CN110282831B - 菌藻共生光生物反应器耦合人工湿地污水处理装置及其处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种菌藻共生光生物反应器耦合人工湿地污水处理装置及其处理方法。所述的装置包括进水箱、光生物反应器和人工湿地；进水箱通过进水管连接光生物反应器，进水管上设置有进水泵，光生物反应器中部设置有内筒，光生物反应器通过出水管连接人工湿地；人工湿地中设置有进水隔板，所述的人工湿地通过隔板分隔为湿地处理单元，臭氧消毒单元以及膜处理单元。所述方法包括以下步骤：将待处理废水依次经过光生物反应器和人工湿地，反应过程中开启光源和曝气风机，经光生物反应器以及湿地处理单元、臭氧消毒单元、膜处理单元处理后达标排放或回用。本发明采用光生物反应器耦合人工湿地处理水产养殖尾水并采用PLC一体化控制，解决了此类废水的处理难题。

Description

菌藻共生光生物反应器耦合人工湿地污水处理装置及其处理 方法

技术领域

本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种菌藻共生光生物反应器耦合人工湿地污水处理装置及其处理方法。

背景技术

水产养殖是我国淡水养殖中是最重要的组成部分，受水资源、土地面积缺乏等先天因素和养殖基础设施差、环境污染重、生产力下降等多重因素影响，尤其是随着集约化水产养殖模式的迅猛发展，水质恶化和废水排放直接制约了养殖产业的可持续发展。养殖过程中饵料的排放、残饵的分解、排泄物的产生以及化学药品和抗生素的使用等，使水体中营养物质、有机碎屑等严重超标，导致养殖水域生态系统失衡，病害滋生，加剧了水体环境恶化程度。直接利用或循环回用养殖水体对鱼类危害极大，必须经处理后才可以作为养殖用水。水产养殖尾水中的主要污染物有氨氮、亚硝酸盐、有机物、磷等，氨氮是水生动物的排泄物，也是残饵、粪便及动植物尸体等含氮有机物分解的终产物，容易造成水体恶化，对养殖动物产生毒性。亚硝酸盐对鱼类有很强的毒性，它的存在可导致鱼、虾血液中的亚铁血红蛋白被氧化成高铁亚铁血红蛋白，而后者不能运载氧气，从而抑制血液的载氧能力，造成组织缺氧，水生动物摄食能力下降，甚至死亡。有机物主要由残饵、浮游生物的代谢产物及养殖动物的排泄物分解产生，有机物含量高常造成水体恶化，导致鱼类生长缓慢，甚至泛池或死亡。

目前，国内外已有较多研究者对水产养殖尾水处理技术进行了大量的研究和应用，有的养殖场会利用生物球或过滤器等对尾水进行过滤和处理，但是这种方式只能滤除尾水中的大颗粒杂质，达不到去除污染的目的；少数的养殖场会使用蛋白质分离器等设备来对尾水进行净化处理，然而，目前这些尾水通常是依次经过若干净化设备后就直接排放出去，经过处理的尾水中依然会存在较多的有毒有害物质，仍然会对环境造成较大的污染。

发明内容

有鉴于此，本发明针对现有技术中水产养殖尾水处理不彻底、处理效果差的问题，提供一种适用于水产养殖尾水处理的装置及相应的处理方法。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种菌藻共生光生物反应器耦合人工湿地污水处理装置，其特征在于：包括进水箱、光生物反应器和人工湿地；所述的进水箱通过进水管连接光生物反应器，所述的进水管上设置有进水泵，所述的光生物反应器中部设置有内筒，所述的内筒中设置有弓字形隔板，所述的弓字形隔板内部设置有多个曝气头，所述的弓字形隔板内部还设置有多个光源，所述的内筒中填充有菌藻共生体，所述的光生物反应器的上方设置有溢流堰，所述的光生物反应器通过出水管连接人工湿地；所述的人工湿地中设置有进水隔板，所述的人工湿地通过隔板分隔为湿地处理单元，臭氧消毒单元以及膜处理单元。

可选地，所述的弓字形隔板的多个横向隔板与纵向隔板间留有间隙，所述的多个光源设置于多个横向隔板与纵向隔板的间隙处，所述的光源为白炽灯或荧光灯，光照强度在3000-10000lx之间，所述的光生物反应器中还设置有pH计、温度检测仪。

可选地，所述的湿地处理单元从下至上依次为粗滤层、基质层、细砂层以及植物层，所述的粗滤层采用砾石与陶粒混合，其混合体积比为砾石：陶粒为3:1，所述的基质层采用秸秆与活性炭，其混合体积比为秸秆：活性炭为2-3:1，所述的植物层选自美人蕉、菖蒲、狼尾草、茭白、芦苇中的一种或多种。

可选地，所述的处理装置还设置有PLC控制系统，所述的PLC控制系统用于控制系统的进出水、光源控制、曝气控制、臭氧发生装置以及膜处理单元的启停，所述的多个曝气头通过曝气管道连接曝气风机。

可选地，所述的臭氧消毒单元中设置有臭氧发生装置，所述的膜处理单元中设置有超滤膜，所述超滤膜材质为聚氯乙烯、聚苯乙烯或醋酸纤维素中的一种，其膜孔径为0.1-0.3μm，膜丝开孔率为80％-95％。

本发明还公开了一种利用上述装置处理水产养殖尾水的方法，待处理的水产养殖尾水经进水泵泵入光生物反应器中，通过pH计、温度检测仪控制光生物反应器中的温度在18-25℃，pH在6-7，向光生物反应器中添加经驯化的菌藻共生体，开启光生物反应器内部的多个光源，同时开启曝气风机对水产养殖尾水进行处理，处理时间为8-14小时，处理后的上清液经溢流进入人工湿地中继续处理，由进水隔板的底部进入湿地处理单元的底部，依次经过粗滤层、基质层、细砂层以及植物层处理，处理时间为1-5小时，出水进入臭氧消毒单元进行消毒处理，而后进入膜处理单元处理后达标排放或回用。

可选地，所述的菌藻共生体的制备过程如下：分离筛选脱氮硫杆菌、硝化细菌、聚磷菌和双歧杆菌复合菌株进行富集培养，将上述复合菌株与载体进行混合搅拌，所述的载体为麦麸和经改性的硅藻土，其中混合菌株与载体的质量比为1：3-10，载体中麦麸与改性硅藻土的质量比为1:4-9，加入营养液混合处理后得到负载菌体载体，而后将上述负载菌体载体与小球藻按照质量比为5:1加入光生物反应器中，即得到菌藻共生体。

可选地，所述的改性硅藻土是经表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵改性后的硅藻土。

可选地，所述的营养液的组成为葡萄糖1000mg/L，蛋白胨225mg/L，氯化钾268mg/L，硫酸镁58mg/L，碳酸氢二钾100mg/L，硫酸铜20mg/L，碳酸氢钠120mg/L。

可选地，所述臭氧消毒单元的处理时间为3-30分钟，膜处理单元的处理时间为10-40分钟。

与现有技术相比，本发明可获得包括以下技术效果：

1)本发明采用菌藻共生光生物反应器耦合人工湿地处理水产养殖尾水，充分利用光生物反应器中的菌藻以及人工湿地的净化作用，集生物处理与物理处理与一体，其能够高效处理水产养殖尾水；反应器操作运行简便，采用PLC一体化控制，解决了此类废水的处理难题。

2)菌藻共生光生物反应器中采用弓字形隔板设置，并在纵向隔板与横向隔板交汇的间隙处设置光源，使得光照更为均匀，利于藻类的生长，同时弓字形隔板的中心处设置多个曝气头，使得曝气更为均匀，利于菌体的繁殖，同时弓字形隔板的设置配合多曝气头曝气，本身也使得光生物反应器内部形成循环，利于水体的循环流通，从而能够有效增强反应器的处理效果。

3)针对水产养殖尾水的水质特点，经过大量繁琐工作筛选出适宜的菌株，采用氮硫杆菌、硝化细菌、聚磷菌和双歧杆菌组成的复合菌株，并选择相应的负载载体，同时根据光生物反应器的内部结构对应选择合适的菌株与藻类的投加比例，处理效率高、处理效果好。

4)本发明人工湿地单元耦合了常规人工湿地处理单元、臭氧消毒单元、以及膜处理单元，与常规的人工湿地处理工艺相比，其针对水产养殖尾水的水质特点，增加相应的臭氧消毒单元、膜处理单元，对尾水中的微生物、病菌等进行消毒处理，同时减少恶臭，使得处理水能够达标排放或回用。

附图说明

图1是本发明提供的菌藻共生光生物反应器耦合人工湿地污水处理装置的结构示意图。图中，1为进水箱、2为进水泵、3为进水管、4为光生物反应器、5为内筒、6为光源、7为弓字形隔板、8为溢流堰、9为出水管、10为菌藻共生体、11为PLC控制系统、12为人工湿地，13为进水隔板，14为湿地处理单元，15为臭氧消毒单元，16为膜处理单元，17为粗滤层，18为基质层，19为细砂层，20为植物层。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

如图1所示，一种菌藻共生光生物反应器耦合人工湿地污水处理装置，包括进水箱(1)、光生物反应器(4)和人工湿地(12)；所述的进水箱(1)通过进水管(3)连接光生物反应器(4)，所述的进水管(3)上设置有进水泵(2)，所述的光生物反应器(4)中部设置有内筒(5)，所述的内筒(5)中设置有弓字形隔板(7)，所述的弓字形隔板(7)内部设置有多个曝气头(13)，所述的弓字形隔板(7)内部还设置有多个光源(6)，所述的内筒(5)中填充有菌藻共生体(10)，所述的光生物反应器(4)的上方设置有溢流堰(8)，所述的光生物反应器(4)通过出水管(9)连接人工湿地(12)；所述的人工湿地(12)中设置有进水隔板(13)，所述的人工湿地(12)通过隔板分隔为湿地处理单元(14)，臭氧消毒单元(15)以及膜处理单元(16)。所述的弓字形隔板(7)的多个横向隔板与纵向隔板间留有间隙，所述的多个光源(6)设置于多个横向隔板与纵向隔板的间隙处，所述的光源(6)为白炽灯或荧光灯，光照强度在3000-10000lx之间，所述的光生物反应器(4)中还设置有pH计、温度检测仪。所述的湿地处理单元(14)从下至上依次为粗滤层(17)、基质层(18)、细砂层(19)以及植物层(20)，所述的粗滤层(17)采用砾石与陶粒混合，其混合体积比为砾石：陶粒为3:1，所述的基质层(18)采用秸秆与活性炭，其混合体积比为秸秆：活性炭为2-3:1，所述的植物层(2)选自美人蕉、菖蒲、狼尾草、茭白、芦苇中的一种或多种。所述的处理装置还设置有PLC控制系统(11)，所述的PLC控制系统(11)用于控制系统的进出水、光源控制、曝气控制、臭氧发生装置以及膜处理单元的启停，所述的多个曝气头(13)通过曝气管道连接曝气风机。所述的臭氧消毒单元(15)中设置有臭氧发生装置，所述的膜处理单元中设置有超滤膜，所述超滤膜材质为聚氯乙烯、聚苯乙烯或醋酸纤维素中的一种，其膜孔径为0.1-0.3μm，膜丝开孔率为80％-95％。

其处理过程为：待处理的水产养殖尾水经进水泵(2)泵入光生物反应器(4)中，通过pH计、温度检测仪控制光生物反应器(4)中的温度在18-25℃，pH在6-7，向光生物反应器(4)中添加经驯化的菌藻共生体(10)，开启光生物反应器(4)内部的多个光源(6)，同时开启曝气风机对水产养殖尾水进行处理，处理时间为8小时，处理后的上清液经溢流进入人工湿地(12)中继续处理，由进水隔板(13)的底部进入湿地处理单元(14)的底部，依次经过粗滤层(17)、基质层(18)、细砂层(19)以及植物层(20)处理，处理时间为2小时，出水进入臭氧消毒单元(15)进行消毒处理，而后进入膜处理单元(16)处理后达标排放或回用。所述的菌藻共生体(10)的制备过程如下：分离筛选脱氮硫杆菌、硝化细菌、聚磷菌和双歧杆菌复合菌株进行富集培养，将上述复合菌株与载体进行混合搅拌，所述的载体为麦麸和经改性的硅藻土，其中混合菌株与载体的质量比为1：3-10，载体中麦麸与改性硅藻土的质量比为1:4-9，加入营养液混合处理后得到负载菌体载体，而后将上述负载菌体载体与小球藻按照质量比为5:1加入光生物反应器(4)中，即得到菌藻共生体(10)。所述的改性硅藻土是经表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵改性后的硅藻土。所述的营养液的组成为葡萄糖1000mg/L，蛋白胨225mg/L，氯化钾268mg/L，硫酸镁58mg/L，碳酸氢二钾100mg/L，硫酸铜20mg/L，碳酸氢钠120mg/L。所述臭氧消毒单元(15)的处理时间为5分钟，膜处理单元(16)的处理时间为15分钟。

采用上述处理装置及处理方法处理某水产养殖尾水，经检测待处理废水中的COD含量为980mg/L，SS含量为1235mg/L，氨氮含量为82mg/L，总磷含量为78mg/L。将上述待处理废水依次通过上述光生物反应器以及人工湿地处理，处理后检测出水中C0D的含量为26mg/L，SS含量为17mg/L，氨氮含量为8mg/L,总磷含量为1.8mg/L，处理效果显著。

实施例2

采用实施例1的处理装置与处理方法对某水产养殖尾水进行处理，处理废水的水质与实施例1相同，不同在于光生物反应器(4)的处理时间为10小时，湿地处理单元(14)的处理时间为3小时，臭氧消毒单元(15)的处理时间为8分钟，膜处理单元(16)的处理时间为20分钟，处理后检测出水中C0D的含量为18mg/L，SS含量为21mg/L，氨氮含量为6mg/L,总磷含量为2.1mg/L，处理效果显著。

实施例3

采用实施例1的处理装置与处理方法对某水产养殖尾水进行处理，处理工艺与处理参数与实施例1相同，处理水质为COD含量为1025mg/L，SS含量为980mg/L，氨氮含量为75mg/L，总磷含量为62mg/L，处理后检测出水中C0D的含量为15mg/L，SS含量为13mg/L，氨氮含量为5mg/L,总磷含量为1.2mg/L，处理效果显著。

上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种菌藻共生光生物反应器耦合人工湿地污水处理装置，其特征在于：包括进水箱(1)、光生物反应器(4)和人工湿地(12)；所述的进水箱(1)通过进水管(3)连接光生物反应器(4)，所述的进水管(3)上设置有进水泵(2)，所述的光生物反应器(4)中部设置有内筒(5)，所述的内筒(5)中设置有弓字形隔板(7)，所述的弓字形隔板(7)内部设置有多个曝气头，所述的弓字形隔板(7)内部还设置有多个光源(6)，所述的内筒(5)中填充有菌藻共生体(10)，所述的光生物反应器(4)外筒的上方设置有溢流堰(8)，所述的光生物反应器(4)通过出水管(9)连接人工湿地(12)；所述的人工湿地(12)中设置有进水隔板(13)，所述的人工湿地(12)通过隔板分隔为湿地处理单元(14)，臭氧消毒单元(15)以及膜处理单元(16);所述的弓字形隔板(7)的多个横向隔板与纵向隔板间留有间隙，所述的多个光源(6)设置于多个横向隔板与纵向隔板的间隙处，所述的光源(6)为白炽灯或荧光灯，光照强度在3000-10000lx之间，所述的光生物反应器(4)中还设置有pH计、温度检测仪;所述的湿地处理单元(14)从下至上依次为粗滤层(17)、基质层(18)、细砂层(19)以及植物层(20)，所述的粗滤层(17)采用砾石与陶粒混合，其混合体积比为砾石：陶粒为3:1，所述的基质层(18)采用秸秆与活性炭，其混合体积比为秸秆：活性炭为2-3:1，所述的植物层(2)选自美人蕉、菖蒲、狼尾草、茭白、芦苇中的一种或多种；所述的菌藻共生体(10)的制备过程如下：分离筛选脱氮硫杆菌、硝化细菌、聚磷菌和双歧杆菌复合菌株进行富集培养，将上述复合菌株与载体进行混合搅拌，所述的载体为麦麸和经改性的硅藻土，其中混合菌株与载体的质量比为1：3-10，载体中麦麸与改性硅藻土的质量比为1:4-9，加入营养液混合处理后得到负载菌体载体，而后将上述负载菌体载体与小球藻按照质量比为5:1加入光生物反应器(4)中，即得到菌藻共生体(10)；所述的改性硅藻土是经表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵改性后的硅藻土；所述的营养液的组成为葡萄糖1000mg/L，蛋白胨225mg/L，氯化钾268mg/L，硫酸镁58mg/L，碳酸氢二钾100mg/L，硫酸铜20mg/L，碳酸氢钠120mg/L。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的处理装置还设置有PLC控制系统(11)，所述的PLC控制系统(11)用于控制系统的进出水、光源、曝气、臭氧发生装置以及膜处理单元的启停，所述的多个曝气头通过曝气管道连接曝气风机。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的臭氧消毒单元(15)中设置有臭氧发生装置，所述的膜处理单元中设置有超滤膜，所述超滤膜材质为聚氯乙烯、聚苯乙烯或醋酸纤维素中的一种，其膜孔径为0.1-0.3μm，膜丝开孔率为80％-95％。

4.一种利用权利要求1-3任一项所述装置处理水产养殖尾水的方法，其特征在于：待处理的水产养殖尾水经进水泵(2)泵入光生物反应器(4)中，通过pH计、温度检测仪控制光生物反应器(4)中的温度在18-25℃，pH在6-7，向光生物反应器(4)中添加经驯化的菌藻共生体(10)，开启光生物反应器(4)内部的多个光源(6)，同时开启曝气风机对水产养殖尾水进行处理，处理时间为8-14小时，处理后的上清液经溢流进入人工湿地(12)中继续处理，由进水隔板(13)的底部进入湿地处理单元(14)的底部，依次经过粗滤层(17)、基质层(18)、细砂层(19)以及植物层(20)处理，处理时间为1-5小时，出水进入臭氧消毒单元(15)进行消毒处理，而后进入膜处理单元(16)处理后达标排放或回用。

5.如权利要求4所述的处理水产养殖尾水的方法，其特征在于：所述臭氧消毒单元(15)的处理时间为3-30分钟，膜处理单元(16)的处理时间为10-40分钟。