公布日：2023.09.29
申請日：2023.06.21
分類號：C02F9/00(2023.01)I;C02F1/48(2023.01)N;C02F1/52(2023.01)N;C02F1/56(2023.01)N;C02F3/30(2023.01)N;C02F3/32(2023.01)N;C02F103/20(2006.01)N;
C02F101/10(2006.01)N;C02F101/16(2006.01)N;C02F101/30(2006.01)N
摘要
本發(fā)明公開了一種磁生物高效絮凝耦合菌藻復(fù)合處理養(yǎng)殖尾水的方法，屬海水養(yǎng)殖尾水處理領(lǐng)域。步驟如下：養(yǎng)殖尾水經(jīng)管路收集進入暫存池；暫存池內(nèi)尾水經(jīng)過泵提升至磁生物高效絮凝沉淀池/器進行絮凝沉淀；絮凝沉淀后尾水進入磁性填料菌藻復(fù)合池進行脫氮除磷，絮凝沉淀所得污泥部分自流進入污泥濃縮池，部分污泥經(jīng)管路輸送至進水口與來水混合；菌藻復(fù)合池處理尾水經(jīng)改性牡蠣壩過濾進入生態(tài)除磷池，生態(tài)除磷池出水經(jīng)改性精細牡蠣壩截留殘留懸浮物后，各項指標符合排放指標要求，達標排放或循環(huán)回用于養(yǎng)殖場補水。本發(fā)明具有具有占地面積小、污染物處理效率高、系統(tǒng)能耗低且碳排放低、尾水有價值物料可資源化等特點。
權(quán)利要求書
1.一種磁生物高效絮凝耦合菌藻復(fù)合處理養(yǎng)殖尾水的方法，其特征在于，包括如下步驟：(1)排放的海水養(yǎng)殖尾水經(jīng)管路收集進入暫存池；所述暫存池水力停留時間為2-4h；(2)暫存池內(nèi)尾水進入磁生物高效絮凝沉淀池/器進行絮凝沉淀；所述磁生物高效絮凝沉淀池/器分為加藥反應(yīng)區(qū)、絮凝沉淀區(qū)、污泥回流泵/外送泵、污泥收集器以及配套加藥裝置；(3)絮凝沉淀后尾水進入磁性填料菌藻復(fù)合池進行脫氮除磷，絮凝沉淀所得部分污泥經(jīng)管路輸送至進水口與來水混合；所述沉淀池/器中污泥回流量與進水量比值為1:10-1:5；(4)菌藻復(fù)合池處理尾水經(jīng)改性牡蠣壩過濾進入生態(tài)除磷池，生態(tài)除磷池出水經(jīng)改性精細牡蠣壩截留殘留懸浮物后出水。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(2)中磁生物高效絮凝沉淀池/器處理水量1-50m3/h時采用碳鋼防腐/玻璃鋼/2205/2507/904L/鈦材料其中的一種，處理水量大于50m3/h時，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)池體。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(2)中磁生物高效絮凝沉淀池/器中加藥反應(yīng)區(qū)分別一級反應(yīng)區(qū)和二級反應(yīng)區(qū)，在一級反應(yīng)區(qū)投加絮凝劑，在二級反應(yīng)區(qū)投加絮凝劑和磁粉；所述一級反應(yīng)區(qū)和二級反應(yīng)區(qū)長寬比為1:1-1:2，水力停留時間分別為5-15min，所述一級反應(yīng)區(qū)絮凝劑為鐵系、鋁系、聚合硅酸鐵系、聚合硅酸鋁系藥劑中的一種，持續(xù)投加，投加量為10-15mg/L；所述二級反應(yīng)區(qū)絮凝劑為陰離子PAM，持續(xù)投加，投加量為1-3mg/L；所述二級反應(yīng)區(qū)磁粉為Fe3O4粉末，持續(xù)投加，投加量為1-50ppm。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(2)中磁生物高效絮凝沉淀池/器中絮凝沉淀區(qū)內(nèi)載有微生物菌膠團，并設(shè)計有生物污泥回流；所述沉淀區(qū)長寬比為1:1-1:5，表面負荷為0.5-2.5m/h，水力停留時間為1-2h。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(3)中磁性填料菌藻復(fù)合池池底填充礫石基質(zhì)，池內(nèi)間或布置磁性填料模塊、微藻以及曝氣裝置，模塊內(nèi)負載磁性填料；所述復(fù)合池的水力停留時間為24-72h；所述磁性填料主要成分為Fe3O4-牡蠣殼，是由廢棄牡蠣殼經(jīng)研磨粉粹，再按照質(zhì)量比例1：1-1：2與Fe3O4粉末混捏成球后形成。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述微藻選擇鞭金藻、海洋小球藻中的一種，投加量為30-50g/h，持續(xù)投加7-15天。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(4)中改性牡蠣壩寬度不低于1.5m，高度不低于2m，長度不低于5m，基礎(chǔ)采用鋼混結(jié)構(gòu)，兩側(cè)由多孔磚砌成；所述改性牡蠣壩多孔磚內(nèi)裝填的牡蠣粒徑為2-4cm；所述改性精細牡蠣壩中牡蠣粒徑為1-2cm。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(4)中生態(tài)除磷池采用土工池，池底鋪有沸石、火山石，池內(nèi)有蘆葦島導(dǎo)流墻、除磷生態(tài)基，池體內(nèi)的溶解氧為0-0.4mg/L；所述生態(tài)除磷池的水力停留時間為24-72h；所述沸石、火山石粒徑為1cm-5cm，比例為1:1-1:5；所述除磷生態(tài)基用量為5-100m2；所述除磷生態(tài)基表層涂有除磷絡(luò)合劑EDTA。
9.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述磁性填料用量為1-20m3。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種磁生物高效絮凝耦合菌藻復(fù)合處理養(yǎng)殖尾水的方法，通過工藝系統(tǒng)的耐水量沖擊性能以降低調(diào)節(jié)池池容，引入高效生化工藝以去除尾水中溶解性氮磷元素，好氧堆肥工藝以實現(xiàn)餌料的資源化，最終確保尾水達標排放的同時，實現(xiàn)尾水的資源化利用。
為達上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：
一種磁生物高效絮凝耦合菌藻復(fù)合處理養(yǎng)殖尾水的方法，包括如下步驟：
(1)排放的海水養(yǎng)殖尾水經(jīng)管路收集進入暫存池；所述暫存池水力停留時間為2-4h；
(2)暫存池內(nèi)尾水進入磁生物高效絮凝沉淀池/器進行絮凝沉淀；所述磁生物高效絮凝沉淀池/器分為加藥反應(yīng)區(qū)、絮凝沉淀區(qū)、污泥回流泵/外送泵、污泥收集器以及配套加藥裝置；
(3)絮凝沉淀后尾水進入磁性填料菌藻復(fù)合池進行脫氮除磷，絮凝沉淀所得部分污泥經(jīng)管路輸送至進水口與來水混合；所述沉淀池/器中污泥回流量與進水量比值為1:10-1:5；
(4)菌藻復(fù)合池處理尾水經(jīng)改性牡蠣壩過濾進入生態(tài)除磷池，生態(tài)除磷池出水經(jīng)改性精細牡蠣壩截留殘留懸浮物后出水。
優(yōu)選的，所述步驟(2)中磁生物高效絮凝沉淀池/器處理水量1-50m3/h時采用碳鋼防腐/玻璃鋼/2205/2507/904L/鈦材料其中的一種，處理水量大于50m3/h時，采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)池體。
優(yōu)選的，所述步驟(2)中磁生物高效絮凝沉淀池/器中加藥反應(yīng)區(qū)分別一級反應(yīng)區(qū)和二級反應(yīng)區(qū)，在一級反應(yīng)區(qū)投加絮凝劑，在二級反應(yīng)區(qū)投加絮凝劑和磁粉；所述一級反應(yīng)區(qū)和二級反應(yīng)區(qū)長寬比為1:1-1:2，水力停留時間分別為5-15min，所述一級反應(yīng)區(qū)絮凝劑為鐵系、鋁系、聚合硅酸鐵系、聚合硅酸鋁系藥劑中的一種，持續(xù)投加，投加量為10-15mg/L；所述二級反應(yīng)區(qū)絮凝劑為陰離子PAM，持續(xù)投加，投加量為1-3mg/L；所述二級反應(yīng)區(qū)磁粉為Fe3O4粉末，持續(xù)投加，投加量為1-50ppm。
優(yōu)選的，所述步驟(2)中磁生物高效絮凝沉淀池/器中絮凝沉淀區(qū)內(nèi)載有微生物菌膠團，并設(shè)計有生物污泥回流；所述沉淀區(qū)長寬比為1:1-1:5，表面負荷為0.5-2.5m/h，水力停留時間為1-2h。
優(yōu)選的，所述步驟(3)中磁性填料菌藻復(fù)合池池底填充礫石基質(zhì)，池內(nèi)間或布置磁性填料模塊、微藻以及曝氣裝置，模塊內(nèi)負載磁性填料；所述復(fù)合池的水力停留時間為24-72h；所述磁性填料主要成分為Fe3O4-牡蠣殼，是由廢棄牡蠣殼經(jīng)研磨粉粹，再按照質(zhì)量比例1：1-1：2與Fe3O4粉末混捏成球后形成。
優(yōu)選的，所述微藻選擇鞭金藻、海洋小球藻中的一種，投加量為30-50g/h，持續(xù)投加7-15天。
優(yōu)選的，所述步驟(4)中改性牡蠣壩寬度不低于1.5m，高度不低于2m，長度不低于5m，基礎(chǔ)采用鋼混結(jié)構(gòu)，兩側(cè)由多孔磚砌成；所述改性牡蠣壩多孔磚內(nèi)裝填的牡蠣粒徑為2-4cm；所述改性精細牡蠣壩中牡蠣粒徑為1-2cm。
優(yōu)選的，所述步驟(4)中生態(tài)除磷池采用土工池，池底鋪有沸石、火山石，池內(nèi)有蘆葦島導(dǎo)流墻、除磷生態(tài)基，池體內(nèi)的溶解氧為0-0.4mg/L；所述生態(tài)除磷池的水力停留時間為24-72h；所述沸石、火山石粒徑為1cm-5cm，比例為1:1-1:5；所述除磷生態(tài)基用量為5-100m2；所述除磷生態(tài)基表層涂有除磷絡(luò)合劑EDTA。
優(yōu)選的，所述磁性填料用量為1-20m3。
本發(fā)明中，暫存池內(nèi)設(shè)計有液位計，液位計與提升泵聯(lián)鎖，液位高于設(shè)定高值時，泵啟動，液位低于設(shè)定低值時，泵停止。通過液位聯(lián)鎖，解決來水不穩(wěn)定對系統(tǒng)造成沖擊的問題。
暫存池內(nèi)的尾水經(jīng)泵提升至磁生物高效絮凝沉淀池/器，在其內(nèi)與磁粉、微生物菌膠團等混合后，利用磁粉及微生物菌膠團的網(wǎng)捕卷掃、架橋吸附等作用，尾水中的懸浮物聚集成更大的顆粒物，從而逐漸沉降，絮凝沉淀區(qū)設(shè)計有收料器，絕大部分懸浮物沉降于此；同時池內(nèi)微生物菌膠團為主要成分的懸浮顆粒污泥，因與氧氣接觸和隔絕的條件各不相同，顆粒污泥自內(nèi)至外分別為厭氧-缺氧-好氧區(qū)域，分別由厭氧聚磷菌除磷、反硝化細菌脫氮、好氧硝化菌對有機氮、氨氮、有機磷等進行同化、吸收和降解，最終將大部分氮磷從尾水中脫除。
收料器內(nèi)的部分污泥經(jīng)自流進入污泥濃縮池濃縮，部分污泥經(jīng)管路輸送至進水口，與來水進行混合。污泥濃縮池內(nèi)經(jīng)重力沉降的污泥再經(jīng)污泥泵輸送至板框壓濾機或疊螺脫水機脫水至含水率低于70％后，轉(zhuǎn)移至餌料回收區(qū)加入好氧菌堆肥，最終實現(xiàn)餌料和排泄物的資源化利用。
出水自流進入磁性填料復(fù)合池，池底填充礫石基質(zhì)，池內(nèi)間或布置磁性填料模塊以及自供能微納米曝氣裝置，模塊內(nèi)負載磁性填料微顆粒，并設(shè)計有蘆葦/香蒲生態(tài)島。通過磁性填料Fe3O4中鐵緩釋作用和電子促進作用，物理脫除部分活性磷酸鹽并促進水體內(nèi)微生物的脫氮除磷作用。利用微藻(小球藻、鞭金藻等)對水環(huán)境中無機態(tài)離子(如:NH4+、NO3-、NO2-和H2PO4-)和有機態(tài)(如:尿素)N、P元素的吸收，利用微生物生長分解廢水中有機污染物釋放CO2，產(chǎn)生有機酸、生長素、無機鹽等,微藻光合作用吸收這些物質(zhì)并消耗水中的CO2，釋放O2，使得廢水中溶解氧增加，進而有利于微生物的新陳代謝。同時，利用蘆葦生長時對氮磷元素的吸收、同化作用，亦可消耗相當(dāng)量的氮磷。
磁性填料的主要成分為Fe3O4-牡蠣殼，是由廢棄牡蠣殼經(jīng)研磨粉粹，再與Fe3O4混捏成球后形成，其中Fe3O4作為一種磁性材料，同時含有Fe(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)，可通過水解緩慢釋放Fe2+和Fe3+，直接參與或促進微生物的脫氮除磷反應(yīng),并且通過自身的電磁特性可促進微生物間的電子傳遞，降低能量消耗，實現(xiàn)較長期對微生物生長的促進作用。
磁性填料中的牡蠣殼，其有效利用成分為碳酸鈣,具有多孔結(jié)構(gòu),具有較強的吸附作用，為生物膜的附著及形成創(chuàng)造了良好的條件。Fe3O4-牡蠣殼填料構(gòu)建了穩(wěn)定的鐵緩釋體系,在實現(xiàn)Fe2+和Fe3+強化脫氮作用的同時，可實現(xiàn)生物與化學(xué)協(xié)同作用的除磷效果。其中,化學(xué)除磷有效降低了鐵元素濃度,避免了因投加顆粒引發(fā)的二次污染。另外,鐵元素在自然環(huán)境普遍存在,自身毒性不大,且被細胞酶促反應(yīng)普遍依賴。鐵元素價態(tài)多,能夠在環(huán)境中持續(xù)發(fā)生氧化還原反應(yīng),傳遞電子,促進生物代謝反應(yīng)。除了參與氧化還原反應(yīng)外,四氧化三鐵粉自身具有磁性,局部磁場亦能促進生物代謝反應(yīng)。
自供能納米曝氣設(shè)備是一種新型高效率曝氣設(shè)施。其上配置的太陽能發(fā)電裝置可將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，再利用其特殊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和產(chǎn)氣機理，可以在水中產(chǎn)生直徑數(shù)十納米到幾個微米的氣泡，而傳統(tǒng)的微孔曝氣氣泡直徑在0.5-5mm之間。巨大的比表面積以及納米氣泡在水中“彌散”運動方式大大提高了空氣中氧的利用率。納米曝氣技術(shù)與常規(guī)微孔曝氣相比，具有無與倫比的動力效率。根據(jù)試驗測算，納米曝氣的氧轉(zhuǎn)移可以達到20-25％，是常規(guī)微孔曝氣氧利用率的5倍。
同時，蘆葦生長時可吸收大量的N、P元素，也可實現(xiàn)N和P的生態(tài)化脫除。磁性填料池出水經(jīng)牡蠣壩過濾，進入生態(tài)除磷池。
出水經(jīng)改性牡蠣壩(牡蠣殼粉粹后粒徑2cm-4cm)截留殘留懸浮物后，進入生態(tài)除磷池，池底鋪有沸石、火山石，池內(nèi)蘆葦島導(dǎo)流墻、除磷生態(tài)基，池體內(nèi)的溶解氧為0-0.4mg/L，此時反硝化細菌可以利用水中的有機物為能量源，并利用來自好氧池的硝態(tài)氮作為電子受體，將硝態(tài)氮還原為氮氣，進而最終實現(xiàn)水體中氮元素的脫除。
除磷生態(tài)基擁有較高的比表面積和較好的吸附性能，能在水中自由飄動，形成上中下立體結(jié)構(gòu)層，為微生物提供附著生長點。微生物富集于生態(tài)基表面形成生物膜，同時因為生物膜表層與內(nèi)部呈“好氧-兼氧-缺氧”的復(fù)合結(jié)構(gòu)微環(huán)境，可以在自然條件下實現(xiàn)硝化-反硝化過程，從而將水中離子態(tài)的氮轉(zhuǎn)化為氮氣從系統(tǒng)逸出，降低水中氮元素水平，抑制藻類爆發(fā)，降低內(nèi)源性污染釋放。通過生態(tài)基的安裝布置，實現(xiàn)了微生物的固定化技術(shù)，避免水體流動將有效微生物沖出系統(tǒng)，維持水體中有效微生物的數(shù)量，確保微生物系統(tǒng)的穩(wěn)定性和有效性，利于水質(zhì)的維持。同時，生態(tài)基表層涂有高效除磷功能的除磷絡(luò)合劑，可特異性與磷形成穩(wěn)定絡(luò)合物，除磷能力強，生態(tài)安全性高。
生態(tài)除磷池出水經(jīng)改性生態(tài)牡蠣壩(粒徑1cm-2cm)過濾去除懸浮物后，各項指標符合養(yǎng)殖尾水排放指標要求，達標排放或循環(huán)回用于養(yǎng)殖場補水。
本發(fā)明的工作原理是：
養(yǎng)殖尾水首先通過進水系統(tǒng)進入磁生物高效絮凝沉淀池，通過絮凝沉淀作用去除大部分餌料及動物排泄物，通過沉淀池內(nèi)的微生物菌膠團在厭氧/缺氧/好氧條件的脫氮除磷作用，去除尾水中一部分溶解性的氮磷；
尾水進入磁性填料復(fù)合池后，在磁性填料的鐵緩釋作用、電子促進作用以及絡(luò)合活性磷酸鹽作用下，利用微生物、微藻以及蘆葦?shù)耐臀兆饔�，脫除尾水中的氮磷；同時利用自供能納米曝氣裝置曝氣，微藻光合作用產(chǎn)生氧氣，好氧菌將尾水中的有機氮、氨氮等轉(zhuǎn)化成硝態(tài)氮，并通過缺氧狀態(tài)下反硝化細菌的作用，將廢水中的硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為氮氣而脫除。
出水經(jīng)牡蠣壩吸附、過濾，進入生態(tài)除磷池，利用池內(nèi)的沸石、火山石、生態(tài)除磷基為微生物提供的生長點，將殘留的氮、磷營養(yǎng)鹽同化、吸收；同時生態(tài)除磷基負載有除磷絡(luò)合劑，可特異性與磷形成穩(wěn)定絡(luò)合物，確保出水磷元素達標。
出水經(jīng)精細牡蠣壩吸附、過濾后，達標排放。
本發(fā)明采用“磁生物絮凝沉淀+磁性填料復(fù)合池+粗牡蠣壩+生態(tài)除磷池+精細牡蠣壩”工藝，最大限度、高效地進行養(yǎng)殖尾水資源化處理，以較低的系統(tǒng)占地面積和較低的能耗，實現(xiàn)了養(yǎng)殖尾水達標排放和餌料等的資源化利用。按照此工藝思路建設(shè)的海水養(yǎng)殖尾水處理系統(tǒng)，具有占地面積小(較常規(guī)工藝縮減約50％-60％)、污染物處理效率高(N、P處理效率提升約80％-90％)、系統(tǒng)能耗低且碳排放低、尾水有價值物料可資源化等特點。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：
(1)針對海水養(yǎng)殖尾水高蛋白飼料殘留、高排泄物量問題，根據(jù)飼料和排泄物在尾水中的不同存在形態(tài)，采用高效磁生物絮凝沉淀工藝，該工藝既可以通過高效絮凝沉淀去除餌料和排泄物，也可以通過微生物顆粒預(yù)降解去除部分N和P，降低后續(xù)處理單元的負荷。其所回收的飼料及動物排泄物，經(jīng)脫水裝置脫水后，經(jīng)消毒并堆肥，最終實現(xiàn)廢棄物的資源化。
(2)針對養(yǎng)殖尾水C/N/P比例失衡的問題，首先通過磁生物絮凝沉淀工藝中的絮凝沉淀作用，將由殘留飼料及動物排泄物緩釋帶來的氮磷污染去除，再通過磁生物絮凝沉淀工藝中的微生物顆粒以及后端池體中的微生物，利用好氧條件下硝化細菌作用及缺氧條件下的反硝化細菌作用，脫除總氮；利用厭氧條件下聚磷菌的同化和吸收作用，去除總磷，同時利用除磷生態(tài)基、磁性填料等加強脫氮除磷作用，并利用蘆葦?shù)认擦字参飳?/span>N、P的吸收，通過物理-植物-微生物三重作用，實現(xiàn)磷元素的脫除。
(3)針對傳統(tǒng)好氧曝氣能耗較高的問題，采用自供能微孔曝氣及微藻造氧，不需要額外設(shè)置風(fēng)機消耗電能，通過微孔曝氣和微藻光合作用造氣，以實現(xiàn)氧氣在水中的高效分布溶解，并最終確保好氧微生物所需氧氣的供給。
(4)精細牡蠣殼堆砌成生態(tài)過濾壩，既具有物理截留作用可脫除前端池體內(nèi)的懸浮物，又因具有微孔可負載微生物而具有吸附降解有機物的功能，輔助實現(xiàn)了懸浮物、COD、N、P的高效率去除。
(5)一種磁生物高效絮凝耦合菌藻復(fù)合處理養(yǎng)殖尾水的方法，具有占地面積小(較常規(guī)生化系統(tǒng)占地面積少約40％-60％)、污染物處理效率高(懸浮物去除率達95％以上，CODcr去除率達90％以上，N和P去除率達92％以上)、系統(tǒng)能耗低且碳排放低、尾水有價值物料可資源化等特點。
（發(fā)明人：高范;王顏亭;柳圭澤）
