CN218454065U

CN218454065U - 一种固定化微藻净化海水养殖尾水处理系统

Info

Publication number: CN218454065U
Application number: CN202221642362.7U
Authority: CN
Inventors: 杜虹; 谢梓洁; 王铁宇; 钟崇铭; 李平
Original assignee: Shantou University; Southern Marine Science and Engineering Guangdong Laboratory Guangzhou
Current assignee: Shantou University; Southern Marine Science and Engineering Guangdong Laboratory Guangzhou
Priority date: 2022-06-29
Filing date: 2022-06-29
Publication date: 2023-02-07
Anticipated expiration: 2032-06-29

Abstract

本实用新型涉及海水养殖尾水处理领域，公开了一种固定化微藻净化海水养殖尾水处理系统，所述处理系统包括循环串联的物理处理单元和生物处理单元；其中，物理处理单元，包括生态渠道，其中生态渠道坡岸种植绿化植物，沟渠内设置人工浮床，种植水生植物；生物处理单元，采用固定化微藻技术，包括生物净化池，其中生物净化池设置微孔曝气系统、水车曝气系统、叶轮曝气系统和喷泉式曝气系统中的几种进行组合。本实用新型提供了一种处理效果好、运行稳定、日常维护管理简单且能够实现养殖尾水循环利用或达标排放的固定化微藻净化海水养殖尾水处理系统和相应工艺。

Description

一种固定化微藻净化海水养殖尾水处理系统

技术领域

本实用新型涉及海水养殖尾水处理领域，尤其是涉及一种固定化微藻净化海水养殖尾水处理系统。

背景技术

随着水产养殖业逐步发展，养殖池塘存在养殖密度高、投放饲料多的问题，导致水中溶解氧不足，营养盐超标，不仅会恶化养殖水体，还会导致养殖对象产生疾病问题，影响产品产量与质量。

目前，我国海水养殖尾水处理技术还不够成熟，现有的处理系统大多是采用物理化学系统和生态浮床系统。物理化学系统适用范围广泛，但是不能彻底净化养殖尾水；生态浮床系统虽然净化效果好，但是所需时间长。

微藻是一种单细胞自养微生物，光合利用率很高，还具有适应性强、生长速度快、养殖成本低等特点，并且能够从尾水吸收各种营养物质，具有低成本高效净化养殖尾水的潜能。固定化技术能有效解决微藻回收难的问题。

目前，固定化微藻技术在淡水系统中有较多应用，但在海水系统中进展缓慢，亟需得到解决。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，针对现有海水养殖尾水处理技术不成熟、海水养殖尾水处理困难等问题，提供一种能够应用于海水养殖尾水处理的系统和方法。

为解决上述问题，设计技术方案如下：

一种固定化微藻净化海水养殖尾水处理系统，包括循环串联的物理处理单元和生物处理单元，所述物理处理单元包括生态渠道和过滤坝，所述生物处理单元包括生物净化池，所述生物净化池内设置固定化微藻和曝气系统；海水养殖池与所述生态渠道连接，所述生态渠道末端连接排水砂井，所述排水砂井通过过滤水道连接所述过滤坝，所述过滤坝通过引流水道连接所述生物净化池，所述生物净化池通过外部水道连接所述海水养殖池，形成循环。

在生态沟渠末端连接排水砂井，排水砂井起进一步沉淀的作用，沉淀完成后连接过滤坝，利用过滤坝上的微生物进行脱氮除磷，最后进入生物净化池，利用曝气系统增加水体中的溶解氧，加速水体中有机质的分解，利用固定化微藻进行脱氮和除磷，得到氮、磷含量达标的水体。

优选的，所述过滤坝上附着微生物，包括三级多孔砖和两级功能过滤层；第一功能过滤层设置在第一多孔砖与第二多孔砖中间，第二功能过滤层设置在所述第二多孔砖与第三多孔砖中间，形成所述过滤坝；所述第一级功能过滤层的过滤填料为牡蛎壳；所述第二级功能过滤层的过滤填料为体积比1:1的陶粒与火山石混合。

牡蛎壳、火山石、陶粒都能有效地使水体中的微生物滞留并附着在上面。不同滤料形状质地等不同，可多角度满足处理废水的需要，提高过滤效率。微生物的反硝化作用吸收硝酸氮，后续生物净化池中的微藻主要吸收的是亚硝酸氮氨氮，二者相互配合形成补充，对养殖海水进行有力地净化。

优选的，所述三级多孔砖的孔径为1～2cm；所述第一功能过滤层使用50cm×50cm网袋填装过滤填料，网孔直径为1～2cm；所述第二功能过滤层使用30cm×30cm网袋填装过滤填料，网孔直径为0.2～0.4cm。

优选的，所述海水养殖池通过底部的废水排出水道与所述生态渠道底部连接，所述废水排出水道设置在所述海水养殖池底部。

将养殖废水引入到生态渠道底部，利用生态渠道对废水进行过滤与吸附作用。

优选的，所述海水养殖池有多个，所述外部水道形成多条支管水道，分别连接每一所述海水养殖池上端。

优选的，所述引流水道设置在所述排水砂井上端，与所述生物净化池连接。

经过生态渠道净化后的水进入到末端的排水砂井中，在排水砂井中进行进一步的沉淀。沉淀完成后的清洁水体从排水砂井上端的引流水道中排出，进入到生物净化池中。

优选的，所述固定化微藻由微藻固定化形成，悬浮在所述生物净化池中；所述曝气系统设置在所述生物净化池水面或底部。

固定化微藻直接投放后一般沉淀在池底，之后通过曝气系统的曝气作用在生物净化池中悬浮，进行水体净化。

固定化微藻技术包括如下步骤：

1)微藻扩大化培养：将微藻置于培养基中进行扩大培养；

2)微藻固定化：将培养至对数生长期的微藻与固定剂按比例混合，通过蠕动泵将混合液滴入交联剂中，形成固定化藻珠；

3)处理模式：将固定化藻珠投放到生物净化池中，微藻通过光合作用吸收尾水中的氮和磷被微藻吸收用于生物量的增加，以此达到脱磷除氮的效果。

优选的，所述的微藻为海水小球藻。

优选的，所述的对数生长期的微藻浓度为10⁶cells/L。

优选的，所述的固定剂为海藻酸钠溶液，其浓度为4.2％。

优选的，所述的交联剂为CaCl₂溶液，其浓度为2％。

优选的，所述的微藻与固定剂比例为10：13。

优选的，所述的固定化藻珠直径为3.2mm。

优选的，所述的固定化藻珠10天后从水体中取出，放入新的固定化微藻，10天后再次取出，如此反复循环。

优选的，所述曝气系统包括微孔曝气系统、水车曝气系统、叶轮曝气系统、喷泉式曝气系统中的一种或多种。

优选的，所述物理处理单元还包括所述生态渠道的坡岸，所述坡岸不硬化，并种植绿化植物；所述生态渠道布设人工浮床，种植水生植物，对养殖尾水进行初步处理。

优选的，所述绿化植物包括海桐、芦苇、海马齿中的一种或多种，种植密度为15～30株/m²；所述水生植物包括异枝江蓠。

优选的，所述人工浮床包括浮球和苗绳构成网状或多边形结构；所述人工浮床悬浮于所述生态渠道中。

优选的，所述生态渠道宽度不小于3m，深度不小于1.5m。

生态渠道利用养殖区域内原有排水渠或周边河沟通过加宽和挖深等方式进行改造而成，宽度不小于3m，深度不小于1.5m。

与现有技术相比，使用本实用新型有如下有益效果：

1.依次设置生态渠道和生物净化池，能够有针对性地，且有效地处理尾水中的悬浮物、有机物、营养盐等。

2.筛选海水小球藻作为海水养殖尾水的净化生物，能够高效地吸收营养盐。

3.利用固定化技术包埋微藻，能够有效地解决微藻回收困难的问题。

4.尾水从养殖池塘排出，通过生态渠道延长水流时间，提升固体悬浮物沉淀效果，利用种植的水生植物，对养殖尾水中的氮、磷进行初步处理。

5.过滤坝中的牡蛎壳、火山石、陶粒都能有效地附着微生物。微生物的反硝化作用吸收硝酸氮，后续生物净化池中的微藻主要吸收的是亚硝酸氮氨氮，二者相互配合形成补充，对养殖海水进行有力地净化。

6.尾水进入生物净化池，利用曝气系统增加水体中的溶解氧，加速水体中有机质的分解，利用固定化微藻进行脱氮和除磷，得到氮、磷含量达标的水体。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

其中，物理处理单元1、生态渠道101、人工浮床1011、排水砂井1012、坡岸102、过滤坝103、第一多孔砖1031、第二多孔砖1032、第二多孔砖1033、第一功能过滤层1034、第二功能过滤层1035，生物处理单元2、生物净化池201、固定化微藻2011、曝气系统2012，海水养殖池3，过滤水道401、引流水道402、外部水道402、废水排出水道403。

图2是本实用新型过滤坝的结构示意图；

图3是不同藻珠投放密度对亚硝酸氮(a)，硝酸氮(b)，氨氮(c)和无机氮(d)的去除效果图。

图4是不同藻珠投放密度对磷酸盐的去除效果图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述。

实施例1

本实用新型提供了一种处理效果好、运行稳定、日常维护管理简单且能够实现养殖尾水循环利用或达标排放的固定化微藻净化海水养殖尾水处理工艺。其中，生态渠道能够对养殖尾水的悬浮物进行沉淀，并且吸收一部分营养盐；生物处理池中的曝气系统能对养殖尾水进行增氧，并且加速有机质分解；生物处理池中的固定化微藻能够低能耗稳定脱氮除磷；本实用新型将三者的运行优势相结合，建设适合海水养殖尾水排放特点的能够就地处理的固定化微藻净化海水养殖尾水处理装置。

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，如图1所示，对本实用新型作进一步的详细说明。

作为本实用新型的一个方面，提供了一种固定化微藻净化海水养殖尾水处理系统，包括循环串联的物理处理单元1和生物处理单元2；其中：

物理处理单元1，包括生态渠道101、生态渠道坡岸102和过滤坝103，生态渠道101利用养殖区域内原有排水渠或周边河沟通过加宽和挖深等方式进行改造而成，宽度不小于3m，深度不小于1.5m。生态渠道101内设置人工浮床1011，种植水生植物，水生植物包括异枝江蓠。人工浮床1011包括浮球和苗绳等构成网状或其他多边形结构，悬浮于水体中。生态渠道101末端连接排水砂井1012。生态渠道坡岸102原则上不硬化，并种植绿化植物，绿化植物包括海桐、芦苇、海马齿中的一种或多种，种植密度为15～30株/m²。过滤坝103上附着微生物，包括孔径为1～2cm的三级多孔砖1031/1032/1033和两级功能过滤层1034/1035。第一功能过滤层1034设置在第一多孔砖1031与第二多孔砖1032中间，第二功能过滤层1035设置在第二多孔砖1032与第三多孔砖1033中间，形成过滤坝103。第一级功能过滤层1034的过滤填料为牡蛎壳，建议使用50cm×50cm网袋填装过滤填料，网孔直径为1～2cm。第二级功能过滤层1035的过滤填料为体积比1:1的陶粒与火山石混合，建议使用30cm×30cm网袋填装过滤填料，网孔直径为0.2～0.4cm。

生物处理单元2，包括生物净化池201，采用固定化微藻技术形成固定化微藻2011，悬浮在生物净化池201中。生物净化池201水面或底部还设置有曝气系统2012，曝气系统2012包括微孔曝气系统、水车曝气系统、叶轮曝气系统、喷泉式曝气系统中的一种或多种。其中，微孔曝气系统和喷泉式曝气系统设置在生物净化池201底部，水车曝气系统和叶轮曝气系统设置在生物净化池201水面。

物理处理单元1通过生态渠道101末端的排水砂井1012上端的过滤水道401连接过滤坝103，过滤坝103再通过引流水道402连接生物处理单元2，生物处理单元2通过外部水道402连接海水养殖池3，形成循环。外部水道402设置多条支管水道，分别连接多个海水养殖池3。海水养殖池3底部设置废水排出水道403，与物理处理单元1连接。

更为具体的，本实用新型的固定化微藻净化海水养殖尾水处理装置包括前端的物理-生态处理单元以及后端的物理-生物处理单元。物理-生态处理单元采用沉淀法与生态浮床相结合的处理工艺，物理-生物处理单元采用曝气法与微藻固定化技术相结合的处理工艺。本实用新型对物理-生态处理单元的种植植物及物理-生物处理单元的藻种选择、包埋条件进行了改进，使之产生更好的处理效果。

在本实用新型中，海水养殖尾水从海水养殖池3流出，一部分渗入生态渠道彼岸102的土壤中，沟渠彼岸102种植的耐盐植物海桐、芦苇、海马齿的根系吸附海水养殖尾水中的部分悬浮物与营养盐，一部分通过生态渠道101沟渠中的人工浮床1011上的异枝江蓠吸收部分营养盐，并通过生态渠道101沟渠的沉淀作用沉淀悬浮物，进入末端的排水砂井1012，排水砂井1012内设置网栅，做进一步的沉淀，上流清液流过过滤坝103，过滤坝103上的牡蛎壳、火山石、陶粒附着的微生物的反硝化作用吸收水体中硝酸氮，脱氮除磷，再流入生物净化池201。在生物净化池201中，将微孔曝气系统、水车曝气系统、叶轮曝气系统和喷泉式曝气系统中的几种进行组合，对养殖尾水进行曝气，有效地对养殖尾水进行增氧，加速有机质分解，同时曝气使得固定化微藻2011的藻珠与养殖尾水充分接触，微藻主要吸收的是亚硝酸氮氨氮，与过滤坝相互配合形成补充，高效地去除氮和磷。

在本实用新型中，固定化微藻2011的藻珠由浓度为4.2％的海藻酸钠溶液与浓度为10⁶cells/L的海水小球藻按10：13的比例进行混合，使用直径为3.2mm的软管通过蠕动泵泵入2％的CaCl₂溶液中，4℃冷藏保存16h后形成3.2mm的藻珠。

实施例2

投放密度对养殖尾水净化效果的影响

实验设5个实验组，投放密度分别为2％、4％、6％、8％、10％的藻珠，每组设3个平行。

每天测定NH₄ ⁺-N、NO₃ ^--N、NO₂ ^--N、PO₄ ^3--P浓度，若营养盐浓度均达到海水养殖尾水排放二级标准(无机氮≤1.00mg/L、活性磷酸盐≤0.10mg/L)，则更换试验用水，直至营养盐浓度不再降低，进行下一组实验。

设置对照组，每天测定NH₄ ⁺-N、NO₃ ^--N、NO₂ ^--N、PO₄ ^3--P浓度，实验天数与实验组一致。

NH₄ ⁺-N、NO₃ ^--N、NO₂ ^--N、PO₄ ^3--P浓度按照《海洋监测规范》(GB17378-2007)和《海洋调查规范》(GB/T12763-2007)的规定执行。

数据和图表处理

营养盐去除率

生物处理单元对污染物的去除率按下式计算：

Re＝[(C₀-C_i)/C₀]×100％

式中，Re为去除率，％；C₀为生物处理单元进水营养盐物质量浓度，mg/L；C_i为每天测定营养盐物质量浓度，mg/L。

图表分析

实验采用excel 2013对数据进行处理，采用origin2021作图。

结果如图3、图4所示。

不同藻珠投放密度对氮的去除效果

固定化藻珠经过13天的废水培养处理，不同投放密度的藻珠对亚硝酸氮、硝酸氮、氨氮和无机氮的去除能力图2所示。整体看来，藻珠对亚硝酸氮、硝酸氮、氨氮和无机氮的去除率与投放量成正比。投放量为10％的藻珠在第0-1天、5-8天的去除能力最好，投放量为8％和6％的藻珠在第0-1天、5-7天的去除能力最好，投放量为4％和2％的藻珠在第0-2天、3-7天的去除能力最好，但是不同投放量的藻珠在第10天之后几乎没有去除能力。

不同藻珠投放密度对磷的去除效果

固定化藻珠经过13天的污水培养处理，不同投放量的藻珠对磷酸盐的去除能力图3所示。整体看来，藻珠对磷酸盐的去除率与投放量成正比。投放量为10％和8％的藻珠在第0-7天的去除能力最好，投放量为6％、4％和2％的藻珠在第0-4天的去除能力最好，但是不同投放量的藻珠在第11天之后几乎没有去除能力。

以上所展现的仅为本实用新型一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。

Claims

1.一种固定化微藻净化海水养殖尾水处理系统，其特征在于，包括循环串联的物理处理单元和生物处理单元，所述物理处理单元包括生态渠道和过滤坝，所述生物处理单元包括生物净化池，所述生物净化池内设置固定化微藻和曝气系统；海水养殖池与所述生态渠道连接，所述生态渠道末端连接排水砂井，所述排水砂井通过过滤水道连接所述过滤坝，所述过滤坝通过引流水道连接所述生物净化池，所述生物净化池通过外部水道连接所述海水养殖池，形成循环。

2.如权利要求1所述固定化微藻净化海水养殖尾水处理系统，其特征在于，所述过滤坝上附着微生物，包括三级多孔砖和两级功能过滤层；第一功能过滤层设置在第一多孔砖与第二多孔砖中间，第二功能过滤层设置在所述第二多孔砖与第三多孔砖中间，形成所述过滤坝；所述第一级功能过滤层的过滤填料为牡蛎壳。

3.如权利要求2所述固定化微藻净化海水养殖尾水处理系统，其特征在于，所述三级多孔砖的孔径为1～2cm；所述第一功能过滤层使用50cm×50cm网袋填装过滤填料，网孔直径为1～2cm；所述第二功能过滤层使用30cm×30cm网袋填装过滤填料，网孔直径为0.2～0.4cm。

4.如权利要求1所述固定化微藻净化海水养殖尾水处理系统，其特征在于，所述海水养殖池通过底部的废水排出水道与所述生态渠道底部连接；所述海水养殖池有多个，所述外部水道形成多条支管水道，分别连接每一所述海水养殖池上端；所述引流水道设置在所述排水砂井上端，与所述生物净化池连接。

5.如权利要求1所述固定化微藻净化海水养殖尾水处理系统，其特征在于，所述固定化微藻由微藻固定化形成，悬浮在所述生物净化池中；所述曝气系统设置在所述生物净化池水面或底部。

6.如权利要求1所述固定化微藻净化海水养殖尾水处理系统，其特征在于，所述曝气系统包括微孔曝气系统、水车曝气系统、叶轮曝气系统、喷泉式曝气系统中的一种或多种。

7.如权利要求1所述固定化微藻净化海水养殖尾水处理系统，其特征在于，所述物理处理单元还包括所述生态渠道的坡岸，所述坡岸不硬化，并种植绿化植物；所述生态渠道布设人工浮床，种植水生植物，对养殖尾水进行初步处理。

8.如权利要求7所述的固定化微藻净化海水养殖尾水处理系统，其特征在于，所述绿化植物包括海桐、芦苇、海马齿中的一种，种植密度为15～30株/m²；所述水生植物包括异枝江蓠。

9.如权利要求7所述固定化微藻净化海水养殖尾水处理系统，其特征在于，所述人工浮床包括浮球和苗绳构成网状或多边形结构；所述人工浮床悬浮于所述生态渠道中。

10.如权利要求7所述固定化微藻净化海水养殖尾水处理系统，其特征在于，所述生态渠道宽度不小于3m，深度不小于1.5m。