CN108101197B - 一种交互式生物滤器及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种交互式生物滤器及方法，设置有絮体排放阀门、上清液排放阀门、进水口、溢水口、曝气石，进水口设置有进水水质监测装置，进水口连接有相应水管及水泵，曝气石由气体电磁阀控制曝气量；可编程逻辑控制器根据进水水质监测装置的监测结果控制絮体排放阀门和上清液排放阀门的出水与否、出水时长；并控制水泵的工作与否、工作时长；还控制气体电磁阀曝气量、蠕动泵的工作时长、控制搅拌器的转速。本发明提出的根据废水水质特征的不同，而进行不同水处理反应类型和效果的一种交互式生物滤器及其方法，实现精确、高效和节能的工厂化水产养殖用水处理新工艺。

Description

一种交互式生物滤器及方法
技术领域
本发明涉及一种工厂化水产养殖水处理的序批式生物滤器及其根据不同进水特征进行不同水处理模式交互式运行的方法。
背景技术
由于环境水源、土地的限制，水产养殖业面临产品价格低、投入成本增加等诸多问题，工厂集约化养殖系统能够高效生产鱼虾，而限制工厂化集约水产养殖发展的两个因素是水质和投入运行成本。
封闭的工厂集约化水产养殖系统，由养殖单元(养殖缸)和水处理单元(硝化型生物滤器、反硝化型生物滤器、消毒装置)等构成。设备构成和水处理流程复杂，从而提高了水处理设备的投入和运营成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足提供一种交互式生物滤器及方法。
本发明的技术方案如下：
一种交互式生物滤器，设置有絮体排放阀门、上清液排放阀门、进水口、溢水口、曝气石，进水口设置有进水水质监测装置，进水口连接有相应水管及水泵，曝气石由气体电磁阀控制曝气量；生物滤器中安装有可调节转速的搅拌器；水位控制器用于控制生物滤器内水位；蠕动泵与液体碳源桶连接，用于控制生物滤器的碳源添加量；可编程逻辑控制器根据进水水质监测装置的监测结果控制絮体排放阀门和上清液排放阀门的出水与否、出水时长；并控制水泵的工作与否、工作时长；还控制气体电磁阀曝气量、蠕动泵的工作时长、控制搅拌器的转速。
所述的交互式生物滤器，包括上部圆柱部分和与其连接的锥底，圆柱部分设置有絮体排放阀门、上清液排放阀门、进水口、溢水口，进水口设置有进水水质监测装置，进水口连接有相应水管及水泵，锥底中下部安装一个曝气石.
所述的交互式生物滤器，上部圆柱部分高1500mm，直径500mm，下部锥底高500mm。
所述的交互式生物滤器，圆柱部分从底部向上依次为絮体排放阀门、上清液排放阀门、进水口、溢水口，锥底中下部安装曝气石，并由气体电磁阀控制曝气量。
所述的交互式生物滤器，蠕动泵流量为15mL/分钟。
所述的交互式生物滤器，锥底底端设置有排水球阀，生物滤器使用过成中持续关闭。
所述的交互式生物滤器，碳源桶盛满100g/L的一水葡萄糖溶液。
所述的交互式生物滤器，锥底底端设置有DN50的排水球阀，圆柱从底部向上依次为DN32具电磁阀的絮体排放阀门、DN32具电磁阀的上清液排放阀门、DN32进水口、DN50溢水口，进水口设置有进水水质监测装置，进水口连接有相应水管及水泵，水泵为HQB-2200型，额定流量1900L/h，水泵用于泵入待处理的养殖废水；锥底中下部安装一个刚玉曝气石，并由气体电磁阀控制曝气量；生物滤器中部安装有可调节转速的搅拌器对生物滤器中的水体进行搅拌；水位控制器控制生物滤器内水位高1600mm，工作容积1000L。
所述的交互式生物滤器，可编程逻辑控制器(PLC)控制生物滤器进行序批式水处理流程，依次为进水期、反应期、沉淀期、出水期、絮体排放期；序批式水处理流程一个处理周期为8～8.25小时：
进水期，0.5小时，气体电磁阀、曝气石和搅拌器由PLC控制而停止工作，水泵向生物滤器泵入养殖废水直至水位控制器传感到设定的工作水位而停止；
反应期，6.25小时；
沉淀期，0.5小时，气体电磁阀、曝气石和搅拌器由PLC控制而停止工作，使悬浊液静置沉淀；
出水期，0.5小时，气体电磁阀、刚玉曝气石和搅拌器由PLC控制而停止工作，同时上清液排放阀门受PLC控制开放0.5小时后关闭；
絮体排放期，0.25小时，PLC控制絮体排放阀门开放1分钟排放多余絮体，控制生物滤器絮体指数20％，剩余时间(如有)生物滤器闲置；
在反应期内，PLC根据进水水质监测装置的监测结果，选择进行以下4种水处理模式之一：A，蠕动泵向生物滤器加碳源0分钟，气体电磁阀开始工作控制曝气石曝气量2～2.1m3/h，搅拌器开始工作，搅拌速率1000～1100转/分钟，直至水质监测结果不满足条件；B，蠕动泵向生物滤器加碳源0分钟，气体电磁阀开始工作控制曝气石曝气量0.5～0.55m3/h，搅拌器开始工作，搅拌速率250～275转/分钟，直至水质监测结果不满足条件；C，蠕动泵向生物滤器加葡萄糖浓度为100g/L的碳源30分钟，气体电磁阀开始工作，控制曝气石曝气量0.5～0.55m3/h，搅拌器开始工作，搅拌速率1000～1100转/分钟，直至水质监测结果不满足条件；D，蠕动泵开始工作，向生物滤器加所述碳源60分钟，气体电磁阀开始工作，控制曝气石曝气量0m3/h，搅拌器开始工作，搅拌速率1000～1100转/分钟，直至水质监测结果不满足条件；4种水处理模式的选择条件如表1所示。
根据任一所述生物滤器的水处理方法，可编程逻辑控制器(PLC)控制生物滤器进行序批式水处理流程，依次为进水期、反应期、沉淀期、出水期、絮体排放期；序批式水处理流程一个处理周期为8～8.25小时：
进水期，0.5小时，气体电磁阀、刚玉曝气石和搅拌器由PLC控制而停止工作，水泵向生物滤器泵入养殖废水直至水位控制器传感到设定的工作水位而停止；
反应期，时长6.25小时；
沉淀期，时长0.5小时，气体电磁阀、刚玉曝气石和搅拌器由PLC控制而停止工作，使悬浊液静置沉淀；
出水期，时长0.5小时，气体电磁阀、刚玉曝气石和搅拌器由PLC控制而停止工作，同时上清液排放阀门受PLC控制开放0.5小时后关闭；
絮体排放期，时长0.25小时，PLC控制絮体排放阀门开放1分钟排放多余絮体，控制生物滤器絮体指数20％，剩余时间(如有)生物滤器闲置；
在反应期内，PLC根据进水水质监测装置的监测结果，选择进行以下4种水处理模式之一：A，蠕动泵向生物滤器加碳源0分钟，气体电磁阀开始工作控制曝气石曝气量2～2.1m3/h，搅拌器开始工作，搅拌速率1000～1100转/分钟，直至水质监测结果不满足条件；B，蠕动泵向生物滤器加碳源0分钟，气体电磁阀开始工作控制曝气石曝气量0.5～0.55m3/h，搅拌器开始工作，搅拌速率250～275转/分钟，直至水质监测结果不满足条件；C，蠕动泵向生物滤器加葡萄糖浓度为100g/L的碳源30分钟，气体电磁阀开始工作，控制曝气石曝气量0.5～0.55m3/h，搅拌器开始工作，搅拌速率1000～1100转/分钟，直至水质监测结果不满足条件；D，蠕动泵开始工作，向生物滤器加所述碳源60分钟，气体电磁阀开始工作，控制曝气石曝气量0m3/h，搅拌器开始工作，搅拌速率1000～1100转/分钟，直至水质监测结果不满足条件；4种水处理模式的选择条件如表1所示。
本发明提出的根据废水水质特征的不同，而进行不同水处理反应类型和效果的一种交互式生物滤器及其方法，实现精确、高效和节能的工厂化水产养殖用水处理新工艺。
附图说明
图1为本发明所述的交互式生物滤器示意图；
1.排水球阀，2.絮体排放阀门，3.上清液排放阀门，4.进水口，5.溢水口，6.水泵，7.曝气石，8.气体电磁阀，9.搅拌器，10.水位控制器，11.蠕动泵，12.碳源桶，13.可编程逻辑控制器。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。
生物滤器为聚氯乙烯材质，包括上部圆柱部分和与其连接的下部锥底，上部圆柱部分高1500mm，直径500mm，下部锥底高500mm。锥底底端设置有DN50的排水球阀1(生物滤器使用过程中排水球阀1持续关闭)，圆柱从底部向上依次为DN32具电磁阀的絮体排放阀门2、DN32具电磁阀的上清液排放阀门3、DN32进水口4、DN50溢水口5，进水口4设置有进水水质监测装置，进水口4连接有相应水管及水泵6，水泵6为HQB-2200型，额定流量1900L/h，水泵6用于泵入待处理的养殖废水。锥底中下部安装一个刚玉曝气石7，并由气体电磁阀8控制曝气量。生物滤器中部安装有可调节转速的搅拌器9对生物滤器中的水体进行搅拌。水位控制器10，控制生物滤器内水位，本实施例中控制水位高度为高1600mm，即工作容积1000L。蠕动泵11(流量15mL/分钟)与液体碳源桶12连接，用于向生物滤器内泵入碳源添。可编程逻辑控制器(PLC)13根据进水水质监测装置的监测结果控制絮体排放阀门2和上清液排放阀门3的出水与否、出水时长，并控制水泵6的工作与否、工作时长，还控制气体电磁阀8曝气量、蠕动泵11的工作时长、控制搅拌器9的转速。碳源桶12，盛满100g/L的一水葡萄糖溶液。
可编程逻辑控制器(PLC)13控制生物滤器进行序批式水处理流程，依次为进水期、反应期、沉淀期、出水期、絮体排放期；
序批式水处理流程一个处理周期为8～8.25小时：
进水期，0.5小时，气体电磁阀8、刚玉曝气石7和搅拌器9由PLC控制而停止工作，水泵6向生物滤器泵入养殖废水直至水位控制器10传感到设定工作水位而停止；
反应期，6.25小时；
沉淀期，0.5小时，气体电磁阀8、刚玉曝气石7和搅拌器9由PLC控制而停止工作，使悬浊液静置沉淀；
出水期，0.5小时，气体电磁阀8、刚玉曝气石7和搅拌器9由PLC控制而停止工作，同时上清液排放阀门3受PLC控制开放0.5小时后关闭；
絮体排放期，0.25小时，PLC控制絮体排放阀门2开放1分钟排放多余絮体，控制生物滤器絮体指数20％，剩余时间(如有)生物滤器闲置。
在反应期内，经PLC控制，生物滤器可采用4种水处理模式：A，蠕动泵11向生物滤器加碳源0分钟，气体电磁阀8控制曝气量2～2.1m3/h，搅拌器9工作速率1000～1100转/分钟；B，蠕动泵11向生物滤器加碳源0分钟，气体电磁阀8控制曝气量0.5～0.55m3/h，搅拌器9工作速率250～275转/分钟；C，蠕动泵11向生物滤器加葡萄糖浓度为100g/L的碳源30分钟，气体电磁阀8控制曝气量0.5～0.55m3/h，搅拌器9工作速率1000～1100转/分钟；D，蠕动泵11向生物滤器加上述碳源60分钟，气体电磁阀8控制曝气量0m3/h，搅拌器9工作速率1000～1100转/分钟。
上述4种水处理模式的选择条件如下表所示：
表1：生物滤器进水特征与反应期4种水处理模式的对应关系
Figure BDA0001562572720000061
注：“--”表示不考虑该指标。
使用一套交互式生物滤器，预先接种200L浓度为2000mg/L的生物絮体。生物滤器的进水水泵6和上清液排放阀门口3同养殖池连接。监测生物滤器进水的水质特征，选择生物滤器不同的水处理模式，不同的水处理模式之间可以快速切换，进行不同水处理反应的交互式运行，以实现精确、高效和节能的工厂化水产养殖用水处理效果。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种交互式生物滤器，其特征在于，设置有絮体排放阀门、上清液排放阀门、进水口、溢水口、曝气石，进水口设置有进水水质监测装置，进水口连接有相应水管及水泵，曝气石由气体电磁阀控制曝气量；生物滤器中安装有可调节转速的搅拌器；水位控制器用于控制生物滤器内水位；蠕动泵与液体碳源桶连接，用于控制生物滤器的碳源添加量；可编程逻辑控制器根据进水水质监测装置的监测结果控制絮体排放阀门和上清液排放阀门的出水与否、出水时长；并控制水泵的工作与否、工作时长；还控制气体电磁阀曝气量、蠕动泵的工作时长、控制搅拌器的转速。
2.根据权利要求1所述的交互式生物滤器，其特征在于，交互式生物滤器包括上部圆柱部分和与其连接的锥底，圆柱部分设置有絮体排放阀门、上清液排放阀门、进水口、溢水口，进水口设置有进水水质监测装置，进水口连接有相应水管及水泵，锥底中下部安装一个曝气石。
3.根据权利要求2所述的交互式生物滤器，其特征在于，上部圆柱部分高1500mm，直径500mm，下部锥底高500mm。
4.根据权利要求2所述的交互式生物滤器，其特征在于，圆柱部分从底部向上依次为絮体排放阀门、上清液排放阀门、进水口、溢水口，锥底中下部安装曝气石，并由气体电磁阀控制曝气量。
5.根据权利要求1所述的交互式生物滤器，其特征在于，蠕动泵流量为15mL/分钟。
6.根据权利要求2所述的交互式生物滤器，其特征在于，锥底底端设置有排水球阀，生物滤器使用过成中持续关闭。
7.根据权利要求1所述的交互式生物滤器，其特征在于，碳源桶盛满100g/L的一水葡萄糖溶液。
8.根据权利要求6所述的交互式生物滤器，其特征在于，锥底底端设置有DN50的排水球阀，圆柱从底部向上依次为DN32具电磁阀的絮体排放阀门、DN32具电磁阀的上清液排放阀门、DN32进水口、DN50溢水口，进水口设置有进水水质监测装置，进水口连接有相应水管及水泵，水泵为HQB-2200型，额定流量1900L/h，水泵用于泵入待处理的养殖废水；锥底中下部安装一个刚玉曝气石，并由气体电磁阀控制曝气量；生物滤器中部安装有可调节转速的搅拌器对生物滤器中的水体进行搅拌；水位控制器控制生物滤器内水位高1600mm，工作容积1000L。
9.根据权利要求1所述的交互式生物滤器，其特征在于，可编程逻辑控制器(PLC)控制生物滤器进行序批式水处理流程，依次为进水期、反应期、沉淀期、出水期、絮体排放期；序批式水处理流程一个处理周期为8小时：
进水期，0.5小时，气体电磁阀、曝气石和搅拌器由PLC控制而停止工作，水泵向生物滤器泵入养殖废水直至水位控制器传感到设定的工作水位而停止；
反应期，6.25小时；
沉淀期，0.5小时，气体电磁阀、曝气石和搅拌器由PLC控制而停止工作，使悬浊液静置沉淀；
出水期，0.5小时，气体电磁阀、刚玉曝气石和搅拌器由PLC控制而停止工作，同时上清液排放阀门受PLC控制开放0.5小时后关闭；
絮体排放期，0.25小时，PLC控制絮体排放阀门开放1分钟排放多余絮体，控制生物滤器絮体指数20％，剩余时间生物滤器闲置；
在反应期内，PLC根据进水水质监测装置的监测结果，选择进行以下4种水处理模式之一：A，蠕动泵向生物滤器加碳源0分钟，气体电磁阀开始工作控制曝气石曝气量2～2.1m3/h，搅拌器开始工作，搅拌速率1000～1100转/分钟，直至水质监测结果不满足条件；B，蠕动泵向生物滤器加碳源0分钟，气体电磁阀开始工作控制曝气石曝气量0.5～0.55m3/h，搅拌器开始工作，搅拌速率250～275转/分钟，直至水质监测结果不满足条件；C，蠕动泵向生物滤器加葡萄糖浓度为100g/L的碳源30分钟，气体电磁阀开始工作，控制曝气石曝气量0.5～0.55m3/h，搅拌器开始工作，搅拌速率1000～1100转/分钟，直至水质监测结果不满足条件；D，蠕动泵开始工作，向生物滤器加所述碳源60分钟，气体电磁阀开始工作，控制曝气石曝气量0m3/h，搅拌器开始工作，搅拌速率1000～1100转/分钟，直至水质监测结果不满足条件；4种水处理模式的选择条件如下表所示：
Figure FDA0002307559160000031
其中：“--”表示不考虑该指标。
10.根据权利要求1-9任一所述生物滤器的水处理方法，其特征在于，可编程逻辑控制器(PLC)控制生物滤器进行序批式水处理流程，依次为进水期、反应期、沉淀期、出水期、絮体排放期；序批式水处理流程一个处理周期为8小时：
进水期，0.5小时，气体电磁阀、刚玉曝气石和搅拌器由PLC控制而停止工作，水泵向生物滤器泵入养殖废水直至水位控制器传感到设定的工作水位而停止；
反应期，时长6.25小时；
沉淀期，时长0.5小时，气体电磁阀、刚玉曝气石和搅拌器由PLC控制而停止工作，使悬浊液静置沉淀；
出水期，时长0.5小时，气体电磁阀、刚玉曝气石和搅拌器由PLC控制而停止工作，同时上清液排放阀门受PLC控制开放0.5小时后关闭；
絮体排放期，时长0.25小时，PLC控制絮体排放阀门开放1分钟排放多余絮体，控制生物滤器絮体指数20％，剩余时间生物滤器闲置；
在反应期内，PLC根据进水水质监测装置的监测结果，选择进行以下4种水处理模式之一：A，蠕动泵向生物滤器加碳源0分钟，气体电磁阀开始工作控制曝气石曝气量2～2.1m3/h，搅拌器开始工作，搅拌速率1000～1100转/分钟，直至水质监测结果不满足条件；B，蠕动泵向生物滤器加碳源0分钟，气体电磁阀开始工作控制曝气石曝气量0.5～0.55m3/h，搅拌器开始工作，搅拌速率250～275转/分钟，直至水质监测结果不满足条件；C，蠕动泵向生物滤器加葡萄糖浓度为100g/L的碳源30分钟，气体电磁阀开始工作，控制曝气石曝气量0.5～0.55m3/h，搅拌器开始工作，搅拌速率1000～1100转/分钟，直至水质监测结果不满足条件；D，蠕动泵开始工作，向生物滤器加所述碳源60分钟，气体电磁阀开始工作，控制曝气石曝气量0m3/h，搅拌器开始工作，搅拌速率1000～1100转/分钟，直至水质监测结果不满足条件；4种水处理模式的选择条件如下表所示：
Figure FDA0002307559160000041
其中：“--”表示不考虑该指标。
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