CN101700946B

CN101700946B - 一体式过滤净化水处理装置

Info

Publication number: CN101700946B
Application number: CN2009101990239A
Authority: CN
Inventors: 徐皓; 宿墨; 鲍旭腾
Original assignee: Fishery Machinery and Instrument Research Institute of CAFS
Current assignee: Fishery Machinery and Instrument Research Institute of CAFS
Priority date: 2009-11-19
Filing date: 2009-11-19
Publication date: 2011-12-21
Anticipated expiration: 2029-11-19
Also published as: CN101700946A

Abstract

本发明公开了一体式过滤净化水处理装置，集物理过滤和生物净化功能于一体，水体通过过滤转鼓机构上部进水的进水方式使其不仅具有弧形筛的作用，减少了反冲洗的水量损失，充分利用了转鼓内外空间；同时，使生物滤料不仅具有生物净化功能，也对去除颗粒物滤板上的固体物具有重要作用，在转鼓转动时，生物滤料间的相互碰撞使其具有自清洗作用效果；此外，由于过滤转鼓机构间歇性的运转工作，极大地降低了使用能耗，实现本发明的目的。

Description

一体式过滤净化水处理装置

技术领域

本发明涉及一种水处理装置，特别涉及一种应用于水产养殖水处理领域、结合物理过滤和生物净化功能的一体式过滤净化水处理装置。

背景技术

现有的循环水养殖系统主要由“养殖池+水处理系统”构成，水处理系统主要包括去除养殖水中固体颗粒物的物理过滤，降解养殖水中氨氮、亚硝酸氮类有害物质的生物净化，以及增氧和杀菌等部分。水处理装置在处理流程上，一般先去除水中悬浮颗粒物质，然后进行生物降解，再对水体增氧和杀菌消毒，最后将水流回鱼池。

去除养殖水中固体颗粒物的物理过滤主要有重力分离、介质过滤、气浮等几种方法。在循环水养殖中，应用较多的转鼓微滤机是一种以高效去除悬浮颗粒物的主要设备之一。中国专利主要有：微滤机(CN02158869.4)，海水专用微滤机(CN02273649.2)等；其特点是：过滤效果稳定、不易堵塞、处理量较大，适于规模化生产系统的应用；缺点是：造价较高、运行和压力反冲洗需要能耗。

同时，由于微滤机内部进水的方式，不利于将水体中未粘附于滤网上的固体颗粒物带出水面到达反冲洗位置，而使其不断地在转鼓内翻转，从而打碎颗粒，使处理更加困难。

降解养殖水中氨氮、亚硝酸氮类有害物质的生物净化主要有微生物净化和藻类净化等几种方法，藻类净化研究相对较少，微生物净化在实际应用中占大多数。微生物净化装置有很多，结构上主要分为浸没式和非浸没式两种，浸没式微生物净化装置以浮粒过滤器和流化床过滤器为代表；非浸没式微生物净化装置以生物转盘过滤器和滴滤过滤器为代表。流化床过滤器具有稳定的处理效果，其运用水流动力使得滤料形成流化态，能耗较高。生物转盘也具有降解效果稳定的特点，但因其结构相对复杂，造价高。

同时具有微生物净化和物理过滤功能的水处理装置，可以实现系统的优化和高效，但在高密度的循环水养殖系统中，研究相对较少。如中国专利，一种带有过滤腔的生物转盘装置(CN3152969.0)主要用于处理市政污水，同时具有物理过滤和生物净化功能，但其缺乏有效的排污，且结构较复杂，造价相应较高，能耗也较大。国外有应用于循环水养殖的螺旋桨反冲洗生物过滤器(Propeller washed biofilter)，需要机械动力、液压或气压等对生物滤料进行反冲洗，其物理处理效果较好，但生物净化较弱。

目前，循环水养殖面临的问题，很大一部分在于水处理装置数量较多，能耗较大，造价较高，严重制约了其推广应用。因此，优化循环水养殖系统结构，优化集成水处理装置，降低能耗是循环水养殖水处理装置的研究重点。

发明内容

本发明的目的在于提供一体式过滤净化水处理装置，将去除固体颗粒物的物理截留过程与降解氨氮等有毒有害物质的生物净化过程相结合，使其具有高效低能耗的固液分离物理过滤功能和生化反应生物净化功能，可以精简水处理装置，简化水处理净化流程，降低生产造价和运行成本，促进循环水养殖系统的优化集成。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一体式过滤净化水处理装置，其特征在于，它包括一基座本体，所述基座本体中设置有物理过滤后进行生物净化的过滤转鼓机构，所述基座本体内部分隔成过滤腔和排水腔两部分，在所述过滤转鼓机构的上方设置有进水口，在所述过滤腔沿所述过滤转鼓机构的转动方向一侧、靠近所述过滤转鼓机构表面的位置设置有集污槽，在所述排水腔的底部位置设置有出水口。

在本发明的一个实施例中，在所述过滤腔底部设置有排污口。

在本发明的一个实施例中，所述过滤腔与所述排水腔之间通过隔腔板互相隔开。

进一步，在所述过滤转鼓机构与隔腔板之间还设置有通孔，通孔上安装有孔径较大的网片，阻止生物滤料流出过滤腔。

在本发明的一个实施例中，所述进水口通过进水管路将需要处理的水体从所述过滤转鼓机构上方输入，所述进水管路通过一进水支撑架固定在所述基座本体上。

进一步，在所述进水管路的中间两侧设置有多排通孔。

在本发明的一个实施例中，所述过滤转鼓机构包括一转鼓、一减速机构和一电机，在所述转鼓表面设置有若干过滤板，在所述转鼓的内部设置有进行生物过滤的生物滤料，所述转鼓由电机带动旋转。

进一步，在所述转鼓外的基座本体中也设置有进行生物过滤的生物滤料；当所述转鼓转动时，转鼓内外的生物滤料对截留在过滤板上的固体颗粒物进行清理去除作用，同时生物滤料之间相互摩擦，可以实现生物滤料的自清洗功能。

进一步，在所述转鼓外表面设置有导流板，以利于所述转鼓在运行过程中的导污作用，同时对所述转鼓外部的生物滤料有翻动作用。

进一步，在所述转鼓内部设置有用于翻动所述转鼓内部的生物滤料的翻动板。

进一步，所述过滤板为设置若干长腰孔的不锈钢冲孔板，腰孔宽度0.2mm，长度5mm，开孔率30％，采用长腰孔长边方向与转鼓切向方向相同的安装方式。

进一步，所述生物滤料通过设置在所述转鼓上的滤料入口放入所述转鼓中；所述转鼓内部的生物滤料体积约占所述转鼓内部空间的50％～60％，所述转鼓外部的生物滤料体积约占所述转鼓内部的生物滤料体积的20％～30％。

进一步，所述生物滤料采用粒径为10×10mm，密度为0.60～0.90g/cm³，比表面积为500～600m²/m³浮性塑料粒子。

进一步，所述转鼓的线速度一般为0.05m/s-0.1m/s，所选速度与滤板上水流的实际情况和转动时对转鼓内部生物滤料的翻动程度有关。

进一步，所述转鼓采用间歇式运行的工作方式，停置、运行时间视水中颗粒物截留情况和运行去污情况而定。

本发明的一体式过滤净化水处理装置，集物理过滤和生物净化功能于一体，水体通过过滤转鼓机构上部进水的进水方式使其不仅具有弧形筛的作用，减少了反冲洗的水量损失，充分利用了转鼓内外空间；同时，使生物滤料不仅具有生物净化功能，也对去除颗粒物滤板上的固体物具有重要作用，在转鼓转动时，生物滤料间的相互碰撞使其具有自清洗作用效果；此外，由于过滤转鼓机构间歇性的运转工作，极大地降低了使用能耗，实现本发明的目的。

附图说明

图1是本发明的一体式过滤净化水处理装置的结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是图1的左视图；

图4是图1的右视图；

图5是本发明的转鼓的结构示意图；

图6是图5的局部放大图；

图7是实验中氨氮、亚硝酸氮日测量数据图。

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了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

实施例

如图1、图2、图3、图4所示，本发明的一体式过滤净化水处理装置，它包括一基座本体10，基座本体10中设置有过滤转鼓机构20，在基座本体10沿转鼓转动方向一侧、靠近过滤转鼓机构20表面的位置设置有集污槽30，集污槽30边缘设置有硅胶条；基座本体10由隔腔板40分成过滤腔50和排水腔60两部分，过滤转鼓机构20的上方设置有进水口11，在排水腔60的底部设置有出水口12。

进水口11通过进水管路111将需要处理的水体从过滤转鼓机构20的上方输入，在进水管路111的中间两侧设置有多排通孔113，进水管路111通过进水支撑架112固定在基座本体10上，在过滤腔50的底部设置有排污口13。

过滤转鼓机构20包括一转鼓21、一调节转鼓21转速的减速机构22和一电机23；参见图5、图6，在转鼓21表面设置有若干过滤板24，在转鼓21的内部设置有进行生物过滤的生物滤料25，转鼓21由电机23带动旋转。

在转鼓21外的基座本体10中也设置有进行生物过滤的生物滤料25；当转鼓21转动时，转鼓21内外的生物滤料对截留在过滤板24上的固体颗粒物进行清理去除作用，同时生物滤料25之间相互摩擦，可以实现生物滤料25的自清洗功能。

在转鼓21表面各个过滤板24的连接处设置有导流板26，导流板26，转鼓21在静置时，具有导污作用；在对转鼓21转动时，对外部的生物滤料25具有翻动作用。

在转鼓21内部设置有用于翻动转鼓21内部的生物滤料25的翻动板27。

过滤板24为设置若干长腰孔的不锈钢冲孔板，腰孔宽度0.2mm，长度5mm，开孔率30％，过滤板24的长边方向与转鼓21径向方向一致。过滤板24孔径大小与优化的经济技术效果最好的微滤机不锈钢编织滤网相似，后者不锈钢编织网规格为200目(孔径为70μm)。

生物滤料25通过设置在转鼓21上的滤料入口28放入转鼓21中，生物滤料25采用粒径为10×10mm，密度为0.91g/cm³，比表面积为500～600m²/m³浮性塑料粒子，通过转鼓21旋转，将生物滤料25转出水面，与空气接触获得氧气，进行生物净化过程，；转鼓21内部的生物滤料25体积约占转鼓21内部空间的50％～60％，转鼓21外部的生物滤料25体积约占转鼓21内部的生物滤料25体积的20％～30％。

隔腔板40用于控制过滤腔50水位的平衡，保证了排水腔60出水的稳定，也为加入其它水处理过程如增氧、杀菌预备了空间；在本实施例中，通过隔腔板40，基座本体10中水位保持在转鼓21直径的45-50％之间。

在过滤转鼓机构20与隔腔板40之间还设置有通孔70，通孔70上安装有孔径较大的网片，阻止生物滤料25流出过滤腔50。

转鼓21转速为2rpm，转鼓21采用间歇式运行工作，启停时间视过滤板24集污和转鼓21运行去污的实际情况而定。在转鼓21静置时，水流从转鼓21上部的进水管路111进入，水流自流的带动和颗粒物自重作用使固体物通过转鼓21上的导流板26导流出转鼓21，收集到边缘设置有硅胶条的集污槽30中，使转鼓21具有弧形筛的作用效果，由于间歇运转，能耗大为降低。

转鼓21转动时，转鼓21上的导流板26和集污槽30上装有硅胶条作为软接触，对过滤板24上的固体物进行刮除作用；同时，由于转鼓21内外生物滤料25的棱角对过滤板24滤孔的摩擦碰撞，从而进一步去除孔眼上的堵塞物，具有自清洗的作用，较微滤机减少了反冲洗功能。

转鼓21转动时，转鼓21内外滤料25在转鼓21的翻动板27、导流板26和水流的作用下，不断翻滚，与空气接触获得氧气，从而有效地进行生物净化过程。其中，转鼓21内部滤料25在翻动板27作用下，带出水面获得氧气，进行高效的生化反应，其生物净化功能类似于生物转盘的特性；转鼓21外部滤料25在转鼓21的导流板26和水流的双重作用下，在水箱中翻滚，具有类似于流化床的生物净化功能。与此同时，生物滤料25间的相互碰撞摩擦，可以有效去除生物滤料25表面的固体物，起到自清洗的作用效果。

以下以一实验为例：

本发明的一体式过滤净化水处理装置：转鼓21直径为0.8m，鼓长0.4m，选用不锈钢长腰孔冲孔板，腰孔宽度0.2mm，长度5mm，转鼓21内部装有生物滤料25的量为0.08m³，转鼓21外部装有生物滤料25的量为0.02m³，生物滤料25采用PE材料的塑料粒子，粒径为10×10mm，密度为0.91g/cm³，比表面积为500-600m²/m³。电机23的额定功率1.15kw，转速为2r/min。水位保持在转鼓直径的45-50％之间。

取样：每天投喂颗粒饲料量为鱼体总质量的1.5％，每天上、下午各一次，分别为上午8点，下午14点，每天上午10点取水样。取样点为一体式过滤净化水处理机进水口的流入水和经处理后流出水。

测定方法和数据处理：

(1)水质参数的测量，见表1

表1各水质测量点的测量方法

(2)能耗测定使用电能综合分析测量仪(DZFC)测量平均实际功率，记录运行时间，再通过焦耳定律计算出耗电量。

(3)TSS去除率：ηTSS＝(进水TSS浓度-出水TSS浓度)/进水TSS浓度。

结果：

a)物理过滤处理功能数据如下表2所示。在选用的0.4×0.6mm长腰形滤孔的不锈钢滤板，安装方式长边与转鼓21径向一致，采用转鼓21直径为0.8m，转速为2r/min的运行速度，进水TSS浓度为30～70mg/L的情况下，TSS去除率为(58.48±17.63)％，与优化状态下的微滤机相比，即据资料，微滤机选用200目(0.6mm)不锈钢滤网，转鼓21直径0.8m，转速2.3r/min，进水浓度30～50mg/L，TSS去除率为(54.9±10.42)％，具有相似的TSS去除效果。因此，可以很好地实现弧形筛功能、导流板的刮除和生物滤料的碰撞清除功能，以去除水中的固体物。

表2物理过滤总悬浮颗粒物(TSS)的去除率

b)生物净化功能见图7所示：

由图7可以看出，生物净化功能能有效控制水中氨氮，亚硝酸氮在较低的浓度范围内。当生物膜稳定后，养殖水中的氨氮(NH₄-N)含量维持在≤2mg/L；亚硝态氮(NO₂-N)含量维持在≤0.5mg/L。因此，可以很好地实现生物转盘和硫化床的处理效果，同时，生物滤料25在翻动时碰撞摩擦，也实现了自清洗的功能，保证了生物膜的稳定，促使微生物硝化反应的高效进行。

c)能耗：在试验中，本发明的一体式过滤净化水处理装置测量的平均实际功率为0.05kW，由于间歇性的运行，每隔1～1.5h运行2～5min，每天总电耗为0.04kW.h～0.1kW.h。据资料，微滤机每天能耗约为6.902kW.h。因此，本发明的一体式过滤净化水处理装置较微滤机节能能达到98％，极大地降低了水处理的能耗。

综上所述，本发明的一体式过滤净化水处理装置不仅可以高效、节能地进行物理过滤功能去除水中固体颗粒物，也能高效、稳定地降解水中氨氮、亚硝酸氮等有毒有害物质，精简了水处理装备，简化了水处理净化流程，降低了生产造价和运行能耗，促进了循环水养殖系统的优化集成。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.一体式过滤净化水处理装置，其特征在于，它包括一基座本体，所述基座本体中设置有物理过滤后再进行生物净化的过滤转鼓机构，所述基座本体内部分隔成过滤腔和排水腔两部分，在所述过滤转鼓机构的上方设置有进水口，在所述过滤腔沿所述过滤转鼓机构的转动方向一侧、靠近所述过滤转鼓机构表面的位置设置有集污槽，在所述排水腔的底部位置设置有出水口；

所述过滤转鼓机构包括一转鼓、一减速机构和一电机，在所述转鼓表面设置有若干过滤板，在所述转鼓的内部设置有进行生物过滤的生物滤料，所述转鼓由电机带动旋转；

在所述转鼓外的基座本体中也设置有进行生物过滤的生物滤料；当所述转鼓转动时，转鼓内外的生物滤料对截留在过滤板上的固体颗粒物进行清理去除，同时生物滤料之间相互摩擦，实现生物滤料的自清洗功能；

在所述转鼓外表面设置有导流板，以利于所述转鼓在运行过程中的导污作用，同时对所述转鼓外部的生物滤料有翻动作用；

在所述转鼓内部设置有用于翻动所述转鼓内部的生物滤料的翻动板；

所述过滤板为设置若干长腰孔不锈钢冲孔板，所述腰孔宽度0.2mm，长度5mm，开孔率30％，采用所述腰孔长边方向与转鼓切向方向相同的安装方式。

2.如权利要求1所述的一体式过滤净化水处理装置，其特征在于，所述过滤腔与所述排水腔之间通过隔腔板互相隔开。

3.如权利要求2所述的一体式过滤净化水处理装置，其特征在于，在所述过滤转鼓机构与隔腔板之间还设置有通孔，通孔上安装有孔径较大的网片，阻止生物滤料流出过滤腔。

4.如权利要求1所述的一体式过滤净化水处理装置，其特征在于，所述进水口通过进水管路将需要处理的水体从所述过滤转鼓机构上方输入，所述进水管路通过一进水支撑架固定在所述基座本体上。

5.如权利要求4所述的一体式过滤净化水处理装置，其特征在于，在所述进水管路的中间两侧设置有多排通孔。

6.如权利要求1所述的一体式过滤净化水处理装置，其特征在于，所述生物滤料通过设置在所述转鼓上的滤料入口放入所述转鼓中；所述转鼓内部的生物滤料体积占所述转鼓内部空间的50％～60％，所述转鼓外部的生物滤料体积占所述转鼓内部的生物滤料体积的20％～30％。

7.如权利要求1所述的一体式过滤净化水处理装置，其特征在于，所述生物滤料采用粒径为10×10mm，密度为0.60～0.90g/cm³，比表面积为500～600m²/m³浮性塑料粒子。

8.如权利要求1所述的一体式过滤净化水处理装置，其特征在于，所述转鼓采用间歇式运行的工作方式，停置、运行时间视水中颗粒物截留情况和运行去污情况而定。