工厂化养鱼水循环处理工艺技术及设备.doc

工厂化养鱼水循环处理工艺技术及设备6渔业现代化)32003年第6期工厂化养鱼水循环处理工艺技术及设备辜星喜萋羹霪鬈柔雩系统重点实验室胡伯成陈军倪琦中国水产科学研究院渔业水体净化技术与系统重点实验室.1养鱼水的污染水污染的程度,是所有水处理工艺技术研究,设计最基本,最必需的基础依据资料.养鱼水污染主要是由投饲和鱼类新陈代谢而产生的.我国水产业由于各种因素的制约,尚未对养鱼水污染作系统研究.而在发达国家,则早就有系统研究,其结果作为水处理工艺设计方法的依据.如日本学者以香鱼作为研究试验对象,经反复测定表明,每日投喂100kg颗粒饲料,它所产生的总污染量相当于360个人1天所排出的总污染量.据此推算,一个大型水产养殖场所产生的总污染量相当于一个小城镇人口所产生的总污染量.由此可见,养鱼对水体的污染是相当大的,其污染量将随着养殖密度的提高,水温的提高而增加,饲料品质对水体亦有影响.在污染物中,既有较大易沉降的固体,又有微小的不易沉降的悬浮固体;有可溶性有机物如COD,包括鱼类分泌的含氮高的粘液等,还有可溶性无机物如氨氮等.污染物的种类,确定了必需的工艺处理环节,污染物的量则确定了各工艺环节的负荷,从而为研究,设计系统工艺技术装备提供依据.2主要工艺技术装备2.1养鱼水循环养鱼水的循环是工厂化养鱼首先要考虑的工艺环节,是影响整个工艺流程,牵动全局的关键因素之一.2.1.1水循环率水循环率高,鱼池水质好,有利于提高养殖密度和产量,但水处理设施,设备的投资及电耗亦随之上升.在发达国家,因鱼价高电费便宜等因素,较多采用高水循环率,如1次/h或以上.我国工厂化养鱼发展实践表明,在鱼价低而电费贵的国本文为中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所建所四十周年学术报告会交流论文之一.情下,高水循环生产运行,易出现严重亏损.因此,逐步探索采用较低的水循环率,目前大都采用610次/d.2.1.2水的提升在常规工艺流程中,水的提升的电耗,仅次于曝气增氧的电耗,都尽可能采用一次提升;其形式取决于工艺流程并对给排水方式,投资和电耗等都带来影响.目前主要采用水泵提升,以常规低扬程,大流量的轴流泵居多,并趋向于选用或研制更低扬程的泵.为了减少电耗,一些单位探索采用了气力提升方式,该方式的优点是提水增氧一举两得.但提升高度小,一般不大于有效水深的40%,效率较低,采用的工艺形式要去适应它.2.2物理处理物理处理方法的主要去除对象是鱼粪,残饲等固体有机物,针对其特性,采用了多种各有优缺点的方法,主要形式如下.2.2.1沉淀沉淀是一种重力分离的简单易行的工艺形式,且水头损失很小.较多采用占地面积相对较小的斜板沉淀池形式.由于占地面积大,全悬浮状微粒不能去除,现较少应用.2.2.2滤网滤网有固定滤网和旋转滤网二大类.固定滤网类,结构简单,造价低,但需人工除污清洗.旋转滤网主要使用微滤机的形式,由于能自动反冲洗除污,目前使用较多.滤网截留固体污物的效率,随滤网目数的增加而增加,但目数增加,意味着过滤面积增加,设施,设备增大;易破损是微滤机碰到的一大问题.2.2.3砂滤常用形式有普通滤池,重力式无阀滤池,机械过滤器,砂滤罐等.实践表明,它们主要适用于水源预处理.用于养鱼污水处理,不但反冲洗耗水量大,尤其是鱼粪等带有粘性,不易反冲掉,而成渔业现代化)2003年第6期7为污染源.2.2.4气浮气浮是污水处理中一项带有综合性处理效果的新工艺技术,不但对悬浮固体有较高的去除率,对COD或BOD也有较好的去除率.同时,对鱼类分泌的含氮粘液亦有较好的去除效果.水产业亦称之为泡沫分离或去氮器,正处于移植试用阶段.主要形式:一是溶气气浮,效率高,但投资及电耗亦大;二是射流气浮,效率一般,投资不低,因而制约了其使用面.2.3生物处理由于循环养鱼污水属低浓度污水,一般适宜采用生物膜法处理,这是一种以各种滤料或填料为载体,富集微生物形成生物膜的处理方法.去除对象是COD等可溶性有机物和氨氮等无机物.由于氨氮,亚硝酸盐对鱼类有明显毒性,因此,人们往往重视硝化反应,氨氮等的去除率,而不够重视有机物的去除率.实际上,只有当有机物的去除率高了,浓度低了,才有利于硝化菌的生长,硝化反应效率的提高.本实验室的试验表明,当COD>140mg/L时,对硝化反应的影响将越来越大.较多采用以下几种形式.2.3.1生物滤池普通生物滤池是最早发展的传统形式.滤料取材容易,造价低,但效率较低,占地面积较大,反冲洗耗水大.目前应用较少,有的采用人工定期冲冼替代较繁的反冲洗.新型生物滤池效率远高于常规工艺.其特点是采用的轻质滤料比表面积特大,具有截留微小颗粒的能力,出水清;独特的气脉冲反冲洗技术,能有效去除微小颗粒和老化生物膜,耗气,水量少;布水,布气易均匀,因而具有高效,操作管理方便等优点.渔机所已开发成功,并应用于工程.2.3.2生物接触氧化法主要特征是采用填料如蜂窝状填料,软性半软性填料,立体弹料等作微生物载体,一般设置在生化池中.由于该法效果较好,管理方便,目前使用较广,但存在布水不易均匀等问题.生物转盘是其一种有效形式,兼有增氧作用.早期曾研究使用,但难以兼顾投资和使用寿命而目前很少使用.2.4植物处理在循环系统内,无土栽培蔬菜(称鱼菜共生)或栽培水生植物或藻类,以吸收不断积累的硝酸盐为主要目的,同时吸收亚硝酸盐,氨氮等,对减少换水量而不需采用停留时间很长的反硝化系统,减轻生化处理的负荷都不失为一种经济有效的方法.由于相关影响因素复杂,尚未获得理想配置模式和设计方法.目前大都与生物处理配合使用.2.5物理,生物处理的组合模式一种是沉淀加生物过滤,采用了竖流式沉淀池的构造特征,在其沉淀区中上部,设置滤料层,其水头损失很小.另一种是气浮加生物过滤,采用了生物滤塔的构造特征,在中心区设圆筒型气浮反应室,效果较好,但电耗大.由于结构形式限制,这两种模式仅适用于小循环系统.2.6消毒杀菌目前,主要采用臭氧和紫外线消毒杀菌两种有效的方法.臭氧杀菌尚有增加溶氧,脱色,氧化可溶性污物的工效.与紫外线相比,其设备系统的费用较大,维护较困难,包括因其对人体和生物有害,而需增加活性碳过滤等去除水中残留物的装置.显然两种方法各有优缺点,从费用和操作维护方便性考虑,有使用紫外线方法的趋势.水中悬浮物和有机碳化物等的浓度,对两种方式的杀菌效率有较大影响,浓度越高,效率越低.最近,本实验室试验一种银系纳米涂料的杀菌效果,在玻璃钢小鱼池底部涂上银系纳米涂料,采用循环水方式养鱼,其水体菌落数明显低于对照组,且未发现对鱼有不良影响,取得初步成功.2.7增氧工厂化养鱼系统中,鱼类要耗氧,有机物分解和硝化反应要耗氧,两者的耗氧量比例大体对等.据对几个工程的分析,增氧电耗占总电耗的60%70%,水循环处理工艺设备越简单,增氧电耗比例越大.2.7.1增氧方式目前使用较多的增氧方式有水车式,推流吸气式和鼓风曝气式.根据有关资料,检测数据及本实验室的使用情况分析,以输人功率计算的三者动力效率比大约为1:0.5:0.4.表明使用水车比鼓风曝气电耗省1倍多,而使用水车的投资仅约为鼓风曝气的15%.2.7.2纯氧与富氧8渔业现代化)2oo3年第6期能使水体的溶氧达饱和值的几倍,鱼池可不设繁琐的增氧系统,溶氧可比常规增氧方式高,有利鱼的生长.因而国外在温水性鱼类高密度养殖中使用纯氧较普遍.我国则很少使用,主要是比价较高.纯氧价格lkg多,尚需储运;富氧需较贵的设备,lkg富氧耗电1kWh(度)余.要使纯氧,富氧高效溶于水尚需动力和气水混合设备.最近,有一种用于纯氧增氧的超微米级散气石,工作压力为0.10.3MPa,气泡直径50100t.Lm,氧利用率20%60%.2.8水质自动监控系统长期以来,水产业主要采用不可长期连续使用,价格较低的非在线型水质测试仪表.20世纪90年代中后期起,随着国家经济高速发展和工厂化养鱼发展的需要,开始探索价格高的水质在线检测仪表在水产业的应用.渔机所利用专业特长,首先推出了实用化的自动在线水质监测系统,已推广6套.该系统应用计算机,通讯,自动控制技术等,实现了水质自动检测,显示,记录,打印及调控.目前该系统可以检测包括温度,溶氧,酸碱度,盐度,氧化还原电位,浊度,氨氮,硝酸盐,亚硝酸盐等常用水质指标,并开发了水质控制系统,已实施的有控制溶氧和温度等指标,也能自动控制所有相关执行机械.还开发了养殖用现场监视系统,初步构成了养殖自动化系统平台.3研究与发展方向3.1污排分流综合技术的研究污排分流,能减少水处理系统的负荷,减少投资和电耗,已成为国内外高密度养鱼的热门话题.国外还试验了上排水生物处理,下排水物理处理的新模式.首先必须对鱼池形状,大小,底部结构,由进水方式或增氧方法所产生的流态等进行综合性研究,以大大提高集污效果,从而实现高效排污.3.2去除固体污物工艺设备的研究除对现有的固定滤网,微滤机等工艺设备的结构,性能,可操作性,可靠性进行改进提高外,应重点研究开发机械气浮工艺设备,它兼顾了效率高,投资少,电耗低的要求,且在不投加浮选剂的工况下,也有较好的效果.3.3高效生物处理新工艺新技术的研究首先研究选择比表面积大,理化稳定性好的滤料或填料,以提高容积负荷,减少占地面积和投资;其次,研究采用高效反冲洗技术,能及时去除附于滤,填料表面的有机固体物和即将老化的生物膜,以提高生化效率.3.4植物过滤技术的研究以去除硝酸盐等盐类,防止其积累对鱼类生长及硝化反应的不良影响,减少换水量为主要目的;同时去除一部分氨氮和亚硝酸盐,以减轻硝化反应的负荷.主要研究相适宜的植物类品种,及其在水循环系统内的设置,布局,尽量减少占地面积和水头损失,以极低的投人取得较好的效果.3.5纳米滤料,涂料的应用性研究本实验室在执行上海市科委纳米材料在渔业上的应用课题中,经小试表明,亚纳米滤料比常规滤料净化效果要好,鱼池壁涂抹含有纳米银的涂料,池水含菌量低于对照组.下一步要深化试验,以便推广.3.6高效增氧方式适应性的研究机械增氧效率高于鼓风曝气,且投资低;在高密度养殖中,曾用过的形式按效率高低排列有叶轮式,水车式,涌浪式,推流吸气式.虽未发现对鱼生长有明显影响,但从未具体研究过其对池型,水流态,集排污效果及鱼类习性,生长等的影响,影响了对机械方式选择和改进.3.7几种低投资,低电耗模式的研究3.7.1以气提实现水循环处理模式的深化研究工况条件下气提形式,布局,提高效率的途径;探索简易气浮兼作水力提升,实现水循环的更好模式.研究低水头情况下,效率较高,操作较方便的物理和生物处理的工艺形