专利名称：：一种水产养殖用地下海水的处理方法
技术领域：
：本发明属于海水养殖水的处理领域，具体涉及一种去除地下海水中铁和锰的工艺方法。(二)
背景技术：
：我国海水水产养殖业蓬勃发展，但我国沿海海水水质总体较难满足水产养殖的要求，我国沿海海水养殖越来越多地使用地下海水作为养殖用水水源。尤其是我国北方的鲆鲽类养殖普遍采用打海水井抽取地下海水的方式来获取较为优质的养殖源水。通常，地下海水含有或多或少的铁和锰，用富含铁锰的地下水养殖水产经济动物，将给养殖对象带来极大的危害。其中二价铁锰的氧化过程将使水体缺氧，且氧化析出的细微不溶性颗粒容易损伤鱼腮等呼吸器官，导致养殖对象窒息死亡。所以，地下海水一般要经过调节水温和pH值，增加溶解氧，降低盐度和去除铁锰等处理后，方能作为水产养殖用水。我国北方鲆鲽类养殖用水要求铁、锰含量分别低于0.36mg/L和0.50mg/L。我国生活饮用和工业用水上地下水除铁锰的方法很多，除铁方面实际应用以曝气氧化法、氯氧化法和接触过滤氧化法为多。曝气氧化法是利用空气中的氧将二价铁氧化成三价铁使之析出，然后经沉淀、过滤予以去除。氯氧化法是利用氯比氧更强的氧化性，在广泛的pH范围内瞬间将二价铁氧化成三价铁，然后经过絮凝、沉淀和过滤除去水中生成的Fe(0H)3悬浮物。接触过滤氧化法是以溶解氧为氧化剂，以固体催化剂为滤料，以加速二价铁氧化的除铁方法。工程实践中主要采用的除锰方法有高锰酸钾氧化法、氯接触过滤法和生物固锰除锰法等。生活饮用和工业用水上处理含铁含锰地下水的方法虽多，但是大多需要投放大量的氯和高锰酸钾等化学试剂，这些方法并不适用与水产养殖用水的处理。中国专利申请CN200510028182.4提供了一种去除地下水中铁锰的工艺方法和设备，其特征在于包括低强度喷淋曝气塔和一级生物均质过滤装置，可以使出水铁锰含量稳定且符合我国生活饮用水水质标准。但其系统处理水量低，采用均质锰砂为滤料成本高昂，过滤装置过滤周期短，反冲洗频繁，滤料易板结而降低处理效率，且其均质过滤装置涉及"成熟滤料移植法"等复杂的工艺技术，不利于水产养殖户掌握和使用。目前，我国北方海水养殖用地下海水除铁锰主要采用先自然曝气、沉淀再经过砂滤的方法。其主要工艺流程为含铁锰原水一自然曝气一沉淀一砂滤，送入鱼池。其自然曝气沉淀池内无曝气设施，曝气和氧化反应所需时间长，沉淀缓慢。砂滤池使用普通的海滩黄沙作为滤料，过滤效率低，且易板结需频繁人工更换滤料，或选用昂贵并稀缺的锰砂，工艺流程和设施结构设计上的不合理导致目前的处理方法普遍存在处理效果差、效率低、劳动强度高和占地面积大的问题。例如，3000m2的养殖车间通常配备总面积为1000m2的原水处理车间，其处理能力仅约为10mVh，难以满足日益增大的用水需求，成为扼制养殖场规模化发展的主要因素。经调查、检索，国内外在此领域中均采用上述地下海水除铁除锰方法。
发明内容本发明的目的在于提出一种满足水产养殖水质要求的含铁含锰地下海水的处理工艺方法，以解决目前地下海水去铁锰效率低、占地面积大和劳动强度大等问题。本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现—种水产养殖用地下海水的处理方法，其特征在于所述方法包括如下步骤快速增氧处理一生物氧化处理一截留处理一沉淀处理一气浮处理一砂粒过滤处理；所述快速增氧处理由增氧器具对地下海水进行增氧处理，驱除水中包括二氧化碳的有害气体，使水体pH值维持在7.0-7.8，>0.40[Fe2+];所述生物氧化处理反应池由隔板隔开成多个往复式廊道，廊道内悬挂有大量毛刷状的PE材质的立体弹性滤料，填料表面富集铁锰细菌和Mn02活性成分形成生物滤膜，该生物滤膜催化水中的溶解性二价铁离子氧化为不溶性三价铁氢氧化物的过程；所述截留处理在反应池中，所述弹性滤料将大部分氧化形成的不溶性物质截留在弹性滤料中；所述沉淀处理在反应池中，廊道内平均水流速为10-20m/h，氧化时间为1.5-3h;所述气浮处理由气浮装置进行处理，去除铁锰微粒子和二次增氧，分离去除大部分三价铁和少量已生成的四价锰不溶性化合物；所述砂粒过滤处理采用两段式滤料滤池过滤，第一段滤料为煤渣，第二段滤料为石英砂，海水过滤流速为l-5m/h，工作周期为15-20d(天)。进一步，所述砂粒过滤处理两段式滤料滤池过滤为上下两层滤料滤池过滤。再进一步，所述煤渣粒径0.8-2.0mm，铺设厚度300-700mm，所述石英砂粒径0.5-1.5mm，厚度400-800mm。进一步，所述快速增氧处理使水体pH值维持在7.3-7.5，>0.63[Fe2+]。地下水自井中抽取后首先进行快速增氧。其一，增氧可以驱除水中二氧化碳等有害气体，使水体PH值维持在7.3-7.5，高pH值有利于铁锰的充分氧化。其二，快速增氧可以为二价铁锰离子的氧化提供充足的溶解氧。根据原水铁含量，由计算式=0.14a[F,]，过剩溶氧系数a取3，计算得F^+氧化成三价铁的需求的溶解氧。快速增氧工艺必须保证增氧后的溶解氧水平为理论计算值的1.0-1.5倍以上，即>(0.40-0.63[Fe2+])。生物氧化高溶解氧的含铁锰水流入反应池进行氧化。反应池由隔板隔开成多个往复式廊道，廊道内悬挂有大量毛刷状的PE材质的立体弹性填料。立体弹性填料的作用主要包括其一，填料表面极易富集铁锰细菌和Mn02活性成分而形成生物滤膜。该生物滤膜对水中的溶解性二价铁离子氧化为不溶性三价铁氢氧化物的过程有很好的催化作用。其二，该弹性滤料还会将大部分氧化形成的不溶性物质截留在滤料中。另外，毛刷状的PE材质的立体弹性填料的重要优点是，其相比于其他填料的水力损失更小，且易清洗。沉淀反应池廊道内平均水流速被设计为10-20m/h，保证了氧化时间在1.5-3h。水在廊道中缓慢流动的过程中，部分固体颗粒将通过沉淀分离出来，相比于目前工程上使用的旋流反应池、涡流反应池和机械反应池等，填充有大量立体弹性填料的往复式廊道反应池反应效果更好且设备简单并不用添加化学药剂，容积更大，水头损失小，施工简单，造价低廉等，水经过氧化、截留和沉淀后，进行气浮。气浮采用气浮装置的作用主要是去除铁锰微粒子和二次增氧。气浮可以将大部分三价铁和少量已生成的四价锰不溶性化合物分离出去，气浮对粒径在30ym以下的颗粒有良好的去除效果，极大地降低了水的铁含量，减轻后续处理工艺中的铁锰负荷。同时，气浮具有较强的曝气增氧能力，迅速补充氧化反应消耗掉的溶解氧并将溶解氧水平重新提高到过饱和状态，保证后续的生物除锰除铁滤池有充足的溶解氧。最后，经过二次增氧的水进入砂粒过滤处理，砂粒过滤处理可在简易式滤池中去除残余的铁的同时，主要目的在于去除锰。由于当地下水中铁锰共存时，高含量铁对锰的去除构成严重干扰，铁与锰去除往往不是同时进行的。所述砂粒过滤处理两段式滤料滤池过滤为上下两层滤料滤池过滤，双层滤料滤池上层填料采用煤渣，下层为石英砂，水流通过由粗到细的滤料层进入到滤料内部。滤速设计为5m/h，较低的滤速有利于锰的充分氧化截留，也能有效防止滤料上含少量Mn(^活性成分的成熟生物滤膜被洗脱。简易式滤池与常用的快滤池的主要差别是，不选用昂贵并稀缺的锰砂，而选用廉价的煤渣和石英砂作为滤料，并且该滤池不配备反冲洗系统，极大得降低了成本和能耗。此外，该滤池具有截污能力高，纳污能力大，出水水质稳定等优点。本发明的优越性和有益效果经该工艺流程处理后的地下海水能保证出水水质符合养殖要求，在运行中为各个设备设定适当的参数能保证水中溶解氧含量和维持生物滤料中微生物的平衡与稳定，完成曝气氧化、生物截留、沉淀、气浮和过滤分离过程，保证出水水质。该方法和设备能在较低的投资和运行费用下实现高效地去除铁锰，调节PH值，增加溶解氧等功能，提高系统处理能力，增加整个养殖系统的效益。本发明提供的工艺方案结合了快速增氧、铁锰细菌生物氧化反应、生物截留、沉淀、气浮和生物除铁除锰快速过滤等方法的优势，不仅占地面积较小，设备简单，易于维护，且去除效率高，养殖用水铁、锰含量低于0.36mg/L和0.50mg/L，投资和运行费用低廉。(四)图1为本发明水产养殖用地下海水的处理方法的流程图；图2为本发明一种水产养殖用地下海水的处理方法，对含铁含锰地下海水处理方法的一实施例平面配置示意图；图3为本发明一种水产养殖用地下海水的处理方法，对含铁含锰地下海水处理方法的另一实施例侧面观察的配置展开示意图。图中，100是转子散气机曝气池，200是铁锰细菌生物反应池，300是转子碎气式气浮池，400是铁锰双层生物滤池，500是进水管路，600是清水管路，700是排污管路，800是排泡沫管路。(五)具体实施例方式为使本发明的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方案，进一步阐述本发明。如图1、2所示，一种按照本发明水产养殖用地下海水的处理方法要求的实施例，作如下配置包括快速增氧曝气池100、内部悬挂有毛刷状的PE材质的立体弹性滤料的铁锰细菌生物反应池200、气浮池300、双层简易砂滤池400、进水管路500、清水管路600、排污管路700和排泡沫管路800。富含铁、锰的地下海水由水泵从深井中抽出，自进水管路500进入快速增氧曝气池IOO，在增氧装置101作用下溶解氧迅速达到过饱和，增氧装置通常可选用微孔曝气盘(管)、微气泡产生器等。增氧后的水再进入铁锰细菌生物反应池200。反应池200由隔板201隔开成多个往复式廊道，廊道内悬挂有众多毛刷状PE立体弹性滤料202。通过移植铁锰细菌和一定时间的培养，毛刷状PE立体弹性滤料202表面覆盖有富含铁锰细菌和Mn02活性成分的成熟生物膜。通常，反应池内平均水流速被设计为10-20m/h，不溶性物质在反应池内缓慢流动时，不溶性胶体颗粒发生碰撞和吸附，凝结成较大的絮粒而黏附在丝状滤料表面或沉淀到池底。充足的溶解氧、大量的毛刷状立体滤料和缓慢的流速、漫长的停留时间确保二价铁氧化有足够的氧，并完成氧化、截留和沉淀过程。流经反应池的水通过穿孔配水墙203进入气浮池300，气浮池内设有气浮装置301，气浮装置能将水中残留的不易沉淀的细微不溶性颗粒以泡沫的形式从水体中分离出来，不溶性微颗粒以泡沫的形式从排泡沫管道800排出，气浮装置可以选用典型的气泡圆柱体气浮设备、射流式或者涡流叶轮式设备等。富含溶解氧的水通过穿孔配水墙302进入集水渠401，再分配到两个布水槽402，通过布水槽402上的锯齿状隔栅均匀洒落到铁锰双层生物滤池400上。通常，滤池的滤速为l-5m/h。工程应用中可选滤池上层滤料403为煤渣，下层滤料404为石英砂，最底下为卵石或碎石承托层405。承托层内布设"丰"字状的PVC穿孔管配水系统406，用于收集过滤后的清水。PVC穿孔管配水系统406收集的清水即可由清水管路600进入调节池调节盐度和温度后用于养殖。本发明所述处理系统的排污主要包括快速增氧曝气池100的排污、反应池200的排污、气浮池300的排污和滤池400的排污，主要由排污管路700完成，本发明所述滤池的工作周期可长达15-20天，通过定期更换表层滤料的方式来清理污泥。本发明所述的工艺和设备已经过试验验证，并开展了养殖场实地试用。依据本处理工艺已于我国某地的鲆鲽类养殖场内建立原水处理系统进行试验验证，其主要设备包括地下取水井，转子散气机曝气池，生物截留反应池，转子碎气气浮机，双层滤料快滤池，如图2和图3所示。快速增氧池容积约1.7m3，配备一台0.18kW的转子散气机101。原水在池中停留5min，在转子散气机101作用下溶解氧迅速达到5.2mg/L以上。该水通过配水穿孔墙102进入反应池200。反应池200总容积约为60m3，由隔板201隔开成多个往复式廊道，廊道内悬挂有众多立体弹性填料202。廊道总长约50m，廊道内平均水流速度设计为15m/h，停留时间为2.5-3h。反应池的水穿过配水穿孔墙203进入气浮池300。气浮池内安装O.75kW转子碎气式气浮机301。水在气浮池内共停留约7min。砂滤池滤速设计为5m/h，滤池上层滤料403为煤渣，粒径0.8_2.Omm，厚度500mm，下层滤料404为石英砂，粒径0.5-1.5mm，厚度600mm，最底下为200mm厚的卵石或碎石承托层405，承托层内布设"丰"字状的PVC穿孔管配水系统406。排污功能主要由排污管路700完成，包括曝气池排污阀701，反应池排污阀702，气浮池排污阀703。系统稳定运行约2个月后，分别设置系统流量为20mVh、30mVh、40mVh，每种流量下各连续10天每天定时取原水和出水水样检测。采用YSI556型便携多参数检测仪测溶解氧、温度和盐度。用邻菲啰啉分光光度法和甲醛肟分光光度法分别测铁、锰含量。该养殖场原建有一套依据"先自然曝气、沉淀再经过砂滤的方法"建立的原水处理系统，以上述相同方法检测其处理效果。结果如表2所示。养殖场深井抽出的地下海水水温15.1°C-15.8°C，盐度为49%。-56%。，铁1.88-2.00mg/L，锰0.72-0.87mg/L。由表2可知，当系统流量为设计处理量20mVh时，出水的铁、锰含量均值分别降到0.21mg/L和0.22mg/L，溶解氧达5.25mg/L以上，铁、锰去除率分别为88.89%和71.79%。即使在系统流量为40mVh超负荷运转的情况下，出水的铁、锰含量均值分别降到0.34mg/L和0.31mg/L，铁、锰去除率分别达到了82.38%和61.25%，完全满足水产养殖水质要求。由此可见，依据该工艺建立的系统即使在超负荷运转的情况下，处理效果仍远高于养殖场现有的处理系统。表1依据本发明所述的工艺流程和工艺要求设计的地下海水去铁锰-应用实施例的工艺参数表1<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>表2新建实例系统与原系统处理效果的比较分析表2<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>注分析认为，原水DO值是水泵把水从地下抽出的过程中带进了部分空气导致的。按照本发明的技术方案、技术要求设计、组织的实施例，采用了技术条件范围中的上限、下限和中间值分别进行试验，从以上试验数据可见，均较现有技术处理结果总铁去除率(％)、总锰去除率(％)各项指标均有明显改善和提高。权利要求一种水产养殖用地下海水的处理方法，其特征在于所述方法包括如下步骤快速增氧处理→生物氧化处理→截留处理→沉淀处理→气浮处理→砂粒过滤处理；所述快速增氧处理由增氧器具对地下海水进行增氧处理，驱除水中包括二氧化碳的有害气体，使水体pH值维持在7.0-7.8，[O2]≥0.40[Fe2+]；所述生物氧化处理反应池由隔板隔开成多个往复式廊道，廊道内悬挂有大量毛刷状的PE材质的立体弹性滤料，填料表面富集铁锰细菌和MnO2活性成分形成生物滤膜，该生物滤膜催化水中的溶解性二价铁离子氧化为不溶性三价铁氢氧化物的过程；所述截留处理在反应池中，所述弹性滤料将大部分氧化形成的不溶性物质截留在弹性滤料中；所述沉淀处理在反应池中，廊道内平均水流速为10-20m/h，氧化时间为1.5-3h；所述气浮处理由气浮装置进行处理，去除铁锰微粒子和二次增氧，分离去除大部分三价铁和少量已生成的四价锰不溶性化合物；所述砂粒过滤处理采用两段式滤料滤池过滤，第一段滤料为煤渣，第二段滤料为石英砂，海水过滤流速为1-5m/h，工作周期为15-20d。2.根据权利要求1所述地下海水的处理方法，其特征在于所述砂粒过滤处理两段式滤料滤池过滤为上下两层滤料滤池过滤。3.根据权利要求2所述地下海水的处理方法，其特征在于所述煤渣粒径0.8-2.0mm，铺设厚度300-700mm，所述石英砂粒径0.5_1.5mm，厚度400-800mm。4.根据权利要求1所述地下海水的处理方法，其特征在于所述快速增氧处理使水体pH值维持在7.3-7.5，>0.63[Fe2+]。全文摘要本发明属于海水养殖水中去除地下海水中铁和锰的工艺方法。一种水产养殖用地下海水的处理方法快速增氧处理由增氧器具进行增氧处理，使水体pH值维持在7.0-7.8，[O2]≥0.40[Fe2+]；生物氧化处理在反应池廊道内悬挂毛刷状的PE材质的立体弹性滤料，填料表面形成生物滤膜；截留处理在反应池中弹性滤料将不溶性物质截留在弹性滤料中；沉淀处理在廊道内平均水流速为10-20m/h，氧化时间为1.5-3h；气浮处理由气浮装置处理，去除铁锰微粒子和二次增氧，分离去除大部分不溶性化合物；砂粒过滤处理采用煤渣和石英砂的两段式滤料滤池过滤。本发明能保证水中溶解氧含量和维持生物滤料中微生物的平衡与稳定及水质，较低的投资运行费用，增加养殖系统效益。文档编号A01K63/04GK101717172SQ20091019915公开日2010年6月2日申请日期2009年11月20日优先权日2009年11月20日发明者倪琦,庄保陆,张业韡申请人:中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所