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
本發明公開了一種磁生物高效絮凝耦合菌藻復合處理養殖尾水的方法，屬海水養殖尾水處理領域。步驟如下：養殖尾水經管路收集進入暫存池；暫存池內尾水經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，部分污泥經管路輸送至進水口與來水混合；菌藻復合池處理尾水經改性牡蠣壩過濾進入生態除磷池，生態除磷池出水經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，達標排放或循環回用于養殖場補水。本發明具有具有占地面積小、污染物處理效率高、系統能耗低且碳排放低、尾水有價值物料可資源化等特點。
權利要求書
1.一種磁生物高效絮凝耦合菌藻復合處理養殖尾水的方法，其特征在于，包括如下步驟：(1)排放的海水養殖尾水經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/器分為加藥反應區、絮凝沉淀區、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合池進行脫氮除磷，絮凝沉淀所得部分污泥經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)菌藻復合池處理尾水經改性牡蠣壩過濾進入生態除磷池，生態除磷池出水經改性精細牡蠣壩截留殘留懸浮物后出水。
2.如權利要求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，采用鋼筋混凝土結構池體。
3.如權利要求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/器中加藥反應區分別一級反應區和二級反應區，在一級反應區投加絮凝劑，在二級反應區投加絮凝劑和磁粉；所述一級反應區和二級反應區長寬比為1:1-1:2，水力停留時間分別為5-15min，所述一級反應區絮凝劑為鐵系、鋁系、聚合硅酸鐵系、聚合硅酸鋁系藥劑中的一種，持續投加，投加量為10-15mg/L；所述二級反應區絮凝劑為陰離子PAM，持續投加，投加量為1-3mg/L；所述二級反應區磁粉為Fe3O4粉末，持續投加，投加量為1-50ppm。
4.如權利要求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/器中絮凝沉淀區內載有微生物菌膠團，并設計有生物污泥回流；所述沉淀區長寬比為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)中磁性填料菌藻復合池池底填充礫石基質，池內間或布置磁性填料模塊、微藻以及曝氣裝置，模塊內負載磁性填料；所述復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，是由廢棄牡蠣殼經研磨粉粹，再按照質量比例1：1-1：2與Fe3O4粉末混捏成球后形成。
6.如權利要求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，持續投加7-15天。
7.如權利要求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，基礎采用鋼混結構，兩側由多孔磚砌成；所述改性牡蠣壩多孔磚內裝填的牡蠣粒徑為2-4cm；所述改性精細牡蠣壩中牡蠣粒徑為1-2cm。
8.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(4)中生態除磷池采用土工池，池底鋪有沸石、火山石，池內有蘆葦島導流墻、除磷生態基，池體內的溶解氧為0-0.4mg/L；所述生態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；所述除磷生態基用量為5-100m2；所述除磷生態基表層涂有除磷絡合劑EDTA。
9.如權利要求5所述的方法，其特征在于，所述磁性填料用量為1-20m3。
發明內容
本發明的目的在于提供一種磁生物高效絮凝耦合菌藻復合處理養殖尾水的方法，通過工藝系統的耐水量沖擊性能以降低調節池池容，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餌料的資源化，最終確保尾水達標排放的同時，實現尾水的資源化利用。
為達上述目的，本發明采用如下的技術方案：
一種磁生物高效絮凝耦合菌藻復合處理養殖尾水的方法，包括如下步驟：
(1)排放的海水養殖尾水經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/器分為加藥反應區、絮凝沉淀區、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合池進行脫氮除磷，絮凝沉淀所得部分污泥經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)菌藻復合池處理尾水經改性牡蠣壩過濾進入生態除磷池，生態除磷池出水經改性精細牡蠣壩截留殘留懸浮物后出水。
優選的，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，采用鋼筋混凝土結構池體。
優選的，所述步驟(2)中磁生物高效絮凝沉淀池/器中加藥反應區分別一級反應區和二級反應區，在一級反應區投加絮凝劑，在二級反應區投加絮凝劑和磁粉；所述一級反應區和二級反應區長寬比為1:1-1:2，水力停留時間分別為5-15min，所述一級反應區絮凝劑為鐵系、鋁系、聚合硅酸鐵系、聚合硅酸鋁系藥劑中的一種，持續投加，投加量為10-15mg/L；所述二級反應區絮凝劑為陰離子PAM，持續投加，投加量為1-3mg/L；所述二級反應區磁粉為Fe3O4粉末，持續投加，投加量為1-50ppm。
優選的，所述步驟(2)中磁生物高效絮凝沉淀池/器中絮凝沉淀區內載有微生物菌膠團，并設計有生物污泥回流；所述沉淀區長寬比為1:1-1:5，表面負荷為0.5-2.5m/h，水力停留時間為1-2h。
優選的，所述步驟(3)中磁性填料菌藻復合池池底填充礫石基質，池內間或布置磁性填料模塊、微藻以及曝氣裝置，模塊內負載磁性填料；所述復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，是由廢棄牡蠣殼經研磨粉粹，再按照質量比例1：1-1：2與Fe3O4粉末混捏成球后形成。
優選的，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，持續投加7-15天。
優選的，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，基礎采用鋼混結構，兩側由多孔磚砌成；所述改性牡蠣壩多孔磚內裝填的牡蠣粒徑為2-4cm；所述改性精細牡蠣壩中牡蠣粒徑為1-2cm。
優選的，所述步驟(4)中生態除磷池采用土工池，池底鋪有沸石、火山石，池內有蘆葦島導流墻、除磷生態基，池體內的溶解氧為0-0.4mg/L；所述生態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；所述除磷生態基用量為5-100m2；所述除磷生態基表層涂有除磷絡合劑EDTA。
優選的，所述磁性填料用量為1-20m3。
本發明中，暫存池內設計有液位計，液位計與提升泵聯鎖，液位高于設定高值時，泵啟動，液位低于設定低值時，泵停止。通過液位聯鎖，解決來水不穩定對系統造成沖擊的問題。
暫存池內的尾水經泵提升至磁生物高效絮凝沉淀池/器，在其內與磁粉、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，絮凝沉淀區設計有收料器，絕大部分懸浮物沉降于此；同時池內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，顆粒污泥自內至外分別為厭氧-缺氧-好氧區域，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。
收料器內的部分污泥經自流進入污泥濃縮池濃縮，部分污泥經管路輸送至進水口，與來水進行混合。污泥濃縮池內經重力沉降的污泥再經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，轉移至餌料回收區加入好氧菌堆肥，最終實現餌料和排泄物的資源化利用。
出水自流進入磁性填料復合池，池底填充礫石基質，池內間或布置磁性填料模塊以及自供能微納米曝氣裝置，模塊內負載磁性填料微顆粒，并設計有蘆葦/香蒲生態島。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微生物的脫氮除磷作用。利用微藻(小球藻、鞭金藻等)對水環境中無機態離子(如:NH4+、NO3-、NO2-和H2PO4-)和有機態(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，產生有機酸、生長素、無機鹽等,微藻光合作用吸收這些物質并消耗水中的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,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,具有多孔結構,具有較強的吸附作用，為生物膜的附著及形成創造了良好的條件。Fe3O4-牡蠣殼填料構建了穩定的鐵緩釋體系,在實現Fe2+和Fe3+強化脫氮作用的同時，可實現生物與化學協同作用的除磷效果。其中,化學除磷有效降低了鐵元素濃度,避免了因投加顆粒引發的二次污染。另外,鐵元素在自然環境普遍存在,自身毒性不大,且被細胞酶促反應普遍依賴。鐵元素價態多,能夠在環境中持續發生氧化還原反應,傳遞電子,促進生物代謝反應。除了參與氧化還原反應外,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。
自供能納米曝氣設備是一種新型高效率曝氣設施。其上配置的太陽能發電裝置可將太陽能轉化為電能，再利用其特殊的內部結構和產氣機理，可以在水中產生直徑數十納米到幾個微米的氣泡，而傳統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。納米曝氣技術與常規微孔曝氣相比，具有無與倫比的動力效率。根據試驗測算，納米曝氣的氧轉移可以達到20-25％，是常規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N和P的生態化脫除。磁性填料池出水經牡蠣壩過濾，進入生態除磷池。
出水經改性牡蠣壩(牡蠣殼粉粹后粒徑2cm-4cm)截留殘留懸浮物后，進入生態除磷池，池底鋪有沸石、火山石，池內蘆葦島導流墻、除磷生態基，池體內的溶解氧為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氮作為電子受體，將硝態氮還原為氮氣，進而最終實現水體中氮元素的脫除。
除磷生態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，形成上中下立體結構層，為微生物提供附著生長點。微生物富集于生態基表面形成生物膜，同時因為生物膜表層與內部呈“好氧-兼氧-缺氧”的復合結構微環境，可以在自然條件下實現硝化-反硝化過程，從而將水中離子態的氮轉化為氮氣從系統逸出，降低水中氮元素水平，抑制藻類爆發，降低內源性污染釋放。通過生態基的安裝布置，實現了微生物的固定化技術，避免水體流動將有效微生物沖出系統，維持水體中有效微生物的數量，確保微生物系統的穩定性和有效性，利于水質的維持。同時，生態基表層涂有高效除磷功能的除磷絡合劑，可特異性與磷形成穩定絡合物，除磷能力強，生態安全性高。
生態除磷池出水經改性生態牡蠣壩(粒徑1cm-2cm)過濾去除懸浮物后，各項指標符合養殖尾水排放指標要求，達標排放或循環回用于養殖場補水。
本發明的工作原理是：
養殖尾水首先通過進水系統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合池后，在磁性填料的鐵緩釋作用、電子促進作用以及絡合活性磷酸鹽作用下，利用微生物、微藻以及蘆葦的同化和吸收作用，脫除尾水中的氮磷；同時利用自供能納米曝氣裝置曝氣，微藻光合作用產生氧氣，好氧菌將尾水中的有機氮、氨氮等轉化成硝態氮，并通過缺氧狀態下反硝化細菌的作用，將廢水中的硝態氮轉化為氮氣而脫除。
出水經牡蠣壩吸附、過濾，進入生態除磷池，利用池內的沸石、火山石、生態除磷基為微生物提供的生長點，將殘留的氮、磷營養鹽同化、吸收；同時生態除磷基負載有除磷絡合劑，可特異性與磷形成穩定絡合物，確保出水磷元素達標。
出水經精細牡蠣壩吸附、過濾后，達標排放。
本發明采用“磁生物絮凝沉淀+磁性填料復合池+粗牡蠣壩+生態除磷池+精細牡蠣壩”工藝，最大限度、高效地進行養殖尾水資源化處理，以較低的系統占地面積和較低的能耗，實現了養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的海水養殖尾水處理系統，具有占地面積小(較常規工藝縮減約50％-60％)、污染物處理效率高(N、P處理效率提升約80％-90％)、系統能耗低且碳排放低、尾水有價值物料可資源化等特點。
與現有技術相比，本發明具有如下有益效果：
(1)針對海水養殖尾水高蛋白飼料殘留、高排泄物量問題，根據飼料和排泄物在尾水中的不同存在形態，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降解去除部分N和P，降低后續處理單元的負荷。其所回收的飼料及動物排泄物，經脫水裝置脫水后，經消毒并堆肥，最終實現廢棄物的資源化。
(2)針對養殖尾水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，同時利用除磷生態基、磁性填料等加強脫氮除磷作用，并利用蘆葦等喜磷植物對N、P的吸收，通過物理-植物-微生物三重作用，實現磷元素的脫除。
(3)針對傳統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，不需要額外設置風機消耗電能，通過微孔曝氣和微藻光合作用造氣，以實現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過濾壩，既具有物理截留作用可脫除前端池體內的懸浮物，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合處理養殖尾水的方法，具有占地面積小(較常規生化系統占地面積少約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)、系統能耗低且碳排放低、尾水有價值物料可資源化等特點。
（發明人：高范;王顏亭;柳圭澤）
