一种处理池塘养殖废水的组合式漫流湿地系统及方法

技术领域

本发明属于池塘养殖尾水处理领域，涉及一种处理池塘养殖废水的组合式漫流湿地系统及方法。

背景技术

2017年水产养殖污染排放量占农业源水污染排放总量的6.35％左右，而随着渔业的逐年发展，2021年我国水产养殖产量高达5394.4万吨，相较2017年增长10％，由此产生的养殖废水排放量与养殖污染排放量持续增加，直排后会对周边河道水体造成严重污染。为强化渔业水域环境保护、推进养殖尾水达标排放，2021年江苏省发布了《池塘养殖尾水排放标准》(DB32/4043-2021)，对养殖废水的排放做出硬性要求，寻找合适的养殖废水处理技术迫在眉睫。

养殖废水具有排放量大、污染物浓度低但种类复杂等特点。传统的物理处理法如过机械过滤、吸附、泡沫分离等仅能有效去除水体中悬浮污染物，无法作用于溶解污染物。传统的化学处理法如絮凝、中和、络合、氧化还原等调节水质收效快，但投加量大导致养殖成本大幅增加并伴有一定的副作用，易产生二次污染。以上两种处理法单独应用于养殖废水治理时均存在明显缺陷，因此成本较为低廉、处理较为全面的生物处理法或综合处理法是池塘养殖废水处理技术未来的重点发展方向。其中，生态沟渠技术将排水沟渠改造成具有水质净化功能的生态沟渠，人工湿地技术利用基质、植物、微生物等协同作用令养殖废水达标排放，相关技术指南中推荐的“三塘二坝”或“四塘三坝”技术利用物理和生物生态方法综合净化水质，这些技术对多种污染物均有去除效果，但也普遍存在水质净化周期长、处理效率低下、占地面积大的问题。

公开号为CN115124203A的发明专利提供了一种多循环尾水处理系统，对“三塘二坝”净化塘技术进行改良，增设了一池一渠尾水处理系统和池底排污尾水处理系统，三系统互相配合或交替运行，共同处理尾水并将其回用，该技术提高了养殖尾水的处理效率，但同时也大大增加了净化系统的占地面积，用地成本和日常运维成本提升，经济效益不佳，难以在市场推广。

公开号为CN115557626A的发明专利提供了一种养殖池塘尾水异位生态治理方法，以三个池塘为基础构建处理单元，通过间歇投加微生物菌种、修建生态浮岛修复区域、仿水草填料修复区域、生态浮框修复区域、复合基质过滤坝来对净化尾水，基本所有净化过程均在第二池塘中的净化区域进行。该发明的治理方法占地面积小，可实现池塘尾水的循环利用，但由于三个池塘容积较小，实际该方法仅适用于规模较小的池塘养殖，且复合基质过滤坝中滤料也面临更换不便的难题。

综上所述，现有养殖尾水处理技术都存在成本高、效果差等不同程度的缺点，需要探索更加高效、经济、环保的养殖尾水处理方法。

发明内容

针对养殖尾水水量大、污染物浓度低等特点，本发明公开了一种处理池塘养殖废水的组合式漫流湿地系统及方法，构建了一套“射流循环生物滤池——装配式垂直流湿地——组合式漫流湿地”相结合的组合养殖尾水处理技术，此技术集物理处理、生物处理和生态处理于一体，旨在解决集中排放养殖尾水难以处理的问题。

本发明提供了一种垂直水平组合式漫流人工湿地技术，具体技术方案如下：

一种处理池塘养殖废水的组合式漫流湿地系统，包括：

固定在池塘边坡底部的支撑结构；

利用支撑结构拦阻再层叠堆放在池塘边坡上面的净化单元；

设在净化单元上方的毛细配水结构，水流通过垂直下渗和整体漫流结合的方式流经所述净化单元，净化单元通过物理、生物、生态相结合的方式处理池塘养殖废水。

进一步的，所述净化单元采用开孔网袋装填污泥生物炭陶粒颗粒填料(公开号CN115477527A)和包裹净水植物种子的颗粒腐殖生物填料(公开号CN111533243A)。

更进一步的，单个净化单元中，含净水植物种子的颗粒腐殖生物填料的重量百分比为0～20％，其余为污泥生物炭陶粒颗粒填料；所述净化单元中的颗粒腐殖生物填料和污泥生物炭陶粒颗粒填料每隔1-2年更换。

更进一步的，以支撑结构为支撑，沿池塘边坡向上横向铺设装填完成的净化单元，上方的净化单元底部与下方净化单元的顶部相接，净化单元之间不留空隙；堆叠铺设净化单元的层数设为1～3层。

更进一步的，所述开孔网袋的网孔孔径小于颗粒腐殖生物填料以及污泥生物炭陶粒颗粒填料的粒径，颗粒腐殖生物填料的粒径为8mm～12mm；污泥生物炭陶粒颗粒填料的粒径为15mm～20mm。

更进一步的，所述净水植物种子包括紫花苜蓿、百慕大、披碱草、早熟禾、黑麦草、碱茅草、高羊茅、冰草、稗雀草的种子中的一种或多种；所述颗粒腐殖生物填料内种子配制密度为2～5颗种子/颗填料；单个所述净化单元包含400～800颗净水植物种子。

进一步的，所述毛细配水结构包括配水干管、配水支管、纤维织物毛细配水管(公开号CN111468518A)和水管支架；配水干管在池塘边坡表面沿边坡延伸方向布设，收集上级出水并完成组合式漫流湿地系统的初级配水；配水干管上且位于靠近池塘内部一侧均匀设置平行于池塘边坡倾向的配水支管；每根配水支管两侧对称设置纤维织物毛细配水管，实现无死角均匀配水。

更进一步的，所述配水干管的直径为100mm～300mm；纤维织物毛细配水管的长度设为1m～2m；配水支管的间距为纤维织物毛细配水管的长度的两倍。

进一步的，所述支撑结构包括废塑料外壳和钢制锥棒，废塑料外壳为废塑料挤出成型锥体，内部包裹钢制锥棒。

更进一步的，所述支撑结构的高度为0.4m～0.7m；所述支撑结构竖直插入池塘边坡，插入部分的长度为0.15m～0.25m。

利用上述一种处理池塘养殖废水的组合式漫流湿地系统的处理方法，所述方法包括：

清理池塘坡面；

在池塘坡面上锚定支撑结构；

利用支撑结构拦阻再在池塘坡面上层叠堆放净化单元；

在净化单元上方安装毛细配水结构，毛细配水利用重力自流作用均匀分配到净化单元表面，水流在净化单元的填料中发生局部垂直流和整体漫流过程，利用填料与植物根系复合物理化学和生物过程，去除有机物及氮磷等营养元素，实现对养殖尾水的深度处理。

具体方法如下：

1、清理坡面：清理净化塘边坡上的杂物，令坡面平顺；

2、锚定支撑桩：放线确定横向铺设的净化单元与边坡延伸方向垂直的竖向定位(净化单元轴线定位)，在定位轴线靠近水面的底部一侧200mm点位确定支撑桩位置，将支撑桩竖直打入边坡土壤确保稳固；

3、铺设净化单元：以支撑桩为支撑，沿边坡向上横向铺设装填完成的净化单元，上方的净化单元底部与下方净化单元的顶部相接，净化单元之间不留空隙；首层净化单元铺满边坡后，继续铺设第二层净化单元，堆叠铺设净化单元的层数设计为1～3层。

4、安装毛细配水结构：毛细配水进水利用重力自流作用从配水干管进入配水支管，再通过配水支管两侧具有毛细配水作用的纤维织物毛细配水管均匀分配到净化单元表面；水流在净化单元填料中发生局部垂直流和整体漫流过程，利用填料与植物根系复合物理化学和生物过程，去除有机物及氮磷等营养元素，实现对养殖尾水的深度处理。

5、填料更换：净化单元中填料1～2年更换一批。

本发明有益效果如下：

(1)本发明的组合式漫流湿地系统，利用废塑料制成支撑桩，利用污水污泥制成生物炭陶粒颗粒填料，利用存量垃圾筛下腐殖土制成颗粒腐殖生物填料，成功实现“以废治废”，而且还降低了组合式漫流湿地系统的运行和维护的成本，经济环保，市场适应性更强。

(2)本发明的组合式漫流湿地系统，将局部垂直流和整体漫流两种湿地模式有机结合，解决了低浓度大水量养殖尾水的处理难题，实现了养殖尾水的深度处理。具体的，水流通过垂直下渗和整体漫流结合的方式流经填料与植物根系，固体悬浮物被填料截留过滤，有机污染物和总氮被颗粒腐殖生物填料表面生长的微生物及植物系统降解吸收，磷及其衍生物被污泥生物炭陶粒颗粒填料吸附同时作为营养盐被植物根系吸收，发挥了组合式漫流湿地系统的过滤悬浮物、脱氮除磷的良好净化功能。

(3)本发明的组合式漫流湿地系统，采用开孔网袋装填生物炭陶粒和包裹植物种子的颗粒腐殖生物填料的形式构建净化单元，解决填料更换难的问题。

附图说明

图1为组合式漫流湿地系统的剖面图；

图2为组合式漫流湿地系统的毛细配水结构的平面图。

其中，1-支撑桩，101-废塑料外壳，102-钢制锥棒；2-净化单元，201-污泥生物炭陶粒颗粒填料，202-颗粒腐殖生物填料，203-净水植物种子；3-毛细配水结构，301-配水干管，302-配水支管，303-纤维织物毛细配水管，304-水管支架；4-净化塘边坡。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白，下面结合说明书附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。应理解，所描述的实施案例仅为解释本发明的一部分实施例，而非全部实施例。

如图1、图2所示，本实施例的处理池塘养殖废水的组合式漫流湿地系统包括锚定在净化塘边坡4底部的支撑桩1、利用支撑桩1拦阻层叠堆放在净化塘边坡4上面的净化单元2以及设置在净化单元2正上方的毛细配水结构3。

其中，支撑桩1包括废塑料外壳101和钢制锥棒102，废塑料外壳101为废塑料挤出成型锥体，内部包裹直径为12mm～20mm的钢制锥棒102。

支撑桩1的底部设为圆锥形，支撑桩1的上部及中部设为圆柱形。支撑桩1的高度设为0.4m～0.7m，锥体部分长度设为0.1m～0.2m，支撑桩1的外径设为30mm～50mm。

支撑桩1竖直插入净化塘边坡4底部，插入部分的长度设为0.15m～0.25m。

其中，净化单元2包括聚丙烯(PP)材质加工的开孔网袋，开孔网袋的内部装填污泥生物炭陶粒颗粒填料201(具体制备方法详见公开号CN115477527A的中国专利，专利名称为一种生物炭陶粒颗粒填料生产方法，此处不再详述)和颗粒腐殖生物填料202(具体制备方法详见公开号CN111533243A的中国专利，专利名称为一种颗粒腐殖生物填料、生产方法及应用，此处不再详述)这两种填料。

开孔网袋的袋体长设为600mm～900mm，袋体宽设为300mm～500mm，网袋装填完成的厚度为150mm～200mm。开孔网袋的网孔直径设计为5mm～10mm。净化单元2的上述开孔网袋可利用塑料扎口带缩紧袋口，防止填料外漏。

进一步地，净化单元2内还包括净水植物种子203，具体包括紫花苜蓿、百慕大、披碱草、早熟禾、黑麦草、碱茅草、高羊茅、冰草、稗雀草中的一种或多种，由颗粒腐殖生物填料202作为包衣，配制密度设为2～5颗种子/颗填料，单个净化单元2包含400～800颗种子。

进一步地，净化单元2的颗粒腐殖生物填料202(含上述净水植物种子203)的重量百分比含量设计为0～20％，颗粒腐殖生物填料202的粒径应大于净化单元2的开孔网袋的网孔直径，设为8mm～12mm；其余部分为污泥生物炭陶粒颗粒填料201，污泥生物炭陶粒颗粒填料201的粒径应大于净化单元2的开孔网袋的网孔直径，设为15mm～20mm。

其中，毛细配水结构3包括配水干管301、配水支管302、纤维织物毛细配水管303(具体详见公开号CN111468518A的中国专利，专利名称为一种纤维毛细配水管、配水系统及配水方法，此处不再详述)和水管支架304。

如图2所示，配水干管301亦为装配式垂直流湿地出水干管，在边坡表面沿边坡延伸方向布设，功能是收集上级出水并完成组合式漫流湿地系统的初级配水。配水干管301上且位于靠近净化塘一侧，每隔2m～4m朝边坡倾斜方向开一个40mm圆孔，开孔处采用增接口管道附件与平行于边坡倾向的配水支管302连接。再通过变径四通在每根配水支管302两侧对称布置DN15(公称直径为15mm)的纤维织物毛细配水管303，纤维织物毛细配水管303的管间距设计为0.3m～0.5m，利用纤维毛细管均匀配水技术实现小水头长距离均匀配水。水管支架304设置在上述各级水管(配水干管301、配水支管302、纤维织物毛细配水管303)的下部，用于支撑悬空上述各级水管。

进一步地，配水干管301直径宜设为100mm～300mm。

进一步地，配水支管302底部封堵，配水支管302的长度应与组合式漫流湿地的配水干管301到支撑桩1的距离(净化单元2在边坡倾斜方向上铺设的长度)一致。

进一步地，所述纤维织物毛细配水管303的长度设为1m～2m，配水区域应覆盖整个组合式漫流人工湿地系统，无配水死角，实现湿地全表面均匀配水。

本实施例的处理池塘养殖废水的组合式漫流湿地系统组装和处理尾水的具体方法如下：

1、清理坡面：清理净化塘边坡4上的杂物，令坡面平顺；

2、锚定支撑桩1：放线确定横向铺设的净化单元2与边坡延伸方向垂直的竖向定位(净化单元2轴线定位)，在定位轴线靠近水面的底部一侧200mm点位确定支撑桩1位置，将支撑桩1竖直打入净化塘边坡4土壤确保稳固；

3、铺设净化单元2：以支撑桩1为支撑，沿边坡向上横向铺设装填完成的净化单元2，上方的净化单元2底部与下方净化单元2的顶部相接，净化单元2之间不留空隙；首层净化单元2铺满边坡后，继续铺设第二层净化单元2，堆叠铺设净化单元2的层数设计为1～3层。

4、安装毛细配水结构3：毛细配水进水利用重力自流作用从配水干管301进入配水支管302，再通过配水支管302两侧具有毛细配水作用的纤维织物毛细配水管303均匀分配到净化单元2表面；水流在净化单元2的填料中发生局部垂直流和整体漫流过程，利用填料与植物根系复合物理化学和生物过程，去除有机物及氮磷等营养元素，实现对养殖尾水的深度处理。

5、填料更换：净化单元2中填料(污泥生物炭陶粒颗粒填料201和颗粒腐殖生物填料202)1～2年更换一批。

实施例1：

某组合式漫流湿地系统应用于某占地面积为400平方米的养殖池塘，作为净化塘的一部分，长宽为3m*8m，池塘进水COD为50±10mg/L，总氮为2.0±0.5mg/L，总磷为0.6±0.2mg/L，悬浮物浓度为120±20mg/L。

组合式漫流湿地系统在净化塘边坡4的底部上设置支撑桩1，支撑桩1的内部包裹直径为15mm的钢制锥棒102，支撑桩1的高度为0.6m，支撑桩1的外径为40mm。支撑桩1竖直插入净化塘边坡4，插入部分长度为0.2m。

净化单元2的开孔网袋的袋体长为600mm，宽为400mm，网孔直径为6mm±1mm，由聚丙烯为原材料的无纺布加工而成，净化单元2内部装填污泥生物炭陶粒颗粒填料201和颗粒腐殖生物填料202两种填料，其中颗粒腐殖生物填料202的重量百分比含量为10％，粒径为8mm，每颗颗粒腐殖生物填料内部包裹2～5颗早熟禾种子和碱茅草种子，污泥生物炭陶粒颗粒填料201重量百分比含量为90％，填料粒径为20mm。装填完成的净化单元2的开孔网袋厚150mm。

毛细配水结构3包括配水干管301、配水支管302、纤维织物毛细配水管303和水管支架304。配水干管301亦为装配式垂直流湿地出水干管，在边坡表面沿边坡延伸方向布设，配水干管301直径为100mm，功能是收集上级出水并完成组合式漫流人工湿地初级配水。配水干管301靠近净化塘一侧，每隔3m朝边坡倾斜方向开一个40mm圆孔，开孔处采用增接口管道附件与平行于边坡倾向的配水支管302连接。再通过变径四通在配水支管302两侧对称布置DN15纤维织物毛细配水管303，管间距为0.3m，管长设为1.5m，利用纤维毛细管均匀配水技术实现小水头长距离均匀配水。水管支架304设置在各级水管下部，用于支撑悬空配水管。

进一步地，配水支管302和纤维织物毛细配水管303底部封堵，配水支管302长度为3m。

本实施例的处理池塘养殖废水的组合式漫流湿地系统的组装和处理尾水的具体方法如下：

清理坡面：清理净化塘边坡4上的杂物，令坡面平顺，局部不平整的地方后期加填净化单元2至平整；

锚定支撑桩1：放线确定支撑桩1位置，将支撑桩1竖直插入边坡土壤中一定深度；

铺设净化单元2：以支撑桩1为支撑物，向上横向铺设装填完成的净化单元2，上方的净化单元2底部宜搭在下方净化单元2的顶部，净化单元2之间不留空隙；首层净化单元2铺满边坡后，继续铺设第二层净化单元2。

安装毛细配水结构3：按上述技术方案要求设置毛细配水结构3，进水通过重力自流作用从配水干管301进入配水支管302，通过毛细作用匀速从纤维毛细配水管303渗出，实现均匀配水的效果；水流通过垂直下渗和整体漫流结合的方式流经填料与植物根系，固体悬浮物被填料截留过滤，有机污染物和总氮被颗粒腐殖生物填料202表面生长的微生物及植物系统降解吸收，磷及其衍生物被污泥生物炭陶粒颗粒填料201吸附同时作为营养盐被植物根系吸收，发挥了组合式漫流湿地系统的过滤悬浮物、脱氮除磷的良好净化功能。

填料更换：净化单元2中填料1年更换一批。

该组合式漫流湿地系统稳定运行12个月，在这个过程中，湿地系统中溶解氧浓度保持在0.8-1.5mg/L，pH保持在7.5-8。稳定后该湿地出水COD保持在10mg/L以下，总氮保持在2.0mg/L以下，总磷为0.4mg/L以下，悬浮物浓度为35mg/L以下，运行过程中，净化单元2未发生破裂、掉落等情况。

实施例2：

某组合式漫流湿地应用于某占地面积为20亩的养殖池塘，作为净化塘的一部分，占地面积为600平方米，长宽为10m*60m，池塘进水COD为75±15mg/L，总氮为2.5±0.5mg/L，总磷为0.8±0.2mg/L，悬浮物浓度为120±20mg/L。

组合式漫流湿地系统在净化塘边坡4的底部上设置支撑桩1，支撑桩1内部包裹直径为20mm的钢制锥棒102，支撑桩1的高度为0.6m，支撑桩1的外径为30mm。支撑桩1竖直插入净化塘边坡4，插入部分长度为0.15m。

净化单元2的开孔网袋的袋体长为900mm，宽为500mm，网孔直径为9mm±1mm，由聚丙烯为原材料的无纺布加工而成，净化单元2内部装填污泥生物炭陶粒颗粒填料201和颗粒腐殖生物填料202两种填料，其中第一阶段颗粒腐殖生物填料202的重量百分比含量为15％，污泥生物炭陶粒颗粒填料201重量百分比含量为85％，第二阶段(更换过填料)颗粒腐殖生物填料202的重量百分比含量为5％，污泥生物炭陶粒颗粒填料201重量百分比含量为95％，颗粒腐殖生物填料202粒径为12mm，污泥生物炭陶粒颗粒填料201粒径为20mm。每颗颗粒腐殖生物填料202包裹3～5颗净水植物种子203，主要为紫花苜蓿、披碱草、黑麦草、碱茅草等。装填完成的净化单元2的开孔网袋的厚度为150mm。

毛细配水结构3包括配水干管301、配水支管302、纤维织物毛细配水管303和水管支架304。配水干管301亦为装配式垂直流湿地出水干管，在边坡表面沿边坡延伸方向布设，配水干管301直径为200mm，功能是收集上级出水并完成组合式漫流人工湿地初级配水。配水干管301靠近净化塘一侧，每隔4m朝边坡倾斜方向开一个40mm圆孔，开孔处采用增接口管道附件与平行于边坡倾向的配水支管302连接。再通过变径四通在配水支管302两侧对称布置DN15纤维织物毛细配水管303，管间距为0.5m，管长设为2m，利用纤维毛细管均匀配水技术实现小水头长距离均匀配水。水管支架304设置在各级水管下部，用于支撑悬空配水管。

进一步地，配水支管302和纤维织物毛细配水管303底部封堵，配水支管302长度为6m。

本实施例的处理池塘养殖废水的组合式漫流湿地系统的组装和处理尾水的具体方法如下：

清理坡面：清理净化塘边坡4上的杂物，令坡面平顺；

锚定支撑桩1：放线确定支撑桩1位置，将支撑桩1竖直插入净化塘边坡4土壤中0.15m；

铺设净化单元2：以支撑桩1为支撑物，向上横向铺设装填完成的净化单元2，上方的净化单元2底部宜搭在下方净化单元2的顶部，净化单元2之间不留空隙；首层净化单元2铺满边坡后，继续铺设第二层净化单元2……堆叠铺设净化单元2的层数为3层。

安装毛细配水结构3：按前述要求设置毛细配水结构3，进水通过重力自流作用从配水干管301进入配水支管302，通过毛细作用匀速从纤维毛细配水管303渗出，实现均匀配水的效果；水流通过垂直下渗和整体漫流结合的方式流经填料与植物根系，固体悬浮物被填料截留过滤，有机污染物和总氮被颗粒腐殖生物填料202表面生长的微生物及植物系统降解吸收，磷及其衍生物被污泥生物炭陶粒颗粒填料201吸附同时作为营养盐被植物根系吸收，发挥了组合式漫流湿地过滤悬浮物、脱氮除磷的良好净化功能。

填料更换：净化单元2中填料(201、202)18个月更换一批

该组合式漫流湿地系统稳定运行36个月，在这个过程中，湿地系统中溶解氧浓度保持在1-1.8mg/L，pH保持在7.5-8。

在第1-18月中，该湿地出水COD浓度保持在15mg/L以下，总氮保持在2.8mg/L以下，总磷为0.5mg/L以下，悬浮物浓度为37mg/L以下，运行过程中，净化单元2未发生破裂、掉落等情况。

在第19-36月中，该湿地出水COD浓度稳定在12mg/L左右，总氮保持在2.2mg/L以下，总磷保持在0.3mg/L以下，悬浮物浓度保持在30mg/L以下，运行过程中，净化单元2未发生破裂、掉落等情况。

以上所述仅为本发明的优选例实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。