公布日：2022.09.20
申请日：2022.08.23
分类号：C02F3/32(2006.01)I;C02F3/34(2006.01)I;C02F3/02(2006.01)I
摘要
本发明涉及一种污水生物净化并资源转化利用的系统和方法，其包括生化池、蚤培养驯化池、菌藻蚤共生池，所述生化池内设置有曝气管，用于对注入生化池的污水进行无害化处理，所述曝气管的进气口与外部气泵连接，所述曝气管的出气口设置在所述生化池的池底；所述蚤培养驯化池的进水端与所述生化池的出水端连接，用于繁殖、驯化微型动物；所述菌藻蚤共生池的入水端与所述蚤培养驯化一体池的出水端连接，用于繁殖、共生好氧型有益菌、水藻及微型动物、形成简单食物链。本发明采用微型生物食物链的方式实现了污水的资源化利用，高质高效地解决了污水净化的问题，是尊重自然、顺应自然、保护自然的方式，适合在污水净化技术领域广泛的推广及使用。
权利要求书
1.一种污水生物净化并资源转化利用的系统，其特征在于：其包括生化池、蚤培养驯化池及菌藻蚤共生池，所述生化池内设置有曝气管，用于对注入生化池的污水进行无害化处理，所述曝气管的进气口与外部气泵连接，所述曝气管的出气口设置在所述生化池的池底；所述蚤培养驯化池的进水端与所述生化池的出水端连接，用于繁殖、驯化微型动物；所述菌藻蚤共生池的入水端与所述蚤培养驯化一体池的出水端连接，用于繁殖与共生好氧型有益菌、水藻及微型动物，形成简单食物链。
2.根据权利要求1所述的一种污水生物净化并资源转化利用的系统，其特征在于：所述生化池包括污水盛置池及菌培养生化一体池，所述污水盛置池的进水端与外部注入污水的管路连通，用于盛置初始状态下的污水，所述污水盛置池的出水端与所述菌培养生化一体池的进水端之间通过管路、泵体及阀门连通，用于控制注入菌培养生化一体池中的进水量及进水速度。
3.根据权利要求2所述的一种污水生物净化并资源转化利用的系统，其特征在于：所述菌培养生化一体池通过隔断A分隔为用于对污水无害化处理、培养好氧型有益菌种的进水仓A及用于沉淀水中大颗粒污染物的出水仓A，所述隔断A的上方设置有连通进水仓A与出水仓A的出水口，所述曝气管设置在所述菌培养生化一体池的进水仓A内，所述曝气管为强曝气管，曝气管的出气口设置在所述进水仓A的池底，所述出水仓A的出水端与所述蚤培养驯化池及所述菌藻蚤共生池的进水端衔接、连通。
4.根据权利要求2所述的一种污水生物净化并资源转化利用的系统，其特征在于：其还包括藻培养池，所述藻培养池通过隔断B分隔为进水仓B及出水仓B，所述隔断B的上方设置有连通进水仓B与出水仓B的出水口，所述进水仓B的进水端与所述菌培养生化一体池的出水端衔接、连通，所述出水仓B的出水端分别与所述蚤培养驯化池及菌藻蚤共生池的进水端衔接、连通；所述进水仓B内铺设有微曝气管，所述微曝气管的出气口设置于进水仓B的池底，所述微曝气管的上端设置有菌床。
5.根据权利要求2所述的一种污水生物净化并资源转化利用的系统，其特征在于：其还包括蚤净化池，所述蚤净化池的进水端与所述菌藻蚤共生池的出水端衔接、连通；所述蚤净化池的出水端通向外部，回收净化后的水体，使净化后的污水再利用，所述蚤净化池中的蚤用于生产为饵料以做经济输出，或成为后续水体养殖中其他水产品的饵料。
6.一种污水生物净化并资源转化利用的方法，其特征在于：其包括以下步骤，A，污水的生化处理：将污水逐次注入生化池中，控制外部气泵启动，曝气管向生化池的污水中通入空气，对生化池中的污水曝气充氧，增加生化池内污水的溶解氧含量，抑制污水中厌氧微生物的生存、繁殖及代谢，同时，向生化池内投放好氧型有益菌，好氧型有益菌在污水中不断繁殖，曝气后，将生化池中的污水排入蚤培养驯化池内；B，繁殖、驯化微型动物：将生化后的污水逐次注入蚤培养驯化池中，将微型动物投入蚤培养驯化池中培养、繁殖并进行抽样观察，寻找培养、繁殖微型动物的最佳进水量；所述微型动物包括轮虫、枝角类、卤虫、桡足类；C，净化水质：向污水中投放有益藻种，好氧型有益菌，藻，蚤在污水中不断繁殖，好氧型有益菌将污水内大颗粒污染物分解为小颗粒有机碎屑、藻类吸收水中可溶性营养物质，形成污水中营养的初级富集，蚤滤食水中的菌、小颗粒有机碎屑及藻类，形成污水中营养的二级富集。
7.根据权利要求6所述的一种污水生物净化并资源转化利用的方法，其特征在于：所述步骤A中，当污水中溶解氧含量高于1mg/L时，将污水少量多次地排至蚤培养驯化池；所述步骤B中繁殖、驯化的方法包括向蚤培养驯化池中注入0.5至1.2米深正常水体，调节蚤培养驯化池中水体的酸碱值在7.5至8之间后，向池中添加300至500kg/亩的牲畜粪便，3至5天后大型蚤在蚤培养驯化池内迅速繁殖，此时，将生化池中的污水排入蚤培养驯化池中，其中，第一次排入蚤培养驯化池中的污水量少于蚤培养驯化池中现有储水量的十分之一。
8.根据权利要求6所述的一种污水生物净化并资源转化利用的方法，其特征在于：所述步骤A中的污水的生化处理具体包括以下步骤，a,无害化处理：初始状态下,污水首先流入污水盛置池中，当需要向菌培养生化一体池注入污水时，打开二者之间的泵体及阀门，控制注入菌培养生化一体池中污水的流量及总量，打开菌培养生化一体池的进水仓A中曝气管连接的气泵，对进水仓A内的污水曝气充氧，同时，气流搅动污水、带动进水仓A内的污水上下循环翻腾，充分混合进水仓A内的泥、水，氧气在污水内充分溶解，从而显著提高污水的溶解氧含量，抑制污水中厌氧微生物的生存、繁殖及代谢，同时，水中的溶解氧能够氧化厌氧菌代谢产生的还原性有害物质；b，生化处理：污水中可溶性氧含量提高，有害的还原性物质减少，好氧型有益菌在进水仓A的污水中指数繁殖，好氧型有益菌在繁殖生长过程中，将污水中大颗粒污染物分解为小颗粒有机碎屑，完成污水中营养的初级富集，随着进水仓A中注水量逐渐提高，其内污水通过隔板A的出水口流入出水仓A中，污水中未分解完的大颗粒污染物在出水仓A中逐渐沉淀，小颗粒有机质在出水仓A中悬浮成为混合溶液。
9.根据权利要求8所述的一种污水生物净化并资源转化利用的方法，其特征在于：所述菌培养生化一体池的进水仓A中，污水一次的注入量低于进水仓A中现有水量的二分之一，同时，根据污水负荷浓度调节进水量保证进水仓A中菌的丰富活跃，调整方式为，当负荷浓度低时，提高进水量。
10.根据权利要求9所述的一种污水生物净化并资源转化利用的方法，其特征在于：所述步骤B中微型动物为枝角类中大型蚤或隆线蚤；寻找培养、繁殖微型动物的最佳进水量的方式包括，当出现抱休眠雌蚤时代表此大型蚤不适应水质，对水质做出调整，调整措施包括减少污水进水量，当出现幼体大型蚤，代表大型蚤繁殖良好，可适当加大污水排入量，如此循环至寻找到最佳进水量；所述大型蚤的接种密度为100-500个/L；大型蚤的驯化方式为在正常水体中逐步增加菌培养生化一体池中的悬浮、半悬浮物以及藻培养池中的污水，逐渐驯化，或通过在正常水体中添加过量但不致死的菌、藻混合悬浮溶液，使枝角类形成包含抱休眠卵的群体；在完成驯化后，所述蚤培养驯化池可作为菌藻蚤共生池使用或作为蚤培育后备池。
11.根据权利要求10所述的一种污水生物净化并资源转化利用的方法，其特征在于：所述步骤C中净化水质的过程包括培养有益藻种净化水质，具体包括，将出水仓A中的污水注入至藻培养池的进水仓B中，开启微曝气管，对其中呈混合溶液状态下的污水微曝气，向进水仓B的水中添加好氧型有益菌种，好氧型有益菌种在菌床上附着、繁殖、进一步分解进水仓B内污水中的大颗粒污染物，提高污水中小颗粒有机质及可溶性营养物质的含量；随着进水仓B中水位增高，污水从隔断B的出水口溢至出水仓B中，向出水仓B中投放有益藻种，并维持其为优势藻种，有益藻种在污水中吸收可溶性营养物质，实现污水中营养的进一步初级富集，藻类培养完成后，将出水仓B中的水及藻类排至菌培养生化一体池、蚤培养驯化一体池或菌藻蚤共生池中以补充其中溶解氧，或为蚤培养驯化一体池、菌藻蚤共生池中的蚤提供食物。
12.根据权利要求11所述的一种污水生物净化并资源转化利用的方法，其特征在于：所述步骤C中净化水质的过程包括菌藻蚤共生净化水质，具体包括，从蚤培养驯化池中排放部分蚤至菌藻蚤共生池中，将菌培养生化一体池中的表层水及藻培养池中的表层水作为蚤类食物排放至菌藻蚤共生池中，蚤滤食水中的微生物及小颗粒悬浮物，排入量根据蚤对污水的适应能力确定，遵循少量多次的原则，当污水的水质不适宜好氧型有益菌、藻、蚤生存时确定原因并做出相应调整，蚤投喂量根据菌群、蚤群的生物群状态及气候变化调整，保持菌藻蚤共生池内的生物能够正常繁殖、形成良性食物链。
13.根据权利要求12所述的一种污水生物净化并资源转化利用的方法，其特征在于：每天向菌藻蚤共生池内排放的菌培养生化一体池中的表层水和藻培养池中的表层水的总量为该池总水体积的十分之一至五分之一，保证水体透明度范围在20至30cm之间；所述水体透明度低于20cm时代表水质不适宜菌藻蚤共生池内好氧型有益菌、藻与蚤的生存，此时，调整措施包括减少污水进水量。
14.根据权利要求13所述的一种污水生物净化并资源转化利用的方法，其特征在于：所述步骤C中净化水质的过程还包括蚤净化水质，具体包括，将菌藻蚤共生池内净化后的污水注入蚤净化池中，只向蚤净化池内排放藻类及蚤类，形成简单的食物链，当蚤净化池内营养浓度高时，藻生长快，增加蚤投放量进行消化，当营养稀薄时，蚤体自然产生休眠卵，数量减少，摄食量减少，当环境适合时休眠卵再次孵化，藻在水体中的增加速度加快，污水在蚤净化池中得到进一步净化，适合绝大部分生活生产用水；所述蚤净化池中净化后的尾水还可输送至蚤培养驯化池或菌藻蚤共生池中用于调整蚤培养驯化池或菌藻蚤共生池中水质。
15.根据权利要求14所述的一种污水生物净化并资源转化利用的方法，其特征在于：所述菌培养生化一体池的出水仓A及所述藻培养池的出水仓B中的沉淀分别定期清理、抽取至菌培养生化一体池的进水仓A中利用好氧型有益菌再分解。
发明内容
本发明目的在于提供一种污水生物净化并资源转化利用的系统和方法,以解决现有技术中，污水净化效率低、净化污水占用面积广、成本高、水中营养物质不能被资源化利用、并且利用药物絮凝沉淀会在剩余污泥中发生药物积累从而对土壤和水体构成危害的技术问题，实现低投入高产值的污水资源化利用。
为实现上述目的，本发明的所采取的技术方案是：一种污水生物净化并资源转化利用的系统，其包括生化池、蚤培养驯化池、菌藻蚤共生池，所述生化池内设置有曝气管，用于对注入生化池的污水进行无害化处理，所述曝气管的进气口与外部气泵连接，所述曝气管的出气口设置在所述生化池的池底；所述蚤培养驯化池的进水端与所述生化池的出水端连接，用于繁殖、驯化微型动物；所述菌藻蚤共生池的入水端与所述蚤培养驯化一体池的出水端连接，用于繁殖与共生好氧型有益菌、水藻及微型动物，形成简单食物链。
所述生化池包括污水盛置池及菌培养生化一体池，所述污水盛置池的进水端与外部注入污水的管路连通，用于盛置初始状态下的污水，所述污水盛置池的出水端与所述菌培养生化一体池的进水端之间通过管路、泵体及阀门连通，用于控制注入菌培养生化一体池中的进水量及进水速度。
所述菌培养生化一体池通过隔断A分隔为用于对污水无害化处理、培养好氧型有益菌种的进水仓A及用于沉淀水中大颗粒污染物的出水仓A，所述隔断A的上方设置有连通进水仓A与出水仓A的出水口，所述曝气管设置在所述菌培养生化一体池的进水仓A内，所述曝气管为强曝气管，曝气管的出气口设置在所述进水仓A的池底，所述出水仓A的出水端与所述蚤培养驯化池及所述菌藻蚤共生池的进水端衔接、连通。
其还包括藻培养池，所述藻培养池通过隔断B分隔为进水仓B及出水仓B，所述隔断B的上方设置有连通进水仓B与出水仓B的出水口，所述进水仓B的进水端与所述菌培养生化一体池的出水端衔接、连通，所述出水仓B的出水端分别与所述蚤培养驯化池及菌藻蚤共生池的进水端衔接、连通；所述进水仓B内铺设有微曝气管，所述微曝气管的出气口设置于进水仓B的池底，所述微曝气管的上端设置有菌床。
其还包括蚤净化池，所述蚤净化池的进水端与所述菌藻蚤共生池的出水端衔接、连通；所述蚤净化池的出水端通向外部，回收净化后的水体，使净化后的污水再利用，所述蚤净化池中的蚤用于生产为饵料以做经济输出，或成为后续水体养殖中其他水产品的饵料。
一种污水生物净化并资源转化利用的方法，其包括以下步骤，A，污水的生化处理：将污水逐次注入生化池中，控制外部气泵启动，曝气管向生化池的污水中通入空气，对生化池中的污水曝气充氧，增加生化池内污水的溶解氧含量，抑制污水中厌氧微生物的生存、繁殖及代谢，同时，向生化池内投放好氧型有益菌，好氧型有益菌在污水中不断繁殖，曝气后，将生化池中的污水排入蚤培养驯化池内；B，繁殖、驯化微型动物：将生化后的污水逐次注入蚤培养驯化池中，将微型动物投入蚤培养驯化池中培养、繁殖并进行抽样观察，寻找培养、繁殖微型动物的最佳进水量；所述微型动物包括轮虫、枝角类、卤虫、桡足类；C，净化水质：向污水中投放有益藻种，好氧型有益菌，藻，蚤在污水中不断繁殖，好氧型有益菌将污水内大颗粒污染物分解为小颗粒有机碎屑、藻类吸收水中可溶性营养物质，形成污水中营养的初级富集，蚤滤食水中的菌、小颗粒有机碎屑及藻类，形成污水中营养的二级富集。
所述步骤A中，当污水中溶解氧含量高于1mg/L时，将污水少量多次地排至蚤培养驯化池；所述步骤B中繁殖、驯化的方法包括向蚤培养驯化池中注入0.5至1.2米深正常水体，调节蚤培养驯化池中水体的酸碱值在7.5至8之间后，向池中添加300至500kg/亩的牲畜粪便，3至5天后大型蚤在蚤培养驯化池内迅速繁殖，此时，将生化池中的污水排入蚤培养驯化池中，其中，第一次排入蚤培养驯化池中的污水量少于蚤培养驯化池中现有储水量的十分之一。
所述步骤A中的污水的生化处理具体包括以下步骤，a,无害化处理：初始状态下,污水首先流入污水盛置池中，当需要向菌培养生化一体池注入污水时，打开二者之间的泵体及阀门，控制注入菌培养生化一体池中污水的流量及总量，打开菌培养生化一体池的进水仓A中曝气管连接的气泵，对进水仓A内的污水曝气充氧，同时，气流搅动污水、带动进水仓A内的污水上下循环翻腾，充分混合进水仓A内的泥、水，氧气在污水内充分溶解，从而显著提高污水的溶解氧含量，抑制污水中厌氧微生物的生存、繁殖及代谢，同时，水中的溶解氧能够氧化厌氧菌代谢产生的还原性有害物质。
b，生化处理：污水中可溶性氧含量提高，有害的还原性物质减少，好氧型有益菌在进水仓A的污水中指数繁殖，好氧型有益菌在繁殖生长过程中，将污水中大颗粒污染物分解为小颗粒有机碎屑，完成污水中营养的初级富集，随着进水仓A中注水量逐渐提高，其内污水通过隔板A的出水口流入出水仓A中，污水中未分解完的大颗粒污染物在出水仓A中逐渐沉淀，小颗粒有机质在出水仓A中悬浮成为混合溶液。
所述菌培养生化一体池的进水仓A中，污水一次的注入量低于进水仓A中现有水量的二分之一，同时，根据污水负荷浓度调节进水量保证进水仓A中菌的丰富活跃，调整方式为，当负荷浓度低时，提高进水量。
所述步骤B中微型动物为枝角类中大型蚤或隆线蚤；寻找培养、繁殖微型动物的最佳进水量的方式包括，当出现抱休眠雌蚤时代表此大型蚤不适应水质，对水质做出调整，调整措施包括减少污水进水量，当出现幼体大型蚤，代表大型蚤繁殖良好，可适当加大污水排入量，如此循环至寻找到最佳进水量；所述大型蚤的接种密度为100-500个/L；大型蚤的驯化方式为在正常水体中逐步增加菌培养生化一体池中的悬浮、半悬浮物以及藻培养池中的污水，逐渐驯化，或通过在正常水体中添加过量但不致死的菌、藻混合悬浮溶液，使枝角类形成包含抱休眠卵的群体；在完成驯化后，所述蚤培养驯化池可作为菌藻蚤共生池使用或作为蚤培育后备池。
所述步骤C中净化水质的过程包括培养有益藻种净化水质，具体包括，将出水仓A中的污水注入至藻培养池的进水仓B中，开启微曝气管，对其中呈混合溶液状态下的污水微曝气，向进水仓B的水中添加好氧型有益菌种，好氧型有益菌种在菌床上附着、繁殖、进一步分解进水仓B内污水中的大颗粒污染物，提高污水中小颗粒有机质及可溶性营养物质的含量；随着进水仓B中水位增高，污水从隔断B的出水口溢至出水仓B中，向出水仓B中投放有益藻种，并维持其为优势藻种，有益藻种在污水中吸收可溶性营养物质，实现污水中营养的进一步初级富集，藻类培养完成后，将出水仓B中的水及藻类排至菌培养生化一体池、蚤培养驯化一体池或菌藻蚤共生池中以补充其中溶解氧，或为蚤培养驯化一体池、菌藻蚤共生池中的蚤提供食物。
所述步骤C中净化水质的过程包括菌藻蚤共生净化水质，具体包括，从蚤培养驯化池中排放部分蚤至菌藻蚤共生池中，将菌培养生化一体池中的表层水及藻培养池中的表层水作为蚤类食物排放至菌藻蚤共生池中，蚤滤食水中的微生物及小颗粒悬浮物，排入量根据蚤对污水的适应能力确定，遵循少量多次的原则，当污水的水质不适宜好氧型有益菌、藻、蚤生存时确定原因并做出相应调整，蚤投喂量根据菌群、蚤群的生物群状态及气候变化调整，保持菌藻蚤共生池内的生物能够正常繁殖、形成良性食物链。
每天向菌藻蚤共生池内排放的菌培养生化一体池中的表层水和藻培养池中的表层水的总量为该池总水体积的十分之一至五分之一，保证水体透明度范围在20至30cm之间；所述水体透明度低于20cm时代表水质不适宜菌藻蚤共生池内好氧型有益菌、藻与蚤的生存，此时，调整措施包括减少污水进水量。
所述步骤C中净化水质的过程还包括蚤净化水质，具体包括，将菌藻蚤共生池内净化后的污水注入蚤净化池中，只向蚤净化池内排放藻类及蚤类，形成简单的食物链，当蚤净化池内营养浓度高时，藻生长快，增加蚤投放量进行消化，当营养稀薄时，蚤体自然产生休眠卵，数量减少，摄食量减少，当环境适合时休眠卵再次孵化，藻在水体中的增加速度加快，污水在蚤净化池中得到进一步净化，适合绝大部分生活生产用水；所述蚤净化池中净化后的尾水还可输送至蚤培养驯化池或菌藻蚤共生池中用于调整蚤培养驯化池或菌藻蚤共生池中水质。
所述菌培养生化一体池的出水仓A及所述藻培养池的出水仓B中的沉淀分别定期清理、抽取至菌培养生化一体池的进水仓A中利用好氧型有益菌再分解。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明提供的一种污水生物净化并资源转化利用的系统和方法，通过以污水中的有机颗粒作为基础营养源并给污水曝气充氧来培养高密度的好氧型有益菌，完成污水营养的初级富集，同时将大颗粒有机物分解为可被微型动物滤食的有机碎屑；再利用藻体吸收分解出的可溶性营养，完成污水营养初级富集；同时，利用藻体进行光合作用为污染的水体提供溶解氧，最后以有机碎屑、菌体、藻体作为饵料，培养高密度的微型动物群，例如蚤；通过以食物链的方式完成污水中营养的富集，避免了二次污染的产生，生态环保。
本发明充分利用微型生物的指数繁殖优势及数量优势，有效提高了污水有机物在食物链中的转化速度，实现污水的初步转化，将污水中营养物质资源化利用的同时实现对水体的净化，净化效率高，为后续污水的资源化利用建立了良好的基础。
本技术方案，与传统的污水处理方式相比，是将污水中的悬浮物转化为营养被藻类吸收或者直接作为滤食型动物的饵料，没有絮凝沉淀过程，基本可以做到无残渣、无残留，生态转化中的剩余污泥几乎可以忽略不计，解决了传统的絮凝沉淀会产生剩余污泥以及剩余污泥二次处理的问题，另外，污水中的有机物转化为了经济产物，产生了额外的经济产出，所以，除了对水体的净化效果外，本发明所提供的技术方案与传统的污水处理方式相比，对污染物的处置方式完全相反。
并且，利用本技术方案治理后的尾水，是污水资源化利用后的自然产物，是更生态环保的自然水，适合更多场合使用，如景区游玩用水、农业用水、城市绿化用水、渔业用水等，使得水资源得到充分的循环利用。另外，采用好氧方式治理污水，能够避免温室气体的产生，更加生态环保，相对提高了湿地处理污水的效率，大大减少了污水处理过程中的占用面积。
本发明采用微型生物食物链的方式实现了污水的资源化利用，高质高效地解决了污水净化的问题，是尊重自然、顺应自然、保护自然的方式，利国利民，适合在污水净化技术领域广泛的推广及使用。
（发明人：杨虎山;马骏伟;刘振学;杨辰辰;王彬）
