申请日2019.07.18
公开(公告)日2019.10.01
IPC分类号C02F3/12; C02F3/32
摘要
本发明属于养殖废水处理技术领域，具体涉及一种高效处理水产养殖废水的方法及装置。本发明提出的一种高效、经济、环保处理水产养殖废水的方法及装置，将微藻引入SBR反应器：通过缺氧/好氧设置，对水产养殖废水中的抗生素以及COD、氮磷等营养物质达到有效去除和回收;本发明相对于普通的SBR反应器，在保证了对于常规有机物和营养物质去除效率的同时，提高了对抗生素的去除效果;微藻光合作用产生的氧气提供了好氧条件所需要的曝气量，运行节能;同时混合污泥具有良好的沉降性能有利于微藻的收获，通过对这些生物质的回收达到对污水中的营养物质的利用。
权利要求书
1.一种高效处理水产养殖废水的方法，其特征在于;指运用光序批式生物反应器和相应的运行工艺来实现水产养殖废水的高效处理，该处理方法的基本过程是：将水产养殖废水从进水池通过蠕动泵泵入光生物反应器柱体内，通过PLC系统控制搅拌装置、曝气泵、LED灯管和出水电磁阀的运行，经过单段或多段氧厌/好氧设置，以提高对水产养殖废水抗生素、COD及氮磷等营养物质的去除效果，具体步骤如下：
(1)活性污泥驯化，连续通入水产养殖废水进入光生物反应器柱体内，使光生物反应器柱体稳定;待光生物反应器柱体稳定后，水产养殖废水从进水池通过蠕动泵泵入光生物反应器柱体内;
(2)在光生物反应器柱体内接种微藻和污泥;
(3)开启搅拌装置，厌氧条件下反应;
(4)开启外加LED灯管和曝气泵，好氧条件下反应;
(5)关闭外加LED灯管和曝气泵，将藻泥混合液静置沉淀，排出上清液;
(6)闲置，根据需要重复步骤 (3)～(6);
(7)定期排出步骤(5)沉淀下来的藻泥。
2.根据权利要求1所述的一种高效处理水产养殖废水的方法，其特征在于;步骤(1)中调节蠕动泵进水速度选择10rpm、20rpm或30rpm中的一种，进水时间5-15min，每次进水量为4-20L。
3.根据权利要求1所述的一种高效处理水产养殖废水的方法，其特征在于;步骤(2)中光生物反应器柱体中接种微藻可选用小球藻、栅藻、衣藻、绿球藻或蓝藻中的一种或多种组合，接种污泥可选用厌氧活性污泥或好氧活性污泥中的一种或两种组合，接种微藻和接种污泥的生物量比例(单位以g/L计)可选用1:5、1:10、1:15、1:20中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种高效处理水产养殖废水的方法，其特征在于;步骤(3)中控制搅拌装置的搅拌速度为30-100转/min。
5.根据权利要求1所述的一种高效处理水产养殖废水的方法，其特征在于;水产养殖废水在光生物反应器柱体内的水力停留时间为8-24h。
6.根据权利要求1所述的一种高效处理水产养殖废水的方法，其特征在于;步骤(4)中LED灯管光照采用自然光照和人工光源补偿的方式运行，光照强度为6000-15000lx。
7.一种如权利要求1所述的高效处理水产养殖废水的装置，其特征在于;由进水池、光生物反应器柱体、搅拌器、曝气泵、微孔曝气管、LED灯管、电磁阀、出水箱和 PLC系统组成，进水池通过蠕动泵和管道连接光生物反应器柱体顶部，光生物反应器柱体中下部通过管道和电磁阀连接出水箱，光生物反应器柱体通过进水池由蠕动泵泵入，出水通过重力作用流入出水箱，光生物反应器柱体内设置有搅拌装置和微孔曝气管，所述微孔曝气管通过管道和曝气泵连接PLC系统，光生物反应器柱体一侧设有LED灯管，所述PLC系统分别连接蠕动泵和电磁阀。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：光生物反应器柱体材质选用透明有机玻璃、玻璃或树脂中的一种，构型可采用箱型、管装或柱形中的一种，直径为10-50cm。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：光生物反应器柱体中间设置了搅拌装置以保持体系的均一性，搅拌装置的搅拌扇叶直径为6-9cm，根据实际情况而定，其材质选用PVC、UPVC、铜、PE、PP或不锈钢中的一种或多种组合。
说明书
一种高效处理水产养殖废水的方法及装置
技术领域
本发明属于生态环境保护领域，具体涉及一种高效处理水产养殖废水的方法及装置。
背景技术
随着世界人口的增长和人类对优质蛋白质需求的增加，水产品的需求量在逐渐增大，各主要渔业国家更加关注水产养殖业，使其迅速成为世界食品生产中发展最快的产业之一。集约化水产养殖在国内外迅速发展，我国养殖产量已占到世界养殖产量的2/3左右。在水产养殖过程中投放的饲料残余、排泄物形成的污染物，使得养殖水体日趋富营养化。同时，抗生素的普遍投用使得养殖水体中抗生素被普遍检出，部分抗生素浓度达到微克/升级别。水产养殖废水若不进行妥善处理，将会影响水生生物的生长，排入环境中的抗生素同时会造成抗性基因的传播。由于我国水产养殖仍采用大引大排的方式，极大地消耗了水资源，且易污染周边环境。
与城市生活污水和工业废水相比，水产养殖水污染有其独特的特点，即潜在污染物含量低、一次排水量大、与常见陆源污水存在差异，处理难度大大增加。根据作用机理的不同，目前对水产养殖废水的处理方法主要采用生态处理法，如特殊基质的人工湿地、生态沟渠等，但该法对污染物去除效果较差、抗冲击能力低下，且对水产养殖废水中的新型污染物没有去除功效。因此，亟需一种成本低廉、处理效果好的水产养殖废水的处理技术。
利用农业废水中的营养物质生产藻类生物质用于可再生能源的原料是目前国内外的一个研究热点，但针对利用微藻实现水产养殖废水资源化处理的研究仍然较少，只见有采用微藻反应器处理污水的。如利用序批式微藻反应器去除污水中氮磷的方法(专利号：CN2014106033920) 公开了一种利用序批式微藻反应器去除生活污水中氮磷的方法，该方法用微藻代替活性污泥作为反应主体，以单个可编程控制的序批式反应器作为微藻光生物反应器，通过控制反应器内的微藻浓度，在较短停留时间内，一步实现了对污水中氮、磷的高效去除，但其必须要求废水污染物为高浓度，也未对去除新型污染物有针对性去除要求。
针对上述问题，本发明提出一种高效、经济、环保的方法和装置用于水产养殖废水处理。设计了光序批式生物反应器去除水产养殖废水中抗生素以及COD和氮磷等营养物质，控制反应条件实现了水产养殖废水的有效净化;利用了微藻和菌群的共生关系，降低系统对CO2的需求，微藻光合作用亦可增加水中的溶解氧，节省反应器的部分曝气功耗，达到对资源的有效利用。
发明内容
本发明的目的在于针对目前水产养殖废水中抗生素以及COD、氮磷等营养质物无法被有效去除的现状，提供一种高效处理水产养殖废水的方法及装置。
本发明提出的一种高效处理水产养殖废水的方法，主要是指运用光序批式生物反应器和相应的运行工艺来实现水产养殖废水的高效处理，该处理方法的基本过程是：将水产养殖废水从进水池通过蠕动泵泵入光生物反应器柱体内，通过PLC系统控制搅拌装置、曝气泵、LED灯管和出水电磁阀的运行，经过单段或多段氧厌/好氧设置，以提高对水产养殖废水抗生素、COD及氮磷等营养物质的去除效果，具体步骤如下：
(1)活性污泥驯化，连续通入水产养殖废水进入光生物反应器柱体内，使光生物反应器柱体稳定;待光生物反应器柱体稳定后，水产养殖废水从进水池通过蠕动泵泵入光生物反应器柱体内;
(2)在光生物反应器柱体内接种微藻和污泥;
(3)开启搅拌装置，厌氧条件下反应;
(4)开启外加LED灯管和曝气泵，好氧条件下反应;
(5)关闭外加LED灯管7和曝气泵，将藻泥混合液静置沉淀，排出上清液;
(6)闲置，根据需要重复步骤 (3)～(6);
(7)定期排出步骤(5)沉淀下来的藻泥。
本发明中，步骤(1)中调节蠕动泵进水速度可选择10rpm、20rpm、30rpm中的一种，进水时间5-15min，每次进水量为4-20L。
本发明中，步骤(2)中光生物反应器柱体中接种微藻可选用小球藻、栅藻、衣藻、绿球藻或蓝藻中的一种或多种组合，接种污泥可选用厌氧活性污泥或好氧活性污泥中的一种或两种组合，接种微藻和接种污泥的生物量比例(单位以g/L计)可选用1:5、1:10、1:15、1:20中的一种。
本发明中，步骤(3)中控制搅拌装置的搅拌速度为30-100转/min。
本发明中，水产养殖废水在光生物反应器柱体3内的水力停留时间为8-24h。
本发明中，步骤(4)中LED灯管7光照采用自然光照和人工光源补偿的方式运行，光照强度为6000-15000lx(光强的中文单位名称)。
本发明提出的高效处理水产养殖废水的装置，由进水池1、光生物反应器柱体3、搅拌器4、曝气泵5、微孔曝气管6、LED灯管7、电磁阀8、出水箱9和 PLC系统10组成，进水池1通过蠕动泵2和管道连接光生物反应器柱体3顶部，光生物反应器柱体3中下部通过管道和电磁阀8连接出水箱9，光生物反应器柱体3通过进水池1由蠕动泵2泵入，出水通过重力作用流入出水箱9，光生物反应器柱体3内设置有搅拌装置4和微孔曝气管6，所述微孔曝气管6通过管道和曝气泵5连接PLC系统10，光生物反应器柱体3一侧设有LED灯管7，所述PLC系统10分别连接蠕动泵2和电磁阀8。
本发明中，光生物反应器柱体3材质可选用透明有机玻璃、玻璃或树脂中的一种，构型可采用箱型、管装或柱形中的一种，直径为10-50cm。
本发明中，光生物反应器柱体3中间设置了搅拌装置以保持体系的均一性，搅拌装置的搅拌扇叶直径为6-9cm，根据实际情况而定，其材质可以选用PVC、UPVC、铜、PE、PP或不锈钢中的一种或多种组合。
本发明的有益效果如下：(1)光序批式生物反应器中使用藻菌共生系统代替原有的活性污泥系统，藻类以阳光作为能量来源，利用水体中营养物质形成自身的细胞物质，提高了系统对COD的去除率;(2)在此过程中藻类释放出氧气用于菌群对有机物和其它营养物质的氧化作用，可以有效提高抗生素及氮磷的去除效率;(3)藻类作为抗生素的非靶标生物，可以降低抗性基因的产生和传播;(4)藻类光合作用产生的氧气得到充分利用，降低了系统的曝气能耗，同时收获生长的微藻可以作为家畜的精饲料。（发明人叶建锋;梁珺宇;刘辉;姚雨亨;宋召凤;钱锐）