CN115466010B - 一种海水养殖废水处理系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种海水养殖废水处理系统及控制方法，所述处理系统包括废水处理池Ⅰ、集水池Ⅱ、智能加药系统、回流系统、浓缩系统和反冲洗系统。控制方法包括以下步骤：初步处理废水处理池Ⅰ废水中的微生物；废水处理池Ⅰ处理后的废水进入集水池Ⅱ进行pH调节及过滤；通过智能加药系统控制集水池Ⅱ的酸碱度和废水处理池Ⅰ中COD情况；通过回流系统控制废水处理池Ⅰ和集水池Ⅱ的水位；废水处理池Ⅰ处理后的废水进入浓缩系统，氯化钠浓缩液回流至废水处理池；完成废水处理后，对装置进行清理。本发明能够有效去除海水养殖废水中氮、磷和COD等，实现海水养殖和环境保护的协调发展，解决现有废水处理方法中处理成本过高、易二次污染和处理效果不佳等问题。

Description

一种海水养殖废水处理系统及控制方法

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，具体是一种海水养殖废水处理系统及控制方法。

背景技术

近年来，海水养殖业的迅猛发展极大促进了我国的经济发展,然而其产生的海水养殖废水对周边环境造成诸多不利影响。由海水养殖废水引发的养殖海域乃至整个近岸海域水质富营养化和赤潮问题日趋严重；废水中的抗生素和激素等化学药物对人体健康带来的危害不容忽视。且污染废水又极易重新注入养殖池，引起池水污染，造成恶性循环，严重影响我国养殖业的发展。因此，需对海水养殖废水进行有效地处理。目前常用的海水养殖废水可分为物化法和生物法，然而这些处理方法在实际处理过程中均存在一些问题与不足。

首先，物化法是目前研究较多、应用较广的方法，但这类方法通常具有处理不彻底、费用高、易造成二次污染等弊端。如申请专利号201710534093.X公布了一种海水养殖废水处理装置，该装置利用电解将废水中的氮、磷释放出来，通过加药生成沉淀混合物。尽管该专利对氮、磷及COD均有一定的去除效果，但这种投加化学试剂来沉淀氮、磷，极易造成二次污染及浪费，此外，该专利还需投加氯化钠溶液以保持溶液电导率，无疑又增加了额外成本。而申请专利号202022087572.1公布了一种臭氧耦合流化态内循环三维电催化处理海水养殖废水的装置，尽管该装置处理效率高、也不用额外投加化学试剂，但能耗太大，不适用于海水养殖废水这种量大而集中的废水。

其次，生物处理被认为是较好的方法，具有投资低、无二次污染等优点，但是通常需额外添加碳源，并且海水养殖废水的高盐度环境不利于微生物的生长。如专利申请号201610711536.3公布了一种海水养殖废水处理系统与方法，该系统包括了斜板沉淀池和三段式脱氮除磷池，尽管该系统能用于大规模的海水养殖废水，但这种依靠常规的生物处理技术的装置处理效果有限，抗环境冲击能力差。专利申请号201910815760.0公布了一种耦合缺氧好氧生物滤池的膜生物反应器，尽管该系统对于海水养殖废水的处理效果较好，但需逐步驯化微生物的耐盐能力，导致该系统启动较慢，而且所使用微生物的载体与膜材料较为昂贵。因此，针对上述污水处理技术的弊端，现提出一种海水养殖废水处理系统及控制方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种海水养殖废水处理系统及控制方法，处理系统是以生化为主的海水养殖废水处理系统，处理系统操作的装置操作简单、占地面积小、安全、高效的海水养殖废水处理系统，能有效去除海水养殖废水中氮、磷和COD等，实现海水养殖和环境保护的协调发展，成功解决现有海水养殖废水处理方法中处理成本过高、易二次污染和处理效果不佳等问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种海水养殖废水处理系统，所述处理系统包括废水处理池Ⅰ、集水池Ⅱ、智能加药系统、回流系统、浓缩系统和反冲洗系统。

所述废水处理池Ⅰ的一侧设有第一进水阀、第二出水阀、第三出水阀、第四出水阀,废水处理池Ⅰ的另一侧设有与进水阀对应的第六出水阀、第七出水阀、第五出水阀。

所述集水池Ⅱ的一侧与废水处理池Ⅰ连通，集水池Ⅱ的另一侧设有第八出水阀，氯化钠浓缩装置上设有用于排清水的出水阀、沸石层、菱铁矿和硫铁矿混合层，鹅卵石层，废水处理池Ⅰ内固定有位于铁碳层的电解装置多个阴极和阳极。

所述阴极和阳极呈交互式并排，废水处理池Ⅰ内设有位于沸石层的曝气机，在沸石层埋设有与曝气机连接的带孔曝气管。

进一步的,所述阳极采用长方形不锈钢网材料，阴极采用长方形石墨片，阴极和阳极通过铜丝导线连接起来并外接于电源。

进一步的,所述第九出水阀，斜状挡板可避免从废水处理池Ⅰ出来的颗粒物随水流排出。

进一步的,所述智能加药系统包括第一加药泵，总控系统连接水质监测仪，水质监测仪用于实时监测废水处理池Ⅰ中COD值和监测集水池Ⅱ内水的酸碱度。

进一步的,所述回流系统包括第一水位监测仪，第一水位监测仪用于将集水池Ⅱ的水回流至废水处理池Ⅰ内。

进一步的,所述氯化钠浓缩装置内的氯化钠浓缩液经过回流泵回流至废水处理池Ⅰ。

进一步的,所述反冲洗系统包括第一反冲洗装置的一侧，第八反冲洗装置的另一侧，第二反冲洗装置的一侧，第七反冲洗装置的另一侧，第三反冲洗装置的一侧，第六反冲洗装置的另一侧，第四反冲洗装置的下方。

进一步的,所述废水处理系统的控制方法包括以下步骤：

步骤一：初步处理废水处理池Ⅰ废水中的微生物。

步骤二：废水处理池Ⅰ处理后的废水进入集水池Ⅱ进行pH调节及过滤。

步骤三：通过智能加药系统控制集水池Ⅱ的酸碱度和废水处理池Ⅰ中COD情况。

步骤四：通过回流系统控制废水处理池Ⅰ和集水池Ⅱ的水位。

步骤五：废水处理池Ⅰ处理后的废水进入浓缩系统，氯化钠浓缩液回流至废水处理池。

步骤六：完成废水处理后，对装置进行清理。

进一步的,所述步骤一初步处理废水处理池Ⅰ废水中的微生物具体步骤包括：

海水养殖废水从该进水阀自动流入，首先废水中的污染物质在铁碳层发生一系列氧化还原反应，在曝气作用下，铁碳微电解能产生更多的强氧化性的·OH，降解大分子有机物，外加电场与铁碳构成三维电极，强化对难降解有机污染物如抗生素的降解效果，各种有机污染物质在阳极、·OH及次氯酸的氧化作用下被去除，铁离子与磷酸盐生成铁磷的络合物，磷酸盐在沉淀和吸附等作用下而被去除。

接着废水进入沸石层，沸石可以吸附氨氮，再经微生物的氨化作用下，氨氮最终被转换成硝酸盐。

最后废水进入菱铁矿和硫铁矿混合层，菱铁矿和硫铁矿混合填料上附着有自养微生物，可在无外加碳源条件下进行反硝化脱氮，如仍有多余有机物，也可给被异养微生物利用。

本发明的有益效果：

1、本发明处理系统电解废水中原有的氯化钠可产生的次氯酸，可氧化废水中的氨氮；同时电解消耗废水盐度，减缓盐度对后续微生物的影响；

2、本发明处理系统电解硝态氮和氯化钠过程中会在电解装置阴极产生H⁺，可控制溶液的碱度，减缓电极的结垢，从而延长装置使用寿命；

3、本发明处理系统利用海水养殖废水高盐度特性及回流氯化钠的浓缩液可使电解过程保持足够大的电导率，减少能耗；

4、本发明处理系统多个阴阳极交互排列构造会强化电解效果，并且可与污染物质充分接触；

5、本发明处理系统电解过程产生的次氯酸钠对病原体有抑制作用；

6、本发明处理系统细菌在菱铁矿和硫铁矿填料上发生自养反硝化去除氮，不用额外添加碳源；菱铁矿自养反硝化产碱和硫铁矿自养反硝化产酸在一定程度上维持酸碱平衡；

7、本发明处理系统菱铁矿反硝化过程能够产生二氧化碳，可以持续提供无机碳源以保障废水处理系统中微生物生长代谢的需求；

8、本发明处理系统曝气除了为微生物提供好氧环境，还可以促进电解和铁碳微电解过程中强氧化性物质的生成及缓解铁碳填料表面的钝化。

9、本发明处理系统电场与铁碳耦合，可强化对污染物质的降解效果。

10、本发明处理系统装置便于操作和清理，自动化程度高，能长期运行。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明废水处理系统及控制方法图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

一种海水养殖废水处理系统及控制方法,如图1所示,处理系统包括废水处理池Ⅰ、集水池Ⅱ、智能加药系统、回流系统、浓缩系统和反冲洗系统，废水处理池Ⅰ的一侧设有第一进水阀2a、第二出水阀2b、第三出水阀2c、第四出水阀2d,废水处理池Ⅰ的另一侧设有与进水阀对应的第六出水阀2f、第七出水阀2g、第五出水阀2e，第一进水阀2a位于距离装置顶部15～30cm处，废水处理池Ⅰ内部由上至下一次设有铁碳层3、沸石层7、菱铁矿和硫铁矿混合层9，鹅卵石层10，废水处理池Ⅰ内固定有位于铁碳层3的电解装置多个阴极5和阳极6，阴极5和阳极6呈交互式并排，废水处理池Ⅰ内设有位于沸石层7的曝气机15，在沸石层7埋设有与曝气机15连接的带孔曝气管8。

铁碳层3厚度45～50cm，粒径大小为2～5cm，沸石层7厚度40～55cm，粒径大小为4～10cm，菱铁矿和硫铁矿混合层9比例为0.5～0.8，菱铁矿粒径1～3cm，硫铁矿粒径小于1cm，鹅卵石层10厚度5～10cm，粒径大小为4～10cm。

阳极6采用长方形不锈钢网材料，阴极5采用长方形石墨片，长宽尺寸均为0.2～0.3m，板间间距为8～15cm，用铜丝导线分别将各个阴极5和阳极6连接起来并外接于电源。

集水池Ⅱ的一侧与废水处理池Ⅰ连通，集水池Ⅱ的另一侧设有第八出水阀2h、第九出水阀2i、第十出水阀2j，第十出水阀2j与第一进水阀2a处于同一水平高度，第九出水阀2i位于第十出水阀2j之下20～40cm处，集水池Ⅱ内设有斜状挡板11，斜状挡板11可避免从废水处理池Ⅰ出来的颗粒物随水流排出，最终沉积在集水池Ⅱ底部。

智能加药系统包括第一加药泵12a和第二加药泵12b，第二加药泵12b用于控制双氧水和HCl加入，第一加药泵12a用于控制HCl和NaOH加入，第一加药泵12a与第二加药泵12b之间连接有总控系统16，总控系统16连接水质监测仪14，水质监测仪14用于实时监测废水处理池Ⅰ中COD值和监测集水池Ⅱ内水的酸碱度。

回流系统包括第一水位监测仪1a、第二水位监测仪1b和回流泵13，第一水位监测仪1a用于检测废水处理池Ⅰ的水位，第二水位监测仪1b用于检测集水池Ⅱ的水位，第一水位监测仪1a和第二水位监测仪1b分别位于第一进水阀2a和第十出水阀2j之上，回流泵13用于将集水池Ⅱ的水回流至废水处理池Ⅰ内。

浓缩系统包括氯化钠浓缩装置17，氯化钠浓缩装置17上设有用于排清水的出水阀2k，集水池Ⅱ的水通过第九出水阀2i和第十出水阀2j排入氯化钠浓缩装置17，氯化钠浓缩装置17内的氯化钠浓缩液经过回流泵13回流至废水处理池Ⅰ。

反冲洗系统包括第一反冲洗装置4a、第二反冲洗装置4b、第三反冲洗装置4c、第四反冲洗装置4d、第五反冲洗装置4e、第六反冲洗装置4f、第七反冲洗装置4g和第八反冲洗装置4h，第一反冲洗装置4a位于铁碳层3的一侧，第八反冲洗装置4h位于铁碳层3的另一侧，第二反冲洗装置4b位于沸石层7的一侧，第七反冲洗装置4g位于沸石层7的另一侧，第三反冲洗装置4c位于菱铁矿和硫铁矿混合层9的一侧，第六反冲洗装置4f位于菱铁矿和硫铁矿混合层9的另一侧，第四反冲洗装置4d和第五反冲洗装置4e位于鹅卵石层10的下方。

一种海水养殖废水处理系统的控制方法包括以下步骤：

步骤一：初步处理废水处理池Ⅰ废水中的微生物

海水养殖废水从该进水阀2a自动流入，进水海水养殖废水COD为300mg/L，硝态氮为10mg/L，氨氮为15mg/L，亚硝态氮为0.5mg/L，TP为5mg/L。进水流量为1L/min，反应温度为18℃～30℃，电源电压为2～6V，电流密度为5～10mA/cm²，整个反应过程中铁碳填料层溶液的电导率大于15ms/cm，间歇曝气，曝气半小时，停止半小时，曝气流量为5L/h，系统正常运行时废水处理池Ⅰ的出水阀2b-2k处于关闭状态，废水进入铁碳层3，废水中的污染物质在铁碳层3发生一系列氧化还原反应，一部分硝态氮在阴极5被还原成氮气和氨氮，一部分硝态氮被零价铁还原成氮气而去除；阳极6氧化掉一部分氨氮，氯离子也能被氧化成氯气，减轻废水盐度对后续微生物的影响，而后水解生成次氯酸，可继续氧化氨氮生成氮气；在曝气作用下，铁碳微电解能产生更多的强氧化性的·OH，降解大分子有机物，提高废水可生化性，此外，曝气还可以减缓铁碳填料表面的钝化。外加电场与铁碳构成三维电极，强化对难降解有机污染物如抗生素的降解效果，各种有机污染物质在阳极、·OH及次氯酸的氧化作用下被去除。外加电场促进铁离子的溶出，能与磷酸盐生成铁磷的络合物，磷酸盐在沉淀和吸附等作用下而被去除。

然后废水进入沸石层7，沸石可以吸附氨氮，而沸石上附着有微生物，在氨化作用下，氨氮最终被转换成硝酸盐从沸石中脱离，沸石又继续吸附氨氮，这种“沸石吸附”与“微生物氨化”动态转化，使氨氮在该层始终具有较高的去处效率。沸石层7埋有带孔曝气管8，由曝气机15间歇曝气，为微生物提供一个好氧环境。

最后废水进入菱铁矿和硫铁矿混合层9，菱铁矿和硫铁矿混合填料上附着有自养微生物，可在无外加碳源条件下进行自养反硝化脱氮，菱铁矿反硝化过程能够产生二氧化碳，可以持续提供无机碳源，菱铁矿自养反硝化产碱与硫铁矿自养反硝化产酸维持酸碱平衡，如仍有未被去除的有机物，菱铁矿和硫铁矿混合层9可被微生物利用进行异养-自养协同脱氮。

步骤二：废水处理池Ⅰ处理后的废水进入集水池Ⅱ进行pH调节及过滤

废水经过废水处理池Ⅰ处理后进入集水池Ⅱ，第九出水阀2i、第十出水阀2j在系统正常运行时处于开启状态，通过斜状挡板11将废水处理池Ⅰ出来的颗粒物隔离在集水池Ⅱ底部，废水处理池Ⅰ和集水池Ⅱ之间的输水通道距离系统底部有一定距离，可减缓水流对集水池Ⅱ底部沉积物的冲刷。

步骤三：通过智能加药系统控制集水池Ⅱ的酸碱度和废水处理池Ⅰ中COD情况

当废水处理池Ⅰ中COD异常偏高，达到800mg/L以上时，水质监测仪14传输信号给总控系统16，然后控制第二加药泵12b加入HCl和NaOH药剂，以强化芬顿反应，药剂顺水流动，有利于与污染物质的接触，直至进水COD恢复正常，总控系统16关闭第二加药泵12b，当集水池Ⅱ的酸碱度不达标时，水质监测仪14传输信号给总控系统16，总控系统16发出警报，控制第一加药泵12a投加双氧水和HCl药剂调节酸碱度，此时关闭第九出水阀2i，使水从第十出水阀2j流出，使药剂有充分时间与溶液混合，待酸碱度恢复正常后，总控系统16关闭第一加药泵12a，重新开启第九出水阀2i。

步骤四：通过回流系统控制废水处理池Ⅰ和集水池Ⅱ的水位

当集水池Ⅱ中的总氮、总磷、COD等污染物质不达标时，关闭第九出水阀2i，水质监测仪14传输信号给总控系统16，总控系统16控制启动回流泵13，使集水池Ⅱ的水不断回流至废水处理池Ⅰ中再次处理，第一水位监测仪1a和，第二水位监测仪1b反馈水位信号给总控系统16，当废水处理池Ⅰ或集水池Ⅱ的水位达到预警位置时，总控系统16发出警报，关闭第一进水阀2a，直至恢复正常，开启第一进水阀2a、第九出水阀2i。

步骤五：废水处理池Ⅰ处理后的废水进入浓缩系统，氯化钠浓缩液回流至废水处理池

集水池Ⅱ收集的水排入氯化钠浓缩装置17，高浓度的氯化钠浓缩液经回流泵13回流至废水处理池Ⅰ，使电解过程始终能保持较高的电导率，清水则由出水阀2k流出。

步骤六：完成废水处理后，对装置进行清理

打开所有出水阀和反冲洗装置，使杂质从各个出水阀排出。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (9)

1.一种海水养殖废水处理系统，其特征在于,所述处理系统包括废水处理池Ⅰ、集水池Ⅱ、智能加药系统、回流系统、浓缩系统和反冲洗系统；

所述废水处理池Ⅰ的一侧设有第一进水阀(2a)、第二出水阀(2b)、第三出水阀(2c)、第四出水阀(2d),废水处理池Ⅰ的另一侧设有与进水阀对应的第六出水阀(2f)、第七出水阀(2g)、第五出水阀(2e)；

集水池Ⅱ的一侧与废水处理池Ⅰ连通，集水池Ⅱ的另一侧设有第八出水阀(2h)、第九出水阀(2i)、第十出水阀(2j)；

浓缩系统包括与集水池Ⅱ连接的氯化钠浓缩装置(17)，氯化钠浓缩装置(17)上设有用于排清水的出水阀(2k)；

所述废水处理池Ⅰ内部由上至下一次设有铁碳层(3)、沸石层(7)、菱铁矿和硫铁矿混合层(9)，鹅卵石层(10)，废水处理池Ⅰ内固定有位于铁碳层(3)的电解装置多个阴极(5)和阳极(6)；

所述阴极(5)和阳极(6)呈交互式并排，废水处理池Ⅰ内设有位于沸石层(7)的曝气机(15)，在沸石层(7)埋设有与曝气机(15)连接的带孔曝气管(8)。

2.根据权利要求1所述的一种海水养殖废水处理系统，其特征在于,所述阳极(6)采用长方形不锈钢网材料，阴极(5)采用长方形石墨片，阴极(5)和阳极(6)通过铜丝导线连接起来并外接于电源。

3.根据权利要求2所述的一种海水养殖废水处理系统，其特征在于,所述第九出水阀(2i)位于第十出水阀(2j)之下20～40cm处，集水池Ⅱ内设有斜状挡板(11)，斜状挡板(11)可避免从废水处理池Ⅰ出来的颗粒物随水流排出。

4.根据权利要求3所述的一种海水养殖废水处理系统，其特征在于,所述智能加药系统包括第一加药泵(12a)和第二加药泵(12b)，第二加药泵(12b)用于控制双氧水和HCl加入，第一加药泵(12a)用于控制HCl和NaOH加入；

所述第一加药泵(12a)与第二加药泵(12b)之间连接有总控系统(16)，总控系统(16)连接水质监测仪(14)，水质监测仪(14)用于实时监测废水处理池Ⅰ中COD值和监测集水池Ⅱ内水的酸碱度。

5.根据权利要求4所述的一种海水养殖废水处理系统，其特征在于,所述回流系统包括第一水位监测仪(1a)、第二水位监测仪(1b)和回流泵(13)，第一水位监测仪(1a)用于检测废水处理池Ⅰ的水位，第二水位监测仪(1b)用于检测集水池Ⅱ的水位，回流泵(13)用于将集水池Ⅱ的水回流至废水处理池Ⅰ内。

6.根据权利要求5所述的一种海水养殖废水处理系统，其特征在于,所述氯化钠浓缩装置(17)内的氯化钠浓缩液经过回流泵(13)回流至废水处理池Ⅰ。

7.根据权利要求6所述的一种海水养殖废水处理系统，其特征在于,所述反冲洗系统包括第一反冲洗装置(4a)、第二反冲洗装置(4b)、第三反冲洗装置(4c)、第四反冲洗装置(4d)、第五反冲洗装置(4e)、第六反冲洗装置(4f)、第七反冲洗装置(4g)和第八反冲洗装置(4h)；

所述第一反冲洗装置(4a)位于铁碳层(3)的一侧，第八反冲洗装置(4h)位于铁碳层(3)的另一侧，第二反冲洗装置(4b)位于沸石层(7)的一侧，第七反冲洗装置(4g)位于沸石层(7)的另一侧，第三反冲洗装置(4c)位于菱铁矿和硫铁矿混合层(9)的一侧，第六反冲洗装置(4f)位于菱铁矿和硫铁矿混合层(9)的另一侧，第四反冲洗装置(4d)和第五反冲洗装置(4e)位于鹅卵石层(10)的下方。

8.根据权利要求7所述的一种海水养殖废水处理系统，其特征在于,所述废水处理系统的控制方法包括以下步骤：

步骤一：初步处理废水处理池Ⅰ废水中的微生物；

步骤二：废水处理池Ⅰ处理后的废水进入集水池Ⅱ进行pH调节及过滤；

步骤三：通过智能加药系统控制集水池Ⅱ的酸碱度和废水处理池Ⅰ中COD情况；

步骤四：通过回流系统控制废水处理池Ⅰ和集水池Ⅱ的水位；

步骤五：废水处理池Ⅰ处理后的废水进入浓缩系统，氯化钠浓缩液回流至废水处理池；

步骤六：完成废水处理后，对装置进行清理。

9.根据权利要求8所述的一种海水养殖废水处理系统，其特征在于,所述步骤一初步处理废水处理池Ⅰ废水中的微生物具体步骤包括：

海水养殖废水从第一进水阀(2a)自动流入，首先废水中的污染物质在铁碳层(3)发生一系列氧化还原反应，在曝气作用下，铁碳微电解能产生更多的强氧化性的·OH，降解大分子有机物，外加电场与铁碳构成三维电极，强化对难降解有机污染物的降解效果，各种有机污染物质在阳极、·OH及次氯酸的氧化作用下被去除，铁离子与磷酸盐生成铁磷的络合物，磷酸盐在沉淀和吸附作用下而被去除；

接着废水进入沸石层(7)，沸石可以吸附氨氮，再经微生物的氨化作用下，氨氮最终被转换成硝酸盐；

最后废水进入菱铁矿和硫铁矿混合层(9)，菱铁矿和硫铁矿混合填料上附着有自养微生物，在无外加碳源条件下进行反硝化脱氮，如仍有多余有机物，也可被异养微生物利用。

Images