公布日：2022.07.22
申請日：2022.05.10
分類號：C02F9/14(2006.01)I;C02F103/20(2006.01)N
摘要
本發(fā)明公開了一種養(yǎng)殖污水循環(huán)凈化方法。本發(fā)明先用集水井和格柵過濾畜禽毛發(fā)、糞便等大顆粒和懸浮性物質(zhì)，過濾后的污水自流入吸附系統(tǒng)，再流入消毒池和中和池，停留一段時間后，自流入人工濕地，最后再輸送于畜禽養(yǎng)殖場中，其中，吸附系統(tǒng)是由海綿、自制生物炭和自制分子篩形成的三明治式凈化系統(tǒng)，消毒池使用改性季銨鹽和香蕉皮復(fù)配的殺菌劑。本發(fā)明中的養(yǎng)殖污水循環(huán)凈化方法使得養(yǎng)殖污水凈化程度高，各項指標(biāo)都遠(yuǎn)低于國家一級排放標(biāo)準(zhǔn)，凈化后的水可再次用于養(yǎng)殖場中，實現(xiàn)污水二次循環(huán)利用，同時聯(lián)動種植業(yè)與景觀觀賞，帶來更高的經(jīng)濟(jì)效益。
權(quán)利要求書
1.一種養(yǎng)殖污水循環(huán)凈化方法，其特征在于，主要包括以下步驟：(1)將養(yǎng)殖污水經(jīng)過人工格柵后，再進(jìn)入集水井經(jīng)泵提升至斜篩，經(jīng)篩濾后，得濾后污水；(2)將濾后污水自流入吸附系統(tǒng)，通過吸附系統(tǒng)內(nèi)的吸附后，得吸附處理污水；(3)將吸附處理污水自流入含有殺菌劑的消毒池，靜置30-40min后，得消毒處理污水；(4)將消毒處理污水自流入含有中和劑的中和池，靜置10-20min，得中和處理污水；(5)將中和處理污水自流入人工濕地后，再輸送于養(yǎng)殖場中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種養(yǎng)殖污水循環(huán)凈化方法，其特征在于，步驟(1)中的格柵為SS304材質(zhì)，柵隙5mm；集水井尺寸為4.0m×1.5m×3.0m，停留時間為40min。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種養(yǎng)殖污水循環(huán)凈化方法，其特征在于，步驟(2)中的吸附系統(tǒng)為一個高為1.5m，內(nèi)徑為1.2m的塑料桶，在桶底鋪設(shè)20cm海綿，并在上面放置10cm吸附劑，再放置1層10cm海綿，以此向上再重復(fù)2次形成三明治式人工凈化體系。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種養(yǎng)殖污水循環(huán)凈化方法，其特征在于，步驟(2)中的吸附系統(tǒng)中所含吸附劑的制備方法主要包括以下步驟：a、將西瓜皮用蒸餾水清洗處理后置于烘箱內(nèi)，105℃烘干10-12min，冷卻至室溫后，用瑪瑙研缽粉碎處理并過100目篩，制得西瓜皮生物炭；b、將步驟a的西瓜皮生物炭置于燒杯中，分別加入西瓜皮生物炭質(zhì)量4倍的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20％的硫化銨溶液、西瓜皮質(zhì)量0.1倍的高鐵酸鉀粉末，分8-9次加入西瓜皮生物炭質(zhì)量50倍的高純水，同時用玻璃棒攪拌30min，制得混液，然后在80℃條件下，以150r/min的速度攪拌混液6-7h，再將混液置于105℃烘箱中烘干20-30min，用瑪瑙研缽粉碎，過100目篩，制得粉末，最后將粉末置于馬弗爐中，600℃熱解1h，待自然冷卻后取出，再次過100目篩，制得改性西瓜皮生物炭；c、將氫氧化鈉質(zhì)量5.06倍的去離子水加入氫氧化鈉中，待燒杯冷卻，在用玻璃棒攪拌的狀態(tài)下加入氫氧化鈉質(zhì)量0.13倍的偏鋁酸鈉，用玻璃棒不斷攪拌5-6min，溶液透明后加入氫氧化鈉質(zhì)量2.34倍的硅溶膠攪拌均勻，制成混合液，并用保鮮膜將裝有混合液的燒杯瓶口封住，放在集熱式恒溫磁力攪拌器上，以150r/min的速度室溫下持續(xù)攪拌1h后，升溫至60℃，以相同的速度攪拌4h，制得混合液A；d、將硫酸鋁溶于硫酸鋁質(zhì)量7.89倍的去離子水中，然后向其中加入硫酸鋁質(zhì)量0.44倍得白炭黑，制成混合液B，將混合液B加入到混合液B質(zhì)量1倍的步驟c中的混合液A中，攪拌均勻后形成混合液C；e、將攪拌磁子與步驟d中的混合液C一起放入帶有聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼高壓反應(yīng)釜的干燥箱中，在80℃的條件下反應(yīng)24h，制得反應(yīng)液，再冷卻至室溫，取出反應(yīng)液，利用抽濾裝置，用反應(yīng)液體積2倍的蒸餾水對反應(yīng)液進(jìn)行洗滌、抽濾，重復(fù)7-8次，得到濾餅；f、將步驟e中的濾餅放置恒溫干燥箱內(nèi)，在100℃下干燥12h，得到固體，再將固體用瑪瑙研缽研磨后，過100目篩，制得釔化鈉分子篩；g、將硫酸鋯溶于硫酸鋯質(zhì)量25倍的去離子水中，制得硫酸鋯溶液，將步驟f中的釔化鈉分子篩和硫酸鋯按體積1:1浸漬24h，制得混合液，將混合液置于烘箱中120℃干燥12h，然后在馬弗爐中500℃焙燒3h，得到改性分子篩；h、將步驟b中的改性西瓜皮生物炭和步驟g中的改性分子篩按體積比5:1混合均勻制成吸附劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種養(yǎng)殖污水循環(huán)凈化方法，其特征在于，步驟(3)中殺菌劑的制備方法主要包括以下步驟：A、將長鏈烷基二甲基叔胺、長鏈烷基二甲基叔胺質(zhì)量1倍的異丙醇在燒杯中混合均勻置于三口燒瓶中，室溫下以250r/min的速度攪拌6-7min，然后加入長鏈烷基二甲基叔胺質(zhì)量0.14倍的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為
7.8％的鹽酸，再以相同速度繼續(xù)攪拌升溫至30-50℃，然后加入長鏈烷基二甲基叔胺質(zhì)量0.36倍的環(huán)氯丙烷，以相同速度攪拌25-30min，加熱升溫至70-90℃，反應(yīng)7-9h，停止加熱，制得反應(yīng)液；B、將步驟A中的反應(yīng)液倒入旋蒸瓶，在0.09MPa、85℃下得到淡黃色膏狀粗產(chǎn)物，冷卻至室溫，倒入反應(yīng)液質(zhì)量50倍的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30％丙酮溶液攪拌7-8min，制得混合液，再將混合液放入冰箱中，在2-3℃冷卻6h，得白色沉淀，用反應(yīng)液質(zhì)量3倍的蒸餾水抽濾復(fù)溶解，重復(fù)操作3-4次后，室溫下干燥12h，制得長鏈烷基二甲基叔胺季銨鹽；C、將步驟B中的長鏈烷基二甲基叔胺季銨鹽置于三口燒瓶中，加入長鏈烷基二甲基叔胺季銨鹽質(zhì)量0.16倍的乙腈，加熱升溫至70-80℃，制得混合液，然后稱取長鏈烷基二甲基叔胺季銨鹽質(zhì)量0.79倍的甲硝唑，分5-6次加到混合液中，接著繼續(xù)升溫加熱，保持溫度在70-80℃下反應(yīng)12h，反應(yīng)結(jié)束后停止加熱，制得反應(yīng)液，待反應(yīng)液冷卻至室溫后，在0.09MPa、40℃蒸餾，得改性季銨鹽粗品，用長鏈烷基二甲基叔胺季銨鹽質(zhì)量10倍的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30％丙酮洗滌過濾9-10次，在50℃下干燥10h，得到改性季銨鹽；D、將香蕉皮置于香蕉皮質(zhì)量20倍的30℃溫水浸泡1h，煮沸2h，經(jīng)16層紗布過濾，獲得濾渣和濾液A，濾渣中再次加入香蕉皮質(zhì)量10倍的水煮沸1h，經(jīng)16層紗布過濾，獲得濾液B，將濾液A和濾液B混合置于60℃濃縮3-4h，制得香蕉皮提取液；E、將步驟C的改性季銨鹽和步驟D中的香蕉皮提取液按質(zhì)量比1:2混合，制成殺菌劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種養(yǎng)殖污水循環(huán)凈化方法，其特征在于，步驟(4)中的中和劑為30g/L卵磷脂和20g/L吐溫-80的磷酸鹽緩沖溶液按體積比1:1混合制得。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種養(yǎng)殖污水循環(huán)凈化方法，其特征在于，步驟(5)中的人工濕地尺寸為40m×12m×0.8m，水利坡度5％，污水停留時間24-72h；濕地底部鋪設(shè)10-20cm的10mm碎石，緊接著鋪設(shè)10-20cm的5mm粗砂石，最后鋪設(shè)20-40cm的松軟黏土-壤土。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種養(yǎng)殖污水循環(huán)凈化方法，其特征在于，步驟(5)中的人工濕地的植物有菖蒲、美人蕉、大藻、鳳眼蓮、金魚藻和馬蹄蓮組成。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種養(yǎng)殖污水循環(huán)凈化方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種養(yǎng)殖污水循環(huán)凈化方法，其特征在于，主要包括以下步驟：
(1)將養(yǎng)殖污水經(jīng)過人工格柵后，再進(jìn)入集水井經(jīng)泵提升至斜篩，經(jīng)篩濾后，得濾后污水；
(2)將濾后污水自流入吸附系統(tǒng)，通過吸附系統(tǒng)內(nèi)的吸附后，得吸附處理污水；
(3)將吸附處理污水自流入含有殺菌劑的消毒池，靜置30-40min后，得消毒處理污水；
(4)將消毒處理污水自流入含有中和劑的中和池，靜置10-20min，得中和處理污水；
(5)將中和處理污水自流入人工濕地后，再輸送于養(yǎng)殖場中。
進(jìn)一步的，步驟(1)所述格柵為SS304材質(zhì)，柵隙5mm；集水井尺寸為4.0m×1.5m×3.0m，停留時間為40min。
進(jìn)一步的，步驟(2)中所述吸附系統(tǒng)為一個高為1.5m，內(nèi)徑為1.2m的塑料桶，在桶底鋪設(shè)20cm海綿，并在上面放置10cm吸附劑，再放置1層10cm海綿，以此向上再重復(fù)2次形成三明治式人工凈化體系。
進(jìn)一步的，步驟(2)所述吸附系統(tǒng)中所含吸附劑的制備方法主要包括以下步驟：
a、將西瓜皮用蒸餾水清洗處理后置于烘箱內(nèi)，105℃烘干10-12min，冷卻至室溫后，用瑪瑙研缽粉碎處理并過100目篩，制得西瓜皮生物炭；
b、將步驟a的西瓜皮生物炭置于燒杯中，分別加入西瓜皮生物炭質(zhì)量4倍的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20％的硫化銨溶液、西瓜皮質(zhì)量0.1倍的高鐵酸鉀粉末，分8-9次加入西瓜皮生物炭質(zhì)量50倍的高純水，同時用玻璃棒攪拌30min，制得混液，然后在80℃條件下，以150r/min的速度攪拌混液6-7h，再將混液置于105℃烘箱中烘干20-30min，用瑪瑙研缽粉碎，過100目篩，制得粉末，最后將粉末置于馬弗爐中，600℃熱解1h，待自然冷卻后取出，再次過100目篩，制得改性西瓜皮生物炭；
c、將氫氧化鈉質(zhì)量
5.06倍的去離子水加入氫氧化鈉中，待燒杯冷卻，在用玻璃棒攪拌的狀態(tài)下加入氫氧化鈉質(zhì)量0.13倍的偏鋁酸鈉，用玻璃棒不斷攪拌5-6min，溶液透明后加入氫氧化鈉質(zhì)量
2.34倍的硅溶膠攪拌均勻，制成混合液，并用保鮮膜將裝有混合液的燒杯瓶口封住，放在集熱式恒溫磁力攪拌器上，以150r/min的速度室溫下持續(xù)攪拌1h后，升溫至60℃，以相同的速度攪拌4h，制得混合液A；
d、將硫酸鋁溶于硫酸鋁質(zhì)量
7.89倍的去離子水中，然后向其中加入硫酸鋁質(zhì)量0.44倍得白炭黑，制成混合液B，將混合液B加入到混合液質(zhì)量1倍的步驟c中的混合液A中，攪拌均勻后形成混合液C；
e、將攪拌磁子與步驟d中的混合液C一起放入帶有聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼高壓反應(yīng)釜的干燥箱中，在80℃的條件下反應(yīng)24h，制得反應(yīng)液，再冷卻至室溫，取出反應(yīng)液，利用抽濾裝置，用反應(yīng)液體積2倍的蒸餾水對反應(yīng)液進(jìn)行洗滌、抽濾，重復(fù)7-8次，得到濾餅；
f、將步驟e中的濾餅放置恒溫干燥箱內(nèi)，在100℃下干燥12h，得到固體，再將固體用瑪瑙研缽研磨后，過100目篩，制得釔化鈉分子篩；
g、將硫酸鋯溶于硫酸鋯質(zhì)量25倍的去離子水中，制得硫酸鋯溶液，將步驟f中的釔化鈉分子篩和硫酸鋯按體積1:1浸漬24h，制得混合液，將混合液置于烘箱中120℃干燥12h，然后在馬弗爐中500℃焙燒3h，得到改性分子篩；
h、將步驟b中的改性西瓜皮生物炭和步驟g中的改性分子篩按體積比5:1混合均勻制成吸附劑。
進(jìn)一步的，步驟(3)所述殺菌劑的制備方法主要包括以下步驟：
A、將長鏈烷基二甲基叔胺、長鏈烷基二甲基叔胺質(zhì)量1倍的異丙醇在燒杯中混合均勻置于三口燒瓶中，室溫下以250r/min的速度攪拌6-7min，然后加入長鏈烷基二甲基叔胺質(zhì)量0.14倍的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7.8％的鹽酸，再以相同速度繼續(xù)攪拌升溫至30-50℃，然后加入長鏈烷基二甲基叔胺質(zhì)量0.36倍的環(huán)氯丙烷，以相同速度攪拌25-30min，加熱升溫至70-90℃，反應(yīng)7-9h，停止加熱，制得反應(yīng)液；
B、將步驟A中的反應(yīng)液倒入旋蒸瓶，在0.09MPa、85℃下得到淡黃色膏狀粗產(chǎn)物，冷卻至室溫，倒入反應(yīng)液質(zhì)量50倍的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30％丙酮溶液攪拌7-8min，制得混合液，再將混合液放入冰箱中，在2-3℃冷卻6h，得白色沉淀，用反應(yīng)液質(zhì)量3倍的蒸餾水抽濾復(fù)溶解，重復(fù)操作3-4次后，室溫下干燥12h，制得長鏈烷基二甲基叔胺季銨鹽；
C、將步驟B中的長鏈烷基二甲基叔胺季銨鹽置于三口燒瓶中，加入長鏈烷基二甲基叔胺季銨鹽質(zhì)量0.16倍的乙腈，加熱升溫至70-80℃，制得混合液，然后稱取長鏈烷基二甲基叔胺季銨鹽質(zhì)量0.79倍的甲硝唑，分5-6次加到混合液中，接著繼續(xù)升溫加熱，保持溫度在70-80℃下反應(yīng)12h，反應(yīng)結(jié)束后停止加熱，制得反應(yīng)液，待反應(yīng)液冷卻至室溫后，在0.09MPa、40℃蒸餾，得改性季銨鹽粗品，用長鏈烷基二甲基叔胺季銨鹽質(zhì)量10倍的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30％丙酮洗滌過濾9-10次，在50℃下干燥10h，得到改性季銨鹽；
D、將香蕉皮置于香蕉皮質(zhì)量20倍的30℃溫水浸泡1h，煮沸2h，經(jīng)16層紗布過濾，獲得濾渣和濾液A，濾渣中再次加入香蕉皮質(zhì)量10倍的水煮沸1h，經(jīng)16層紗布過濾，獲得濾液B，將濾液A和濾液B混合置于60℃濃縮3-4h，制得香蕉皮提取液；
E、將步驟C的改性季銨鹽和步驟D中的香蕉皮提取液按質(zhì)量比1:2混合，制成殺菌劑。
進(jìn)一步的，步驟(4)所述中和劑為30g/L卵磷脂和20g/L吐溫-80的磷酸鹽緩沖溶液按體積比1:1混合制得。
進(jìn)一步的，步驟(5)所述人工濕地尺寸為40m×12m×0.8m，水利坡度5％，污水停留時間24-72h；濕地底部鋪設(shè)10-20cm的10mm碎石，緊接著鋪設(shè)10-20cm的5mm粗砂石，最后鋪設(shè)20-40cm的松軟黏土-壤土。
進(jìn)一步的，步驟(5)所述人工濕地的植物有菖蒲、美人蕉、大藻、鳳眼蓮、金魚藻和馬蹄蓮組成。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所達(dá)到的有益效果是：
本發(fā)明采用格柵、吸附過濾池和殺菌處理、人工濕地凈化養(yǎng)殖污水獲得固體肥料、凈化水，以達(dá)到污水二次循環(huán)利用、養(yǎng)殖業(yè)與種植業(yè)、旅游業(yè)聯(lián)動的效果。
首先，吸附過濾池由海綿、自制生物炭和自制分子篩形成的三明治式凈化系統(tǒng)；自制生物炭是由硫化銨、高鐵酸鉀、西瓜皮制備而成，高鐵酸鉀溶于水后會分解生成氫氧化鉀，在活化時西瓜皮生物炭的碳基團(tuán)與氫氧化鉀發(fā)生反應(yīng)生成碳酸鹽，促進(jìn)其孔徑形成，形成多孔結(jié)構(gòu)，提高吸附性，硫化銨在高溫下與西瓜皮的纖維素發(fā)生分解反應(yīng)，引入硫和氨基團(tuán)，能與重金屬離子發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，提高改性西瓜皮生物炭的吸附性；自制分子篩是由硫酸鋯改性釔化鈉分子篩，發(fā)生離子交換反應(yīng)，將鋯離子替換鈉離子，接枝于分子篩表面，在分子篩表面堆積形成新的微孔，使微孔體積增多，增大了分子篩的孔徑，增強(qiáng)自制分子篩的吸附性。
其次，殺菌處理過程中采用自制殺菌劑，自制殺菌劑是由改性季銨鹽、香蕉皮復(fù)配形成的殺菌劑；改性季銨鹽由長鏈烷基二甲基叔胺季銨鹽和甲硝唑制備而成，甲硝唑中與氯原子相連的碳原子進(jìn)攻季銨鹽中的氮原子，發(fā)生親核取代，將甲硝唑分子引入季銨鹽分子中，使得改性季銨鹽分子中含有兩個帶正電荷的季氮離子，利于在細(xì)菌表面的吸附，同時改性季銨鹽具有長鏈烷基和甲硝唑兩個疏水基團(tuán)，可深入菌體細(xì)胞的類脂層，導(dǎo)致酶失活，兩者聯(lián)合效應(yīng)增強(qiáng)改性季銨鹽的殺菌性，此外，香蕉皮含有蕉皮素，可以抑制細(xì)菌和真菌滋生，與改性季銨鹽協(xié)同，提高殺死細(xì)菌病毒的效果。
最后，養(yǎng)殖污水通過格柵和集水井，截留污泥，就地發(fā)酵成為肥料，濾后廢水流入吸附過濾池，不同于傳統(tǒng)的多級吸附，采用一體式過濾池，同時去除氮、磷和重金屬，再經(jīng)殺菌消毒，排入由菖蒲、美人蕉、大藻、鳳眼蓮、金魚藻和馬蹄蓮組成的人工濕地，利用具景觀和高效凈化作用的植物組合，實現(xiàn)污水物質(zhì)再利用，達(dá)成種植、養(yǎng)殖、旅游多方經(jīng)濟(jì)合作，此外，吸附過濾池的引入，可有效緩解人工濕地飽和，減少淤積現(xiàn)象，延長使用壽命。
（發(fā)明人：晏榮平;馬磊;熊旭軍）
