CN215161403U - 一种多点进水节能氧化沟污水处理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多点进水节能氧化沟污水处理系统用于循环水养殖尾水处理。鉴于循环水养殖尾水含氧量高、碳氮比低，以致现有处理工艺脱氮不力，由此造成循环水氮积累、带来系列问题，本实用新型在土体边坡池塘建造氧化沟主体和沉淀池一体化的类传统氧化沟，特别是将高含氧尾水原水分多点分别直接进入或流过水轮机带动曝气机后再进入贫氧的氧化沟，这样既给氧化沟间隔增氧、代替传统氧化沟利用电力机械曝气，又利于尾水中的有机碳一开始就有效参与脱氮反应、避免碳源无效消耗和人为加碳，而且曝气机和污泥回流泵均由有剩余水头的原尾水驱动，工艺过程无需任何附加能源。是一种能有效脱氮、显著节地节能、投资很低的循环水养殖尾水净化系统。

Description

一种多点进水节能氧化沟污水处理系统

技术领域

本实用新型涉及一种水产养殖尾水异位处理回用成套技术，重点是节能降耗脱氮

背景技术

我国是水产养殖大国，年产量占世界年产量的约70％。由于环境保护政策的倒逼作用和农业现代化的主客观要求，循环水水产养殖作为一种具有环境友好、增产增收、提质提效、智慧管理优势的养殖模式日益得到高度重视和推广应用，并将逐步取代传统养殖模式。除了已有的工厂化循环水养殖系统(RAS)外，近年来在我国又兴起了一种室外的陆基集装箱式水产养殖模式。后者的特点是整个养殖系统置于户外，可以有较大的空间用于尾水净化，并能利用自然条件对净化后的尾水进行生物增氧和再生回用，对环境和养殖生物双双友好，因而得到农业农村部的大力支持和推荐使用，已专门为其颁布行业技术标准。

户外循环水养殖的尾水和所有RAS系统一样具有相同的特性：一是原尾水含氧浓度高，二是碳氮比低。因原尾水含氧高，现有尾水处理方法难以避免首先出现好氧反应过程消耗尾水中的有机碳；而由于碳氮比本来就低，之后即使能形成缺氧条件，但碳源已经很少了，使厌氧脱氮难以进行，造成循环水中氮大量积累。室内工厂化循环水养殖多采用过滤工艺，为此尝试采用不同人工加碳措施，结果要么技术远不成熟，要么显著增加尾水处理成本。户外集装箱式或圆桶式循环水养殖目前普遍采用塘和湿地系统处理尾水，负荷高时容易发生水质恶化，负荷低时，由于氮磷营养积累，造成塘和湿地中植物和大型藻类疯长，给管理带来困难和新的成本。为此先前曾提出一体化斜坡式氧化沟污水处理系统(ZL202020233329.3)，并对其做了改进以期适用于户外循环水养殖尾水的脱氮需求，但仍只部分地解决了问题。

实用新型内容

为了避免原尾水高含氧一开始就造成好氧消解，以保存养殖尾水中有限的有机碳源用于脱氮，同时将原尾水中的氧用到需要的地方，从而减少整个系统的补氧以节约能源，本实用新型提供了一种多点进水节能氧化沟污水处理系统，可使尾水中的氧和有机碳在脱氮过程中分别得其所用，同时利用进水的动能推动氧化沟内的水流，使整个工艺的能耗和运转费用趋近于零。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种多点进水节能氧化沟污水处理系统，其仍以与水产养殖环境相协调、施工简单、四面有边坡的土体池塘为载体，通过分隔形成氧化沟主体和沉淀池；尾水原水(污水)进水总管横跨整个氧化沟系统，并在各段沟水下顺着水流方向各设置一个原尾水(污水)直接布水管，另可在相近断面位置安装水轮机和曝气机备用，尾水可从各个污水直接布水管出口流进氧化沟、也可流过水轮机驱动曝气机后再流入氧化沟；在沉淀池的一端安装闸门控制从氧化沟流入沉淀池的流量，在沉淀池另一端设上清液出水管，并在沉淀池最深位置安装射流式污泥回流泵。

上述的池塘边坡以1∶2为宜，配合当地土壤的自然稳定坡度可适当减小或加大。氧化沟和沉淀池底部应采取防渗水措施。

上述的氧化沟主体在形状规则、长宽比例因地制宜的池塘里布置，形成合理的水流回路，沟的宽度和深度应根据水力计算选定，以深水区深度2.5m左右、沟宽3m左右为宜。

上述的沉淀池设在池塘的深水区，底部做成斜坡以利于沉淀下来的污泥向集泥池中集中，沉淀池一端设沉淀池进水控制闸门，保持整个氧化沟系统进出流量平衡，并可用来调节系统中的水位和系统总容量，沉淀池另一端设上清液出水管。

上述的污水进水总管从中间横跨氧化沟系统，进水总管的起始端连接有压的养殖箱排水管，在横跨氧化沟段及其末端分汊分别向污水直接布水管、水轮机和射流式污泥回流泵供水。

上述的污水直接布水管分别连接在进水总管上位于各段氧化沟的中间位置，其出口没入氧化沟水深的中部，出口分别顺着水流的方向布设。

上述的水轮机分别加装在各直接布水管附近位置，各自通过水轮机进水管与污水进水总管连接获取水流，水轮机带动曝气机转动，通过同轴或齿轮转换使曝气机转动方向与水流方向协调，水轮机出水口设在水下与水流方向一致。

上述的射流式污泥回流泵安装在氧化沟水面以下附近，由有压的污水进水驱动，污泥回流泵吸水端伸入沉淀池的集泥池，射流泵上自带排气管和四个控制阀分别控制射流泵的污水输入管、射流泵吸水管、射流泵出水口和射流泵排气管。

上述的多点进水节能氧化沟污水处理系统主要适用于循环水养殖尾水的处理，其工艺特点是：通过让原尾水从多点进入氧化沟，使原尾水与氧化沟中十数倍于原尾水、且处于贫氧状态的回流水混合，原尾水中的高含氧被稀释，形成水体中溶解氧最高浓度不超过2mg/L，在这样的低氧条件下，好氧消化菌的活性受到抑制，从而有效地保存了易于被好氧消解的有机碳，使其能参与接下来的缺氧反硝化过程脱氮；另一方面，氧化沟是一个兼氧反应器，需氧微生物和厌氧微生物共生，硝化和反硝化过程同时进行，所以需要间隔地为其补充一定的氧气，在传统氧化沟里是利用空间间隔的电动机械曝气实现的，而在本实用新型是通过多点输入高含氧的原尾水来补氧的。此外，养殖容器里的水面与氧化沟水面一般有2m左右的水头差，此势能可以用来通过在氧化沟水下直接布水、也可通过水轮机带动叶轮曝气机，推动氧化沟内的水体流动。以上多点进水措施可谓是一举三得。

本实用新型的有益效果是：其一，与现有方法比较，能有效地保存循环水养殖尾水中有限的有机碳源用于脱氮需求，避免人为加碳；其二，在现有方法中，原尾水高含氧对脱氮来说是一个麻烦，而在本实用新型里把它用作一个资源；其三，高浓度氮积累是现有循环水养殖尾水处理方法面临的一个未解决的通病，本实用新型采用具有突出脱氮优势的氧化沟作为基础工艺，可有效解决水产养殖循环水氮积累问题；其四，本实用新型利用循环水养殖系统内部的水头差作为能源推动氧化沟水流和污泥回流，并可补充曝气，尾水处理过程实现了零附加能耗；其五，由于氧化塘处理污水效率比当前采用的塘和湿地系统高很多，基于已有的《陆基推水集装箱式水产养殖技术规范通则(SC/T 1150--2020)》计算，尾水净化部分可至少节约土地75％，加上后续微藻增氧所需池塘面积，总体上也可节约土地35％以上。综上，本实用新型是一种节能节耗、高效脱氮的创新工艺。

附图说明

下面结合附图对本实用新型进一步说明。

图1为本实用新型装有污水直接布水管和水轮机+曝气机双进水系统的总平面示意图；

图2为本实用新型仅装有水轮机带曝气机进水系统的总平面示意图；

图3为图2的A-A剖面图；

图4为图2的B-B剖面图；

图5为水轮机+曝气机示意图；

图6为所采用的的低水头射流式污泥泵结构示意图。

图中：

1、池塘边坡。图中1所指附近的虚线为边坡与水平塘底的交界线，四周边坡宜采用相同坡度。

2、氧化沟主体。以采用卡鲁塞尔型氧化沟为宜，在池塘深水区设置偶数条来回沟渠加上略宽的边坡浅水区外环沟，形成合理的水流回路。当然也可因地制宜采用奥贝尔型氧化沟作为基础布局，相应地配置系统各单元和进出水设备与回路。

3、沉淀池。沉淀池应利用池塘的部分深水区设置，并在局部加深作为集泥池。

4、污水进水总管。根据需要设计成并联的双管亦或单管，管径在合理的范围内取大一些，以减少水流的沿程损失，各弯折和接头处也应尽量考虑减少水头损失的设计。

5、射流式污泥回流泵。应通过水力计算和实验检验优化射流泵的各部分尺寸，以取得尽量大的泵效率。

6、沉淀池上清液出水管。应在沉淀池常规运行水位稍下适当高程处与沉淀池连接。

7、水轮机。水轮机以采用贯流轴伸式为宜，转动轴应安装在氧化沟常规运行水位稍上的适当高程，水轮机进水管上应安装控制阀。

8、曝气机。曝气机以采用稀疏叶片式为宜，转动轴高程与水轮机转动轴高程相同，各别采用与水轮机同轴或通过齿轮换向使各台曝气机转向与其所在的氧化沟内的水流方向相协调。

9、水轮机进水管。宜顺着污水进水总管内的水流方向与总管连接，以减少局部水头损失。

10、水轮机出水管。需顺着氧化沟内水流方向装设水轮机出水口，按照贯流轴伸式水轮机水流出口的一般设计，出口截面应略有扩展，以减少阻力。

11、水轮机和曝气机支撑墙。

12、射流泵内喷嘴。

13、射流泵吸水管。

14、污水输入管。

15、射流泵排气管。

16、控制阀门。

17、沉淀池进水控制闸门。可参照类似的传统氧化沟的同类设备设计，保证其具有控制流量和调节系统中水位的双重功能。

18、污水直接布水管。各段氧化沟的直接布水管出流方向应与该段沟内水流方向一致，布水管上设控制阀，出口以采用鸭嘴型为宜，既能分散水流，又可减少能量损失。图中箭头指示水流的方向。

具体实施方式

氧化沟的总体设计，既要参照常规的氧化沟设计理论，根据主要污染物的负荷、进水浓度和出水浓度要求设计氧化沟的总容量和水力停留时间等，同时必须兼顾循环水的流量及其携带的剩余能量与推动氧化沟内水体流动所需能量之间的平衡。原则上回流率不得超过15，在计入回流的条件下氧化沟中断面平均流速应不低于污泥不沉流速。

倾斜和水浅的池塘边坡在系统运行过程中对于调控水力停留时间和增加复氧仍然是一个有利条件。

因为基本没有侧压，氧化沟的隔墙可采用水泥薄板或再生塑料板建造，基建投资很少。

系统调试期间使氧化沟内形成贫氧环境，通过内生或污泥引种培育所需的微生物群落。

【实施例1】污水直接布水管结合水轮机+曝气机方案

循环水养殖尾水的污染物浓度受到养殖负荷、养殖品种、投喂率、换水周期等多种因素的影响。由于水量和污染负荷变幅大，根据计算很多情况下系统的氧平衡是在临界点上下波动的，即有时仅依靠原尾水自带的氧加上氧化沟水流复氧即可满足系统的氧需求，有时则不能满足。在这种情况下宜采用图1所示的污水直接布水管(18)同时结合水轮机(7)+曝气机(8)方案。在实际运行时，根据负荷变化情况，可采取开启全部曝气机并关闭所有污水直接布水管，或开启全部污水直接布水管并关闭所有曝气机，亦或同时开启部分曝气机和部分污水直接布水管等不同运行模式。

【实施例2】水轮机+曝气机单布水系统方案

若有的循环水养殖系统专门用于养殖排污系数较高的品种，根据计算需要持续给氧化沟系统补充一定的氧气。在这种情况下就应该采用图2所示的水轮机(7)+曝气机(8)单布水系统方案，省去一定的建设费用。

【实施例3】污直接布水管单布水系统方案

若有的循环水养殖系统专门用于养殖排污系数较低的品种，根据计算原尾水自带的氧加上氧化沟水流复氧即可满足系统的氧需求。在这种情况下就应该仅安装图1中所示的污水直接布水管(18)，不安装水轮机(7)+曝气机(8)布水系统，可省去一笔建设费用。

Claims (5)

1.一种多点进水节能氧化沟污水处理系统，其特征在于：将池子分隔形成一体化氧化沟主体(2)和沉淀池(3)，污水进水总管(4)横跨整个氧化沟系统，并在各段沟水下顺着水流方向各设置一个污水直接布水管(18)，另在相近断面位置安装水轮机(7)和曝气机(8)，沉淀池安装有进水控制闸门(17)和上清液出水管(6)及射流式污泥回流泵(5)。

2.根据权利要求1所述的一种多点进水节能氧化沟污水处理系统，其特征在于：所述的污水进水总管(4)来流为有压的污水，在横跨氧化沟段及其末端分汊分别向污水直接布水管(18)、水轮机(7)和射流式污泥回流泵供水。

3.根据权利要求1所述的一种多点进水节能氧化沟污水处理系统，其特征在于：所述的污水直接布水管(18)分别连接在污水进水总管(4)上位于各段氧化沟的中间位置，其出口没入氧化沟水深的中部，出口分别顺着水流的方向布设。

4.根据权利要求1所述的一种多点进水节能氧化沟污水处理系统，其特征在于：所述的水轮机(7)分别安装在各污水直接布水管(18)附近位置，各自通过水轮机进水管(9)与污水进水总管(4)连接获取有压水流，水轮机(7)带动曝气机(8)转动，通过同轴或齿轮转换使曝气机(8)转动方向与水流方向协调，水轮机(7)出水口设在水下与水流方向一致。

5.根据权利要求1所述的一种多点进水节能氧化沟污水处理系统，其特征在于：所述的射流式污泥回流泵(5)安装在氧化沟水面以下附近，由来自污水进水总管(4)的有压污水驱动，射流式污泥回流泵(5)吸水端伸入沉淀池(3)集泥池，射流式污泥回流泵(5)上自带射流泵排气管(15)和四个控制阀门(16)分别控制射流式污泥回流泵(5)的污水输入管(14)、射流泵吸水管(13)、射流泵出水口和射流泵排气管(15)。

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