一种缺氧脱氮生物过滤器及其使用方法
【专利摘要】本发明提供了一种缺氧脱氮生物过滤器，包括缺氧生物反应器、增氧生物反应器、ORP控制器、投料槽、输氧设备及过滤装置，所述缺氧生物反应器为封闭式环境，缺氧生物反应器内投放有兼性厌氧细菌，缺氧生物反应器通过管道与增氧生物反应器连接，增氧生物反应器为有氧环境，所述增氧生物反应器为开放式环境，缺氧生物反应器的ORP值控制在?350至?50之间，所述投料槽与缺氧生物反应器连接，投料槽内设置有计量泵，所述输氧设备与增氧生物反应器连接，过滤装置与增氧生物反应器通过管道连接。本发明不仅消除了水中的亚硝酸盐、硝酸盐等有害物质，同时还有效避免了生成其他有毒或不良气味气体，大大提高了水质处理的效率，保证了净化效果。
【专利说明】
一种缺氧脱氮生物过滤器及其使用方法
技术领域
[0001]本发明涉及水处理设备，尤其涉及一种缺氧脱氮生物过滤器及其使用方法。
【背景技术】
[0002]在集约化养殖池塘中，会因鱼食及排泄到水中的氮输入，使硝酸盐含量会升高，在闭合循环水产养殖场的生物滤池将其被排泄氨或有机氮氧化为毒性较小硝酸盐，硝酸盐不会被有氧过滤器过滤掉而是积聚在水中，超出一定的水平会形成有害物。传统的方式是以换新水的方式来降低硝酸盐含量，这种方法不仅昂贵，而且排放的废水有高硝酸盐含量，这可能会导致河流和湖泊富营养化。
[0003]在封闭循环以及从交换水处理技术中，采用缺氧脱氮技术是有效方式之一，在缺氧脱氮的过程中，硝酸盐是由缺氧细菌在几个步骤逐步清除，最终分解为氮气逃逸到大气中。一些中间产物是有毒的(如亚硝酸盐)，这些有毒物质可能积聚在反应器中，如果该处理没有在适当的时候停止，当所有的硝酸盐过多时，厌氧细菌可能会开始降低硫酸盐以形成硫化氢。
[0004]缺氧脱氮过滤器很少用在养殖水体循环，其原因在于处理过的水容易将不含氧气的且含亚硝酸盐的被直接栗回养殖池中，这可能导致高浓度有毒的亚硝酸盐形成或生成其他有毒或不良气味气体(如硫化氢)等，对养殖的鱼类造成伤害。
【发明内容】
[0005]本发明是针对上述技术的不足，提供一种缺氧脱氮生物过滤器，具有净化效果好，控制方便的优点，同时能避免其他有害物质的产生。
[0006]本发明提供的技术方案如下:一种缺氧脱氮生物过滤器，包括缺氧生物反应器、增氧生物反应器、ORP控制器、投料槽、输氧设备及过滤装置，所述缺氧生物反应器为封闭式环境，缺氧生物反应器内投放有兼性厌氧细菌，所述缺氧生物反应器通过管道与增氧生物反应器连接，增氧生物反应器为有氧环境，所述增氧生物反应器为开放式环境，所述ORP控制器用于检测养殖水的ORP值，ORP控制器包括第一 ORP控制器及第二 ORP控制器，第一 ORP控制器与缺氧生物反应器连接，缺氧生物反应器的ORP值控制在-350至-50mv之间，第二ORP控制器与增氧生物反应器连接，所述投料槽与缺氧生物反应器连接，投料槽内设置有计量栗，所述输氧设备与增氧生物反应器连接，过滤装置与增氧生物反应器通过管道连接。
[0007]进一步的，所述有机食物为容易被生物降解的有机物质，如甲醇和乙醇、糖类或是池塘有机污泥的一种或几种混合物，投入的有机食物作为缺氧生物反应器中异养细菌的碳源及电子供体，在溶解氧浓度极低的条件下利用硝酸盐中的氮作为电子受体，来共同完成生物反硝化过程。
[0008]进一步的，所述缺氧生物反应器内设置有一搅拌桨。
[0009]进一步的，所述缺氧生物反应器的兼性厌氧细菌为气单胞菌，气单胞菌为反硝化微球菌、反硝化假单胞菌、荧光假单胞菌、反硝化色杆菌和紫色色杆菌中的一种或几种。
[0010]进一步的，所述缺氧生物反应器内填充有填料，填料为浮动塑料填料，浮动塑料填料用于增加细菌着床的表面积，并保持大量细菌附着在浮动塑料填料上。
[0011 ]进一步的，所述增氧生物反应器内也填充有填料，填料为浮动塑料填料。
[0012]进一步的，所述第一ORP控制器及第二ORP控制器的下端设置有一探头，探头进入到反应器内部并与养殖水接触，所述第一 ORP控制器与投料槽连接。
[0013]进一步的，所述输氧设备包括风机和/或臭氧机以及多个喷嘴，风机和/或臭氧机与喷嘴连接，喷嘴设置在增氧生物反应器的底部。
[0014]进一步的，所述风机和/或臭氧机与第二ORP控制器连接，通过第二ORP控制器的实时监测数据来控制风机和/或臭氧机向增氧生物反应器中栗入氧气或臭氧的数量，从而控制水体的ORP值。
[0015]进一步的，所述过滤装置包括一沉淀料斗，沉淀料斗上端接有出水管，沉淀料斗下端设置有一污泥控制阀。
[0016]本发明的另一目的是提供一种缺氧脱氮生物过滤器的使用方法，其方法如下:所述缺氧生物反应器为缺氧环境，养殖水进入到缺氧生物反应器后，由第一 ORP控制器检测缺氧生物反应器内养殖水的ORP值，如果ORP值低于-350mv时，投料槽通过计量栗向缺氧生物反应器内投放有机食物，兼性厌氧细菌通过食物获得能量将水中的硝酸盐分解为氮气，随后净化后的水转移至增氧生物反应器，第二 ORP控制器实时监测增氧生物反应器中水的ORP值，增氧生物反应器中由输氧设备向其内部输送氧气，以向水中充入足量的氧气提升水中溶解氧，经过增氧生物反应器的增氧作用后，水转移至过滤装置，经沉淀后通过出水管排出，完成净化工序，经过处理的水体返回到水产养殖池塘，或为以后使用的池塘水的变化，在池塘中重新定向，它可以作为灌溉用水或进入河流中。
[0017]与现有技术相比，本发明通过采用缺氧生物反应器对需净化的水体进行无氧消化分解，利用增氧生物反应器进行有氧分解，同时通过ORP控制器来分别监测两个反应器的ORP值，将ORP值控制在-350至-50mv之间，不仅消除了水中的亚硝酸盐、硝酸盐等有害物质，同时还有效避免了生成其他有毒或不良气味气体，如硫化氢等，大大提高了水质处理的效率，保证了净化效果。
【附图说明】
[0018]附图1是本发明所述缺氧脱氮生物过滤器的结构示意图。
【具体实施方式】
[0019]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0020]如图1所示，一种缺氧脱氮生物过滤器，包括缺氧生物反应器1、增氧生物反应器2、ORP(氧化还原电位)控制器3、投料槽4、输氧设备5及过滤装置6，所述缺氧生物反应器I为封闭式环境，避免与氧气或空气接触，缺氧生物反应器I内投放有兼性厌氧细菌，兼性厌氧细菌用于进行反硝化反应以对养殖水中的硝酸盐进行分解，所述缺氧生物反应器I通过管道与增氧生物反应器2连接，增氧生物反应器2为有氧环境，所述ORP(氧化还原电位)控制器3用于检测养殖水的ORP值，ORP(氧化还原电位)控制器3包括第一 ORP控制器31及第二 ORP控制器32，第一 ORP控制器31与缺氧生物反应器I连接，缺氧生物反应器I内养殖水的ORP值由第一 ORP控制器31来进行检测控制，缺氧生物反应器I的ORP值控制在-350至-50mv之间，ORP值在-350至-50mv之间表示水质中NO3-和NO2-离子是主要的最终电子受体，ORP值至关重要，如果缺氧生物反应器I内水质的ORP值升高到-50mv到O甚至正值，会导致部分的硝酸盐被还原和高浓度的亚硝酸盐不能够被分解，影响净化效果，如果ORP低于-350mv，所有硝酸盐被还原和细菌将减少，影响生物反应效果;第二 ORP控制器32与增氧生物反应器2连接，所述投料槽4与缺氧生物反应器I连接，投料槽4用于投放兼性厌氧细菌所需的食物，投料槽4内设置有计量栗41，计量栗41用于控制每次投放有机食物的重量，以达到精确投放，所述有机食物为容易被生物降解的有机物质，如甲醇和乙醇、糖类或是池塘有机污泥的一种或几种混合物，投入的有机食物作为缺氧生物反应器中兼性厌氧细菌的碳源及电子供体，在溶解氧浓度极低的条件下利用硝酸盐中的氮作为电子受体，来共同完成生物反硝化过程;所述输氧设备5与增氧生物反应器2连接，过滤装置6与增氧生物反应器2通过管道连接。
[0021]所述缺氧生物反应器I上设置有进水口12，待处理的养殖水从进水口 12进入到缺氧生物反应器I内，缺氧生物反应器I内设置有一搅拌桨13，搅拌桨13搅动缺氧生物反应器I内的水使其产生一定的流动性，以提高生物反应的效率。
[0022]所述缺氧生物反应器I进行反硝化的为兼性厌氧细菌，采用的兼性厌氧细菌是气单胞菌，如反硝化微球菌(Micrococcus denitrif icans)、反硝化假单胞菌(Pseudomonasdenitrificans)、焚光假单胞菌(Pseudomonas fluorescens)、反硝化色杆菌(Chromobacterium denitrificans)和紫色色杆菌
[0023](Chromobacterium v1laceum)等中的一种或几种;在缺氧生物反应器I中，气单胞菌仍然可以执行“氧化代谢”，其反应原理为:由于缺氧生物反应器I是封闭环境，缺氧生物反应器I内的氧气被迅速消耗和细菌切换到硝酸盐呼吸，这种代谢所需的”氧气”从硝酸盐获得，由于水中含有大量的硝酸盐(NO3—)，一摩尔硝酸盐含有3摩尔氧，此产生的”氧气”可以用来供气单胞菌用来呼吸，同时排出的是氮残留，即氮气N2,其反应的过程如下:
[0024]2N03—+C2H50H—N2T+20H—+2C02+2H20
[0025]所述缺氧生物反应器I内填充有填料11，填料11为浮动塑料填料，浮动塑料填料用于增加细菌着床的表面积，并保持大量细菌附着在浮动塑料填料上，细菌会在塑料填料上形成活性生物膜，如果只使用自由浮动的细菌，没有浮动塑料填料让细菌附着，在水中的细菌浓度会很低，而且是很难把细菌保留在反应器中，反应效果会明显下降。
[0026]所述增氧生物反应器2为开放式环境，开放式环境会在增氧生物反应器2自然形成有氧细菌，有氧细菌能够依靠氧气进行硝化反应，因此不需要投放有机食物，增氧生物反应器2内也填充有填料11，填料材质与缺氧生物反应器I内的相同，其作用也相同，用于有氧细菌的附着载体。
[0027]所述第一 ORP控制器31及第二 ORP控制器32的下端设置有一探头33，探头33进入到反应器内部并与养殖水接触，用于检测养殖水的ORP值。
[0028]所述投料槽4与第一ORP控制器31连接，通过第一 ORP控制器31的实时监测数据，投料槽4及时向缺氧生物反应器I内投放食物。
[0029]所述输氧设备5包括风机和/或臭氧机52以及多个喷嘴51，风机和/或臭氧机52与喷嘴51连接，喷嘴51设置在增氧生物反应器2的底部，风机和/或臭氧机52用于向增氧生物反应器2中栗入臭氧或空气，以提高水的溶解氧，进一步的，所述风机和/或臭氧机52与第二ORP控制器32连接，通过第二 ORP控制器32的实时监测数据来控制风机和/或臭氧机52向增氧生物反应器2中栗入氧气或臭氧的数量，从而控制水体的ORP值。
[0030]所述过滤装置6包括一沉淀料斗61，沉淀料斗61上端接有出水管62，沉淀料斗61下端设置有一污泥控制阀63，污泥控制阀62用于卸载沉淀污泥。
[0031]本发明所述缺氧脱氮生物过滤器的使用方法如下:缺氧生物反应器I为缺氧环境，养殖水进入到缺氧生物反应器I后，由第一ORP控制器31检测缺氧生物反应器I内养殖水的ORP值，如果ORP值低于-350mv时，投料槽4通过计量栗41向缺氧生物反应器I内投放有机食物，兼性厌氧细菌通过食物获得能量将水中的硝酸盐分解为氮气，随后净化后的水转移至增氧生物反应器2，第二 ORP控制器32实时监测增氧生物反应器2中水的ORP值，增氧生物反应器2中由输氧设备5向其内部输送氧气，以保证水体中含有足够的氧气，经过增氧生物反应器2的净化后，水转移至过滤装置6，经沉淀后通过出水管62排出，完成净化工序，经过处理的水体返回到水产养殖池塘，或为以后使用的池塘水的变化，在池塘中重新定向，它可以作为灌溉用水或进入河流中。
[0032]在本发明中，兼性厌氧细菌利用硝酸盐和亚硝酸盐中的五价N(V)和三价N(III)作为能量代谢中的电子受体，电子受体的反应过程不断将就导致硝酸盐和亚硝酸盐转化为氮气，从而使ORP值得以调整，使得缺氧生物反应器I的ORP值控制在-350至-50mv之间，在反应器中的氧化还原电位是与氧含量有关的，如果氧气被耗尽，氧化还原电位降低，如果ORP值低于此，无氧条件能使得对其他种类的细菌培养，如硫杆菌，它可以氧化硫酸盐，对水质造成新的损坏，另一方面，如果氧化还原电位上升到高于-50mv，硝酸盐还原将不完整和高浓度的有毒的亚硝酸盐会积累在系统，无法达到净化效果。因此，该系统ORP值应控制在-350至-50mv之间ο
[0033]本发明通过采用缺氧生物反应器对需净化的水体进行无氧消化分解，利用增氧生物反应器进行有氧分解，同时通过ORP控制器来分别控制两个反应器的ORP值，将ORP值控制在-350至-50mv之间，不仅消除了水中的亚硝酸盐、硝酸盐等有害物质，同时还有效避免了生成其他有毒或不良气味气体，如硫化氢等，大大提高了水质处理的效率，保证了净化效果O
[0034]以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
【主权项】
1.一种缺氧脱氮生物过滤器，包括缺氧生物反应器(I)、增氧生物反应器(2)、ORP控制器(3)、投料槽(4)、输氧设备(5)及过滤装置(6)，其特征在于:所述缺氧生物反应器(I)为封闭式环境，缺氧生物反应器(I)内投放有兼性厌氧细菌，所述缺氧生物反应器(I)通过管道与增氧生物反应器(2)连接，增氧生物反应器(2)为有氧环境，所述增氧生物反应器(2)为开放式环境，所述ORP控制器(3)用于检测养殖水的ORP值，ORP控制器(3)包括第一 ORP控制器(31)及第二 ORP控制器(32)，第一 ORP控制器(31)与缺氧生物反应器(I)连接，缺氧生物反应器(I)的ORP值控制在-350至-50mv之间，第二ORP控制器(32)与增氧生物反应器(2)连接，所述投料槽(4)与缺氧生物反应器(I)连接，投料槽(4)内设置有计量栗(41)，所述输氧设备(5)与增氧生物反应器(2)连接，过滤装置(6)与增氧生物反应器(2)通过管道连接。2.根据权利要求1所述的缺氧脱氮生物过滤器，其特征在于:所述有机食物为容易被生物降解的有机物质，如甲醇和乙醇、糖类或是池塘有机污泥的一种或几种混合物，投入的有机食物作为缺氧生物反应器中异养细菌的碳源及电子供体，在溶解氧浓度极低的条件下利用硝酸盐中的氮作为电子受体，来共同完成生物反硝化过程。3.根据权利要求1所述的缺氧脱氮生物过滤器，其特征在于:所述缺氧生物反应器(I)内设置有一搅拌桨(13)。4.根据权利要求1所述的缺氧脱氮生物过滤器，其特征在于:所述缺氧生物反应器(I)的兼性厌氧细菌为气单胞菌，气单胞菌为反硝化微球菌、反硝化假单胞菌、荧光假单胞菌、反硝化色杆菌和紫色色杆菌中的一种或几种。5.根据权利要求1所述的缺氧脱氮生物过滤器，其特征在于:所述缺氧生物反应器(I)内填充有填料(11)，填料(11)为浮动塑料填料，浮动塑料填料用于增加细菌着床的表面积，并保持大量细菌附着在浮动塑料填料上。6.根据权利要求1所述的缺氧脱氮生物过滤器，其特征在于:所述增氧生物反应器(2)内也填充有填料(11)，填料(11)为浮动塑料填料。7.根据权利要求1所述的缺氧脱氮生物过滤器，其特征在于:所述第一ORP控制器(31)及第二 ORP控制器(32)的下端设置有一探头(33)，探头(33)进入到反应器内部并与养殖水接触，所述第一 ORP控制器(31)与投料槽(4)连接。8.根据权利要求1所述的缺氧脱氮生物过滤器，其特征在于:所述输氧设备(5)包括风机和/或臭氧机(52)以及多个喷嘴(51)，风机和/或臭氧机(52)与喷嘴(51)连接，喷嘴(51)设置在增氧生物反应器(2)的底部，风机和/或臭氧机(51)用于向增氧生物反应器(2)中栗入臭氧或空气，以提高水的溶解氧，所述风机和/或臭氧机(52)与第二 ORP控制器(32)连接，通过第二ORP控制器(32)的实时监测数据来控制风机和/或臭氧机(52)向增氧生物反应器(2)中栗入氧气的数量，从而控制水体的ORP值。9.根据权利要求1所述的缺氧脱氮生物过滤器，其特征在于:所述过滤装置(6)包括一沉淀料斗(61)，沉淀料斗(61)上端接有出水管(62)，沉淀料斗(61)下端设置有一污泥控制阀(63)。10.根据权利要求1-9任意一项所述缺氧脱氮生物过滤器的使用方法，其特征在于:所述缺氧生物反应器(I)为缺氧环境，养殖水进入到缺氧生物反应器(I)后，由第一 ORP控制器(31)检测缺氧生物反应器(I)内养殖水的ORP值，如果ORP值低于-350mv时，投料槽(4)通过计量栗(41)向缺氧生物反应器(I)内投放有机食物，兼性厌氧细菌通过食物获得能量将水中的硝酸盐分解为氮气，随后净化后的水转移至增氧生物反应器(2)，第二 ORP控制器(32)实时监测增氧生物反应器(2)中水的ORP值，增氧生物反应器(2)中由输氧设备(5)向其内部输送氧气，以向水中充入足量的氧气以提升水中溶解氧，经过增氧生物反应器(2)的增氧作用后，水转移至过滤装置(6)，经沉淀后通过出水管(62)排出，完成净化工序，经过处理的水体返回到水产养殖池塘，或为以后使用的池塘水的变化，在池塘中重新定向，它可以作为灌溉用水或进入河流中。
【文档编号】C02F3/30GK105906058SQ201610471501
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年6月22日
【发明人】叶勤, 曼弗雷德·舒斯特
【申请人】广州德港水产设备科技有限公司