一种水生态处理系统及其工艺和应用

1.本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种水生态处理系统及其工艺和应用。


背景技术：

2.集约化水产养殖给社会带来巨大的经济效益，极大的促进了水产养殖行业的发展。虽然，集约化水产养殖带来巨大的经济效益，但是集约化水产养殖行业产生的尾水规模也造成较大的环境损失。集约化水产养殖尾水具有以下特点：含大量残余饲料，水生生物粪便，以及部分残留药品，这些物质分解后产生较多的氨氮，硝酸盐，有机物，磷和污损的有机生物。水产养殖尾水的氮磷污染严重超标，对周边水生生态系统产生很大威胁。
3.现有的水产养殖水体尾水处理的方法主要有物理技术，如机械过滤技术，物理调水技术以及泡沫分离技术等；化学技术，如电化学处理，臭氧氧化以及化学絮凝等技术；生物技术，如植物净化，微生物净化以及湿地净化等技术。但是，由于物理技术对设备要求高，成本投入大以及作用范围受限等；化学技术易产生二次污染，有可能引起养殖物重金属中毒以及成本投入大等；生物技术占地面积大，耗能多等。因此，处理水产养殖水尾水应更多的采用经济简易的生态处理技术。
4.现有的养殖尾水生态处理方法，存在污染负荷较低，占地面积相对较大的问题。


技术实现要素：

5.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中存在污染负荷较低，占地面积相对较大的问题缺陷，从而提供一种水生态处理系统及其工艺和应用。
6.为此，本发明提供了以下技术方案，
7.本发明提供了一种水生态处理系统，依次设置有进水管、沉淀单元、生物处理单元、人工湿地单元、水生植物单元和出水管。
8.在生物处理单元前还设置有沉淀单元；所述沉淀单元为沉淀池。
9.可选的，所述生物处理单元为耦合膜生物处理单元；
10.和/或，所述耦合膜生物处理单元底部设置有中空纤维膜和水下冲气设备。
11.可选的，所述中空纤维膜和水下冲气设备通过pe管道连接，中空纤维膜组件通过人形支架支撑设置于耦合膜生物处理单元底部。
12.所述中空纤维膜上附着有微生物；
13.所述微生物为硝化杆菌属、假单胞菌属、氨氧化菌属、不动杆菌属、枯草芽孢杆菌属中的一种或多种。
14.可选的，所述人工湿地单元为潜流坝湿地；
15.和/或，所述潜流坝湿地由水平潜流坝和表面流湿地组成。
16.可选的，水平潜流坝设置2-5座，水平潜流坝的宽为3-9m，高为0.5-1.6m；在水平潜流坝设之间具有表面流湿地，表面流湿地不使用填料，植物生长基质为水生态系统的土壤和河床或湖床。
17.所述的水平潜流坝上种植挺水植物鸢尾、美人蕉、再力花等；表面流湿地岸带种植挺水植物鸢尾、美人蕉、再力花等；中间种植沉水植物苦草和金鱼藻等；
18.可选的，上述水生态处理系统满足以下(1)-(4)中的至少一项：
19.(1)所述人工湿地单元铺设有填料；
20.(2)所述填料为沸石、陶粒、生物质填料中的一种或多种；
21.(3)所述生物质填料包括生物质炭填料、农林废弃物填料、竹球或竹环填料中的一种或多种；
22.(4)所述人工湿地单元种植挺水植物和沉水植物；
23.可选的，所述水生植物单元种植挺水植物、沉水植物和浮水植物；
24.和/或，所述沉淀单元、生物处理单元、人工湿地单元和水生植物单元均为自流进水。
25.所述的水生植物塘平均水深为1-2m，岸带种植挺水植物包括香蒲、水葱、梭鱼草等；中间种植沉水植物如苦草、金鱼藻、轮叶黑藻、黄丝草等；点缀种植睡莲等浮叶植物。
26.所述进水管可以为进水渠，出水管可以为出水渠。
27.本发明提供了一种采用上述水生态处理系统的水生态处理工艺，其特征在于，包括以下步骤，
28.待处理水依次通过沉淀单元、生物处理单元、人工湿地单元和水生植物单元处理后，进行排放。
29.可选的，上述水生态处理工艺满足以下(1)-(4)中的至少一项：
30.(1)所述沉淀单元的水力停留时间为6-12h；
31.(2)所述生物处理单元的水力停留时间为4-12h；
32.(3)所述人工湿地单元的水力负荷为0.2-1.0m/d；
33.(4)所述水生植物单元的水力停留时间为1-3d。
34.本发明还提供了一种上述水生态处理系统或上述的水生态处理工艺在养殖尾水中的应用。
35.下面，将更进一步对本发明的技术方案进行描述：
36.在本发明中，沉淀池是尾水生态处理系统的预处理设施，通过自由沉降去除水产养殖水体尾水中的固体颗粒，之后沉淀池出水进入尾水生态处理系统的生物处理单元，耦合膜是透氧中空的纤维膜，微生物生长在纤维膜表面，通过曝气可以对经过沉淀的养殖尾水进行好氧生物膜处理。耦合膜生物处理单元出水进入潜流坝湿地，潜流坝湿地为水平潜流坝和表面流湿地交替组成的复合湿地生态系统，水平潜流坝中设有填料，在水平潜流坝表层种植挺水植物，表面流湿地不再另设填料，岸带种植挺水植物鸢尾、美人蕉、再力花等；中间种植沉水植物苦草和金鱼藻等；在填料、植物和微生物的相互作用下，对经过耦合膜生物处理的养殖尾水，进行深度处理。潜流坝湿地出水，自流进入水生植物塘，水生植物塘中种植挺水植物、沉水植物和浮水植物，可以吸收养殖尾水中的氮磷并且在根区生长的微生物可以分解代谢氮磷，进一步深度处理养殖尾水，并提升处理系统的景观效果。
37.本发明提供的技术方案，具有如下优点，
38.1.本发明提供了一种水生态处理系统，依次设置有进水管、沉淀单元、生物处理单元、人工湿地单元、水生植物单元和出水管。本发明提供的水生态处理系统，生物处理单元
的简化应用，与传统的微生物处理技术相比具有技术优势、工程优势、成本优势和运行管理优势，而且其流道式的净化过程特别适应于河道、湖泊等流域治理，并且由于结合了膜处理和生物膜处理的优点，提升了养殖尾水的有机物氧化降解和氨氧化效率，并减少了后续处理设施的占地面积，同时相较于传统的耦合膜生物处理单元具有构造简单，操作方便，运行成本低的优点；人工湿地单元中，潜流坝湿地使用了水平潜流坝而非单纯的过滤坝，表层种植挺水植物增强水平潜流坝的过滤拦截性能，为附着在填料表面的微生物提供氧气，提升了氮磷的吸附处理效果，表面流湿地水域种植植物，净化水等并提升景观效果，并且不需要另加填料，降低建造成本，在植物的作用下强化水产养殖尾水生态处理系统的氮磷处理效果；水生植物塘深度净化水产养殖尾水，提升处理效果的同时具有一定的景观效果。
39.2.本发明提供的水生态处理系统，在生物处理单元之前设置沉淀单元，可以去除水产养殖尾水中的固体颗粒物，减少耦合膜生物处理单元以及潜流坝湿地堵塞的可能性。
40.3.本发明提供了一种水生态处理工艺，其特征在于，包括以下步骤，待处理水依次通过沉淀单元、生物处理单元、人工湿地单元和水生植物单元处理后，进行排放。本发明将沉淀单元-生物处理单元-人工湿地单元-水生植物单元组合在一起，可实现水产养殖尾水cod削减75％以上，总氮削减45％以上以及总磷削减70％以上，达到地方水产养殖尾水排放一级标准。
附图说明
41.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
42.图1是本发明实施例1的系统示意图。
43.附图标记：1、进水管；2、沉淀单元；3、生物处理单元；4、人工湿地单元；5、水生植物单元；6、出水管。
具体实施方式
44.提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
45.实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
46.实施例和对比例中的微生物为消化杆菌属、假单胞菌属、氨氧化菌属、不动杆菌属、枯草芽孢杆菌属。
47.实施例1
48.本实施例提供了一种水生态处理系统，
49.该系统包括进水管1、沉淀单元2、生物处理单元3、人工湿地单元4、水生植物单元5
和出水管6。
50.进水管1跟沉淀单元2进行连接，沉淀单元2为沉淀池，沉淀池是尾水生态处理系统的预处理设施，通过自由沉降去除水产养殖尾水中的固体颗粒。
51.沉淀单元2跟生物处理单元3连接，生物处理单元3为耦合膜生物处理单元，耦合膜生物处理单元，耦合膜生物处理单元底部设置有中空纤维膜和水下冲气设备，中空纤维膜和水下冲气设备通过pe管道连接，中空纤维膜组件通过人形支架支撑在池中，保证耦合生物膜的充氧和好氧条件。耦合膜是透氧中空的纤维膜，微生物生长在纤维膜表面，通过曝气可以对经过沉淀的养殖尾水进行好氧生物膜处理。
52.生物处理单元3跟人工湿地单元4连接，人工湿地单元4由水平潜流坝和表面流湿地组成，人工湿地单元4铺设有填料，填料采用沸石、陶粒、生物质填料等；水平潜流坝设置3座，水平潜流坝的宽为6m，高为1m；在3座坝之间具有两片表面流湿地，表面流湿地不使用填料，植物生长基质为水生态系统的土壤和河床或湖床，湿地水深依次为0.9m和0.8m。3个水平潜流坝上种植挺水植物鸢尾、美人蕉、再力花等；表面流湿地岸带种植挺水植物鸢尾、美人蕉、再力花等；中间种植沉水植物苦草和金鱼藻等；
53.人工湿地单元4跟水生植物单元5连接，水生植物单元5的平均水深为1.5m，岸带种植挺水植物包括香蒲、水葱、梭鱼草等；中间种植沉水植物如苦草、金鱼藻、轮叶黑藻、黄丝草等；点缀种植睡莲等浮叶植物。
54.人工湿地单元5跟出水管6连接，进水管1、沉淀单元2、生物处理单元3、人工湿地单元4、水生植物单元5和出水管6均为自流进水。
55.实施例2
56.本实施例提供了一种水生态处理工艺，包括以下步骤，
57.待处理的水通过进水管进入沉淀池，通过自由沉降去除水产养殖尾水中的固体颗粒，水在沉淀池的水力停留时间为10h。之后沉淀池出水进入尾水生态处理系统的耦合膜生物处理单元，耦合膜是透氧中空的纤维膜，微生物生长在纤维膜表面，通过曝气可以对经过沉淀的养殖尾水进行好氧生物膜处理，耦合膜生物处理单元的水力停留时间为10h。耦合膜生物处理单元出水进入潜流坝湿地，潜流坝湿地为水平潜流坝和表面流湿地交替组成的复合湿地生态系统，水平潜流坝中设有填料，在水平潜流坝表层种植挺水植物，表面流湿地不再另设填料，岸带种植挺水植物鸢尾、美人蕉、再力花等；中间种植沉水植物苦草和金鱼藻等；在填料、植物和微生物的相互作用下，对经过耦合膜生物处理的养殖尾水，进行深度处理，人工湿地单元的水力负荷为0.5m/d。潜流坝湿地出水，自流进入水生植物塘，水生植物塘中种植挺水植物、沉水植物和浮水植物，可以吸收养殖尾水中的氮磷并且在根区生长的微生物可以分解代谢氮磷，进一步深度处理养殖尾水，并提升处理系统的景观效果，水生植物单元的水力停留时间为2d。水生植物单元处理后的水达到地方水产养殖尾水排放一级标准，然后通过排水管排放，处理后的水可用于农业回用或进入周边水体。
58.实施例3
59.本实施例提供了一种水生态处理工艺，包括以下步骤，
60.待处理的水通过进水管进入沉淀池，通过自由沉降去除水产养殖尾水中的固体颗粒，水在沉淀池的水力停留时间为6h。之后沉淀池出水进入尾水生态处理系统的耦合膜生物处理单元，耦合膜是透氧中空的纤维膜，微生物生长在纤维膜表面，通过曝气可以对经过
沉淀的养殖尾水进行好氧生物膜处理，耦合膜生物处理单元的水力停留时间为12h。耦合膜生物处理单元出水进入潜流坝湿地，潜流坝湿地为水平潜流坝和表面流湿地交替组成的复合湿地生态系统，水平潜流坝中设有填料，在水平潜流坝表层种植挺水植物，表面流湿地不再另设填料，岸带种植挺水植物鸢尾、美人蕉、再力花等；中间种植沉水植物苦草和金鱼藻等；在填料、植物和微生物的相互作用下，对经过耦合膜生物处理的养殖尾水，进行深度处理，人工湿地单元的水力负荷为0.2m/d。潜流坝湿地出水，自流进入水生植物塘，水生植物塘中种植挺水植物、沉水植物和浮水植物，可以吸收养殖尾水中的氮磷并且在根区生长的微生物可以分解代谢氮磷，进一步深度处理养殖尾水，并提升处理系统的景观效果，水生植物单元的水力停留时间为1d。水生植物单元处理后的水达到地方水产养殖尾水排放一级标准，然后通过排水管排放，处理后的水可用于农业回用或进入周边水体。
61.实施例4
62.本实施例提供了一种水生态处理工艺，包括以下步骤，
63.待处理的水通过进水管进入沉淀池，通过自由沉降去除水产养殖尾水中的固体颗粒，水在沉淀池的水力停留时间为12h。之后沉淀池出水进入尾水生态处理系统的耦合膜生物处理单元，耦合膜是透氧中空的纤维膜，微生物生长在纤维膜表面，通过曝气可以对经过沉淀的养殖尾水进行好氧生物膜处理，耦合膜生物处理单元的水力停留时间为4h。耦合膜生物处理单元出水进入潜流坝湿地，潜流坝湿地为水平潜流坝和表面流湿地交替组成的复合湿地生态系统，水平潜流坝中设有填料，在水平潜流坝表层种植挺水植物，表面流湿地不再另设填料，岸带种植挺水植物鸢尾、美人蕉、再力花等；中间种植沉水植物苦草和金鱼藻等；在填料、植物和微生物的相互作用下，对经过耦合膜生物处理的养殖尾水，进行深度处理，人工湿地单元的水力负荷为1.0m/d。潜流坝湿地出水，自流进入水生植物塘，水生植物塘中种植挺水植物、沉水植物和浮水植物，可以吸收养殖尾水中的氮磷并且在根区生长的微生物可以分解代谢氮磷，进一步深度处理养殖尾水，并提升处理系统的景观效果，水生植物单元的水力停留时间为3d。水生植物单元处理后的水达到地方水产养殖尾水排放一级标准，然后通过排水管排放，处理后的水可用于农业回用或进入周边水体。
64.对比例1(跟实施例2相比，不进行生物单元处理)
65.本对比例提供了一种水生态处理工艺，包括以下步骤，
66.待处理的水通过进水管进入沉淀池，通过自由沉降去除水产养殖尾水中的固体颗粒，水在沉淀池的水力停留时间为10h。之后沉淀池出水进入潜流坝湿地，潜流坝湿地为水平潜流坝和表面流湿地交替组成的复合湿地生态系统，水平潜流坝中设有填料，在水平潜流坝表层种植挺水植物，表面流湿地不再另设填料，岸带种植挺水植物鸢尾、美人蕉、再力花等；中间种植沉水植物苦草和金鱼藻等；在填料、植物和微生物的相互作用下，对经过耦合膜生物处理的养殖尾水，进行深度处理，人工湿地单元的水力负荷为0.5m/d。潜流坝湿地出水，自流进入水生植物塘，水生植物塘中种植挺水植物、沉水植物和浮水植物，可以吸收养殖尾水中的氮磷并且在根区生长的微生物可以分解代谢氮磷，进一步深度处理养殖尾水，并提升处理系统的景观效果，水生植物单元的水力停留时间为2d。水生植物单元处理后的水通过排水管排放。
67.对比例2(跟实施例2相比，不进行人工湿地单元处理)
68.本对比例提供了一种水生态处理工艺，包括以下步骤，
69.待处理的水通过进水管进入沉淀池，通过自由沉降去除水产养殖尾水中的固体颗粒，水在沉淀池的水力停留时间为10h。之后沉淀池出水进入尾水生态处理系统的耦合膜生物处理单元，耦合膜是透氧中空的纤维膜，微生物生长在纤维膜表面，通过曝气可以对经过沉淀的养殖尾水进行好氧生物膜处理，耦合膜生物处理单元的水力停留时间为10h。耦合膜生物处理单元出水进入自流进入水生植物塘，水生植物塘中种植挺水植物、沉水植物和浮水植物，可以吸收养殖尾水中的氮磷并且在根区生长的微生物可以分解代谢氮磷，进一步深度处理养殖尾水，并提升处理系统的景观效果，水生植物单元的水力停留时间为2d。水生植物单元处理后的水通过排水管排放。
70.对比例3(跟实施例2相比，不进行水生植物单元处理)
71.本对比例提供了一种水生态处理工艺，包括以下步骤，
72.待处理的水通过进水管进入沉淀池，通过自由沉降去除水产养殖尾水中的固体颗粒，水在沉淀池的水力停留时间为10h。之后沉淀池出水进入尾水生态处理系统的耦合膜生物处理单元，耦合膜是透氧中空的纤维膜，微生物生长在纤维膜表面，通过曝气可以对经过沉淀的养殖尾水进行好氧生物膜处理，耦合膜生物处理单元的水力停留时间为10h。耦合膜生物处理单元出水进入潜流坝湿地，潜流坝湿地为水平潜流坝和表面流湿地交替组成的复合湿地生态系统，水平潜流坝中设有填料，在水平潜流坝表层种植挺水植物，表面流湿地不再另设填料，岸带种植挺水植物鸢尾、美人蕉、再力花等；中间种植沉水植物苦草和金鱼藻等；在填料、植物和微生物的相互作用下，对经过耦合膜生物处理的养殖尾水，进行深度处理，人工湿地单元的水力负荷为0.5m/d。潜流坝湿地出水，通过排水管排放。
73.测试例
74.选取某村南美对虾养殖区到其入河口处宽约20-30m(按25m计)，长750m，面积约18000m2的低洼地作为500亩南美对虾养殖大棚的尾水处理系统。尾水处理工程设计处理规模8400m3/d。在南美对虾养殖区与入河口之间设置尾水处理工程，采用实施例2-4和对比例1-3的工艺进行修复。
75.尾水的进水质量：cod＞55mg/l，总氮＞5.00mg/l，总磷＞1.20mg/l。
76.经过实施例2-4和对比例1-3的工艺处理结果如下：
[0077][0078][0079]
通过上述表格，可以看出：实施例2、实施例3以及实施例4尽管出水水质产生一些波动，但仍然达到地方水产养殖尾水排放一级标准，由此说明，本发明专利提供的一种水生态处理系统可以做到有效的应用并且使用范围较广，可使出水水质稳定达标。对比例1、对比例2以及对比例3尽管具有一定的处理效果，但因相较于本系统缺少某一单元，出水水质并不能达到地方水产养殖尾水一级排放标准且出水水质严重超标。由此说明本发明专利提供的一种水生态处理系统所包含的单元缺一不可。
[0080]
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。