申请日2010.07.16
公开(公告)日2013.10.30
IPC分类号A23K1/00; A23N17/00
摘要
本发明公开了一种水产养殖废水处理过程资源化产饲料蛋白的装置和方法，从工厂化循环水养殖系统养殖水处理的角度出发，解决了现有养殖水处理工艺成本高、处理效率低、系统营养盐同化利用率低等问题。本发明包括一体化生物絮体培养与资源化回收装置，养殖废水从装置中部序批式进入一体化生物絮体培养与资源化回收装置的反应室，通过反应室内微生物的利用、增殖转化为生物絮体;处理后废水重新回用至养殖系统，同时以定期排泥的方式将一定泥龄的生物絮体收集至装置下部的资源化回收室，收获的生物絮体经简单风干处理后可直接用于饲料蛋白源，从而实现养殖废水净化处理与废物资源化的双重目的。
翻译权利要求书
1.一种水产养殖废水处理过程资源化产饲料蛋白的装置，其特征在于，它 包括：鼓风机(1)、计量泵(2)、进水管(3)、导气管(4)、反应室(5)、第 一电磁阀(6)、上部排水管(7)、上部排泥管(8)、第二电磁阀(9)、盘型布 气器(10)、第三电磁阀(11)、下部排水管(12)、第四电磁阀(13)、下部排 泥管(14)、资源化回收室(15)、可编程控制器(16)，装置支撑架(17);鼓 风机(1)与导气管(4)连接，导气管(4)在反应室(5)顶部中心位置垂直 向下插入，进水管(3)与计量泵(2)连接后与反应室(5)的底部室壁垂直连 接，进水管(3)在反应室(5)中心部分向下弯曲，上部排水管(7)与反应室 中部壁垂直连接;上部排泥管(8)在资源化回收室(15)的顶部中心位置垂直 向下插入，下部排水管(12)与资源化回收室(15)的底部室壁垂直连接;下 部排泥管(14)垂直向下，与资源化回收室(15)底部中心位置连接;上部排 水管(7)与第一电磁阀(6)相连，上部排泥管(8)与第二电磁阀(9)相连， 下部排水管(12)与第三电磁阀(11)相连，下部排泥管(14)与第四电磁阀 (13)相连接;第一电磁阀(6)、第二电磁阀(9)、第三电磁阀(11)、第四电 磁阀(13)、鼓风机(1)、计量泵(2)分别与可编程控制器(16)相连接。
2.一种应用权利要求1所述装置资源化产饲料蛋白的方法，其特征在于， 该方法包括以下步骤：
(1)装置强化培养与启动过程：以水产养殖生产高峰期的池塘底泥为接种物， 在装置中培养可快速利用实际养殖废水中氮素用于自身合成的异养微生物;
(2)装置调试与生产过程：通过序批式运行模式及相关参数调整“淘汰”硝化 细菌并促使异养微生物形成结构紧密、沉降性好的絮体颗粒;
(3)絮体饲料蛋白源收获过程：通过重力沉降分离收获后，经简单风干处理即 得可用于养殖对象饲料的饲料蛋白源;
所述步骤(1)具体为：接种浓度MLSS控制在10-15g/L，采用营养液进 行强化培养，营养液具体配方为：100mg/L(NH4)2SO4、35mg/L NH4Cl、78 mg/L K2HPO4、31mg/L KH2PO4、95mg/L MgSO4·7H2O、37mg/L KCl; 并添加含微量元素的溶液，营养液与含微量元素的溶液的体积比1500∶1，含微 量元素的溶液的配方为：640mg/L EDTA、550mg/L FeSO4·7H2O、230mg/L ZnSO4·7H2O、340mg/L MnSO4·H2O、75mg/L CuSO4·5H2O、47mg/L Co(NO3)2·6H2O、25mg/L(NH4)5Mo7O24·4H2O;以乙酸纳、蔗糖、糖蜜按质量比 7∶2∶1添加作为有机碳源，且营养液总碳氮比以质量比计控制在10-12;采用 序批式运行模式，启动后前六天循环周期为：进水1h，好氧反应23h，沉淀0.8h， 排水0.2h，之后将装置内水产养殖生产高峰期的池塘底泥沉淀0.8h后至底部排 掉40-60%后继续培养，循环周期变更为：进水1h，好氧反应1.7h，沉淀0.2小 时，排水0.1h，单周期运行时间3h，日运行周期8次，运行时间为4周;
所述步骤(2)中，所述相关参数调整具体为：将实际养殖废水与有机碳源 按碳氮质量比10的比例预混合后由进水管(3)自下而上流入反应室(5)，运 行参数为进水1h，好氧反应1.7h，沉淀0.2小时，排泥0.5min，排水0.1h，单 周期运行时间3h，日运行周期8次，进水过程不充气以节约能耗;有机碳源由 乙酸纳、蔗糖、糖蜜按质量比3∶2∶5组成。
3.根据权利要求2所述方法，其特征在于，所述步骤(3)具体为：周期 运行完毕后净化实际养殖废水由上部排水管(7)排出，水体体积交换比 62.5-75%，部分絮体颗粒由上部排泥管(8)排入资源化回收室，单周期排放比 例为反应室内系统总泥量的6-7%;资源化回收室内收集的絮体颗粒经下部排泥 管排出后经由自然风干用做养殖对象的饲料蛋白源，排放周期间隔12小时，日 排放2次，每周期排泥完毕后，剩余少量水体由下部排水管排出。
说明书
水产养殖废水处理过程资源化产饲料蛋白的装置和方法
技术领域
本发明涉及水产养殖水处理技术，尤其涉及一种工厂化循环水养殖系统去 除氨氮过程及利用其生产饲料蛋白的方法和装置。
背景技术
工厂化循环水养殖系统因具有资源节约、环境友好的特点，已成为世界范 围内大力推崇发展的水产养殖模式。传统循环水养殖系统的核心处理技术主要 为生物过滤，即通过硝化-反硝化处理单元将养殖水体中的主要污染物氨氮通过 硝化(公式1，2)及反硝化作用(公式3)转变为氮气逸出系统，其化学简式
NH3+CO2+1.5O2→NO2-+H2O+H+
NO2-+CO2+0.5O2→NO3-
NO3-+有机碳→N2↑
然而在实际的生产实践中，上述方法仍然面临如下弊端：(1)由于工厂化 循环水养殖系统水体有机负荷低，自身有机物浓度难以满足完全异养反硝化的 需要，脱氮效率有限，因此需要人为提供有机碳源。但若添加液体碳源，则因 养殖水质状况不同而难以准确计量添加量，从而面临有机物过量造成的水质波 动及反应衍生副产物的风险，且装置配置及工况运行要求均较高，不适宜养殖 水体处理。若采用可降解聚合物如PBS(poly-butylene-succinate，聚丁二酸丁 二醇酯)等作为固体碳源，虽然避免了液体碳源添加的计量问题，但仍然存在 成本高、碳源释放效率低等问题，从而制约了系统的反硝化效率。此外，若采 用完全的自养反硝化(如硫自养反硝化)进行脱氮，则因为该反应会大量积累 副产物硫酸盐，极易诱导养殖系统内大量增殖硫酸盐还原菌将其转变为硫化氢， 从而对养殖对象造成毒害。(2)养殖系统在不同养殖周期内水质存在波动，其 脱氮单元在非正常运行工况下易产生N2O等脱氮副产物污染环境，有悖于工厂 化循环水养殖系统“环境友好”的基本特点。(3)养殖周期内未被同化吸收的 氮素通过上述途径转变为气态产物去除，失去了被养殖对象再次利用的机会， 造成系统整体营养盐同化利用效率低。(4)上述硝化-反硝化过程一般通过配置 生物滤器，滤料极易受水中固体颗粒及老化脱落生物膜的影响发生淤积堵塞， 并且去除速率受限传质，从而影响系统整体的单位体积负荷性能与运行稳定性。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种水产养殖废水处理过程资 源化产饲料蛋白的装置和方法。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种水产养殖废水处理过程 资源化产饲料蛋白的装置，它包括：鼓风机、计量泵、进水管、导气管、反应 室、第一电磁阀、上部排水管、上部排泥管、第二电磁阀、盘型布气器、第三 电磁阀、下部排水管、第四电磁阀、下部排泥管、资源化回收室、可编程控制 器、装置支撑架。鼓风机与导气管连接，导气管在反应室顶部中心位置垂直向 下插入，进水管与计量泵连接后与反应室的底部室壁垂直连接，进水管在反应 室中心部分向下弯曲，上部排水管与反应室中部壁垂直连接。上部排泥管在资 源化回收室的顶部中心位置垂直向下插入，下部排水管与资源化回收室的底部 室壁垂直连接，下部排泥管与资源化回收室底部中心位置垂直向下连接。上部 排水管、上部排泥管、下部排水管、下部排泥管分别与电磁阀第一电磁阀、第 二电磁阀、第三电磁阀、第四电磁阀相连接。第一电磁阀、第二电磁阀、第三 电磁阀、第四电磁阀、鼓风机、计量泵分别与可编程控制器相连接。
一种应用上述装置资源化产饲料蛋白的方法，该方法包括以下步骤：
(1)装置强化培养与启动过程：以水产养殖底泥为接种源，在装置中培养可快 速利用废水中氮素用于自身合成的异养微生物。
(2)装置调试与生产过程：通过序批式运行模式及相关参数调整“淘汰”硝化 细菌并促使异养细菌形成结构紧密、沉降性好的絮体颗粒。
(3)絮体饲料蛋白收获过程：通过重力沉降分离收获后，经简单风干处理即得 可用于养殖对象饲料替代蛋白源。
进一步地，所述步骤(1)具体为：采用水产养殖生产高峰期的池塘底泥为 接种物，接种浓度MLSS控制在10-15g/L，采用如下配制的营养液进行强化 培养，具体配万为100mg/L(NH4)2SO4，35mg/L NH4Cl，78mg/L K2HPO4，31 mg/L KH2PO4，95mg/L MgSO4·7H2O，37mg/L KCl，：并按照体积比1500∶1 的量添加含微量元素的溶液，含微量元素的溶液的配方为：640mg/L EDTA，550 mg/L FeSO4·7H2O，230mg/L ZnSO4·7H2O，340mg/L MnSO4·H2O，75mg/L CuSO4·5H2O，47mg/L Co(NO3)2·6H2O，25mg/L(NH4)5Mo7O24·4H2O。以乙酸 纳、蔗糖、糖蜜按质量比7∶2∶1添加作为有机碳源，且营养液总碳氮比以质 量比计控制在10-12。采用序批式运行模式，启动后前六天循环周期为：进水1h， 好氧反应23h，沉淀0.8h，排水0.2h，之后将装置内污泥沉淀0.8h后至底部 排掉40-60%后继续培养，循环周期变更为：进水1h，好氧反应1.7h，沉淀0.2 小时，排水0.1h，单周期运行时间3h，日运行周期8次，运行时间为4周。
所述步骤(2)具体为：将实际养殖废水与乙酸纳、蔗糖、糖蜜按质量比3∶ 2∶5组成的有机碳源按碳氮质量比10的比例预混合后由进水管3自下而上流入 反应室5，运行参数为进水1h，好氧反应1.7h，沉淀0.2小时，排泥0.5min，排 水0.1h，单周期运行时间3h，日运行周期8次，进水过程不充气以节约能耗。
所述步骤(3)具体为：周期运行完毕后净化废水由上部排水管排出后重新 回用至养殖系统，水体体积交换比62.5-75%，部分生物絮体由上部排泥管排入 资源化回收室，单周期排放比例为反应室内系统总泥量的6-7%。资源化回收室 内收集的絮体颗粒经下部排泥管排出后经由自然风干用做养殖对象饲料蛋白 源，排放周期间隔12小时，日排放2次，每周期排泥完毕后，剩余少量水体由 下部排水管排出。
本发明的有益效果是，本发明通过改变传统水产养殖废水中氨氮的去除途 径，将原先反硝化过程所需要的有机碳源“后碳前用”，通过序批式运行模式参 数变化的选择压调控而抑止硝化反应过程，最终将废水中的碳、氮等物质成为 反应中大量增殖的异养微生物营养元素而去除，形成菌絮体后作为饲料蛋白质 源被养殖对象二次利用。本发明克服了传统生物膜处理过程受限传质的影响， 在废水净化的同时提高了养殖系统整体的营养盐同化利用效率，对于循环水养 殖系统水处理具有处理效率高、单位体积处理负荷高、可实现装备化等诸多优 点。
