本发明属于海水工厂化养殖尾水处理技术领域,特别是一种海水养殖尾水电化学杀菌及去除硝酸盐装置。
背景技术:
海水工厂化水产养殖由于养殖密度高、饵料负载量大,养殖动物的代谢在水体中富集了大量营养物质,为细菌的繁殖和生长提供了很好的环境条件,如不及时杀菌消毒,很容易发生疾病,在高密度养殖条件下,发生疾病,很快就会蔓延,对养殖生产造成灾难性的后果。海水养殖水体中有害菌种类繁多,常见的有害菌有溶藻胶弧菌、哈氏弧菌、创伤弧菌、副溶血弧菌、链球菌(如海豚链球菌)、气单胞菌(如嗜水气单胞菌)等。细菌的大量繁殖成为养殖水循环利用的一个阻碍,造成资源浪费;不循环利用而直接排入自然环境的养殖水体也难以达到养殖水排放标准。
目前,国内外研究养殖尾水杀菌的主要处理技术有:紫外杀菌、臭氧杀菌。由于紫外线在水中的穿透力低,紫外杀菌法受水体的透明度和色度影响较大,而且设备需要经常更换。臭氧消毒已经应用于淡水养殖中,但是在海水养殖中还处于试验阶段。由于臭氧与海水中的溴离子和氯离子反应,生成臭氧化合物残留水中,监测和除去残留氧化物的问题需要解决。而且臭氧是有毒气体,大量难闻的未溶解到水中的臭氧挥发到空气中,有害于附近工作人员的身心健康。
海水养殖水体中硝酸盐主要来源养殖动物排泄的粪便等,当硝酸盐随着养殖尾水排放进入自然水体,将会导致水体的富营养化,并且,水中硝酸盐含量较高会对人体健康产生危害,严重的还会引发癌症。各种水体污染物中,硝酸盐由于其存在的普遍性和致癌性越来越受到人们的重视。
传统去除水中硝酸盐的方法有:物理去除法、化学还原法、生物反硝化法等。物理去除法主要是对硝酸盐进行浓缩或转移,并未真正降解硝酸盐,所以会产生二次污染物,二次污染物可能更加难以去除。化学还原法是将硝酸盐还原,在处理过程中反应条件有较高的控制要求,而且大多数化学方法需要添加催化剂,由此可能会引入新的污染物。生物反硝化法需要培养反硝化菌群,因此需要周期较长,还会产生大量污泥,需要后续进一步处理,此种方法对低浓度硝酸盐的去除效果较差。
技术实现要素:
本发明的目的是针对现有技术的不足,而提出一种海水养殖尾水电化学杀菌及去除硝酸盐装置。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的:
一种海水养殖尾水电化学杀菌及除硝酸盐装置,包括长方体金属外壳,在金属外壳内壁上粘合贴敷有防止海水腐蚀的橡胶层,在金属外壳的上方安置有直流稳压电源,在金属外壳的顶面中部横向安装有绝缘导轨槽,在绝缘导轨槽内安置有两个沿绝缘导轨槽作横向移动的导电滑块,两导电滑块的顶端分别与直流稳压电源的正负极导线连接,两导电滑块的底端延伸至金属外壳内部,在两个导电滑块的底端分别导电固接左侧的网状阳极板及右侧的阴极板,网状阳极板与阴极板平行而至,通过调节两导电滑块的位置实现网状阳极板与阴极板之间距离的改变,在绝缘导轨槽一侧的金属外壳顶板上穿装有延伸至液面下方的电导率探头,电导率探头实时监测海水养殖尾水的电导率数值,并在检测仪屏幕上显示,实验人员以此数值作为网状阳极板与阴极板之间距离的调节参数,在金属外壳的左侧壁下方安装有与金属外壳内部连通的进水管,在进水管上安装有提升泵,在金属外壳的右侧壁上方安装有与金属外壳内部连通的出水管,在金属外壳的底部中心处安置有电机,电机的电机轴向上穿过金属壳体及橡胶层后与位于金属壳体内底部的叶轮固接,电机带动叶轮搅动养殖尾水。
而且,所述网状阳极板及阴极板均采用dsa电极板。
而且,当电解电压设置为3v-10v时,网状阳极板及阴极板之间的距离在1cm-10cm之间。
本发明的优点和积极效果是:
1、本发明根据海水养殖水体盐离子浓度高,导电性强的特点,采用电化学杀菌去除硝酸盐的方法进行处理,装置具有操作简单、占地空间小、不需要添加任何化学药物、运行稳定、成本低等特点,同时兼具去除氨氮、亚硝酸盐、cod等功能。
2、本发明采用电化学杀菌去除硝酸盐的方法进行海水养殖尾水的处理,找出了电化学处理中电压,电流及阴阳极板距离的最佳工作关系,并提供了调节方式与方法,为工业化大批量的尾水处理提供了理论依据。
附图说明
图1为本发明装置的平面结构示意图;
图2为本发明装置网状阳极板与阴极板处的向下剖面结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施做进一步详述,以下实施例只是描述性的,不是限定性的,不能以此限定本发明的保护范围。
一种海水养殖尾水电化学杀菌及除硝酸盐装置,如图1或2所示,包括长方体金属外壳10,在金属外壳内壁上粘合贴敷有防止海水腐蚀的橡胶层9,在金属外壳的上方安置有直流稳压电源13,在金属外壳的顶面中部横向安装有绝缘导轨槽1,在绝缘导轨槽内安置有两个沿绝缘导轨槽作横向移动的导电滑块3,导电滑块的底端延伸至金属外壳内部,在两个导电滑块的底端分别导电固接左侧的网状阳极板2及右侧的阴极板4,网状阳极板与阴极板平行而至,通过调节两导电滑块的位置实现网状阳极板与阴极板之间的距离,在绝缘导轨槽一侧的金属外壳顶板上穿装有延伸至液面下方的电导率探头11,电导率探头实时监测海水养殖尾水的电导率数值,并在检测仪屏幕上显示,实验人员以此数值作为网状阳极板与阴极板之间距离的调节参数,在金属外壳的左侧壁下方安装有与金属外壳内部连通的进水管5,在进水管上安装有提升泵6,在金属外壳的右侧壁上方安装有与金属外壳内部连通的出水管12,在金属外壳的底部中心处安置有电机7,电机的电机轴向上穿过金属壳体及橡胶层后与位于金属壳体内底部的叶轮8固接,电机带动叶轮搅动养殖尾水,增加养殖尾水与电极的反应强度。
在本发明的具体实施中,所述网状阳极板及阴极板均采用dsa电极板。
在本发明的具体实施中,所述网状阳极板及阴极板间的距离对高效杀菌及去除硝酸盐至关重要,同时为了保障操作安全,尽可能的在低电压条件下操作,经过反复实验,当电解电压设置为3v-10v时,网状阳极板及阴极板之间的距离在1cm-10cm之间。
发明原理
发明装置阳极在电解过程中可以产生羟基自由基、氯、次氯酸等物质,具有极强的氧化性,对养殖尾水中细菌有很好的杀灭作用;阴极可以进行还原反应,可以将硝酸盐还原成亚硝酸盐,进一步还原为氨氮,氨氮在阳极被氧化为氮气排出,从而达到去除硝酸盐的作用。
本发明的主要方法原理如下:
(1)高性能电极,如金属氧化物电极mox,在电场作用下,激发产生羟基自由基
mox[]+h2o→mox[·oh]ads+h++e-(1)
并且,海水中的cl-通过电化学作用会发生间接氧化
2cl-→cl2(3)
cl2+h2o→hclo+h++cl-(4)
羟基自由基、cl2和hclo都具有超强的杀菌作用。
(2)硝酸盐在阴极被还原:
no3-+e-→no2-
no2-+e-+h+→nh3+h2o
(3)nh4+在阳极羟基自由基的作用下,被有效地氧化为n2,释放到空气中:
2nh3+mox[·oh]ads→n2+h2o+mox。
实施例:
采用小试装置,尺寸:长10cm,宽5cm,高10cm,有效容积:500ml,实际处理水量300ml,该装置内阳极选择dsa网状电极板,阴极选择dsa片状电极板,尺寸70mm*40mm,直流稳压电源,参数:电压范围:0~30v,电流范围:0~5a.
电解条件:电解过程中选择了电压范围:3~5v,电解时间范围:3~5min,电极板间距离范围:2~4cm,旋转叶轮转动速度200转/min。电解过程中发现,电压越大,电极板间距离越大,电解功率越大,结合能耗、杀菌及去除硝酸盐综合效果角度考虑,选出最佳工艺参数:电压4v,点极板间距离2cm,电化学处理时间5min。
电解处理的海水工厂化养殖尾水水样采自天津汉沽地区工厂化养殖排水渠。
1.细菌去除效果:
当电压3v,电解时间3min时,电解前用2216e海水细菌培养基培养的培养细菌浓度:1.76*106个/l,电解后用2216e海水细菌培养基培养的细菌浓度:2.34*102个/l;当电压4v,电解时间5min时,电解后用2216e海水细菌培养基培养的细菌浓度:0个/l,细菌去除率:100%。
在电压4v,电解时间5min时,杀菌效果更佳。
2.硝酸盐盐去除效果分析
电化学处理前硝酸盐盐浓度:1.336mg/l,,电压4v与电压5v时去处理均在70%-80%之间,4v电压时,去除率更偏高一些,切功率比5v偏低,固4v电压时处理效果更好。数据如下:电压4v,电极板间距离2cm,电化学处理3min时,硝酸盐去除率77.71%,电解处理后硝酸盐浓度为0.2965mg/l,设备功率0.648w/h;电压5v,电极板间距离2cm,电化学处理3min时,硝酸盐去除率75.27%,电化学处理后硝酸盐浓度为0.3290mg/l,设备功率2.895w/h。在电压4v,电极板间距离2cm,电化学处理3min时,硝酸盐去除效果更佳。