单元式养鱼尾水多功能一体化高效处理设备及方法

1.本发明涉及一种高密度养鱼设备领域，特别涉及一种单元式养鱼尾水多功能一体化高效处理设备及方法。


背景技术：

2.工厂化循环水养殖为渔业工业化提供了发展方向，是现代集约化水产养殖的代表方式。目前，国内外工厂化养殖的循环水处理设备及工艺流程基本相似，即养殖水体依次经过固液分离机、微滤机、生化反应器和脱碳系统，最后经紫外线杀菌消毒和复氧，达到养殖用水要求后重新进入养殖池，如此重复使用实现养殖系统水循环。一套水处理系统承担多个养殖单元负荷，且各设备功能单一，一旦某个环节出现故障将对整个养殖系统造成不可估量的损失。同时，将能够促进蔬菜作物生长的高浓co2脱除并无序排放，也与当前主导的碳减排政策相悖。
3.我国现有池塘尾水处理技术研发起步晚，主要采用多级沉淀、生态湿地、鱼菜共生等技术模式，存在尾水处理系统占地面积大(5-10％)、处理效率低(停留时间3天以上)、受季节影响不可控等缺陷，国内占地面积小、处理效率高的集成式池塘尾水处理装备还处于空白，与我国2604.63千公顷池塘养殖面积尾水的达标治理需求矛盾突出。


技术实现要素：

4.针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种单元式养鱼尾水多功能一体化高效处理设备及方法，实现“一池一配”，改变养殖用水集中收集、集中处理、集中回用的大循环模式，处理效率高。
5.为了实现上述目的，本发明的技术方案为：一种单元式养鱼尾水多功能一体化高效处理设备，其特征在于：包括箱体，所述箱体内从上倒下依次设置有固液分离单元、硝化去氨氮亚盐单元、二氧化碳吹脱单元和增氧消毒杀菌单元，所述箱体的顶面设置有尾水进水管，所述尾水进水管位于固液分离单元的上方，所述增氧消毒杀菌单元配备有净水出水管。
6.上述方案中：所述固液分离单元包括滤网以及固体颗粒收集槽，所述固体颗粒收集槽为环形槽，设置在箱体的上部的内壁，所述滤网设计成圆锥形，所述滤网的底端搭接在固体颗粒收集槽的槽口上；所述固体颗粒收集槽设置有固体颗粒出料口，所述尾水进水管位于锥顶的上方。
7.具体的：所述滤网的孔径＜100μm。养鱼尾水通过尾水进水管进入，经过固液分离单元过滤，通过实践，得出大于30μm的颗粒物的去除率大于80％。网上的固体颗粒则在重力的作用下滑落到固体颗粒收集槽。再从固体颗粒出料口排出。固体颗粒用于制作水热炭。
8.上述方案中：所述硝化去氨氮亚盐单元包括挂膜填料架，所述挂膜填料架上设置有挂膜填料。
9.上述方案中：所述挂膜填料为鱼粪水热炭。
10.上述方案中：所述二氧化碳吹脱单元包括固定设置在硝化去氨氮亚盐单元下方的内壁上的横向延伸的填料架，在填料架内填充有吸附填料，在填料架和固液分离单元之间的箱体上设置有空气出口，所述填料架下方设置有布气管，所述布气管与箱体上的空气进气管相连，所述二氧化碳吹脱单元的下方设置有用于接住吹脱二氧化碳之后的水的锥形的接水盘，所述接水盘的底部设置有出液口。空气经过布气管均匀布气后，自下而上的经过吸附填料，尾水自上而下在吸附填料的表面形成薄膜，经填料细丝间的缝隙流下，与逆流而来的空气进行充分接触，空气将逸出的二氧化碳带出，从空气出口排出。富含二氧化碳的养殖水，释放二氧化碳后变为贫液，进入下一环节。该二氧化碳吹脱单元能去除二氧化碳85％以上。
11.上述方案中：所述二氧化碳吹脱单元包括从上到下依次设置的分水槽、分水板和多层填料层架，所述分水槽位于硝化去氨氮亚盐单元下方，所述填料层架上设置有吸附填料，上下层的填料层架之间有间隙，所述填料层架左侧设置有进气缓冲腔，所述填料层架的右侧设置有空气出口，所述空气出口上设置有百叶窗。该二氧化碳吹脱单元与cn112607811b公开的高效水中二氧化碳吹脱装置一样。采用该装置，二氧化碳的吹脱率能达到95％以上。
12.上述方案中：所述吸附填料为藤棉或丝网填料。
13.上述方案中：所述增氧消毒杀菌单元包括紫外杀菌槽和增氧槽，所述紫外杀菌槽通过位于箱体底部的横向延伸的隔板隔设而成，所述增氧槽设置在紫外杀菌槽的中心，所述增氧槽位于接水盘的出液口下方，从接水盘出来的水进入增氧槽，所述增氧槽内设置有增氧管，所述增氧管连接增氧系统，所述增氧槽内的水溢流到紫外杀菌槽，所述净水出水管与紫外杀菌槽相连。紫外杀菌槽中有紫外杀菌装置，溶氧＞10mg/l，鱼类病源微生物灭活率＞99％。
14.上述方案中：所述增氧槽和紫外杀菌槽均的底部均设置有排污管，所述排污管伸到箱体外。
15.上述方案中：所述固液分离单元的下方还设置有滤网反冲洗水管。定期对滤网进行反冲洗。反冲洗水管位于硝化去氨氮亚盐单元上方。
16.本发明的第二目的是这样实现的：一种所述单元式养鱼尾水多功能一体化高效处理方法，其特征在于：每个鱼池配备一个单元式养鱼尾水多功能一体化高效处理设备，养鱼尾水进入单元式养鱼尾水多功能一体化高效处理设备，依次经过固液分离、硝化去氨氮亚盐单元去除氨氮去亚硝酸盐、二氧化碳吹脱、增氧、消毒杀菌后回到鱼池，从固液分离单元出来的固体物料用于制作水热炭，水热炭用于硝化去氨氮亚盐单元的挂膜填料。
17.上述方案中，所述水热炭的制备方法为：将固液分离后的鱼粪静置，取沉淀物，添加至水热反应器中，通入n2排除水热反应器中的氧气，在180℃条件下微波水热反应1h后停止反应，冷却后将上清液倒出，对剩余固体物质水洗、醇洗多次后，再次加入充满n2的微波水热反应器中，含水率保持在40％-50％，如果含水率不够，需要补加水，180℃水热反应1h后再次停止，将上清液倒出，对固体物质水洗、醇洗，再次重复上述步骤，直至上清液澄清，倒出上清液，固体物质干燥得到水热炭。
18.有益效果：本发明针对目前工厂化循环水养鱼系统需要突破的主要问题：当前工厂化养殖系统是以多套设备组成单个系统服务多个养殖池的大系统，存在系统运行风险
高、病害防控难、生化处理转化效率低和运行能耗高等缺陷，提出研发单元式、模块化的多功能水处理设备，实现“一池一配”，改变养殖用水集中收集、集中处理、集中回用的大循环模式，构建鱼池水体内循环的小微循环模式，提升工厂化循环水养殖系统装备水平。可有效降低鱼粪收集转运管网建设成本，避免鱼粪生化处理系统设备数量多、体量大、可移动性差的缺点，系统设备建设费用节约10％以上，一体化设备运行更加节能，生产成本降低10％以上，养殖生产病害防控能力提升，养殖废弃物转化和综合利用能力提高，养殖产出同比增效15％以上，经济效益良好。通过一体化装备的生产应用，工厂化养殖水处理能力显著提升，实现节水性提高20％以上，水处理co2的捕获后利用率100％，减少温室气体排放；池塘养殖尾水经一体化设备治理的达标率100％，尾水治理节约土地资源90％以上。具有良好的生态效益。
附图说明
19.图1为实施例1的结构示意图。
20.图2为实施例2的结构示意图。
21.图3为水热炭的xrd图。
具体实施方式
22.下面通过实施例并结合附图，对本发明作进一步说明：
23.实施例1
24.如图1和3所示，单元式养鱼尾水多功能一体化高效处理设备，包括箱体1，箱体1内从上到下依次设置有固液分离单元、硝化去氨氮亚盐单元、二氧化碳吹脱单元和增氧消毒杀菌单元，箱体1的顶面设置有尾水进水管2，尾水进水管2位于固液分离单元的上方，增氧消毒杀菌单元配备有净水出水管3。
25.其中固液分离单元包括滤网4以及固体颗粒收集槽5，固体颗粒收集槽5为环形槽，设置在箱体1的上部的内壁，环绕内壁设置一圈，滤网4设计成圆锥形，滤网4的底端搭接在固体颗粒收集槽5的槽口上；固体颗粒收集槽5设置有固体颗粒出料口501，尾水进水管2位于锥顶的上方。滤网的孔径＜100μm，如图3所示，养鱼尾水通过尾水进水管进入，经过固液分离单元过滤，通过实践，得出大于30μm的颗粒物的去除率大于80％。网上的固体颗粒则在重力的作用下滑落到固体颗粒收集槽。再从固体颗粒出料口排出。固体颗粒用于制备水热炭。固液分离单元的下方还设置有滤网反冲洗水管9。滤网反冲洗水管9位于硝化去氨氮亚盐单元上方。
26.固液分离单元下方为生化处理单元，即硝化去氨氮亚盐单元。
27.硝化去氨氮亚盐单元包括挂膜填料架10，挂膜填料架10上设置有挂膜填料，挂膜填料为利用鱼粪通过水热法制备的具有自清洁功能的水热炭。该水热炭通过多级水热法制备，制备方法如下：将固液分离后的鱼粪静置，取沉淀物，添加至水热反应器中，通入n2排除水热反应器中的氧气，在180℃条件下微波水热反应1h后停止反应，冷却后将上清液倒出，对剩余固体物质水洗、醇洗多次后，再次加入充满n2的微波水热反应器中，保持使得含水率保持在40％-50％，如果不够，需要补充水，180℃水热反应1h后停止将上清液倒出，对固体物质水洗、醇洗，再次重复上述步骤，直至上清液吸光度基本与水的吸光度相同(即上清液
达到澄清状态)，多次实验表面，重复实验5-6次即可满足实现上清液澄清。倒出上清液，固体物质干燥后研磨，过200目多孔筛后得到水热炭。多次重复上述步骤的原因在于，上清液中含有丰富的有机物质，容易附着在水热炭表面，堵塞孔径且在水热条件下无法得到充分降解，不利于水热炭多孔结构的形成。
28.新鲜鱼粪金属离子icp浓度(mg/kg)
[0029][0030]
通过电感耦合等离子体(icp)测试连续3周新鲜鱼粪主要金属元素含量(单位：mg/kg)，由上表可知，与其他金属相比，钙离子浓度显著高于其他离子浓度，导致制备的水热炭中钙可被xrd检出，而其他金属离子由于量较小，无法检出。
[0031]
反应结束后，通过xrd分析可知，该水热炭成分中含有一定量的cao2，水热炭比表面积为11.23m2/g
±
0.12，利于微生物的固定。鲈鱼饲料为高蛋白饲料(钙的含量较多，为0.5-3.5％之间)，在厌氧条件下促进了cao2的产生。cao2是一种环境友好型的固态无机过氧化物，其溶于水可缓慢释放出氧气和过氧化氢，一方面可以为硝化反应补充o2，另一方面缓慢释放的h2o2能够清除附着在水热炭表面的老化微生物，实现自清洁的目的。该生物填料是利用鱼粪水热制备的，实现了废弃物的资源化利用，达到了“以废治废”的目的。上述水热炭制备过程中产生的上清液经稀释后可作为农用酵素，种子发芽率实验表明，该上清液能使得90％的生菜种子正常发芽。
[0032]
生化处理单元所用微生物为自养硝化细菌，该细菌是以c02为唯一碳源，通过氧化nh
4+
到n0
2-或氧化n0
2-到n0
3-的过程获取能量，实现固碳减排的目的。经过生化处理单元，氨氮去除率大于1.5g/
㎡
·
d，亚硝酸盐去除率＞85％。
[0033]
生化处理的下方二氧化碳吹脱单元，经过生化系统后的养殖尾水进入co2吹脱单元，通过水中co2在线监测系统确定是否开启该单元的运行，实现节能降耗的目的。
[0034]
二氧化碳吹脱单元包括固定设置在硝化去氨氮亚盐单元下方的内壁上的横向延伸的填料架6，在填料架6内填充有吸附填料，吸附填料为藤棉或丝网填料。在填料架和固液分离单元之间的箱体1上设置有空气出口7，填料架6下方设置有布气管8，布气管起到均匀布气的作用。布气管8与箱体上的空气进气管相连。空气经过布气管均匀布气后，自下而上的经过吸附填料，尾水自上而下在吸附填料的表面形成薄膜，经填料细丝间的缝隙流下，与逆流而来的空气进行充分接触，空气将逸出的二氧化碳带出，从空气出口排出。富含二氧化碳的养殖水，释放二氧化碳后变为贫液，进入下一环节。该二氧化碳吹脱单元能去除二氧化碳85％以上。填料架6的下方设置有锥形的接水盘11，接水盘11的底部设置有出液口。
[0035]
增氧消毒杀菌单元包括紫外杀菌槽12和增氧槽13，紫外杀菌槽12通过位于箱体底部的横向延伸的隔板14隔设而成，隔板14与箱体1的底板之间有间隙，方便布置排污管。增氧槽13设置在紫外杀菌槽12的中心，增氧槽13位于接水盘11的出液口下方，从接水盘11出来的水进入增氧槽13(出液口位于增氧槽13的槽口上方)，增氧槽13内设置有增氧管15，增氧管15连接增氧系统，增氧槽13内的水溢流到紫外杀菌槽12，净水出水管3与紫外杀菌槽相连。增氧槽和紫外杀菌槽均的底部均设置有排污管16，排污管16伸到箱体外。
[0036]
实施例2
[0037]
如图2所示，其余与实施例1相同，不同的是，二氧化碳吹脱单元包括从上到下依次设置的分水槽17、分水板18和多层填料层架19，分水槽17位于硝化去氨氮亚盐单元下方，分水板18位于分水槽17下方，填料层架上设置有吸附填料，上下层的填料层架之间有间隙，填料层架左侧设置有进气缓冲腔22，进气缓冲腔22位于固体颗粒收集槽5下方，填料层架的右侧设置有空气出口20，空气出口上设置有百叶窗21。多层填料层架19的下方设置有锥形的接水盘11，接水盘11的底部设置有出液口。
[0038]
与cn112607811b公开的高效水中二氧化碳吹脱装置一样，分水板从上到下包括3-5层孔板，每两层孔板之间有间隙，每层孔板上均分布有若干漏水孔。从上到下每层孔板的漏水孔的孔径逐渐减小。总之其结构与cn112607811b相同，只是进水和出水适应本发明的箱体。填料层架优选为6-10层。进气缓冲腔内中部设置有竖向隔板，竖向隔板中心设置有导流孔，在该导流孔靠近填料的一侧针对每层填料之间的间隙设置有导流板。g/l＝5-8，去除率大于95％。
[0039]
本发明不局限于上述实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。