级串联净化处理方法和三级串联净化处理方法中，所述长茎葡萄蕨藻养殖池中的长茎葡萄蕨藻的密度为20g/L。
本发明作进一步改进，三级串联净化处理方法中，所述氨氮、硝态氮和亚硝态氮处理时间为56h，包括24h的自由沉降、24h的贝类过滤和8h的长茎葡萄蕨藻净化处理，所述磷酸盐和总悬浮颗粒处理时间为168h，包括24h的自由沉降、24h的贝类过滤和120h的长茎葡萄蕨藻净化处理。
本发明还提供一种实现所述海水鱼养殖尾水净化处理方法的净化处理系统，包括长茎葡萄蕨藻养殖池、清水储存池，其中，所述长茎葡萄蕨藻养殖池设有底部曝气装置，所述长茎葡萄蕨藻养殖池的注水端与海水鱼养殖池排水端相连，所述长茎葡萄蕨藻养殖池的排水端与所述清水储存池的注水端相连，所述清水储存池的排水端与海水鱼养殖池的注水端相连。
本发明作进一步改进，还包括沉淀池和贝类过滤池，所述沉淀池用于将海水鱼养殖池排放的养殖尾水自由沉降，将水体中的粗大颗粒物和悬浮物从废水中分离，然后将沉降处理的上浮水排入贝类过滤池或长茎葡萄蕨藻养殖池；所述贝类过滤池用于对沉降处理的养殖尾水进行生物过滤，去除无法沉降的小粒径悬浮颗粒物，并将溶解性可生物降解的有机物被转化成易于被大型海藻吸收的无机营养盐形态。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：长茎葡萄蕨藻可以在狭小的富营养化严重的流动性水体环境中高密度生长；具有较宽的N、P营养盐耐受范围，可以高效利用海水中N、P等营养物质，大容量吸收温室气体二氧化碳，并释放充足氧气，高效去除污染物的同时显著改善养殖水体的环境；不同于其他海洋藻类，长茎葡萄蕨藻的生长没有明确的方向性，可以向不同方向自由生长，对各种污染源都有较强的抗力，不受水域空间和循环水流速的限制，可以建设封闭的可以复制和移动的海葡萄净化工厂；直立茎外形类似葡萄，均一的球形小枝布满整个直立茎主轴，增加了与养殖尾水营养物质吸附的表面积，对养殖尾水中的营养盐成分具有极强的吸收能力；海葡萄为大型藻类，环境适应能力强，净化效果稳定，藻体回收方便；通过养殖尾水的资源化利用，收获的高价值长茎葡萄蕨藻，经济效益可观，产业化前景广阔，可实现大规模的应用推广；可从养殖废水处理的多个环节产生经济效益，包括收获贝类和藻类，尤其是经过贝类过滤净化后的废水继续进行海葡萄的养殖，可进一步增加海葡萄的产量，提高经济效益。
附图说明
图1为本发明净化处理系统结构示意图；
图2为实施例一净化处理前后石斑鱼养殖尾水基本水质参数的变化示意图；
图3为不同生物量长茎葡萄蕨藻吸收单一净化处理前后金鲳鱼养殖尾水基本水质参数及长茎葡萄蕨藻生物量的变化示意图；
图4为实施例二-四多组合净化处理前后金鲳鱼养殖尾水基本水质参数的变化示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，本发明净化处理系统包括自由沉淀池、贝类过滤池、大型海藻养殖池3个处理单元，本例贝类采用香港牡蛎，本例的大型海藻为长茎葡萄蕨藻，长茎葡萄蕨藻-俗称“海葡萄”，素有“绿色鱼子酱”及“长寿藻”之美誉，藻体由匍匐茎(营养器官)、球状直立枝(生殖器官)和丝状假根三部分组成，球状颗粒晶莹剔透、水润饱满似葡萄，故名海葡萄，是潜在的高营养价值保健食品，含有多种活性成分，可用于医用保健品和药品的开发，经济价值高。专利库中已经有多种将所述长茎葡萄蕨藻加工成饮料、保健品、药品、面膜等的技术方案，充分说明其具有很高的营养价值和经济价值。
本发明净化处理系统对海水鱼养殖池中的养殖尾水的具体处理过程如下：
1)自由沉降：将排放的养殖废水放置于底部为漏斗状的沉淀池中先靠重力自由沉降，将水体中的粗大颗粒物和悬浮物从废水中分离；
2)贝类过滤：将经一次沉降后的养殖尾水排入贝类过滤池中，在过滤池中悬挂香港牡蛎进行生物过滤，去除无法沉降的小粒径悬浮颗粒物，并将溶解性可生物降解的有机物被转化成易于被大型海藻吸收的无机营养盐形态。
3)大型海藻的吸收：将贝类过滤沉降后的尾水进入大型海藻养殖池，池内的长茎葡萄蕨藻养殖池对N、P等营养盐进行吸收和利用，达到进一步去除的目的，尤其是经过贝类过滤处理后的养殖尾水，继续进行海葡萄养殖，可大幅度提高海葡萄的产量。
4)差异化处理：对于悬浮颗粒物较少和富营养化程度较低的养殖废水，可以略去步骤1和2，直接进入步骤3的大型海藻养殖池进行净化处理。本发明将四个处理单元进行串联，可根据养殖尾水的类型不同，随机组合不同的处理单元，对养殖设备的要求低，操作方法简单，净化效率高，净化废水的同时可以收获高价值的海葡萄产品，经济效益可观，具有广阔的应用前景。
实施例1—单一藻类吸收净化轻度富营养化低悬浮颗粒石斑鱼养殖尾水
如图1-图3所示，由于此类型的养殖尾水，悬浮颗粒物含量很低，无须经过自由沉降和贝类过滤，直接进行大型海藻吸收处理。具体实施步骤如下：
1)将养殖尾水注入海葡萄养殖池中，海葡萄投放密度为20g/L养殖尾水，并设置不添加海葡萄的对照池，进行为期5天的处理，并在养殖池底部曝气；
2)分别于处理的0h、0.5h、2h、4h、8h、24h、48h、72h和120h取水样，按照国家海水水质测定的标准方法，进行养殖尾水的基本水质参数包括：总悬浮颗粒物、氨态氮、硝态氮、亚硝态氮和磷酸盐含量的测定；
3)计算不同取样时间点各项水质参数的变化，计算总悬浮颗粒物、氨态氮、硝态氮、亚硝态氮和磷酸盐的去除率以及增加的海葡萄生物量；
4)经过5天处理，养殖尾水的氨态氮、硝态氮、亚硝态氮和磷酸盐的去除率均达到100％，悬浮颗粒去除率为70％，海葡萄生物量增加9.3％。具体如表1所示。
Figure BDA0003064841130000041
表1海葡萄吸收单一净化石斑鱼养殖尾水的净化效率与海葡萄生物量的增幅
优选地，本例氨态氮和亚硝态氮的处理时间为4h，硝态氮的处理时间为8h，磷酸盐处理时间为24h，从而能够将水质中的氨态氮、硝态氮、亚硝态氮和磷酸盐的去除率均达到100％，如图2所示。
优选地，综合考虑各项水质参数的要求，此类型养殖尾水的处理时间为24h，海葡萄添加量为20g/L。
实施例2—单一藻类吸收净化严重富营养化高悬浮颗粒金鲳鱼养殖尾水
由于此类型的养殖尾水，悬浮颗粒物和氮磷等营养盐含量很高，考虑优化不同海葡萄添加生物量的处理，与实施例1相同，按照方案一的处理流程直接进行海葡萄吸收净化处理。
1)将金鲳鱼的养殖尾水直接注入海葡萄养殖池，设置三组不同的海葡萄添加量：10g/L、20g/L、50g/L养殖废水，进行为期5天的净化处理，每个处理设三个平行，并在养殖池底部进行曝气，分别在0h、0.5h、2h、4h、8h、24h、48h、72h和120h取水样。
2)按照实施例1的方法，计算不同取样时间点各项水质参数的变化，计算总悬浮颗粒物、氨态氮、硝态氮、亚硝态氮和磷酸盐的去除率以及增加的海葡萄生物量。
如图3所示，增加海葡萄生物量可以显著提高养殖尾水中氮磷营养盐和悬浮颗粒的去除效率，海葡萄添加量为50g/L养殖废水，亚硝态氮净化处理时间为24h，去除率可达到94.8％，氨态氮和硝态氮净化处理时间为48h，去除率分别可达到92.0％、97.5％，磷酸盐净化处理时间为120h，去除率为25.9％。海葡萄净化效率和与海葡萄生物量的增幅具体如表2所示。
Figure BDA0003064841130000051
表2海葡萄(添加量为50g/L)吸收单一净化金鲳鱼养殖尾水的净化效率与海葡萄生物量的增幅
综合考虑各项水质参数，优选地，本例针对严重富营养化和高悬浮颗粒的养殖尾水，净化处理为海葡萄添加量为50g/L，净化处理时间为120h，海葡萄生物量增加13.8％，悬浮颗粒去除率为83.9％，由于本发明所涉及的金鲳鱼养殖废水的磷酸盐含量高出国家规定的三类水质标准的50倍以上，属于严重超标，磷酸盐含量达到三类水质排放标准需要进一步延长净化处理的时间。
实施例3-多种组合方案处理严重富营养化高悬浮颗粒的金鲳鱼养殖尾水
按照图1所示的处理工艺流程，分别采用组合方案二、方案三和方案四进行金鲳鱼养殖尾水的净化处理，具体操作步骤如下：
1)方案二为自由沉降-海葡萄养殖的二级串联处理工艺，先将养殖尾水注入沉淀池进行自由沉降24后，然后将上浮水直接注入海葡萄养殖池，放置24h后，在养殖池中添加密度为20g/L的海葡萄,继续处理120h，处理后的废水注入清水储存池进行循环利用。分别于处理的0h,24h,48h,48.5h,50h,56h,72h,96h,120h,168h取水样测定各项水质参数，并于处理结束后收集海葡萄计算生物量的变化，具体步骤与实施例1和2所述相同。
2)方案三为自由沉降-贝类过滤的二级串联处理工艺，先将养殖尾水注入沉淀池进行自由沉降24h，然后将上浮水注入贝类过滤池，牡蛎的放置密度为5L/只，经牡蛎过滤处理24h，然后将尾水直接注入清水储存池放置120h。分别于处理的0h,24h,48h,48.5h,50h,56h,72h,96h,120h,168h取水样测定各项水质参数，具体步骤与实施例1和2所述相同，
3)方案四为自由沉降-贝类过滤-海葡萄养殖的三级串联处理工艺，先将养殖尾水注入沉淀池进行自由沉降24h，然后将上浮水注入贝类过滤池，牡蛎的放置密度为5L/只，经牡蛎过滤处理24h，然后将尾水注入海葡萄养殖池，在养殖池中添加密度为20g/L的海葡萄,继续处理120h，处理后的废水注入清水储存池进行循环利用。分别于处理的0h,24h,48h,48.5h,50h,56h,72h,96h,120h,168h取水样测定各项水质参数，并于处理结束后收集海葡萄计算生物量的变化，具体步骤与实施例1和2所述相同。
方案二-方案四中，净化金鲳鱼养殖尾水的净化效率与海葡萄生物量的增幅如表3所示。
Figure BDA0003064841130000061
表3
如图1和表3所示，方案四为最佳处理方案，优选地，海葡萄添加量为20g/L，优选地，氨氮、硝态氮和亚硝态氮处理时间为56h(24h自由沉降+24h牡蛎过滤+8h海葡萄吸收)，磷酸盐和总悬浮颗粒处理时间为168h(24h自由沉降+24h牡蛎过滤+120h海葡萄吸收)。本净化处理方法可显著提高养殖尾水中氮磷营养盐和悬浮颗粒的去除效率，除磷酸盐外，所有监测指标的净化效率均在80％以上。
本例经过牡蛎过滤后的尾水继续养殖海葡萄，可显著增加海葡萄的产量，如表3所示，方案四的海葡萄生物量增幅高达32.1％，是方案二的1.5倍。
综上所述，对于轻度富营养化低悬浮颗粒的养殖尾水，采取海葡萄吸收的单一处理单元即可满足处理需求，而对于严重富营养化高悬浮颗粒，优选自由沉降-贝类过滤-海葡萄养殖的三级串联处理工艺，均可收获高价值的海葡萄产品。
本发明具有以下独特优势：
(1)长茎葡萄蕨藻(即海葡萄)，由匍匐茎、直立茎和假根组成，整个藻体为一个多核细胞，彼此之间没有细胞壁相隔，藻体适应性强。直立茎外形类似葡萄，均一的球形小枝布满整个直立茎主轴，增加了与养殖尾水营养物质吸附的表面积，对养殖尾水中的营养盐成分具有极强的吸收能力；
(2)海葡萄直立茎(葡萄部分)生鲜产品市场价可卖到350元/kg，剩余匍匐茎与丝状假根可用于提取高附加值蕨藻多糖产品。高经济价值养殖品种的有限收益可充分保证本实施方法的推广应用价值；
(3)本申请采用的大型海藻长茎葡萄蕨藻即海葡萄的养殖设备相对简单，养殖成本低廉，实现了规模化养殖和工厂化生产，从而通过低投入就能实现高收益；
(4)海葡萄可以在狭小的富营养化严重的流动性水体环境中高密度生长；具有较宽的N、P营养盐耐受范围，可以高效利用海水中N、P等营养物质，大容量吸收温室气体二氧化碳，并释放充足氧气，高效去除污染物的同时显著改善养殖水体的环境；
(5)不同于其他海洋藻类，海葡萄的生长没有明确的方向性，可以向不同方向自由生长，对各种污染源都有较强的抗力，不受水域空间和循环水流速的限制，可以建设封闭的可以复制和移动的海葡萄净化工厂；海葡萄为大型藻类，环境适应能力强，净化效果稳定，藻体回收方便；
(6)通过养殖尾水的资源化利用，收获的高价值海葡萄，多种营养成分和活性物质，具备天然优质的碱性特质，是非常理想的保健食材。海葡萄成分提取可作为食品添加剂、海藻化妆品、动物饲料和生物医药原料等，经济效益可观，产业化前景广阔，可实现大规模的应用推广；
(7)可从养殖废水处理的多个环节产生经济效益，包括收获贝类和藻类，尤其是经过贝类过滤净化后的废水继续进行海葡萄的养殖，可进一步增加海葡萄的产量，提高经济效益；
6)本发明装置可以根据不同类型的养殖废水通过不同处理单元的串联组合，提供多种处理方案，操作方便，可控性强，具有很好的实用性。
以上所述之具体实施方式为本发明的较佳实施方式，并非以此限定本发明的具体实施范围，本发明的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本发明所作的等效变化均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种海水鱼养殖尾水净化处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：将养殖尾水注入长茎葡萄蕨藻养殖池中；
S2：根据富营养程度和悬浮颗粒物含量，投放一定密度的长茎葡萄蕨藻；
S3：在养殖池底曝气；
S4：净化设定时间后，获取长茎葡萄蕨藻养殖池各项水质参数的含量，当达到水质排放标准时，排放所述净化后的养殖尾水。
2.根据权利要求1所述的海水鱼养殖尾水净化处理方法，其特征在于：步骤S4中，将所述养殖尾水排放入清水储存池，供养殖海水鱼的海水鱼养殖池循环利用。
3.根据权利要求1或2所述的海水鱼养殖尾水净化处理方法，其特征在于：步骤S2中，当所述养殖尾水轻度富营养化，并且悬浮颗粒物含量较低时，所述长茎葡萄蕨藻的投放密度为20g/L养殖尾水，养殖尾水在所述长茎葡萄蕨藻养殖池中的处理时间为24h。
4.根据权利要求1或2所述的海水鱼养殖尾水净化处理方法，其特征在于：步骤S2中，当所述养殖尾水严重富营养化，并且悬浮颗粒物含量较高时，所述长茎葡萄蕨藻的投放密度为50g/L养殖尾水，养殖尾水在所述长茎葡萄蕨藻养殖池中的处理时间为120h。
5.根据权利要求1或2所述的海水鱼养殖尾水净化处理方法，其特征在于：对养殖尾水采用二级串联净化处理方法，在养殖尾水注入长茎葡萄蕨藻养殖池之前，还包括自由沉降处理步骤A：将排放的养殖尾水排放至沉淀池靠重力自由沉降第一设定时间，将水体中的粗大颗粒物和悬浮物从养殖尾水中分离，然后将沉淀池的上浮水直接注入长茎葡萄蕨藻养殖池中。
6.根据权利要求5所述的海水鱼养殖尾水净化处理方法，其特征在于：对养殖尾水采用三级串联净化处理方法，在自由沉降处理步骤A执行之后，注入长茎葡萄蕨藻养殖池之前，还包括贝类过滤步骤B：将沉淀池的上浮水注入贝类过滤池，经过贝类过滤处理第二设定时间，然后将贝类过滤后的尾水注入长茎葡萄蕨藻养殖池中。
7.根据权利要求6所述的海水鱼养殖尾水净化处理方法，其特征在于：二级串联净化处理方法和三级串联净化处理方法中，所述长茎葡萄蕨藻养殖池中的长茎葡萄蕨藻的密度为20g/L。
8.根据权利要求7所述的海水鱼养殖尾水净化处理方法，其特征在于：三级串联净化处理方法中，所述氨氮、硝态氮和亚硝态氮处理时间为56h，包括24h的自由沉降、24h的贝类过滤和8h的长茎葡萄蕨藻净化处理，所述磷酸盐和总悬浮颗粒处理时间为168h，包括24h的自由沉降、24h的贝类过滤和120h的长茎葡萄蕨藻净化处理。
9.一种实现权利要求1-9任一项所述的海水鱼养殖尾水净化处理方法的净化处理系统，其特征在于：包括长茎葡萄蕨藻养殖池、清水储存池，其中，所述长茎葡萄蕨藻养殖池设有底部曝气装置，所述长茎葡萄蕨藻养殖池的注水端与海水鱼养殖池排水端相连，所述长茎葡萄蕨藻养殖池的排水端与所述清水储存池的注水端相连，所述清水储存池的排水端与海水鱼养殖池的注水端相连。
10.根据权利要求9所述的净化处理系统，其特征在于：还包括沉淀池和贝类过滤池，所述沉淀池用于将海水鱼养殖池排放的养殖尾水自由沉降，将水体中的粗大颗粒物和悬浮物从废水中分离，然后将沉降处理的上浮水排入贝类过滤池或长茎葡萄蕨藻养殖池；所述贝类过滤池用于对沉降处理的养殖尾水进行生物过滤，去除无法沉降的小粒径悬浮颗粒物，并将溶解性可生物降解的有机物被转化成易于被大型海藻吸收的无机营养盐形态。
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