高碱型盐碱水生物处理挂膜的方法与流程

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种生物挂膜的方法。

背景技术：

目前，我国面临的问题是水资源的匮乏，区域分配不均，土地盐碱化程度不断加剧，大量宜渔盐碱水土资源长期处于荒废状态，被人们可直接利用的好水缺乏，多的是不能直接利用的盐碱水。随着渔业在我国农业发展中占有越来越重要的地位，渔业生产可利用资源日益萎缩、水产品的社会需求不断增加，迫切需要突破盐碱领域产业发展的技术“瓶颈”，加大盐碱水域资源渔业的开发力度，发展盐碱渔业生产新领域，以解决一部分盐碱水的利用问题，合理有效地利用自然盐碱水资源，也是农业综合治理盐碱地的重要途径。

随着盐碱水鱼类养殖研究的不断深入，利用现有工厂化封闭循环养殖技术、水处理技术及自动控制技术为基础，进行必要养殖设施的改进与更新，在盐碱水域组建工厂化循环养殖系统，根据盐碱水养殖的实际情况设计紫外线消毒装置、水力悬浮物过滤装置、生物处理装置与工厂化养殖系统相连接，进行养殖水体过滤、消毒及生物处理，利用生物滤器的硝化与反硝化作用处理氨氮、有机物，以及进行pH值的有效调节，回水进入沉淀池，进行沉性物质的处理与pH值测定，通过盐碱水的补充进行pH值的调节，达到养殖所需指标。生物滤器作为盐碱水工厂化水处理系统的核心单元，利用其填料载体表面生物膜的硝化作用，有效降解养殖水体中对鱼类有害的氨氮、硝酸盐、亚硝酸氮等，所以培养生物载体上的生物膜是水处理中的关键技术。

生物滤器中的载体滤床具有悬浮物过滤与生物处理的双重作用，在养殖过程中水体中悬浮物、有机物等不断增多，使养殖水体指标变坏，增加了生物过滤器中生物载体滤床的负荷与反冲次数。反冲对载体上的生物膜具有破坏作用，生物膜损坏严重时会影响生物的硝化与反硝化过程，同时就会减少水体中酸性物质的产生量，影响养殖水体pH值的降低，对盐碱水在工厂化中的应用产生严重的影响。所以生物膜在载体上的生长牢固程度与存活时间，对生物滤器生物处理的效果具有重要的作用。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有生物处理挂膜时间长及生物膜易损坏的问题，而提供一种高碱型盐碱水生物处理挂膜的方法。

本发明高碱型盐碱水生物处理挂膜的方法按下列步骤实现：

一、生物膜培养系统由固定生物床培养池和移动生物床培养池组成，在浮性滤料载体上接种微生物菌种硝化细菌和反硝化细菌，然后将接种有微生物菌种的浮性滤料载体分别填充到固定生物床培养池和移动生物床培养池中；

二、在固定生物床培养池的池面上铺设有不锈钢网，在固定生物床培养池的中部设置有环形反冲管，环形反冲管与固定床反冲进水管相连通，在环形反冲管的管道外壁上开有出水孔形成水平喷水、向上喷水和向下喷水，在环形反冲管的下部设置有环形出水管道，环形出水管道与固定床进水管相连通，环形反冲管与环形出水管道同轴布置，在环形出水管道的管道外壁开有出水孔形成水平喷水和向上喷水，在固定生物床培养池的池底中心处竖立有溢流管，溢流管内同轴套有反冲排污管；盐碱水从固定生物床培养池的固定床进水管流入环形出水管道中，浮性滤料载体紧密排列在不锈钢网的下方，通过环形出水管道向上喷水使水体中的悬浮物及营养物质流动到浮性滤料载体表面进行生物膜培养，在生物膜培养期间反冲水通过环形反冲管和环形出水管道喷水进行反冲洗，反冲洗使浮性滤料载体表面洁净，同时水压力对生物膜具有冲击作用，促进生物膜更替性生长，反冲水通过溢流管的溢流口经反冲排污管从固定生物床培养池底部的出水口排出，在固定生物床培养池中得到附着有生物膜的浮性滤料载体；

三、在移动生物床培养池内的上部设置有第一环形喷水管道，在第一环形喷水管道下方设置有第二环形喷水管道，第一环形喷水管道和第二环形喷水管道同轴设置，第一环形喷水管道和第二环形喷水管道均与培养池循环水进水管相连通，在移动生物床培养池的池底中心处开有出水口，过滤溢流罩罩设在池底的出水口处；盐碱水从培养池循环水进水管流入第一环形喷水管道和第二环形喷水管道中，通过第一环形喷水管道和第二环形喷水管道的喷水使浮性滤料载体在移动生物床培养池中不停移动进行生物膜培养，在移动生物床培养池中得到附着有生物膜的浮性滤料载体；

四、固定生物床培养池和移动生物床培养池中的附着有生物膜的浮性滤料载体分别转移到固定生物滤器和移动生物滤器中，直接参加盐碱水循环水养殖，保证生物膜载体的水体供氧，完成高碱型盐碱水养殖生物处理中的生物挂膜。

本发明移动生物床培养池中载体表面生物的培养是在向下、向上及环形不同水流的作用下浮性滤料载体在池中不停移动，水体全方位与载体接触后在培养池底部溢出。利用不同速度水流在生物培养过程中不断清洗生物滤料载体表面，通过水流对刚生长的生物体进行冲击，刺激生长的生物体在载体表面应激性生长。生成的生物体由于冲击不断更新与生长，使它产生自主生存的能力，不断生成新的不同个体，直到生成硝化细菌、反硝化细菌生物膜。高强度的水体流动带动生物载体的移动，加速了载体表面生物膜的传质作用，有利于亚硝化速率的提高，同时加快了亚硝化细菌的培养。

本发明固定生物床培养池中载体表面生物的培养是浮性滤料载体随着池中水面不断上升，由于池顶部设有不锈钢滤网，生物载体在滤网下方紧密排列在一起。水体从池底通过载体之间的缝隙到达池顶溢出，靠水体中的悬浮物及营养物质流动到载体的表面进行介质交换，完成固定生物床中滤料载体表面生物细菌的培养。反冲洗固定生物床时冲击载体表面的生物体，由于水流的刺激作用使生物体在载体上产生自主生存的能力，不断生成新的个体，直到生成硝化细菌、反硝化细菌生物膜。

常规方法培养的生物膜多数在反冲时因不耐水压冲击，有大量生物膜损坏，因修复生物膜需很长时间，会直接影响生物处理量及处理效果。而本发明通过水流不断刺激生物膜培养，加快了生物膜的培养，生物膜的培养时间为25～30天，相对于常规流水生物膜培养缩短了30％～40％的生物膜培养时间，并提高了生物膜的附着质量，载体上附着的生物膜牢固度可耐0.5～0.7MPa水压的冲击，减少反冲时生物膜的破坏，保证生物滤器中生物膜生物处理效果。

本发明能够提高东北地区高碱型盐碱水养殖的生物处理效果，实现工厂化养殖水体氨氮、硝酸盐、亚硝酸盐等有机物的有效去除，减少了悬浮物氨化产生氨氮与分解过程消耗水中的溶氧的机会，从而使生物膜充分发挥作用；达到盐碱水养殖水体pH值的有效控制与悬浮物的过滤，解决了利用盐碱水进行工厂化水产养殖的技术问题，完善盐碱水循环养殖应用系统，使工厂化水产养殖在东北高碱型盐碱水域得到应用，开辟盐碱渔业生产新领域，促进我国渔业经济可持续发展具有重大意义。

附图说明

图1是固定生物床培养池的结构示意图，其中箭头处代表水位线；

图2是移动生物床培养池的结构示意图，其中箭头处代表水位线。

具体实施方式

具体实施方式一：本实施方式高碱型盐碱水生物处理挂膜的方法按下列步骤实现：

一、生物膜培养系统由固定生物床培养池A和移动生物床培养池B组成，在浮性滤料载体C上接种微生物菌种硝化细菌和反硝化细菌，然后将接种有微生物菌种的浮性滤料载体C分别填充到固定生物床培养池A和移动生物床培养池B中；

二、在固定生物床培养池A的池面上铺设有不锈钢网5，在固定生物床培养池A的中部设置有环形反冲管4，环形反冲管4与固定床反冲进水管3相连通，在环形反冲管4的管道外壁上开有出水孔形成水平喷水、向上喷水和向下喷水，在环形反冲管4的下部设置有环形出水管道2，环形出水管道2与固定床进水管1相连通，环形反冲管4与环形出水管道2同轴布置，在环形出水管道2的管道外壁开有出水孔形成水平喷水和向上喷水，在固定生物床培养池A的池底中心处竖立有溢流管6，溢流管6内同轴套有反冲排污管7；盐碱水从固定生物床培养池A的固定床进水管1流入环形出水管道2中，浮性滤料载体C紧密排列在不锈钢网5的下方，通过环形出水管道2向上喷水使水体中的悬浮物及营养物质流动到浮性滤料载体C表面进行生物膜培养，在生物膜培养期间反冲水通过环形反冲管4和环形出水管道2喷水进行反冲洗，反冲洗使浮性滤料载体C表面洁净，同时水压力对生物膜具有冲击作用，促进生物膜更替性生长，反冲水通过溢流管6的溢流口经反冲排污管7从固定生物床培养池A底部的出水口排出，在固定生物床培养池A中得到附着有生物膜的浮性滤料载体C；

三、在移动生物床培养池B内的上部设置有第一环形喷水管道21，在第一环形喷水管道21下方设置有第二环形喷水管道22，第一环形喷水管道21和第二环形喷水管道22同轴设置，第一环形喷水管道21和第二环形喷水管道22均与培养池循环水进水管20相连通，在移动生物床培养池B的池底中心处开有出水口，过滤溢流罩23罩设在池底的出水口处；盐碱水从培养池循环水进水管20流入第一环形喷水管道21和第二环形喷水管道22中，通过第一环形喷水管道21和第二环形喷水管道22的喷水使浮性滤料载体C在移动生物床培养池10中不停移动进行生物膜培养，在移动生物床培养池B中得到附着有生物膜的浮性滤料载体C；

四、固定生物床培养池A和移动生物床培养池B中的附着有生物膜的浮性滤料载体C分别转移到固定生物滤器和移动生物滤器中，直接参加盐碱水循环水养殖，保证生物膜载体的水体供氧，完成高碱型盐碱水养殖生物处理中的生物挂膜。

本实施方式采用现实工厂化养殖环境中的高碱型盐碱水，pH值的范围在8.6～9.2之间，在实验室中进行微生物菌种(硝化细菌、反硝化细菌)的培养，选取具有降解氨氮、分解有机物及降低pH值的嗜碱微生物菌种，进行特定微生物的培养与繁殖。

本实施方式中生物膜培养系统设计在实际养殖基地中，置于整体盐碱水工厂化养殖系统中，利用现实环境的养殖水体进行载体生物膜的培养。固定生物床培养池A与移动生物床培养池B分别与盐碱水鱼类养殖系统中的鱼类养殖池相连通。

本实施方式所述的盐碱水生物处理挂膜的方法是在东北高碱型盐碱区域中进行，利用盐碱水进行工厂化水产养殖，在悬浮物产生机制和分布规律的基础上，利用生物处理装置进行养殖水体中悬浮物滤除及养殖水体的生物处理，研究了生物处理滤料表面生物挂膜的方法，建立东北高碱型盐碱水资源循环利用的养殖技术模式。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一所述的固定生物床培养池A和移动生物床培养池B的池体材质为钢筋混凝土或玻璃钢。其它步骤及参数与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是所述的浮性滤料载体C为PP塑料球。其它步骤及参数与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是浮性滤料载体C的粒径为3.5～4.5mm，密度为0.65×10³kg/m³。其它步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是固定生物床培养池A中浮性滤料载体C的体积填充率为75％～85％。其它步骤及参数与具体实施方式一至四之一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是移动生物床培养池B中浮性滤料载体C的体积填充率为45％～55％。其它步骤及参数与具体实施方式一至五之一相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是在固定生物床培养池A和移动生物床培养池B中进行生物膜培养过程中利用风机保证流动水体的溶氧量。其它步骤及参数与具体实施方式一至六之一相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是步骤二在固定生物床培养池A中进行生物膜培养的7天内，控制盐碱水进水的流量为10～15m³/h，保证水利停留时间为4～6小时，溶氧量为7～9mg/L；生物膜培养的8～14天内，控制盐碱水进水的流量为20～25m³/h，保证水利停留时间为2～3小时，溶氧量为5～6mg/L；生物膜培养的15～23天内，控制盐碱水进水的流量为40～45m³/h，保证水利停留时间为1～1.5小时，溶氧量为6～7mg/L；生物膜培养的24～30天内，控制盐碱水进水的流量为50～60m³/h，保证水利停留时间为0.7～1.5小时，溶氧量为7～8mg/L。其它步骤及参数与具体实施方式一至七之一相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式八不同的是在固定生物床培养池A中进行生物膜培养过程中从第7天以后每隔4～6天进行一次反冲洗。其它步骤及参数与具体实施方式八相同。

本实施方式进行反冲洗时的水体流量为100m³/h，水压为0.4MPa。

具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是步骤三在移动生物床培养池B中进行生物膜培养的7天内，控制盐碱水进水的流量为10～15m³/h，保证水利停留时间为4～6小时，溶氧量为7～9mg/L；生物膜培养的8～14天内，控制盐碱水进水的流量为20～25m³/h，保证水利停留时间为2～3小时，溶氧量为5～6mg/L；生物膜培养的15～23天内，控制盐碱水进水的流量为40～45m³/h，保证水利停留时间为1～1.5小时，溶氧量为6～7mg/L，并通过布气头喷气增加浮性滤料载体C的翻滚力度；生物膜培养的24～30天内，控制盐碱水进水的流量为50～60m³/h，保证水利停留时间为0.7～1.5小时，溶氧量为7～8mg/L，并通过布气头喷气增加浮性滤料载体C的翻滚力度。其它步骤及参数与具体实施方式一至九之一相同。

本实施方式在开始的第一周内培养池中低流量的养殖水以浸没过浮性滤料为最佳，利用风机及增氧设备保证培养池流动水体的溶氧量，以满足微生物生长时的耗氧，从而保证微生物在载体上的接种率。增氧布气头出气量为2～5m³/min。

实施例：本实施例高碱型盐碱水生物处理挂膜的方法按下列步骤实现：

一、生物膜培养系统由固定生物床培养池A和移动生物床培养池B组成，在浮性滤料载体C上接种微生物菌种硝化细菌和反硝化细菌，然后将接种有微生物菌种的浮性滤料载体分别填充到固定生物床培养池A和移动生物床培养池B中；

二、在固定生物床培养池A的池面上铺设有不锈钢网5，在固定生物床培养池A的中部设置有环形反冲管4，环形反冲管4与固定床反冲进水管3相连通，在环形反冲管4的管道外壁上开有出水孔形成水平喷水、向上喷水和向下喷水，在环形反冲管4的下部设置有环形出水管道2，环形出水管道2与固定床进水管1相连通，环形反冲管4与环形出水管道2同轴布置，在环形出水管道2的管道外壁开有出水孔形成水平喷水和向上喷水，在固定生物床培养池A的池底中心处竖立有溢流管6，溢流管6内同轴套有反冲排污管7；盐碱水从固定生物床培养池A的固定床进水管1流入环形出水管道2中，浮性滤料载体紧密排列在不锈钢网5的下方，通过环形出水管道2向上喷水使水体中的悬浮物及营养物质流动到浮性滤料载体C表面进行生物膜培养，在生物膜培养期间反冲水通过环形反冲管4和环形出水管道2喷水进行反冲洗，反冲洗使浮性滤料载体C表面洁净，同时水压力对生物膜具有冲击作用，促进生物膜更替性生长，反冲水通过溢流管6的溢流口经反冲排污管7从固定生物床培养池A底部的出水口排出，在固定生物床培养池A中得到附着有生物膜的浮性滤料载体C；

三、在移动生物床培养池B内的上部设置有第一环形喷水管道21，在第一环形喷水管道21下方设置有第二环形喷水管道22，第一环形喷水管道21和第二环形喷水管道22同轴设置，第一环形喷水管道21和第二环形喷水管道22均与培养池循环水进水管20相连通，在移动生物床培养池B的池底中心处开有出水口，过滤溢流罩23罩设在池底的出水口处；盐碱水从培养池循环水进水管20流入第一环形喷水管道21和第二环形喷水管道22中，通过第一环形喷水管道21和第二环形喷水管道22的喷水使浮性滤料载体C在移动生物床培养池10中不停移动进行生物膜培养，在移动生物床培养池B中得到附着有生物膜的浮性滤料载体C；

四、固定生物床培养池A和移动生物床培养池B中的附着有生物膜的浮性滤料载体C分别转移到固定生物滤器和移动生物滤器中，直接参加盐碱水循环水养殖，保证生物膜载体的水体供氧，完成高碱型盐碱水养殖生物处理中的生物挂膜。

本实施例中固定生物床培养池A和移动生物床培养池B的池体形状为圆筒形，池体的内径为5300mm，池体的高度为2000mm。

本实施例盐碱水鱼类养殖中的生物膜培养系统由固定生物床培养池A和移动生物床培养池B组成，其中固定生物床培养池A包括固定床进水管1、环形出水管道2、固定床反冲进水管3、环形反冲管4、不锈钢网5、溢流管6、反冲排污管7、排污管开关环8、反冲污水出水管9和培养池回水管10，在固定生物床培养池A的池面上铺设有不锈钢网5，在固定生物床培养池A的中部设置有环形反冲管4，环形反冲管4与固定床反冲进水管3相连通，在固定床反冲进水管3的管道外壁上开有出水孔形成水平喷水、向上喷水和向下喷水，在环形反冲管4的下部设置有环形出水管道2，环形出水管道2与固定床进水管1相连通，环形反冲管4与环形出水管道2同轴布置，在环形出水管道2的管道外壁开有出水孔形成水平喷水和向上喷水；

在固定生物床培养池A的池底中心处竖立有溢流管6，溢流管6顶部的管口作为溢流口高于不锈钢网5，溢流管6底部的管口与固定生物床培养池A的出水口相通，在溢流管6内同轴套有反冲排污管7，在溢流管6与反冲排污管7之间设置有排污管开关环8，排污管开关环8固设在溢流管6的管内壁上并位于环形出水管道2所处水平面的下方，位于排污管开关环8下方的溢流管6的管壁上开有多个生物载体过滤孔，固定生物床培养池A的出水口垂直向下与反冲污水出水管9相连通，培养池回水管10的一端与反冲污水出水管9相连通，培养池回水管10的另一端与盐碱水鱼类养殖中的工厂化循环水相连通；

所述的移动生物床培养池B包括培养池循环水进水管20、第一环形喷水管道21、第二环形喷水管道22、过滤溢流罩23、反冲污水管24和回水管25，在移动生物床培养池B内的上部设置有第一环形喷水管道21，在第一环形喷水管道21的管道外壁开有出水孔形成水平喷水和向下喷水，在第一环形喷水管道21下方设置有第二环形喷水管道22，第二环形喷水管道22的管道外壁开有出水孔形成水平喷水、向上喷水和向下喷水，第一环形喷水管道21和第二环形喷水管道22同轴设置，第一环形喷水管道21和第二环形喷水管道22均与培养池循环水进水管20相连通，在移动生物床培养池B的池底中心处开有出水口，过滤溢流罩23罩设在池底的出水口处，移动生物床培养池B的出水口垂直向下与反冲污水管24相连通，回水管25的一端与反冲污水管24相连通，回水管25的另一端与盐碱水鱼类养殖中的工厂化循环水相连通。

本实施例步骤二中固定床培养池反冲排水过程如下：首先停止固定床培养池循环水进水，关闭培养池回水管的阀门，防止反冲时的水体进入循环系统，打开反冲污水出水管的阀门，拔起反冲排污管到达排污管开关环的位置，使培养池中的水体通过溢流管下部的过滤网进入反冲污水出水管，排净培养池中的水体，浮性滤料载体落入池底部，实现固定床培养池反冲前的排水过程，打开工厂化循环水高压反冲水泵给循环水进水管和反冲进水管供水，水体从双层环形的水管向四周布置出水口高压强力喷出，清洗浮性滤料载体层，随着池中水体的增加，生物载体浮球也不断上升，通过这种方式可分层、依次清洗浮性滤料载体层，随着反冲操作的进行，生物载体层与反冲水体上升到(防止生物球漏掉的)不锈钢网，生物球被不锈钢网拦住，水体通过不锈钢网不断上升到溢流管，使反冲水体通过溢流管进入反冲排污管，打开反冲污水出水管，将溢流到排污管中的污水及时排出，关闭工厂化循环水反冲水泵，停止反冲管进水，培养池中水体通过溢流管下部的滤网进入污水出口排出，排净培养池中的水体，浮性滤料载体层落入池底部，完成固定床培养池反冲过程。

本实施例通过水流不断刺激生物膜培养，加快了生物膜的培养，生物膜的培养时间为30天，缩短了生物膜的培养时间，并提高了生物膜的附着质量，载体附着牢固度可耐0.5～0.7MPa水压的冲击。