申请日2020.03.02
公开(公告)日2020.05.12
IPC分类号C02F3/30; C02F101/30; C02F103/20
摘要
本发明公开了一种一体化斜坡式氧化沟污水处理系统用于水产异位养殖废水处理回用。为克服目前水产异位养殖废水采用三级塘处理不能调控、出水水质不稳定、占地多等问题，本发明适应土体斜坡池塘的特点，将原来的一级塘，根据水深做平面功能区隔，形成一个集水解酸化、硝化反硝化、固液分离于一体的斜坡推流氧化沟污水处理系统。氧化沟顺着斜坡倾斜的方向布设，使水流交替经过浅水和深水区以实现交替复氧和耗氧，避免依赖机械供氧。另，设置高位池分质进水、为酸化沟和氧化沟分设回流装置。这样，系统运行可调控，能适应出水要求、进水、气候、季节、天气等变化，处理效率也大大提高，显著节约用地。本系统还可用于广大农村地区的村镇生活污水处理。
权利要求书
1.一种一体化斜坡式氧化沟污水处理系统，其特征在于，以一个水池或池塘为载体，在该水池或池塘内周边的某一部分或几部分或全部建有斜坡(1)，将这种水池或池塘在平面上根据水深进行功能区隔，将中部深水区作为水解酸化区和固液分离区分别建酸化沟(6)和沉淀池(9)，塘边浅水区作为复氧区，斜坡区建氧化沟作为交替好氧-兼氧/厌氧反应区(8)，形成一个带有高位池(3)分质进水、酸化沟回流装置(7)及氧化沟回流装置(14)的、在单池或单塘内多个功能单元一体化的污水或废水处理系统。
2.根据权利要求1所述的一体化斜坡式氧化沟污水处理系统，其特征在于，所述的斜坡式氧化沟(8)主体系顺着水池或池塘边坡倾斜的方向布设，必要时氧化沟的轴线也可与最大坡度线有一定夹角。凡是利用斜坡构造斜坡式氧化沟的方案都是本发明保护的范围。
3.根据权利要求1所述的一体化斜坡式氧化沟污水处理系统，其特征在于，所述的氧化沟的污水和污泥回流分别从滗水器(10)和污泥池(11)中取水或污泥，利用控制阀(12)和(13)分别控制，回流污水和污泥合流后经由泵(14)和管道(15)送到在氧化沟选定的位置。
4.根据权利要求1所述的一体化斜坡式氧化沟污水处理系统，其特征在于，所述的酸化沟单独设有回流泵和控制阀(7)，酸化沟回流污水与进入系统的原污水在泵的进水管合流后经泵和布水器(5)重回酸化沟。
5.根据权利要求1所述的一体化斜坡式氧化沟污水处理系统，其特征在于，所述的原污水进水管(2)在高位池(3)中部的切线方向与高位池连接，处理系统进水管(4)设有支管分别连接于高位池(3)的表层和底部，支管上各设控制阀。
6.根据权利要求1所述的一体化斜坡式氧化沟污水处理系统，其特征在于，所述的沉淀池(9)利用所述的池塘或水池的边坡和部分深水区形成。
说明书
一体化斜坡式氧化沟污水处理系统
技术领域
本发明涉及一种水产异位养殖废水处理回用成套技术，尤其是提出一种新式氧化沟
背景技术
水产养殖是我国一个重要的农业领域，但其对水资源的大量占用和污染使传统养殖模式的转型日益迫在眉睫。我国引进和应用工业化养殖技术已历经了三四十年的曲折，除了其他若干因素外，如何做到经济有效地处理废水回用一直是一个瓶颈。养殖废水处理回用不仅要求水质净化，而且要有良好的微生态以利鱼虾生长和病害防治，后者通常需要室外的自然过程来实现。多年来，针对水产养殖污水多集焦于开发一些药剂或成套设备用于原位或异位处理，而适应工业化水产养殖的要求而又可因地制宜实施的技术方法则远未成熟。近两年，农业农村部等10部委及各地政府正在大力推广一种新型户外异位养殖、异位处理养殖废水回用技术。该技术将鱼虾养在陆基集装箱中，排出的废水滤去饵料残渣和粪便后排入“三级氧化塘”系统处理，再循环回用到集装箱中。三级塘的第一级水深4.0米多，称为“厌氧沉淀池”;第二级水深2.0-3.5米，称为“生态净化池”;第三级水深2.0米左右，称为“曝气取水池”，废水在此塘内经藻类光合作用复氧或必要时曝气增氧后，抽取回用。也有增加到三级以上或增加人工湿地的设计。这种异位养殖技术能显著增加单位产量、提高产品品质、实现养殖废水零排放，已在23个省份建有100多个应用推广示范基地。
上述异位养殖废水处理方案适应回用养殖的要求，正确地遵循了生态处理的技术路线，但还存在重大不足而亟待改进。首先，氧化塘系统占地多。第二，氧化塘系统是一个十分依赖自然光热而不可控的系统，面对养殖废水水质随时间变化、光热昼夜变化、天气变化、气候季节与地域变化等，无法进行适应性调控，以致废水处理效果变化较大，一些情况下甚至达不到所需的出水水质要求，造成病害。另外，为了使回用水具有水产养殖所需的良好藻相，被处理的废水中需要保留氮、磷等营养物质的一个适当的总量及其相互比例，以正好满足后续池塘中藻类生长的需要，并能根据藻类品种和浓度要求进行调节，从而尽量保持系统自身的物质循环平衡，减少人为往系统中投加物质，也使最终取用的水水质更好。对这种精细的调控要求，目前的处理方案就更加无法做到。
利用已有的城市污水集中处理技术与方法解决上述问题也是不可行的。在异位养殖中，通常一组集装箱为一个独立的循环单元，各单元因养殖品种和周期不同对回用水水质的要求是不同的;并且，如果对一个基地建一个集中废水处理和循环系统，一旦发生病害就会影响整个基地。而在每个单元必须单独配置废水处理循环系统的条件下，就需要找到在功能上能满足要求、投资和运行费用省、运行管理简单、能因地制宜、且与水产养殖所需的生态环境相协调的技术。即使如当今在中小型污水处理厂被大量采用的各型氧化沟，也无不需要持续机械曝气，消耗能源。
发明内容
为了使异位水产养殖废水处理过程可控，以适应各种变化条件和对接下游养藻对营养物质的动态需求，同时提高效率，节省用地，生态适宜，本发明提供一种一体化斜坡式氧化沟污水处理系统应用于原有的“三级塘”的一级塘。所述系统仍以原来的在农业地区水产养殖中普遍使用的土体斜坡池塘为基础，在已有的防渗层之上增加导流设施，使原来的一级塘成为集水解酸化、交替好氧-兼氧/厌氧反应、以及固液分离过程于一体的斜坡推流氧化沟污水处理系统。本发明采用的技术方案和核心创新点是：
1.对池塘进行功能区隔。针对必须有稳定的斜坡的土体池塘，将其在平面上进行明晰的功能区隔：将池塘中部深水区作为水解酸化区和固液分离区分别建酸化沟和沉淀池，塘边浅水区作为复氧区，斜坡区作为交替好氧-兼氧/厌氧反应区。这一区隔可根据池塘的几何形状灵活布局，并做相应的系统设计。
2.在斜坡上布设氧化沟。将导流板顺着斜坡倾斜的方向布置形成氧化沟，利用池塘的斜坡使水流反复交替由浅水区流到深水区又回到浅水区，从而反复经历复氧和缺氧，亦即好氧-兼氧-厌氧-兼氧-好氧反应过程，无须像传统的氧化沟那样利用机械曝气间隔增氧。
3.在上述系统中设置多个回流和进出水控制机制。在系统前端利用高位水池分质进水、又对水解酸化沟和氧化沟分别设置回流控制装置，以维持工艺的持续正常运转，并实现对系统运行过程和出水水质的有效操控。
构建底坡倾斜的氧化沟使水深和流速交替变化、自然复氧，避免机械曝气、节省能源，是本发明的特别创意。在有条件或必要的情况下，也可建造一种池塘或水池，其周边仅有部分或几部分有斜坡，从而在斜坡上布设氧化沟，达成在氧化沟中水深和流速交替变化的效果。为达到这一效果，必要时氧化沟的轴线也可与最大坡度线有一定夹角。
本发明系统的工作原理与操控方法(可参见附图)：
第一步，酸化水解大分子有机物。原始养殖污水从高位池首先流入水解酸化沟，该酸化沟处于池塘深水区因而形成缺氧条件，厌氧酸化菌在此发酵，将大分子有机物降解成小分子，从而有利于后续的进一步氧化降解。在这一步，有两个调控手段。一个是适应气温变化引起酸化沟负荷承载力变化，通过控制酸化沟进水管从高位池表层或底部的取水量来控制进入酸化沟的有机负荷;这一控制也可以根据后续处理单元对碳源的动态需求不同而进行。另一控制手段是通过酸化沟回流泵控制阀控制酸化沟的回流量。酸化沟回流的第一个作用是回流部分酸化菌以维持酸化沟中酸化反应的持续性，第二个作用就是通过调控回流率使酸化处理达到既定的负荷目标，该目标是根据需要而变化的。
第二步，斜坡推流好氧-兼氧/厌氧硝化反硝化。污水从酸化沟出来后，首先在池塘边的浅水沟中经历一段时间的复氧，然后进入长长的斜坡推流氧化沟。在此阶段，污水反复交替地由浅水区流入深水区又流回浅水区，流速也交替变化，从而造成复氧-缺氧-复氧的反复交替变化。好氧和厌氧菌将在此环境中共生，从而实现持续高效的硝化和反硝化反应。与传统的氧化沟采用时空交替的机械曝气相比，斜坡推流氧化沟通过反复改变水深和流速实现自然复氧，不消耗能源。在此阶段，可通过调控污水、污泥回流量来操控处理出水水质。首先，污泥回流是为了回流细菌以维持系统的功能持续;其次，通过控制总回流比及回流的污水/污泥比取得所需的出水水质目标，该目标也是根据需要而变化的。这一控制还可以通过在回流管上设支管接入斜坡推流氧化沟的不同部位而进一步精细化。
第三步，沉淀固液分离。污水经过斜坡推流氧化沟之后，再经过一段塘边浅沟的复氧，然后进入设在池塘一端、占有部分深水区的沉淀池，水中污泥在此沉淀实现固液分离。如长时间运转出现多余污泥，可从污泥池中抽出用作肥料。
采用上述系统带来的有益效果包括：
1.提高了池塘空间利用效率。本发明在池塘斜坡上布设氧化沟，通过强化自然复氧强化处理过程，并在单塘中完成全部处理工艺，大大提高了空间利用效率。这样，处理同样数量的污水所需的池塘面积显著减少，特别是现有“三级塘”系统中的第二级塘及湿地可以取消，如此应用于大规模生产可节约大量土地。
2.实现了出水水质可调控。由于进水负荷、酸化沟和氧化沟的运行分别可调控，因此可根据后续养藻对营养物质的需求调控出水水质，从而尽量维持系统物质循环自平衡。本系统也可因应来流水质水量因各种原因造成的各种变化，以及天气、季节、气候的变化，对运行过程进行调控，与原技术比较，适应性大大增强。
3.节能节耗。在斜坡上布设氧化沟省去了机械曝气;利用前置高位池保留养殖箱与池塘水面的水位落差，使系统内的水流部分为势能推动;有条件的地方，还可利用太阳能为低水头回流泵提供能源;系统的导流墙采用塑料板材或有机玻璃，造价低，建造简单。
4.生态适宜。本发明技术方案利用的基础设施仍然是农业地区普遍使用的土体斜坡池塘，与水产养殖所处的生态环境完全协调。
此外，所发明的系统为下一步的水产异位养殖智能化的废水处理智能化部分奠定了坚实的基础。（发明人郭振仁）