CN113636717A - 一种养殖尾水的净化处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种养殖尾水的净化处理方法，属于尾水处理领域。本发明所述方法首先将水体进行初步过滤及沉淀，随后通过超离子发生器激活水体，不仅可有效杀菌除杂，同时提升各类功能型微生物的生物活性；在二次沉淀及间歇式超离子曝气处理后，水体进行生物膜过滤处理，水体中自带的活性微生物形成生物膜，实现集中高效脱氮除磷，最终可使处理后的尾水达到国家一级排放标准；所述净化处理方法相比于传统养殖尾水方法不仅实施占地面积更小(处理设施仅占据养殖面积的3～5％)，处理周期短(平均处理时长为2～3h)，能耗低且可控性强。

Description

一种养殖尾水的净化处理方法
技术领域
本发明涉及尾水处理领域，具体涉及一种养殖尾水的净化处理方法。
背景技术
水产养殖尾水具有排放量大、季节性集中排放、瞬时水量变化大、排放区域大、排放口分散等特点，这些特点决定了相应的处理工艺需要有耐冲击能力强、季节性排水处理效能高、维护成本适中等优势。
按照主要作用机理，现有常见的水产养殖水处理技术可分为物理、化学、生物、电化学等处理方法：(1)物理处理技术主要是利用过滤、吸附、沉淀或气浮等手段去除水中的悬浮物，其中代表性处理方法为机械过滤方法和泡沫分离方法。机械过滤法一般采用滤料去除水中悬浮有机物；泡沫分离方法则是向水体中通入空气，产生的气泡吸附水体中的表面活性物质并上浮形成泡沫，进而达到去除水中溶解态和悬浮态有机污染物的目的；然而所述方法可控性不高且效率低；(2)化学处理技术一般采用絮凝剂对尾水的悬浮颗粒物进行絮凝去除，利用化学药剂对污染物进行氧化还原处理，该方法具有快速、高效的特定，但实施成本较高，且消毒剂沉入水体中，不容易移除，容易造成水体二次污染；(3)电化学处理技术一般指电絮凝技术，该处理方法对尾水各类污染物均具有较强的去除能力，且不受海水养殖尾水高盐度的影响，而外加电场的物理作用和电解产物的化学作用均可起到消毒的作用。但是该技术方法缺点明显，能耗高、处理成本高、电极易钝化，同时电絮凝过程中可能产生氢气、氯气引起安全问题。(4)生物处理技术是利用水生植物、藻类、水生动物、微生物等功能物种净化养殖尾水的方法，包括植物处理技术、动物处理技术和微生物处理技术。植物处理技术是通过水生植物直接吸收、分解水体中的有机污染物，同时间接地参与污染物的分解代谢实现；而植物进行光合作用产生的氧气通过气道输送至底泥部分的根区，同时植物的存在还可有效提高水体中的生物生存质量，修复所述环境系统。该技术具有建造成本低、运行成本低、出水水质好、操作简单等优点。而动物处理法主要是利用水生动物的摄食，将废水中营养物质(如颗粒有机物、溶解性有机物等)进行生物转化。微生物处理技术是利用游离或附着于载体表面的微生物对废水进行处理的方法，降解体系中不同类型的微生物菌群组合在一起，各自发挥自身降解功能，实现污染物的高效降解去除。然而上述处理方法不仅实施占地面积大(一般需要占用养殖面积10～15％的土地)，同时由于动植物代谢速度远远不及化学反应或物理过滤，其处理周期远长于其他处理方法；此外由于所述生物系统的影响因素较多，实施后不可控因素较多，可控性差。
发明内容
基于现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种养殖尾水的净化处理方法，该方法具有占地面积小、处理周期短、能耗较低的特点，处理效果的可控性强，处理后的尾水可达到国家一级排放标准。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种养殖尾水的净化处理方法，包括以下步骤：
(1)将养殖尾水经格栅过滤后，流入集水井进行初次沉淀，得处理水A；
(2)将步骤(1)所述处理水A进行水体激活处理，得超离子处理水B；所述水体激活处理通过超离子发生器进行；
(3)对超离子处理水B进行二次沉淀及间歇式超离子化促脱氮处理后，置入生物流化池实施生物膜过滤处理，即完成养殖尾水的净化处理；所述间歇式超离子化促脱氮处理通过超离子发生器进行。
本申请发明人在对水体超离子化研究时发现，当水体经过超离子化处理后得到有效激活，水体中的含氧量显著提高，且新增了一定含量的臭氧及强氧化物质，同时水体还带有微弱的电场，不仅令尾水中含有的金属离子(如铁离子、锰离子)形成沉淀得到去除，同时可对水体进行消毒，杀灭有害细菌，而水体中本身含有的硝化菌、反硝化菌等微生物活性也可得到提升，这些微生物对水中污染物的硝化、反硝化、聚磷及降解等反应效率显著提高，实现后续对尾水的高效脱氮除磷。
经过沉淀后的水体虽水质有所提高，但仍含有大量的有机污染物，这时需要采用超离子发生器进行间歇式超离子化促脱氮处理，即采用超离子发生器将水体进行间歇式的曝气处理，采用该处理方法相比于传统的曝气处理具有更高的效率。
经过水体激活及沉淀、间歇式超离子化促脱氮处理后，水体流入生物膜流化池中，水体中本身含有的好氧微生物和兼氧微生物由于生物活性的提高发生聚集形成生物膜，而由于这些微生物可利用各种化合物产生对代谢物具有高亲和力的转移酶，同时具有较高的比表面积和较低的呼吸速率，因此当所述形成的生物膜与水体持续接触时，可通过生物絮凝、吸附和微生物的新陈代谢活动等综合作用，使尾水中的氨氮、有机质等逐渐氧化转化，进一步达到净化水质的目的。而随着生物膜的增厚，生物膜内容形成缺氧的环境，有利于兼氧微生物的生长，从而实现反硝化反应。生物膜流化池中好氧缺氧环境的共存，为同步硝化反硝化、短程硝化反硝化、厌氧氨氧化、异养硝化和好氧反硝化等脱氮反应提供了条件。
本发明所述养殖尾水的净化处理方法首先将水体进行初步过滤及沉淀，随后通过超离子发生器激活水体，不仅可有效杀菌除杂，同时提升各类功能型微生物的生物活性；在二次沉淀及间歇式超离子化促脱氮处理后，水体进行生物膜过滤处理，水体中自带的活性微生物形成生物膜，实现集中高效脱氮除磷，最终可使处理后的尾水达到国家一级排放标准。
优选地，步骤(2)所述超离子发生器为一连接在输水管道设备中的管道型装置，包括依次连接的入水室(1号室)、入气室(2号室)、旋转爆破室(3号室)及出水室(4号室)；
更优选地，所述入水室内部中空，两端分别为装置进水的入水口及与入气室连通的窄水口a，所述入水口的内径与窄水口的内径之比为2～2.5:1，所述入水室的管径从中部向窄水口方向逐渐收窄。
更优选地，所述入气室为连通入水室和旋转爆破室的中空管道，所述入气室和旋转爆破室通过窄水口b连接，所述管道正上方设有倾斜的透气孔，所述透气孔的倾斜角度为28～32°，所述透气孔的孔径与入气室的内径之比为1:4.7～5。
更优选地，所述旋转爆破室为腔室设置有斜叙坑的管道，所述斜叙坑的分布角度为55～65°，所述旋转爆破室通过宽水口与出水室连接，所述旋转爆破室的管径从窄水口b向宽水口方向逐渐增宽，所述宽水口的内径与窄水口b的内径之比为2～2.5:1。
更优选地，所述出水室中设有反压力装置，所述装置为限流挡板。
优选地，所述处理水A进行水体激活处理过程时发生气液混合，所述处理水A在超离子发生器中进行水体激活处理时的设定流量为1.3～2m3/h，设定压力为0.3～0.8MPa，流动速率为4.2～6.4m/s，气液混合时的气液流量配比为1:90～110。
当处理水A进入以特定流量及压力进入超离子发生器时，在入水室中处理水A从入水口进入，虽然由于管径的收窄使流速增快，当流入入气室时，独特设置的透气孔中引入特定体量的空气，与水体发生气液混合以达到所需比例，水体流场产生大量气核并不断膨胀；随后混合气液经过旋转爆破室中发生高速旋转及爆破，使得水体中的气核发生不同程度地溃灭分裂，同时释放能量，而水体中发生如下解离反应：
H2O→·OH+H·；
·OH+·OH→H2O2；
2H·→H2；
H·+O2→HO2·；
2HO2·→H2O2+O2；
H·+H2O2→H2O+·OH；
H·+H2O2→H2+HO2·；
·OH+H2O2→H2O+HO2·；
·OH+H2→H2O+H·
所生成的强氧化基和臭氧可实现水体的自消毒，同时该过程也会增加氧气在水中的溶解量及产生高速的微射流并形成一定弱电场；当水体流入出水室时，部分水体从出水口流出，而另一部分由于限流挡板的作用反压重新流入旋转爆破室并继续发生上述反应，提升水体激活效率。
优选地，间歇式超离子化促脱氮处理分为曝气处理和间歇处理，所述两个处理过程交替进行，所述曝气处理与间歇处理的时间之比为1:2，所述曝气处理的时间为1～10h。
发明人发现，采用超离子发生器进行间歇式超离子化促脱氮处理时，以1:2的时间比进行实施可最大限度地提升水质的脱氮效果，同时根据水质不同，曝气处理的时间可实际在1～10h内调整，但若时间配比不当或者曝气时间处理过短/过长均会导致脱氮效率变低。
优选地，步骤(3)所述超离子处理水B经二次沉淀及间歇式超离子化促脱氮处理后，置入生物流化池实施生物膜过滤处理时的进水流速为2～2.8m/s，进水压力为0.4～0.8MPa；出水流速为1.2～1.5m/s，出水压力为0.1～0.4MPa，所述生物流化池中的生物膜定时清除，所述清除的频率为22～26h/次。
发明人在对大量养殖尾水的生物膜处理中总结，只有在特定的进出水流速及压力下，所述超离子处理水中的微生物才能形成稳定高效的生物滤膜，而所述生物膜也只有在所述流速下才能充分接触水体并与水体中的污染物充分接触并进行硝化、反硝化等反应；若进出水流速过快或设定压力过高，水体无法充分停留或接触生物膜，不利于生物膜的形成及水体的过滤；而如果水体流速过慢，水体转换不及时，过滤效果变差，同时生物膜生长过快，可能导致微生物对水体的二次污染。同时，随着生物膜体积及厚度提高，生物膜的微生物活性受到限制，因此只有在特定的时间对生物膜进行清除，才能重新生长高活性的生物膜，进而保持生物膜过滤处理的高效性。
优选地，步骤(1)所述初次沉淀及步骤(3)所述二次沉淀后产生沉淀污泥，所述污泥进行生物堆肥及外运处理并将污泥处理后得到的污水流入集水井再次进行沉淀处理。
由于养殖尾水中杂质较多，其沉淀后产生的污泥量较大，通过将污泥进行二次利用，同时将剩余的污水返回处理系统中继续处理，可实现所述养殖尾水的最大化回收利用。
本发明的有益效果在于：本发明提供了一种养殖尾水的净化处理方法，该方法首先将水体进行初步过滤及沉淀，随后通过超离子发生器激活水体，不仅可有效杀菌除杂，同时提升各类功能型微生物的生物活性；在二次沉淀及间歇式超离子化促脱氮处理处理后，水体进行生物膜过滤处理，水体中自带的活性微生物形成生物膜，实现集中高效脱氮除磷，最终可使处理后的尾水达到国家一级排放标准；所述净化处理方法相比于传统养殖尾水方法不仅实施占地面积更小(处理设施仅占据养殖面积的3～5％)，处理周期短(平均处理时长为2～3h)，能耗低且可控性强。
附图说明
图1为本发明所述超离子发生器的结构示意图；所述超离子发生器包括依次连接的入水室(1号室)、入气室(2号室)、旋转爆破室(3号室)及出水室(4号室)；
图2为本发明所述养殖尾水的净化处理方法的工艺流程图；
图3为本发明所述养殖尾水的净化处理方法处理后的水体的悬浮物检测结果图；
图4为本发明所述超离子发生器处理前后的水体的红外光谱图(左)及水镜图(右)。
具体实施方式
为了更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明，其目的在于详细地理解本发明的内容，而不是对本发明的限制。
实施例1
本发明所述一种养殖尾水的净化处理方法，如图2所示，包括以下步骤：
(1)将1500m3/d的养殖尾水经格栅过滤后，流入污水集水井进行初次沉淀，得处理水A；
(2)将步骤(1)所述处理水A进行水体激活处理，得超离子处理水B；所述水体激活处理通过超离子发生器进行；所述超离子发生器结构如图1所示，主体结构为一连接在输水管道设备中的管道型装置，包括依次连接的入水室(1号室)、入气室(2号室)、旋转爆破室(3号室)及出水室(4号室)；所述入水室内部中空，整体长度为400cm，两端分别为装置进水的入水口及与入气室连通的窄水口a，所述入水口的内径为72cm，窄水口的内径为32cm，所述入水室的管径从中部向窄水口方向逐渐收窄；
所述入气室为连通入水室和旋转爆破室的中空管道，长度为200cm，所述入气室和旋转爆破室通过窄水口b连接，所述管道正上方设有倾斜的透气孔，所述透气孔的倾斜角度为30°，所述透气孔的孔径为6.5cm；
所述旋转爆破室为腔室布满斜叙坑的管道，长度为200cm，所述斜叙坑的分布角度为60°，所述旋转爆破室通过宽水口与出水室连接，所述旋转爆破室的管径从窄水口b向宽水口方向逐渐增宽，所述宽水口的内径72cm；
所述出水室中设有反压力装置，所述装置为带孔洞的限流挡板，所述出水室同样为中间联通的管道，长度为200cm；
所述处理水A进行水体激活处理过程时发生气液混合，所述处理水A在超离子发生器中进行水体激活处理时的设定流量为1.3～2m3/h，设定压力为0.3～0.8MPa，流动速率为4.2～6.4m/s，气液混合时的气液流量配比为1:100；
(3)对超离子处理水B进行二次沉淀及采用超离子发生器进行间歇式超离子化促脱氮处理后，置入生物流化池实施生物膜过滤处理，即完成养殖尾水的净化处理；
所述间歇式超离子化促脱氮处理分为曝气处理和间歇处理，所述两个处理过程交替进行，所述曝气处理与间歇处理的时间之比为1:2，所述曝气处理的时间为5～6h；所述过程中超离子发生器的设置参数与步骤(2)相同；
所述生物膜过滤处理时的进水流速设定为2～2.8m/s，进水压力为0.4～0.8MPa；出水流速设定为1.2～1.5m/s，出水压力为0.1～0.4MPa，所述生物流化池中的生物膜定时清除，所述清除的频率为24h/次；
(4)步骤(1)所述初次沉淀及步骤(3)所述二次沉淀后产生沉淀污泥，所述污泥进行生物堆肥及外运处理并将污泥处理后得到的污水流入污水集水井再次进行沉淀处理。
对所述养殖尾水净化处理前后各阶段的水体进行各成分测试，所述结果如表1所示，而现《海水养殖水排放要求》SCT 9103-2007水体标准如表2所示。
表1
Figure BDA0003188242600000081
Figure BDA0003188242600000091
表2
序号 项目 一级标准 二级标准
1 pH 7.0～8.5 6.5～9.0
2 悬浮物(mg/L) ≤40 ≤100
3 化学需氧量(COD<sub>Mn</sub>，mg/L) ≤6 ≤10
4 铜(mg/L) ≤0.10 ≤0.20
5 锌(mg/L) ≤0.20 ≤0.50
6 无机氮(以N计，mg/L) ≤0.50 ≤1.00
7 活性磷酸盐(以P计，mg/L) ≤0.05 ≤0.10
8 总余氯(mg/L) ≤0.10 ≤0.20
从表1及表2可知，实施例1所述养殖尾水经过净化处理后的化学需氧量、亚硝酸盐氮、铵氮及活性磷酸盐等重点污染物指标显著降低，说明所述方法的除氮去磷效果极佳，同时尾水中的存在的粪大肠菌群和细菌菌群的数量有效减少，说明水体经过激活、沉淀、间歇式曝气及生物膜过滤等一系列处理后，原本含有的养殖排泄粪便等有机污染物及细菌等有害微生物也得到有效清除；再者，由于水体中带有的微弱磁场，部分金属离子如锰离子、铁离子等浓度也大大降低。将所述处理后的尾水进行为期45天的悬浮物检测，结构如图3所示，所述悬浮物的浓度始终低于40mg/L，说明本发明所述处理方法具有高效和稳定性。综合而言，根据《海水养殖水排放要求》SCT 9103-2007的记载，所述净化处理后的水体已经符合一级排放标准。
实施例2
为验证本发明所述超离子发生器对养殖尾水的水体激活效果，将普通自来水置入超离子发生器进行激活处理，同时对处理前后的水体进行光谱分析，以1300～1600nm波段区间作为研究区间，经差谱分析、PCA载荷分析和导数分析后，依次选择1362nm、1364nm、1390nm、1410nm、1420nm、1426nm、1440nm、1456nm、1464nm、1496nm、1502nm这11个的光谱拟合水镜图，所述结果如图4和表3所示。
表3
WAMSCS Range(nm) Assignment
C1 1336-1348 V<sub>3</sub>
C2 1360-1366 OH stretch
C3 1370-1376 V<sub>1</sub>+V<sub>3</sub>
C4 1380-1390 OH stretch
C5 1398-1418 S<sub>0</sub>
C6 1420-1428 Water hydration
C7 1434-1444 S<sub>1</sub>
C8 1448-1454 V<sub>1</sub>+V<sub>3</sub>
C9 1460-1468 S<sub>2</sub>
C10 1472-1482 S<sub>3</sub>
C11 1482-1495 S<sub>4</sub>
C12 1506-1516 Strongly bonded water or V<sub>2</sub>
水镜图显示超离子发生器处理后的水体(下称超离子水)和未经过处理的水体(下称普通水)的水光谱图像存在一定的差异，主要表现在：1464nm(含2个氢键的水分子)、1496nm(含4个氢键的水分子)、1502nm(强结合水)三个波段，其中在1496处的吸光度差异最为明显，说明普通水中含氢键的个数比超离子水多，而超离子水属于小分子水，氢键个数较少。此外，普通水中强结合水的分子结构较多说明普通水比超离子水更加稳定。综上，经过超离子发生器处理后的水体变化明显，含氧量明显提高且强氧化自由基增多，活性更高。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种养殖尾水的净化处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将养殖尾水经格栅过滤后，流入集水井进行初次沉淀，得处理水A；
(2)将步骤(1)所述处理水A进行水体激活处理，得超离子处理水B；所述水体激活处理通过超离子发生器进行；
(3)对超离子处理水B进行二次沉淀及间歇式超离子化促脱氮处理后，置入生物流化池实施生物膜过滤处理，即完成养殖尾水的净化处理；所述间歇式超离子化促脱氮处理通过超离子发生器进行。
2.如权利要求1所述养殖尾水的净化处理方法，其特征在于，步骤(2)所述超离子发生器为一连接在输水管道设备中的管道型装置，包括依次连接的入水室、入气室、旋转爆破室及出水室。
3.如权利要求2所述养殖尾水的净化处理方法，其特征在于，所述入水室内部中空，两端分别为装置进水的入水口及与入气室连通的窄水口a，所述入水口的内径与窄水口的内径之比为2～2.5:1，所述入水室的管径从中部向窄水口方向逐渐收窄。
4.如权利要求2所述养殖尾水的净化处理方法，所述入气室为连通入水室和旋转爆破室的中空管道，所述入气室和旋转爆破室通过窄水口b连接，所述管道正上方设有倾斜的透气孔，所述透气孔的倾斜角度为28～32°，所述透气孔的孔径与入气室的内径之比为1:4.7～5。
5.如权利要求2所述养殖尾水的净化处理方法，更优选地，所述旋转爆破室为腔室设置有斜叙坑的管道，所述斜叙坑的分布角度为55～65°，所述旋转爆破室通过宽水口与出水室连接，所述旋转爆破室的管径从窄水口b向宽水口方向逐渐增宽，所述宽水口的内径与窄水口b的内径之比为2～2.5:1。
6.如权利要求2所述养殖尾水的净化处理方法，所述出水室中设有反压力装置，所述装置为限流挡板。
7.如权利要求1所述养殖尾水的净化处理方法，所述处理水A进行水体激活处理过程时发生气液混合，所述处理水A在超离子发生器中进行水体激活处理时的设定流量为1.3～2m3/h，设定压力为0.3～0.8MPa，流动速率为4.2～6.4m/s，气液混合时的气液流量配比为1:90～110。
8.如权利要求1所述养殖尾水的净化处理方法，步骤(3)所述超离子处理水B经二次沉淀及间歇式超离子化促脱氮处理处理后，置入生物流化池实施生物膜过滤处理时的进水流速为2～2.8m/s，进水压力为0.4～0.8MPa；出水流速为1.2～1.5m/s，出水压力为0.1～0.4MPa。
9.如权利要求1所述养殖尾水的净化处理方法，所述间歇式超离子化促脱氮处理分为曝气处理和间歇处理，所述两个处理过程交替进行，所述曝气处理与间歇处理的时间之比为1:2，所述曝气处理的时间为1～10h。。
10.如权利要求1所述养殖尾水的净化处理方法，步骤(1)所述初次沉淀及步骤(3)所述二次沉淀后产生沉淀污泥，所述污泥进行生物堆肥及外运处理并将污泥处理后得到的污水流入集水井再次进行沉淀处理。
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