CN212770339U - 一种新型海水养殖尾水生物处理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种新型海水养殖尾水生物处理装置，属养殖尾水处理技术领域。其系统流程：机械过滤系统→蛋白分离系统→好氧硝化转化系统→厌氧反硝化转化系统→COD降低系统→消毒增氧系统，各系统之间通过输送管道相互连通，理化条件各异，由于采用了筛选自海水养殖池塘底泥中的硝化细菌及反硝化细菌，适合特异性微生物的生长，提高养殖尾水的生物转化率；同时，使用可再生材料压制的微生物附着基，其形状可变、造价低廉。本实用新型可大幅提高海水养殖尾水的处理效率，提高海水资源的利用率，减少海水养殖对环境产生的不利影响，养殖尾水的重复利用率可提高15%以上，并具有操作简单、维护方便等优点。

Description

一种新型海水养殖尾水生物处理装置

技术领域

本实用新型涉及一种新型海水养殖尾水生物处理装置，具体说是一种利用不同种类的微生物处理海水养殖尾水的装置，从而提高养殖水的循环使用率，属养殖尾水处理技术领域。

背景技术

大排大放仍是我国海水池塘及工厂化养殖用水的主要方式，养殖尾水中含有大量养殖生物的粪便及未被摄食的饲料，养殖尾水排放到环境中，危及周边生态。

养殖尾水的处理主要存在于封闭式循环水养殖模式中，其处理核心是基于生物接触氧化法的转氨作用，利用硝化细菌在有氧条件下将氨氮和亚硝酸氮转化为硝酸氮。水处理的效率与硝化细菌附着基的材质、性状及其附着细菌的菌种、密度极度相关。在部分尾水处理技术较好的养殖系统中，尾水的重复利用率能达到90%以上。现有养殖尾水处理系统中的硝化细菌和反硝化细菌是依靠自然选择、自然生长的，菌种、菌密度以及生长条件均无选择性，且硝化及反硝化过程没有清晰的分界线，处理工艺不清，硝化及反硝化效率低下，要求体积较大的微生物附着基，从而提高了水处理的成本。

此外，随着养殖尾水的不断重复利用，水体中的硝酸氮和COD会越积越高，最终会降低水的使用性能，影响水的重复利用。目前在所有的海水养殖尾水处理中均未涉及反硝化装置及COD降低装置。

发明内容

本实用新型的目的在于解决上述已有技术存在的不足，提供一种新型海水养殖尾水生物处理装置，其通过调节水处理系统理化环境，将水处理系统分为好氧硝化区、厌氧反硝化区及COD降低区，各分区相互连通，理化条件各异，适合特异性微生物的生长，并提高其生物转化率；同时，使用可再生材料压制的微生物附着基，其形状可变、造价低廉。此外，本实用新型采用了筛选自海水养殖池塘底泥中的硝化细菌及反硝化细菌，其特异性强、生物转化率高，可大幅提高海水养殖尾水的处理效率，提高海水资源的利用率，减少海水养殖对环境产生的不利影响，并且维护方便。

本实用新型是通过以下技术方案来实现的：

一种新型海水养殖尾水生物处理装置，包括机械过滤系统、蛋白分离系统和消毒增氧系统，其特别之处在于还设有好氧硝化转化系统、厌氧反硝化转化系统、COD降低系统，各系统之间通过管道连通，养殖尾水首先通过机械过滤系统利用物理过滤作用去除尾水中的固体悬浮物，再进入蛋白分离系统，利用蛋白质分离器去除尾水中的可溶性有机物，然后养殖尾水在好氧硝化转化系统中，将氨氮和亚硝酸氮转化成硝酸氮，再进入厌氧反硝化系统，在厌氧条件下将硝酸氮转化为氮气排出到空气中，之后进入COD降低系统，降低尾水中的COD，最后进入消毒增氧系统。

所述好氧硝化转化系统是将养殖尾水中氨氮和亚硝酸氮转化为硝酸氮的装置，该系统依次划分为四个独立区域，初步接触区、密集反应区、缓冲区和调pH区，前三个区域底部布有充气石与气管，然后在充气石与气管上堆积微生物附着基，微生物附着基内水管方向与水流方向平行。初步反应区、密集反应区、缓冲区内微生物附着基按照外展梯形放置，调pH区不放置微生物附着基和充气石。该系统的尾水处理体积容量占总水处理系统的6/10~7/10。

系统工作时，首先将培养好的硝化细菌（10⁹cfu/ml）用海水稀释1000倍，泼洒在微生物附着基上，稀释液的初始添加量为单位时间内处理水体积的千分之二，然后充满养殖尾水，期间水温保持在15℃以上，保持充气（空气），维持5天以上，之后在调pH区用NaOH调节8.5≤pH≤10。

所述接种培养筛选的硝化细菌，是以分离自海水池塘底泥中的硝化细菌为原始菌种，发酵扩大培养后冷冻干燥，分离方法为常规平板涂布、划线培养法，分离之后16s rRNA鉴定为相应菌种。

所述厌氧反硝化转化系统，是将养殖尾水中的硝酸氮转化为氮气的装置，该装置使反硝化细菌在厌氧条件下将硝酸氮转化为氮气排出到空气中，该系统要求将微生物附着基堆积在系统中，微生物附着基内水管方向与水流方向平行，该系统尾水处理体积容量占总水处理系统体积的2/10~3/10。

系统运行时，首先将培养好的反硝化细菌（10⁹cfu/ml）用海水稀释1000倍，泼洒在微生物附着基上，稀释液的初始添加量为单位时间内处理水体积的千分之二，然后充满上一阶段处理之后的养殖尾水，期间水温保持在15℃以上，严禁充气，维持3天以上。

所述反硝化细菌是分离自海水养殖池塘底泥中的耐高盐的反硝化杆菌,分离方法为常规平板涂布、划线培养法，分离之后经16S rRNA鉴定为相应菌种。

所述厌氧环境是通过移除系统中的充气石，依靠硝化细菌的耗氧来实现的。

所述降低COD系统是降低养殖尾水中COD的装置，系统构建时，首先布置底部充气石及气管，然后堆积微生物附着基，该系统尾水处理体积容量占总水处理系统体积的1/10~2/10。

系统运行时，首先用海水将筛选扩大培养的复合微生物（10⁹cfu/ml）稀释1000倍，泼洒在微生物附着基上，稀释液的初始添加量为单位时间内处理水体积千分之五，然后放入上一阶段处理之后的养殖尾水。

所述复合微生物，是由耐高盐的枯草芽孢杆菌和粪肠球菌组成，二者按生物量之比为1:1。

上述各系统中所述微生物附着基均为定制的微生物附着基，由可再生复合塑料材料压制而成，其形状及尺寸大小依据各自系统的形状要求定制，微生物附着基主体呈蜂窝管状，管内径可依据各系统尾水处理体积容量调节，一般在1~5cm之间，单位时间处理尾水量与管内径成正比，附着基内水管平行于水流动的方向。微生物附着基可以是若干单元模块堆积而成，或者是依据系统形状一体化定制。一体化的微生物附着基可减少水处理中各附着基之间的碰撞磨损，同时形成固定的水流通道，水流通畅，菌水接触充分，有利于微生物的生物转化。

上述好氧硝化系统、厌氧反硝化系统、COD降低系统三个水处理系统的容量体积比为（6~7）:（2~3）:(1~2)。

本实用新型海水养殖尾水生物处理装置，养殖尾水处理效率与微生物附着基接触时间、附着基的投放量呈正比，即附着基投放越多，接触时间越长，处理效率越高。

本实用新型与已有技术相比具有以下特点:

1、通过控制溶氧、pH、优势微生物，将水处理系统划分为界限清晰的硝化反应区、反硝化反应区、COD反应区，各分区相互连通，理化条件各异，适合特异性微生物的生长，并提高其生物转化率。

2、选用可再生塑料压制微生物附着基，一方面大大降低了系统造价，另一反面可根据水处理系统的形状定制附着基的大小及形状。一体化的微生物附着基可减少水处理中各附着基之间的碰撞磨损，同时形成固定的水流通道，水流通畅，菌水接触充分，有利于微生物的生物转化。

3、选择使用分离自海水养殖池塘底泥中的硝化细菌及反硝化细菌作为初始接种菌种，一方面缩短了相应菌种形成优势菌群的时间，另一方面提高了菌种的生物处理效率。

4、以养殖水体积与处理水体积之比为2:1计算，好氧硝化转化系统尾水处理体积容量占总水处理系统体积的6~7/10，厌氧反硝化系统尾水处理体积容量占总水处理系统体积的2~3/10，COD降低系统尾水处理体积容量约占总水处理系统体积的1~2/10；按水处理流程时间计算，硝化反应时间约占总水处理时间的7/10，反硝化反应约占水处理时间的2/10，COD降低反应约占水处理时间的1/10。

5、一定条件下（水温10~30℃，硝化反应区及COD降低区pH8左右、溶氧≥6mg/L，反硝化反应区pH8.5以上、溶氧≤2mg/L，盐度≥20），尾水生物处理效率与处理时间、微生物附着基体积呈正比。

本实用新型由于采用了筛选自海水养殖池塘底泥中的硝化细菌及反硝化细菌，其特异性强、生物转化率高，可大幅提高海水养殖尾水的处理效率，提高海水资源的利用率，减少海水养殖对环境产生的不利影响，养殖尾水的重复利用率可提高15%以上，并具有操作简单、维护方便等优点。

附图说明

图1：为本实用新型海水养殖尾水生物处理装置系统流程图；

图2：为好氧硝化转化系统俯视示意图；

图3：为好氧硝化转化系统剖面示意图；

图4：为厌氧反硝化系统俯视示意图；

图5：为厌氧反硝化系统剖面示意图；

图6：为COD降低系统俯视示意图；

图7：为COD降低系统剖面示意图；

图8：改造前循环水养殖生物水处理平面示意图；

图9：改造后循环水养殖生物水处理平面示意图；

图10：好氧硝化转化系统、厌氧反硝化转化系统、COD降低系统装置剖面示意图；

图11：微生物附着基结构示意图；

图中：1、微生物附着基，2、充气石；A、初步接触区，B、密集反应区，C、缓冲区，D、调pH区；a、集水道，b、气浮机，c、生物水处理体系，d、温控机，e、高位池，f、养殖池，g、管理室；Ⅲ、好氧硝化转化系统，Ⅳ、厌氧反硝化转化系统，Ⅴ、COD降低系统。

具体实施方式

以下参照附图，给出本实用新型的具体实施方式，用来对本实用新型的构成进行进一步说明。

实施例1

本实施例的海水养殖尾水生物处理装置系统组成，如附图1所示，包括机械过滤系统、蛋白分离系统和消毒增氧系统，特点是还设有好氧硝化转化系统、厌氧反硝化转化系统、COD降低系统，各系统之间通过液体输送管道连通，养殖尾水首先通过机械过滤系统利用物理过滤作用去除尾水中的固体悬浮物，再进入蛋白分离系统，利用蛋白质分离器去除尾水中的可溶性有机物，然后养殖尾水在好氧硝化转化系统中，将氨氮和亚硝酸氮转化成硝酸氮，再进入厌氧反硝化转化系统，在厌氧条件下将硝酸氮转化为氮气排出到空气中，之后进入COD降低系统，降低尾水中的COD，最后进入消毒增氧系统，实现养殖水的循环利用。

好氧硝化转化系统是将养殖尾水中氨氮和亚硝酸氮转化为硝酸氮的装置，其结构示意图如附图2、3所示，该系统依次划分四个独立区域，初步接触区A、密集反应区B、缓冲区C和调pH区D，前三个区域底部布有充气石2与气管，然后在充气石与气管上依次堆积微生物附着基1，微生物附着基1内水管方向与水流方向平行，初步反应区、密集反应区、缓冲区内微生物附着基按照外展梯形放置，调pH区不放置微生物附着基和充气石，该系统的尾水处理体积容量占总水处理系统的7/10。

系统工作时，首先将培养好的硝化细菌（10⁹cfu/ml）用海水稀释1000倍，泼洒在微生物附着基1上，稀释液的初始总添加量为单位时间内处理水体积的千分之二，然后充满养殖尾水，期间水温保持在15℃以上，保持充气（空气），维持6天，之后在调pH区用NaOH调节pH为8.5。

所述接种培养筛选的硝化细菌，是以分离自海水池塘底泥中的硝化细菌为原始菌种，发酵扩大培养后冷冻干燥，分离方法为常规平板涂布、划线培养法，分离之后经16SrRNA鉴定为相应菌种。

厌氧反硝化转化系统，是将养殖尾水中的硝酸氮转化为氮气的装置，该装置使反硝化细菌在厌氧条件下将硝酸氮转化为氮气排出到空气中，该系统要求将微生物附着基1堆积在系统中，微生物附着基内水管方向与水流方向平行，该系统尾水处理体积容量占总水处理系统体积的2/10，其结构示意如附图4、5所示。

系统运行时，首先将培养好的反硝化细菌（10⁹cfu/ml）用海水稀释1000倍，泼洒在微生物附着基1上，稀释液的初始总添加量为单位时间内处理水体积的千分之二，然后充满上一阶段处理之后的养殖尾水，期间水温保持在15℃以上，严禁充气，维持3天。

所述反硝化细菌是分离自海水养殖池塘底泥中的耐高盐的反硝化杆菌,分离方法为常规平板涂布、划线培养法，分离之后经16S rRNA鉴定为相应菌种。

厌氧环境是通过移除系统中的充气石，依靠硝化细菌的耗氧来实现的。

降低COD系统是降低养殖尾水中COD的装置，其结构示意图如附图6、7所示，系统构建时，首先布置底部充气石2及气管，然后堆积微生物附着基1，该系统尾水处理体积容量占总水处理系统体积的1/10。

系统运行时，首先用海水将筛选扩大培养的复合微生物（10⁹cfu/ml）稀释1000倍，泼洒在微生物附着基1上，稀释液初始添加量为单位时间内处理水体积千分之五，然后放入上一阶段处理之后的养殖尾水。

所述复合微生物，是由耐高盐的枯草芽孢杆菌和粪肠球菌组成，二者按生物量之比为1:1。

上述各系统中所用微生物附着基均为定制的微生物附着基，由可再生复合塑料材料压制而成，其形状及尺寸大小依据各自系统的形状要求定制，微生物附着基主体呈蜂窝管状，管内径可依据各系统尾水处理体积容量调节，一般在1~5cm之间，微生物附着基内水管平行于水流动的方向。微生物附着基是由若干单元模块堆积而成，微生物附着基结构示意图如附图11所示。

好氧硝化系统、厌氧反硝化系统、COD降低系统三个水处理分系统的容量体积比为7:2:1。

实施例2

该实施例是按照本实用新型提供的海水养殖尾水生物处理装置系统流程，对山东东营某循环水养殖车间的尾水处理系统进行改造，时间为2019年，改造前循环水养殖生物水处理平面示意图如附图8所示，该养殖车间养殖水体384m³，尾水处理能力为96m³/h，日均补水320m³，在此尾水处理系统，硝化过程和反硝化过程混杂在一起，由于硝化过程耗氧剧烈，所以主要以反硝化过程为主，严重限制了生物接触氧化的效率，养殖水经过多次循环，水体中硝酸氮和COD累积较多，影响了养殖水的循环使用率。

改造后循环水养殖生物水处理平面示意图如附图9所示，养殖尾水自养殖池f流经集水道a，进入气浮机b过滤去除尾水中的固体悬浮物，再进入生物水处理体系，增加了好氧硝化系统Ⅲ、厌氧反硝化系统Ⅳ和降低COD系统Ⅴ，好氧硝化系统体积：厌氧反硝化系统体积：降低COD系统体积=7:2:1，生物处理完成后尾水进入温控机，对水体进行调温后重复利用。

好氧硝化转化系统Ⅲ，划分四个独立区域，初步接触区、密集反应区、缓冲区和调pH区，前三个区域底部布有充气石与气管，然后在充气石与气管上堆积微生物附着基，微生物附着基内水管方向与水流方向平行，其中初步反应区、密集反应区、缓冲区内放置微生物附着基，调pH区不放置微生物附着基和充气石，该系统的尾水处理体积容量占总水处理系统的7/10。

该系统工作时，先将培养好的硝化细菌（10⁹cfu/ml）用海水稀释1000倍，泼洒在微生物附着基上，稀释液的初始添加量为单位时间内处理水体积的千分之二，然后充满养殖尾水，期间水温保持在15℃以上，保持充气（空气），维持5天以上，之后在调pH区用NaOH调节8.5≤pH≤10。

所用硝化细菌，是以分离自海水池塘底泥中的硝化细菌为原始菌种，发酵扩大培养后冷冻干燥，分离方法为常规平板涂布、划线培养法，分离之后经16S rRNA鉴定为相应菌种。

厌氧反硝化转化系统Ⅳ，将养殖尾水中的硝酸氮转化为氮气，该系统使反硝化细菌在厌氧条件下将硝酸氮转化为氮气排出到空气中，要求将微生物附着基1堆积在系统中，微生物附着基内水管方向与水流方向平行，该系统尾水处理体积容量占总水处理系统体积的2/10。

系统运行时，先将培养好的反硝化细菌（10⁹cfu/ml）用海水稀释1000倍，泼洒在微生物附着基1上，稀释液的初始总添加量为单位时间内处理水体积的千分之二，然后充满上一阶段处理之后的养殖尾水，期间水温保持在15℃以上，严禁充气，维持3天。

所用反硝化细菌是分离自海水养殖池塘底泥中的耐高盐的反硝化杆菌,分离方法为常规平板涂布、划线培养法，分离之后经16S rRNA鉴定为相应菌种。

厌氧环境是通过移除系统中的充气石，依靠硝化细菌的耗氧来实现的。

降低COD系统Ⅴ，是降低养殖尾水中COD的装置，系统构建时，先布置底部充气石2及气管，然后堆积微生物附着基1，该系统尾水处理体积容量占总水处理系统体积的1/10。

系统运行时，首先用海水将筛选扩大培养的复合微生物（10⁹cfu/ml）稀释1000倍，泼洒在微生物附着基1上，稀释液初始添加量为单位时间内处理水体积千分之五，然后放入上一阶段处理之后的养殖尾水。

所用复合微生物，是由耐高盐的枯草芽孢杆菌和粪肠球菌组成，二者按生物量之比为1:1。

各系统中所用微生物附着基均为定制的微生物附着基，由可再生复合塑料材料压制而成，微生物附着基依据各自系统形状一体化定制，其主体呈蜂窝管状，管内径可依据各系统尾水处理体积容量调节，在1~5cm之间，微生物附着基内水管平行于水流动的方向。一体化的微生物附着基可减少水处理中各附着基之间的碰撞磨损，同时形成固定的水流通道，水流通畅，菌水接触充分，有利于微生物的生物转化。

该养殖车间尾水处理系统改造后，尾水综合处理能力仍为96m³/h，日均补水可下降到80 m³，大大降低了日均补水量，节约了用水，减少了海水养殖对环境产生的不利影响。

本实用新型也适应于现代渔业养殖区养殖尾水集中处理，各养殖单元尾水集中收集后,根据尾水量设置2~3个养殖处理系统，每个养殖系统均由好氧硝化、厌氧反硝化及COD降低模块组成。各系统处理之后的水经管道汇合后，进行重复使用或排放。

附图10所示的好氧硝化转化系统Ⅲ、厌氧反硝化转化系统Ⅳ、COD降低系统Ⅴ装置剖面示意图，其中各系统的体积比可依据当地水体中硝酸盐的含量调整。

以上所列实施例仅为本实用新型较佳的实施方式，本实用新型的保护范围并不限于以上所给出的实施例，凡是根据本实用新型的思路所能实现的所有的技术方案，均属于本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种新型海水养殖尾水生物处理装置，包括机械过滤系统、蛋白分离系统和消毒增氧系统，其特征在于还设有好氧硝化转化系统、厌氧反硝化转化系统、COD降低系统，各系统之间通过输送管道连通，所述好氧硝化转化系统是将养殖尾水中氨氮和亚硝酸氮转化为硝酸氮的装置，该系统依次划分四个独立区域，初步接触区、密集反应区、缓冲区和调pH区，前三个区域底部布有充气石与气管，在充气石与气管上堆积微生物附着基，微生物附着基内水管方向与水流方向平行，初步反应区、密集反应区、缓冲区内微生物附着基按照外展梯形放置，调pH区不放置微生物附着基和充气石，该系统的尾水处理体积容量占总水处理系统的6/10~7/10。

2.按照权利要求1所述一种新型海水养殖尾水生物处理装置，其特征在于所述厌氧反硝化转化系统，是将养殖尾水中的硝酸氮转化为氮气的装置，该装置使反硝化细菌在厌氧条件下将硝酸氮转化为氮气排出到空气中，该系统要求将微生物附着基堆积在系统中，微生物附着基内水管方向与水流方向平行，该系统尾水处理体积容量占总水处理系统体积的2/10~3/10。

3.按照权利要求1所述一种新型海水养殖尾水生物处理装置，其特征在于所述COD降低系统是降低养殖尾水中COD的装置，系统底部布置有充气石及气管，并堆积有微生物附着基，该系统尾水处理体积容量占总水处理系统体积的1/10~2/10。

4.按照权利要求1、2或3所述一种新型海水养殖尾水生物处理装置，其特征在于所述微生物附着基为定制的微生物附着基，由可再生复合塑料材料压制而成，其形状及尺寸大小依据各自系统的形状要求定制，微生物附着基主体呈蜂窝管状，管内径可依据各系统尾水处理体积容量调节，在1~5cm之间，单位时间处理尾水量与管内径成正比，微生物附着基内水管平行于水流动的方向。

5.按照权利要求4所述一种新型海水养殖尾水生物处理装置，其特征在于所述微生物附着基是若干单元模块堆积而成。

6.按照权利要求4所述一种新型海水养殖尾水生物处理装置，其特征在于所述微生物附着基是依据系统形状一体化定制。

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