水中溶氧量计算(排污、净水怎么办？一文就读懂)

Posted 2023-05-30

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水中溶氧量计算(排污、净水怎么办？一文就读懂)

循环水养殖中的固体悬浮物的主要来源于饲料、鱼粪和生物细菌团。饲料的投喂量决定了水质固体悬浮物的数量，正常投喂状态下，不同特性的饲料产生的固体悬浮物也有所差别。此外，循环水体中往往含有大量菌落，游离于水体中细菌和脱落的生物膜同样是水中固体悬浮物的重要来源之一。在高密度养殖系统中，30μm以下的悬浮物颗粒占比很高，占到水中颗粒物总质量的80%~90%，用常规的沉淀和筛滤等过滤工艺是很难彻底去除的。

养殖水体中的悬浮物过多会产生什么影响？

悬浮物增多会造成水体浑浊，使水体浊度增大，且有机悬浮物长时间不处理，会沉积在鱼池底部，厌氧细菌开始繁殖，恶化水质，对鱼类造成身体损伤，造成鱼类呼吸困难，严重时导致窒息死亡。同时，水体浑浊度过高会影响鱼的食欲，使鱼虾的适应性变差。

工业化水产养殖系统中的机械过滤系统的主要功能就是通过不断的循环，将水中鱼类的粪便及多投的饲料等固体颗粒及胶体状物质过滤分离出去，以避免它们留在养殖水体中继续分解成对水生生物有毒的氨氮等物质。

粗过滤：

该工序目的是利用常规介质过滤工艺，去除粒径小于30~100μm的固体悬浮物，常用设备包括微滤网过滤器、颗粒过滤器等。滚筒式微滤机是目前使用最为广泛的粗过滤装置，具有实用性强、能耗低、占地少、使用维护方便等优点。其处理效果与水力负荷率、滤网孔径、颗粒含量、反冲强度等参数密切相关，孔径越小，固体物含量越高，则水力负荷率越低。

精过滤：

精处理主要用于去除30μm以下微小悬浮颗粒和一些可溶性有机物，主要方式有泡沫分离等。泡沫分离是一种适合有效去除海水体中微小悬浮颗粒、可溶性有机物，减少水体细菌数量精处理的净化工艺，还具有一定的增氧和脱二氧化碳功能。

机械过滤系统设备分很多种，常见的有微滤机、蛋白质分离器、过滤沙缸、精密过滤器等。过滤沙缸则是一种需要人工手动清洗的设备，因此逐渐在水产养殖中被淘汰，也有人用于原水处理上。

固液分离器（残饵粪便分离器）

在RAS中，养殖池排出的废水中含有大量的残饵粪便等大颗粒物质，需要在前期水处理单元中将其尽可能去除，从而减小后续水处理单元的有机负荷。固液分离器作为整个系统的首个水处理单元，不仅可以利用离心作用、重力作用去除残饵粪便大颗粒物质，以免造成后续处理单元管道的堵塞以及设备的腐蚀，而且还可降低管道局部水头损失，节约系统能耗。

鱼池的分路排污工艺：工厂化养鱼的密度很高，产生的固体废弃物量很大，是养殖水体污染的主要来源，水中有机物和氨氮的去除首先要依靠及时清走大量的粪便和残饵（从源头切除），其次才靠生物净化。

鱼类排泄物及饵料残渣能使养殖水体的有机物含量增高，过多的有机物会引发有机物消化菌的繁殖，并与氨氮转化菌在生物膜中竞争生长空间、溶解氧及营养物。有机物消化菌的繁殖率比氨氮转化菌要快得多，硝化细菌（自养细菌）很难和异养细菌竞争，造成硝化细菌生长得比较慢，使得养殖系统生物过滤器氨氮去除率低。当生化需氧量(COD)与氨态氮之比大于2.7时，氨氮去除率将下降70％左右。假如一个生物过滤器其有机承载量为2.5gBOD/m/day，其硝化硝率仅为30 %。如5gBOD/m/day效率理论上为零。

传统的单通道底排模式，养殖污水的排放口至微滤机有一定的距离，在养殖污水到达微滤机时，很多残饵和鱼体排泄物极易在管道的运动中和微滤机旋转过滤的冲击中分解成更小的颗粒或分解成了氨氮；如这些颗粒有机物通过微滤机，必将增加了后续工艺的处理负担。

因此，鱼池的分路排污工艺在整个养殖系统中作为水处理系统的第一道工艺是十分重要，是实现系统净化的前提，有四两拨千斤的作用。对提高水处理的能力和减少系统设备的投资均有明显的效果。

分路排污工艺是将底排与表层溢流工艺相结合，有效及时的排出沉淀性颗粒物，避免颗粒物进入微滤机造成二次破碎，可以降低有机负荷，稳定水质。它减少了细菌等微生物的营养源，有效防止细菌大量繁殖，又防止造成水中溶解氧降低、 COD超标等后果。循环水处理取水系统由设置在鱼池上方水体表面的水槽或多孔的水平溢流管构成，能使使漂浮于水表面的油污和泡沫达到良好的收集去除效果，同时还起到保持水位的作用。

在生物过滤池中尽可能降低有机物负荷将有助于氨的硝化。减少生物过滤器的承载量，剔除一些固体物质（有机物主要来源）是基本的方法。采用鱼池分路排污系统及时排出固体颗粒比额外的增加生物滤池容量更有效果和节省投资。否则生物滤池会因为达到相同硝化作用而不合时宜地增大生物滤池的容量。

分路排污工艺大大的减轻工厂化循环水养殖系统水处理工艺的负荷和能耗。

漩涡分离：养殖池采用漩涡分离设计，养殖池壁上的入水管提高池中水体的涡流旋转速度，加快固体颗粒沉降的速度，缩短沉降时间。方便固体废弃物的收集和排放；必须定时由人工打开装置下部的开关来排出沉淀的养殖污物。不同的鱼饲料产生的固体颗粒其沉降速度不同，细小和松散的微粒只能以0．01 cm／s的速度沉降，使得固体颗粒不能有效地集中在池底排污口位置。

用池壁上的入水管提高池中水体的涡流旋转，加快固体颗粒沉降的速度可达2—5 cm／s，缩短沉降时间，使粘稠的和未受扰动的粪便能很好地沉淀，以解决了养殖池中固体颗粒沉积的问题。90％的粪便和98％的未食饲料等固体颗粒，不通过循环水处理系统而是将其集中于底部排污口。

微滤机（或弧形筛）

其主要功能是利用微孔筛网的机械过滤作用，拦截去除固液分离器无法除去的小颗粒物质，从而进一步减小后续处理单元流动床生物滤池的有机负荷。

弧形筛与微滤机：

弧形筛：弧形筛源于矿砂筛分的分离装置，在养殖水处理上是要利用垂直于进水水流方向排列的圆弧形筛缝的固定筛面实现水体固液分离。

弧形筛的处理能力：最常用的筛缝间隙为0.25 mm, 可有效去除约80%的粒径大于70 μm的固体颗粒物质；

弧形筛不可能取代转鼓式微滤机：虽然弧形筛其号称与转鼓式微滤机相比，最大优点在于无需额外的机械动力的节能效果。其实不然，弧形筛是通过损失进水的势能实现水体固液分离，并不能有效的减少能量消耗。但弧形筛不论在去除养殖水体中除固体悬浮物质的效率方面，还是能耗比方面，对于鼓式微滤机都不具有优势。特别是使用弧形筛，在养殖负荷高时甚至需要每小时人工刷洗筛面一次。国内外目前尚不能有效解决弧形筛面的自动清洗难题。这个问题可以解决，但水产养殖户无法承受造价高昂的弧形筛反冲洗系统。而且，国产不锈钢筛面还有材质不耐海水腐蚀的问题。因此，目前以弧形筛取代转鼓式微滤机很难取得满意的养殖水处理效果，弧形筛优点有结构简单、造价低廉等特点，但只能在低水平的水处理系统中勉强使用。

微滤机的选择：循环水养殖系统中固体悬浮物的去除效果直接影响到鱼类生长、生物净化效果、系统配置和运行成本等诸多重要因子。循环水养殖系统中的总悬浮颗粒物(TSS)长时间停留在养殖系统中，会对鱼产生不良的影响，包括：直接损坏鱼鳃、阻塞生物过滤器、氨化产生氨氮、颗粒物的腐败消耗水中的溶氧等。如何及时去除总悬浮颗粒物成为循环水养殖系统水处理工艺中的核心环节之一，其去除效果更直接决定了水质的好坏和系统运行的稳定性。微滤机是去除TSS的主要设备之一。

滤网目数与TSS去除率的关系：滤网是微滤机的主要工作部件，其网目数（孔径）直接影响微滤机的总悬浮颗粒物（TSS）去除效率、反冲洗频率、耗水耗电等。

滤网的目数越大，孔径越小，截流的固体物越多，但是反冲洗频率也就越高。滤网从150目增至200目时，去除率随目数增加而迅速提高，当滤网目数达到200目后，去除率不会再出现明显增加。根据去除效果与耗水、耗能三者的相互关系，微滤机选用200目的滤网技术经济效果最佳。

滤网目数与电耗及耗水量的关系：微滤机的电耗由两部分组成，一是驱动转鼓转动，二是反冲洗水泵消耗的功率。转鼓转动的耗能在微滤机运行中基本上是稳定的，随着滤网目数的增大，反冲洗的频率也会提高，电耗也就会因反冲洗次数的增加而上升。耗水量也是评价微滤机性能的一个重要指标，其与反冲洗次数成正比。随着滤网目数的增大，反冲洗的频率也会提高，耗水量也随之上升。当滤网目数大于200目时，耗水量、耗电量迅速增加。

水驱动为首选：微滤机传动功耗要占到设备运行功耗的8l％一96％。目前，国内外较多选用蜗轮蜗杆减速器作为主要减速手段，虽然具有减速比大、尺寸小等优点，但存在传动效率低和使用寿命短的弊端，传动装置应应以水驱动为首选。

中支轴支撑：作为工作部件的转鼓支撑方式对能耗的影响也相当大。传统的双托轮支撑对加工和安装精度要求高，在微滤机上很难达到满意的使用要求。采用中轴支撑转鼓，可以显着降低制造和安装精度，并使转鼓运转更为平稳。采用水驱动和中支轴支撑方式，可降低电耗40%，有良好的节能效果。

转速：微滤机的转数为1-3r/min，过快的转数可能使大颗粒破碎成微小颗粒而穿过滤网降低滤除效果。能够调速的微滤机为优选。

一字型反冲洗喷头：反冲洗喷头压力等技术参数的优劣，对于降低能耗、水耗有着要的作用，采用一字型反冲洗喷头比传统的圆锥型反冲洗喷头反冲洗强度高，节水节电20-30%。

滤网的更换成本：微滤机在长期运行过程中，养殖水体中粘性物质会逐步附着到滤网上，导致滤网孔径变小，影响过滤能力。因此，滤网的更换成本，以及滤网更换的便捷性是考核微滤机的综合性能的重要方面。

微滤机：选用微滤机滤除养殖水体中的固体悬浮物是目前最有效的并且被认为是仅有的理想选择。(当然微滤机也同时具有拦截固体颗粒物的功能，但这只能作为微滤机的次要功能去选择。)

微滤滤除固体悬浮物是通过微滤机转鼓上的滤网将固体悬浮物连续分离出来。微滤机上镶的滤网网孔一般大于50μm。随着鼓的旋转，水流经网，固体物粘在网上，当旋转出水后，用反冲洗喷嘴冲洗，冲洗的污泥收集在漏斗形容器中，然后运到污泥处理池中。这部分损失的水，由新水来补偿，它大约占1%的量。

运走的固体物和有关废物如下所示：

悬浮固体物 80-95%

氮 15-25%

磷 45-55%

有机物（生物耗氧量） 55-65%

上面数据中，氮之所以去除率很低是因为它大部分以可溶性氨的形式存在。

微滤机的效率：

给定水流，污物去除速率依赖于微滤机的大小、网眼大小以及进入微滤机的污物的完整性。

养殖池的出口和微滤机之间应无污泥的积累或死角。否则，对养殖水的处理效果影响很大，无论何处积累的有机物都应尽快过滤出去，可溶性的则进入水中。

转鼓式微滤机不足之处：

在于运行过程中易使颗粒物质造成二次破碎；

过滤筛网受反冲洗水流的冲击容易损耗，

同时设备造价也较高。

转鼓式微滤机处理能力：

转鼓式微滤机用于去除60 μm以上的固体颗粒物质(TSS)。微滤机最大的特点是拥有自动清洗筛面的功能，可满足系统连续运行要求；

国内微滤机可处理5-150 m3 /h；

过滤网目一般为120-300目，以200目为主，但也有个别企业采用精度为500目的；

转鼓转速一般为1-5 r /min（随转鼓直径增大而减低）；

传动方式以大速比减速器驱动转鼓旋转为主，也有采用无机械动力水流推动方式;单位能耗一般可达每处理100m3耗电0. 3kWh的水平，中心轴支撑转鼓所需能耗要明显低于一端由双托滚轮支撑转鼓的方式。

泡沫分离器（蛋白分离器）

又称蛋白分离器，其通过射流器将空气（或臭氧）射入水体底部，使处理单元底部产生大量微细小气泡，微细小气泡在上浮过程中依靠其强大的表面张力以及表面能，吸附聚集水中的生物絮体、纤维素、蛋白质等溶解态物质（或小颗粒态有机杂质），随着气泡的上升，污染物等杂质被带到水面，产生大量泡沫，最后通过泡沫分离器顶端排污装置将其去除。由于泡沫分离技术在去除微细小有机颗粒物等方面的优势尤为突出，因此泡沫分离器在RAS中被广泛应用。

蛋白质分离器：（Protein skimmer）又称为蛋分，蛋分器，化蛋，化氮器，蛋白质除沫器，蛋白质分馏器，泡沫分馏器。它是利用水中的气泡表面可以吸附混杂在水中的各种颗粒状的污垢以及可溶性的有机物的原理，采用充氧设备或旋涡泵产生大量的气泡，将通过蛋白质分离器将海水净化，这些气泡全部集中在水面形成泡沫，将泡沫收集在水面上的容器中，它就会变为黄色的液体被排除。

蛋白质分离器的工作原理很简单，但能很有效的利用气泡的表面张力来分离水中的蛋白质，蛋白质分离器有三种：逆流式、压力式和气举式（已基本淘汰）。理论上蛋白质分离器能分离水中80%的蛋白质，但她的实际工作能力只能分离水中30——50%的蛋白质废物，能达到50%已经是很不错了。

蛋白质分离器的接触表面，类似于空气和水之间的表面。举例来说，水族箱的水表面所形成的接触表面，有一定的表面张力，所以纤维素、蛋白素和食物残渣必然会在此堆积。事实上，如果扩大表面区域，例如产生气泡（制造泡沫），则会有更多的纤维素、蛋白素和食物残渣在表面自然地形成。泡沫的粘度将随着表面的增强和扩大，以及气泡的逐渐消失而改变。因此，蛋白质分离器的有效性就在于扩大气体和液体之间的表面区域以及其特定的表面张力。然而，所产生的泡沫与水族箱中水循环的排放是分离的，这也就是为何泡沫可直接由水族箱中清除废物的方法。

蛋白质分离器的优点：

1、它不是过滤器，而是一台简单的机器；

2、它能在有机物分解成有毒废物前将她分离，减轻了生化系统的负担；

3、增加水中的溶氧量。

蛋白质分离器的缺点：

1、会氧化水中的微量元素，如铁、钼、锰等重要的微量元素；

2、会造成盐分的丧失；

3、海水被雾化后会无孔不入，且腐蚀性很强；

4、在增氧的同时会排出CO2——珊瑚必须的。

虽然蛋白质分离器有许多优点，但它最多只能清除水循环中80%的有机新陈代谢产物。为了达到更佳的效果，蛋白质分离器必须同时配合使用臭氧机。

水中也含有一些蛋白质分离器所不能分解的物质，包括血浆蛋白之类的蛋白质，以及氨基酸中蛋白素的某些成分。通常蛋白质分离器只能清除30%到50%的物质。若要蛋白质分离器愈活跃，它所需要的动力就愈多。

有了动力的输入及表面的扩大，除了蛋白素的结合之外，还可产生其他的作用。首先，一个非常有利的因素，就是大量的氧气会注入水中，这些氧气可以促进细菌分解残渣。但是，这项作用也会除去水族箱中的二氧化碳，也会因为碳酸盐硬度下降，并使得pH值升高。由于不同气体，也就是二氧化碳和氧气的密集交换，使得反应接触点部分的氧气含量极高，因而导致铁、钼和锰之类的主要微量元素在水面之外被氧化掉。此外，对于单细胞虫黄藻的影响也十分重大，其用来保存微量元素的凝胶，会因为这种反应而解体。而蛋白质分离器所排放的净水充满了丰富的氧气，只含有少量的二氧化碳、微量元素和维生素，所以在使用蛋白质分离器，必须适当地添加这些物质。然而，这也可能会产生特殊的困难，尤其当蛋白质分离器必须额外地依靠臭氧来工作时，则上述反应都会更加增强。

高度对蛋白分离器的影响：分离器的高度由停留时间的大小和液流速度确定。对给定的被处理水，液体流速的计算步骤是：

⑴、由最佳气液比、水量计算所需的气量；

⑵、由最佳气流速和所得出的气量计算出分离器的截面积；

⑶、由水量、分离器的面积计算出液体的流速；

⑷、校核液体在该流速条件下，水流是否处于紊动状态，可相应增加气液比重复上述计算。这样就可以决定分离器的高度。

在给定的气、液流速的条件下，分离器越高，其停留的时间越长，有利于气泡达到在给定条件下的最大吸附量和保证水的处理效果。

分离器必须有一定的高度：

分离器的高度影响着水中有机物与气泡的接触时间，接触时间过小，水中的有机物还没被吸附就被排出分离器，从而造成去除率下降，不能采取增加分离器的面积而不增加分离器高度的方法以增加接触时间。必须具有一定的液柱高度，以保证气泡上升到泡沫层能够浸透。对于给定的被处理水，如果分离器的横截面积很大，但高度很低，即使分离器在最佳的气液比和气流速度的条件下运行，也不可能得到很好的去除效果。因为虽然水体在分离器内也有足够的停留时间，但对于给定的气泡其在分离器内的停留时间很短，在吸附量很小的情况下就被排出分离器。

气泡在分离器内的停留时间主要由分离器的高度决定，液体在分离器内的停留时间应由分离器的体积决定。气泡在水中的停留时间还随着有机物浓度的不同而异。

有机物的去除率与气液比、气流速、有机物浓度和分离气的高度等因素有关。随着高度的增加，气泡和水体在分离器内的停留时间都相应增加，高度较高分离器去除率增大。

分离器过高影响气泡的稳定性：

但当气量气流速及高度能够满足要求，分离器的高度过高，分离器去除效率并不是最大，而可能变低。这是因为分离器高度的增加有利于增加接触时间，不利于气泡的稳定性，气泡的稳定性，如果分离器高度过大，虽然能有足够的接触时间，气泡在上升过程中，气泡内压力变化较大，从而造成气泡的破裂和合并，粒径变大，降低去除效率，分离器的分离效果。

分离效果与有机物的浓度有关，在一定有机物的浓度的情况下，存在一个最佳的泡沫分离器的高度应在90-120cm，但对分离不同的有机物所需高度是不一样的。分离器最佳去除率的高度是随着有机物的浓度而变化的要使被处理水的有机物浓度达到处理要求，对于含有机物浓度不同的水体，其在分离器内和气泡接触的时间就不同。（本文转自【山东远图环境技术有限公司】。如有版权问题，敬请联系wx@fishfirst.cn。）