CN102336492A - 膜法养殖海水处理方法及其处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种膜法养殖海水处理方法，该方法包括浸没式微/超滤膜过滤、膜法无泡充氧、紫外灭菌及酸碱调节步骤，还可进一步包括预处理步骤。本发明还提供了一种膜法养殖海水处理系统，该系统包括通过管道依次相串联的海水泵、预处理单元、浸没式微/超滤膜过滤单元、管道式液体输送泵、膜法无泡充氧单元、紫外灭菌单元，以及加药设备和供氧设备，所述加药设备设置在所述紫外灭菌单元与养殖池之间的灭菌水管道上。该系统的膜过滤单元还可进一步包括曝气设备、排污设备、膜清洗设备及PLC集成自动化控制系统的一种或几种组合。本发明的方法或系统操作简单、容易实现自动化，通过本发明处理原海水或养殖循环废水可获得稳定、优质养殖海水。

Description

膜法养殖海水处理方法及其处理系统

技术领域

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种应用于工厂化海水养殖的给水处理方法及其处理系统。

背景技术

海洋环境污染、海水水质恶化已威胁到海水养殖产业。工厂化海水养殖在很大程度上可规避由此对鱼类产生的危害。工厂化海水养殖需要拥有一套完备的水处理系统，以确保海水水质优良，满足海洋生物生活、生长。然而，工厂化海水养殖给水系统的取水点大多设在临近海岸，受人为活动的影响明显，陆源污染物大量排放、港口污染物排放以及溢油污染等导致水质波动较大，部分海域“赤潮”频发，海水处理难度加大，传统水处理方法较难满足需求，尤其难以满足苗种孵化、幼苗培育的需求。

目前，工厂化海水养殖给水处理系统，一般普遍采用澄清、机械过滤(砂滤、陶瓷过滤、布袋过滤等)、臭氧灭菌和气石增氧以满足工业化养殖水的要求。但机械过滤产水受水源水影响明显，水质波动较大，细菌、病毒等微生物较难去除，尤其对弧菌控制效果差；臭氧灭菌虽在海水养殖生产中普遍采用，但一旦海水中天然有机物含量过高，经臭氧消毒后的海水将产生三卤甲烷等副产物，造成鱼虾等中毒，因此，需要严格控制臭氧投放量、消毒时间和布气头孔径，同时要保证海水中臭氧降解完全后流入养殖池，采用臭氧灭菌装置，其方法条件要求高；采用气石作为终端向水体输送氧气，技术虽然简单，但是氧气利用率较低，且在养殖水体内分布不均匀，很难实现养殖海水高溶解氧。

鉴于机械过滤设备存在的问题，目前膜技术正逐渐被引入养殖海水处理中，主要集中在单一膜过滤效果的研究，如张国亮等(膜集成技术在海水养殖中的应用与探索.海洋通报，2001，20(3)：72-75)采用聚砜、醋酸纤维素超滤膜对模拟海水养殖污水进行处理，考察膜过滤过程对模拟水样中微生物去除效果，结果大肠杆菌去除率达到100％，细菌去除率大于90％；但仅有膜过滤还不能确保优质、稳定的工厂化养殖海水供给，且上述研究所用膜材料的耐污染性不高。因此，需要在现有技术基础上，提供一种高效、易操作的养殖海水处理方法及其处理系统。

发明内容

为此，本发明针对现有养殖海水处理方法存在的不足，提供一种工业化海水养殖给水处理方法及其处理系统，具有方法简单、容易实现自动化控制、出水水质优良的特点。

本发明膜法养殖海水处理方法，包括以下步骤：

a，膜过滤，将海水引入浸没式微/超滤膜过滤单元进行膜过滤；

b，膜法无泡充氧，再将膜过滤后的海水进入膜法无泡充氧单元进行无泡充氧；

c，紫外灭菌，充氧后的海水再经紫外终端杀菌，杀灭海水中病原微生物；

d，酸碱调节，最后调节出水pH值至养殖海水标准后，导入养殖池内。

所述的膜过滤步骤a前还包括预处理步骤，即将海水首先经过预处理单元进行粗过滤，去除海水中大颗粒泥沙、蟹壳、贝壳、藻类以及胶体颗粒等杂质；其中所述预处理单元为格栅、篮式过滤器、叠片过滤器以及砂滤中的一种或几种的组合。

所述步骤a中的浸没式微/超滤膜过滤单元的过滤膜优选聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)中空纤维或平板膜。

所述步骤b中膜法无泡充氧单元的气液两相压差为0～0.03Mpa。

本发明的膜法养殖海水处理系统，包括海水泵、对海水进行膜过滤的浸没式微/超滤膜过滤单元、管道式液体输送泵、对海水进行充氧的膜法无泡充氧单元、对海水进行灭菌的紫外灭菌单元、供氧设备和调节pH值的加药设备，所述海水泵、浸没式微/超滤膜过滤单元、管道式液体输送泵、膜法无泡充氧单元、紫外灭菌单元通过管道依次相串联，所述供氧设备通过管道与所述膜法无泡充氧单元的气相入口连接，所述紫外灭菌单元的出口通过灭菌水管道连接到养殖池，所述加药设备的出口通过管道与灭菌水管道连接，所述膜法无泡充氧单元的膜接触器由疏水性中空纤维膜制成。

所述膜法养殖海水处理系统还进一步包括对海水进行粗过滤的预处理单元，所述预处理单元通过管道连接在所述海水泵与浸没式微/超滤膜过滤单元之间。

所述浸没式微/超滤膜过滤单元的底部还进一步设置有曝气设备和排污设备。

所述浸没式微/超滤膜过滤单元内还进一步设置有膜清洗装置。

所述预处理单元为格栅、篮式过滤器、叠片过滤器以及砂滤中的一种或几种的组合。

所述浸没式微/超滤膜过滤单元的过滤膜为聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯中空纤维或平板膜。

所述疏水性中空纤维膜为聚丙烯(PP)、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯或合金膜，利用疏水性中空纤维膜接触器将纯氧均匀输送至海水中，以保证养殖海水高溶解氧。

所述处理系统还进一步包括PLC集成自动控制系统，实现自动控制预处理单元装置、浸没式膜组件的清洗时间、清洗频率；自动控制浸没式膜组件的运行周期、频率；根据膜接触器气液压力差，自动控制充氧量，获得所需的产水溶解氧含量；控制整个设备的起停。

海水在重力作用下经过格栅流入水力调节池，经海水泵提升、加压后进入叠片过滤器，叠片过滤器设有差压计，通过信号反馈和指令，实现自动清洗；叠片过滤器产水进入浸没式膜过滤池，浸没式膜过滤器产水口与管道式液体输送泵相连，产水进入无泡充氧膜接触器液相进口；膜接触器气相进口通入纯氧，液相出口将获得高溶解氧产水，此产水经紫外灭菌后通过加药系统调节pH值，进而作为养殖用水。

本发明的膜法工厂化养殖海水处理方法与及处理系统的有益效果是：

(1)膜过滤取代了传统过滤方法，能够有效的去除海水中的微小悬浮物、大分子有机物、大分子胶体、浊度、致病菌、病毒微生物等，可保证优质而稳定的出水水质；浸没式膜过滤对进水水质适应能力强，可简化预处理方法，降低水处理成本，有利于工程化应用；

(2)该发明的全套养殖海水处理系统便于实现自动化控制，装置的启、停，产水量，产水溶解氧和产水pH值等均可通过PLC调节，预处理单元和膜过滤单元均可实现在线物理、化学清洗；

(3)通过调节气液两相压力差的方式可方便、灵活地获得所需溶解氧浓度的产水，进一步均匀注入养殖池底部，可保证养殖池内海水溶解氧浓度高且稳定，有利于实现高密度海水养殖；

(4)本发明可用于处理原海水对养殖池注水和补水，也可用于处理工厂化养殖循环水，保证产水水质；

(5)本发明可实现人工控制海水水质，有效截留并杀灭细菌、病毒等微生物，可提高养殖的防病效果，减少用药污染；

(6)本发明的方法与处理系统易于实现自动化、且占地面积小。

说明书附图

图1a-1b为本发明膜法养殖海水处理方法的流程示意方框图；

图2a-2b为本发明膜法养殖海水处理系统的结构示意图；

图3为本发明膜法养殖海水处理系统一实施方式的结构示意图；

图4为图3中处理系统处理养殖海水的流程示意方框图。

图中：

11——海水泵                    12——管道式液体输送泵

2——预处理单元

21——篮式过滤器                22——叠片过滤器

3——浸没式微/超滤膜过滤单元    31——膜过滤组件

32——曝气设备                  33——排污设备

4——膜法无泡充氧单元(疏水性中空纤维膜接触器)

41——供氧设备

5——紫外灭菌单元                6——灭菌水管道

7——加药设备                    8——海水养殖池

具体实施方式

如图1a所示，本发明膜法养殖海水处理方法采用以下步骤：

将原海水经格栅过滤后首先经过预处理单元进行粗过滤，预处理单元为格栅、篮式过滤器、叠片过滤器、砂滤的一种或几种的组合，以去除海水中大颗粒泥沙、蟹壳、贝壳、藻类以及胶体颗粒等杂质，根据所处理水样水质情况确定预处理单元设备组成；

将经过粗过滤后的海水引入浸没式微/超滤膜过滤单元进行膜过滤，去除海水中的各种悬浮颗粒、细菌、病毒、藻类、COD及部分营养盐等，保证优良的出水水质；

再将膜过滤后的海水输送至膜法无泡充氧单元进行无泡充氧，控制膜法无泡充氧单元内气液两相压力差在0～0.03Mpa之间，利用疏水性中空纤维膜接触器将纯氧均匀输送至海水中，以保证养殖海水高溶解氧；

充氧后的海水再经终端紫外杀菌，杀灭海水中病原微生物；

最后调节出水pH值至养殖海水标准后，导入海水养殖池内。

所述膜法养殖海水处理方法的进水可选取原海水或养殖循环水，水处理量大于10m3/h时更为经济。

为获取更加稳定、优质产水，以实现育苗、珍贵鱼种养殖等特殊条件下的工厂化海水循环养殖模式，可将此方法与现有的生物膜法循环养殖废水处理方法有机结合，将生物膜反应池出水直接注入浸没式膜过滤单元，略去本发明中预处理单元，后续方法过程不变，如图1b。由于养殖循环废水具有高COD、高氮磷、低溶解氧、低pH值并附带传染性病毒微生物等特点，此方法中，膜法无泡充氧、紫外灭菌和pH调节将发挥更为重要的作用。

图2a、b分别为用于处理养殖循环废水、原海水的一种膜法养殖海水处理系统，如图2a所述的膜法养殖海水处理系统，包括海水泵11、浸没式微/超滤膜过滤单元3、膜法无泡充氧单元4和紫外灭菌单元5、加药设备7及供氧设备41，该处理系统主要用于悬浮颗粒物较少的养殖海水，特别适合与现有的生物膜法循环养殖废水处理工艺进行有机结合。对于处理含有贝壳、泥沙等颗粒的原海水，采用如图2b所示的膜法养殖海水处理系统，该系统与图2a所示的处理系统相比，区别仅在于，该系统在海水泵11和浸没式微/超滤膜过滤单元3之间还加设预处理单元2，以去除海水中大颗粒泥沙、蟹壳、贝壳、藻类以及胶体颗粒等杂质，减轻膜过滤单元的负荷。图3中给出了一种实施方式的膜法养殖海水处理系统的结构示意图，该系统包括海水泵11、预处理单元2、浸没式微/超滤膜过滤单元3、管道式液体输送泵12、膜法无泡充氧单元4、供氧设备41、紫外灭菌单元5及加药设备7，其中所述海水泵11、预处理单元2、浸没式微/超滤膜过滤单元3、管道式液体输送泵12、膜法无泡充氧单元4、紫外灭菌单元5通过管道依次相串联，所述供氧设备41通过管道与所述膜法无泡充氧单元4的气相入口连接，所述紫外灭菌单元5的出口通过灭菌水管道6连接到养殖池8，所述加药设备7的出口通过管道与灭菌水管道6连接，所述膜法无泡充氧单元4的膜接触器由疏水性中空纤维膜制成，利用疏水性中空纤维膜接触器将纯氧均匀输送至海水中，以保证养殖海水高溶解氧，优选采用聚丙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯或合金膜。

所述预处理单元2是具有粗过滤功能的装置，为格栅、篮式过滤器、叠片过滤器、砂滤中的一种或几种的组合，优选为篮式过滤器和叠片过滤器组合，所述的浸没式微/超滤膜过滤单元3包括浸没式膜过滤池、微/超滤膜过滤组件31，还可进一步包括曝气设备32和池底排污口连接的排污设备33，其中所述微/超滤膜过滤组件31优选采用耐污性能好的聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯中空纤维或平板膜，所述微/超滤膜过滤单元可进一步配有膜清洗装置，主要用于对浸没式膜过滤单元的膜组件进行物理、化学清洗；所述膜法无泡充氧单元4为疏水性中空纤维膜接触器，所述紫外灭菌单元5优选过流式紫外灭菌器。

本发明处理系统处理养殖原海水的具体流程如图4，采用海水泵11将经过格栅后的原海水提升、加压，使其依次通过篮式过滤器21和叠片过滤器22进行粗过滤后，进入浸没式膜过滤单元3的膜分离池；池内设有膜过滤组件31及曝气设备32，通过膜过滤组件31进行膜过滤，曝气设备32使膜过滤组件31产生持续的抖动，以降低对膜过滤组件31的污染，排污设备33会根据池内水体悬浮固体浓度，定期排污；浸没式膜过滤单元3出水口与管道式液体输送泵12相连，利用其自然产生的负压，作为产水输送动力；产水进入膜法无泡充氧单元4(即疏水性中空纤维膜接触器)液相进口，供氧设备41(氧气瓶或制氧机)提供的纯氧进入膜接触器4气相进口，控制气相与液相压差在0～0.03Mpa，获得所需浓度溶解氧的产水；膜法无泡充氧单元4产水进入过流式紫外灭菌器5，进行灭菌、消毒，出水经加药设备7经管道与灭菌水管道6连接，加药(如碳酸钠或碳酸氢钠等)调节灭菌后出水的pH值至养殖海水标准后，注入养殖池8底部。

作为本发明的优选方案，在本发明的全套养殖海水处理系统还进一步设有PLC集成自动化控制系统。本发明养殖海水处理系统的各个单元均可实现自动化控制，易于通过电子元器件的组装及控制程序的设定，以控制装置的启、停，产水量，产水溶解氧和产水pH值，以及预处理单元和膜过滤单元的物理、化学清洗时间、清洗频率。上述自动控制系统通过控制浸没式膜组件的运行周期、频率获得所需产水量；根据膜法无泡充氧单元的气液压力差，自动控制充氧量，获得所需的产水溶解氧含量；以及通过压力信号反馈或时间设定，自动控制清洗时间、清洗频率，实现预处理单元和膜过滤单元的自动清洗。

下面是利用本发明养殖海水处理方法及系统处理原海水及养殖循环海水的三个具体

实施例：

应用实例1：

采用如图3所示养殖海水处理系统处理渤海原海水，处理后出水用于水产增值育苗。篮式过滤器21的筛网孔径为5mm，叠片过滤器22过滤精度50微米，叠片过滤器22出水主要水质参数为：浊度28.6NTU，pH值8.3，COD_Cr62.46mg/L，NH₃-N 0.25mg/L，TP1.10mg/L，溶解氧5.21mg/L，叠片过滤器22产水进入浸没式膜过滤单元3，其中膜过滤组件31选用帘式PVDF中空纤维超滤膜，膜孔径0.02μm，设计通量为16.5L/m²·h，装置设计产水量为1.5m³/h，采用恒流量出水方式运行，利用管道式液体输送泵自然产生的负压作为产水输送动力，抽停比为7∶3，膜过滤组件31底部持续曝气，池体底部V型排污口连接排污设备33定期排污；膜法无泡充氧单元4(膜接触器4)，采用0.1μm PP疏水中空纤维膜，纯氧进入膜接触器4气相一侧，海水流经液相一侧，控制气液压差为0MPa，氧气透过膜壁上微孔，均匀、快速地溶于海水，从而获得高含氧量的养殖海水，该过程无气泡产生；紫外灭菌单元5采用过流式紫外灭菌器，利用波长为254nm的紫外线杀灭细菌、病毒等病原微生物，出水pH基本满足养殖需求，加药设备7未启动，产水注入养殖池底部。出水主要水质参数如下：浊度0.06NTU，pH值8.2，COD_Cr22.41mg/L，NH₃-N 0.16mg/L，TP 0.97mg/L，溶解氧8.32mg/L，细菌总数为0。上述过程运行参数控制及系统、各装置启停均通过PLC集成自动控制系统实现。

应用实例2：

进水、处理方法及处理系统与实例相同，不同仅在于，浸没式膜过滤单元3中采用的膜过滤组件31为膜孔径0.2μm的帘式PVDF中空纤维微滤膜制成，以及膜法无泡充氧过程控制膜法无泡充氧单元4的气液压差为0.01Mpa，处理后出水主要水质参数如下：浊度0.13NTU，pH值8.2，COD_Cr38.57mg/L，NH₃-N 0.20mg/L，TP1.0mg/L，溶解氧31.87mg/L，细菌总数为0。

应用实例3：

采用如图2a所示养殖海水处理系统处理工厂化养殖循环海水，所取水样为养殖场生物膜反应池产水，水质较好，直接注入浸没式膜过滤单元3，并依流程逐步进行处理。进水水样主要水质参数为：pH 7.78，浊度1.87NTU，溶解氧4.96mg/L，COD_Mn2.8mg/L，NH₃-N0.16mg/L，TP 0.026mg/L。浸没式膜过滤3，选用膜过滤组件31如实例1，设计产水量为17L/m²·h，设计抽停比为10∶2，12min循环一次，膜过滤组件31底部持续曝气，池体底部有V型排污口连接排污设备33；膜法无泡充氧，在0.10MPa压力下进行，气液压差为0.03MPa，以快速恢复并获得高溶解氧产水；紫外灭菌过程同实例1，出水经加药设备7投加碳酸钠调节pH值后注入养殖池底部。产水主要水质参数如下：浊度0.04NTU，pH值7.8-8.0，COD_Mn2.59mg/L，NH₃-N0.11mg/L，TP0.019mg/L，溶解氧39.54mg/L，细菌总数为0。

通过本发明养殖海水处理方法及其处理系统处理原海水或工业化养殖循环废水得到养殖海水，可有效去除水中的杂质、病原微生物，产水溶解氧含量高，水质稳定、优质，满足海水养殖的需要，特别是育苗、珍贵鱼种养殖等对水质要求高的情况。

Claims (10)

1.一种膜法养殖海水处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

a.膜过滤，将海水引入浸没式微/超滤膜过滤单元进行膜过滤；

b.膜法无泡充氧，再将膜过滤后的海水进入膜法无泡充氧单元进行无泡充氧；

c.紫外灭菌，充氧后的海水再进行终端紫外灭菌；

d.酸碱调节，最后调节出水pH值至养殖海水标准后，导入养殖池内。

2.根据权利要求1所述的膜法养殖海水处理方法，其特征在于，所述的膜过滤步骤前还包括预处理步骤，将原海水首先经过预处理单元进行粗过滤去除海水中大颗粒泥沙、蟹壳、贝壳、藻类以及胶体颗粒等杂质。

3.根据权利要求1所述的膜法养殖海水处理方法，其特征在于，所述b步骤中膜法无泡充氧单元的气液两相压差为0～0.03Mpa。

4.一种膜法养殖海水处理系统，包括海水泵，其特征在于，还包括通过管道与海水泵依次串联连接的对海水进行膜过滤的浸没式微/超滤膜过滤单元、管道式液体输送泵、对海水进行充氧的膜法无泡充氧单元、紫外灭菌单元，以及供氧设备和调节pH值的加药设备，所述供氧设备通过管道与所述膜法无泡充氧单元的气相入口连接，所述紫外灭菌单元的出口通过灭菌水管道连接到养殖池，所述加药设备的出口通过管道与灭菌水管道连接，所述膜法无泡充氧单元包括由疏水性中空纤维膜制成的膜接触器。

5.根据权利要求4所述的膜法养殖海水处理系统，其特征在于，还进一步包括对海水进行粗过滤的预处理单元，所述预处理单元通过管道连接在所述海水泵与浸没式微/超滤膜过滤单元之间。

6.根据权利要求5所述的膜法养殖海水处理系统，其特征在于，所述浸没式微/超滤膜过滤单元的底部还进一步设置有曝气设备和排污设备。

7.根据权利要求6所述的膜法养殖海水处理系统，其特征在于，所述浸没式微/超滤膜过滤单元内设置有膜清洗装置。

8.根据权利要求7所述的膜法养殖海水处理系统，其特征在于，该处理系统还包括PLC集成自动控制系统。

9.根据权利要求5所述的膜法养殖海水处理系统，其特征在于，所述预处理单元为格栅、篮式过滤器、叠片过滤器以及砂滤中的一种或几种的组合。

10.根据权利要求4所述的膜法养殖海水处理系统，其特征在于，所述浸没式微/超滤膜过滤单元的过滤膜为聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯中空纤维或平板膜。

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