CN110104906B - 用于鱼菜共生系统的过滤硝化矿化一体式水处理装置 - Google Patents
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Abstract
一种用于鱼菜共生系统的过滤硝化矿化一体式水处理装置，包括箱体，箱体由纵向隔板分隔为左右两个部分，箱体的左部分为设置有浮动滤材的过滤仓，过滤仓的下部设置有进水口，过滤仓的上部设置有过滤仓透水挡板，过滤仓的顶部设置有主出水口，过滤仓设置有进气管，箱体的右部分由隔板分隔为上下两个部分，箱体的右部分的下部为污水仓，污水仓内设置有进气口，纵向隔板的底部设置有连通口，箱体的右部分的上部为设置有矿化过滤层的矿化过滤仓，箱体的右部分设置有一根直立的排污管，该排污管从污水仓的下部向上延伸至矿化过滤层的上方，箱体的右部于矿化过滤层的下方设置有副出水口。本发明占地空间小，能耗低，过滤及矿化效果好。
Description
技术领域
本发明涉及一种水处理装置,具体涉及一种用于鱼菜共生系统的过滤硝化矿化一体式水处理装置。
背景技术
鱼菜共生是一种新型的复合耕作体系，它是通过巧妙的生态设计，把水产养殖与水耕栽培技术相结合，达到科学的协同共生。近几年，规模化的鱼菜共生系统逐步在世界各地建设投产，室内的鱼菜共生工厂也开始出现。当前，鱼菜共生家庭园艺及农业产业也正在快速发展。
在鱼菜共生系统中，水产养殖的水被输送到水处理装置，由细菌将水中的氨氮分解成亚硝酸盐然后被硝化细菌分解成硝酸盐，之后将水输送至水培栽培系统，硝酸盐可以直接被植物作为营养吸收利用。鱼菜共生让动物、植物、微生物三者之间达到一种和谐的生态平衡关系，是一种可持续循环型零排放的低碳生产模式。
在现有技术中，鱼菜共生水处理装置由相互独立的沉淀设备、物理过滤设备、硝化设备及矿化设备通过管路连接组成。然而，现有的鱼菜共生水处理装置存在如下问题：为了减小进入沉淀设备的水流对沉淀的影响，沉淀设备一般体积较大；物理过滤设备的滤网维护麻烦，需要时常清洗，微滤机价格昂贵，能耗高；硝化设备的固定床维护麻烦，需要时常清洗，浮动床需要大量曝气，能耗高，滴滤需要巨大落差，同样大量增加能耗；而矿化设备一般体积巨大，并需要大量爆气以维持一定溶氧，占地大，能耗高。
目前，市场上未见一款能够将过滤、排污、矿化及反冲洗多种功能集合于一体，占地空间小，能耗低，并且过滤及矿化效果好的水处理装置。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的不足，提供一种能够将过滤、排污、矿化及反冲洗多种功能集合于一体，占地空间小，能耗低，过滤及矿化效果好的用于鱼菜共生系统的过滤硝化矿化一体式水处理装置。
本发明是通过以下技术方案实现的：一种用于鱼菜共生系统的过滤硝化矿化一体式水处理装置，包括箱体，所述箱体由纵向隔板分隔为左右两个部分，所述箱体的左部分为过滤仓，所述过滤仓内设置有浮动滤材，所述过滤仓的下部设置有进水口，所述过滤仓的上部于所述浮动滤材的上方设置有过滤仓透水挡板，所述过滤仓的顶部设置有主出水口，所述过滤仓设置有进气管，所述箱体的右部分由隔板分隔为上下两个部分，所述箱体的右部分的下部为污水仓，所述污水仓内设置有进气口，所述纵向隔板的底部设置有用于连通所述过滤仓与所述污水仓的连通口，所述箱体的右部分的上部为矿化过滤仓，所述矿化过滤仓内设置有矿化过滤层，所述箱体的右部分设置有一根直立的排污管，该排污管从所述污水仓的下部向上延伸至所述矿化过滤层的上方，所述箱体的右部于所述矿化过滤层的下方设置有副出水口。
所述污水仓内设置有与所述排污管连通的U型管。
所述进气管设置有单向进气阀。
所述矿化过滤仓内设置有至少两层矿化过滤层，位于上层的矿化过滤层设置有纵向贯通该矿化过滤层的溢流立管，所述排污管的出口向上延伸至上层的矿化过滤层的上方。
所述矿化过滤层包括上下两透水挡板及设置于上下透水挡板之间的固定滤材。
所述固定滤材为比表面积较好的惰性材质滤材。
聚乙烯滤材、聚丙烯滤材、泡沫滤珠或石英砂。
所述副出水口设置有副出水阀门。
所述浮动滤材为密度小于水的惰性材质滤材。
所述浮动滤材为聚乙烯滤材、聚丙烯滤材或泡沫滤珠。
本发明的有益效果是：1、本发明将过滤、排污、矿化及反冲洗多种功能集合于一体，占地空间小，节约了大量设备投入；2、本发明移动配件少，不容易出现故障；3、与其他设备相比，本发明耗电量极低；4、在投食量恰当的情况下无需维护，必要时可以打开仓体清洗滤材；5、本发明的矿化效果较好，矿化能耗极低，只需要持续输入少量气体即可；6、本发明可自动反冲洗，并可根据进气口的进气量大小调节每日反冲洗次数，无需人工操作；7、本发明损失水份小，而现有水处理设备在反冲洗过程中往往排放大量污水；8、本发明的过滤效果极佳，使用的滤材颗粒越小过滤效果越强，能使鱼菜共生系统的水体更清洁；9、本发明的矿化效果好，副出水口产出干净的富营养水，为鱼菜共生系统中的植物提供大量养分。10、本发明也可以用于处理富含有机物的其他水体，产出的富营养水可用于浇灌植物。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明第一工作状态的结构示意图；
图3是本发明第二工作状态的结构示意图；
图4是本发明第三工作状态的结构示意图；
图5是本发明第四工作状态的结构示意图；
图6是本发明第五工作状态的结构示意图。
在图中：1-箱体；2-过滤仓；3-污水仓；4-矿化过滤仓；5-进水口；6-进气管；7-单向进气阀；8-浮动滤材；9-过滤仓透水挡板；10-主出水口；11-连通口；12-副出水口；13-副出水阀门；14-进气口；15-U型管；16-排污管；17-矿化过滤层；18-溢流立管；19-沉淀污物；20-纵向隔板；21-隔板；22-单向出水阀；23-排污口。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作详细描述。
如图1所示，一种用于鱼菜共生系统的过滤硝化矿化一体式水处理装置，包括箱体1，箱体1由纵向隔板20分隔为左右两个部分，箱体1的左部分为过滤仓2，过滤仓2内设置有浮动滤材8，过滤仓2的下部设置有进水口5，过滤仓2的上部于浮动滤材8的上方设置有过滤仓透水挡板9，过滤仓2的顶部设置有主出水口10，过滤仓2设置有进气管6，箱体1的右部分由隔板21分隔为上下两个部分，箱体1的右部分的下部为污水仓3，污水仓3内设置有进气口14，纵向隔板20的底部设置有用于连通过滤仓2与污水仓3的连通口11，箱体1的右部分的上部为矿化过滤仓4，矿化过滤仓4内设置有矿化过滤层17，箱体1的右部分设置有一根直立的排污管16，该排污管16从污水仓3的下部向上延伸至矿化过滤层17的上方，箱体1的右部于矿化过滤层17的下方设置有副出水口12。
浮动滤材8为密度小于水的惰性材质滤材，如聚乙烯滤材、聚丙烯滤材或泡沫滤珠。过滤仓透水挡板9设置有透水孔，透水孔的孔径小于浮动滤材8的颗粒大小，以防止浮动滤材8流失。进气管6设置有单向进气阀7。
参见图1，污水仓3内设置有与排污管16连通的U型管15。进气口14连接有进气泵。
矿化过滤层17包括上下两透水挡板及设置于上下透水挡板之间的固定滤材。固定滤材为惰性材质，起到矿化和过滤的作用，可以是跟浮动滤材8一样的浮水材质，如聚乙烯滤材、聚丙烯滤材或泡沫滤珠，也可以是沉水材质，比如石英砂。只要是比表面积较大的滤材都可以用于此处。上透水挡板、下透水挡板设置有透水孔，透水孔的孔径小于滤材的颗粒大小，每层固定滤材均被相应的上透水挡板、下透水挡板限制位置。
参见图1，作为一种较为优选的方式，矿化过滤仓4内设置有上、中、下三层矿化过滤层17，上层矿化过滤层17设置有纵向贯通该矿化过滤层17的溢流立管18，中层矿化过滤层17设置有纵向贯通该矿化过滤层17的溢流立管18，排污管16的出口向上延伸至上层矿化过滤层17的上方。
副出水口12设置有副出水阀门13。主出水口10设置有单向出水阀22，单向出水阀22使得主出水口10只能出水，不能进水，反冲洗时自动关闭该单向出水阀22。污水仓3的底部设置有排污口23，该排污口23设置有排污阀，必要时可以排空污水仓3。
如图2所示，工作时，养殖水体从进水口5进入过滤仓2，向上经过浮动滤材8。由于浮动滤材8颗粒较小，水中的鱼粪、残饵等杂质被截留在浮动滤材8中，而在浮动滤材8中硝化细菌的作用下，水中的氨氮被硝化，干净的水从主出水口10流出。同时，在污水仓3中，从进气口14输入高压气体，在高压气体的作用下，污水及鱼粪、残饵等沉淀污物19被压入排污管16。
如图3所示，在高压气体的作用下，污水仓3中的污水持续通过排污管16进入矿化过滤仓4，并输送至矿化过滤层17的上方，水中的污物被截留在细小固定滤材中，清水透过矿化过滤层17下滴。矿化过滤仓4中可设置多层矿化过滤层17，由于固定滤材颗粒较小，随着鱼粪、残饵等杂质的填充，渗透能力会慢慢下降。当上一层矿化过滤层17渗透能力不足时，该层矿化过滤层17上的水位上升，从溢流立管18流到下一层进行过滤和矿化，多层过滤设计增加了空间利用率，需要的过滤矿化层总面积取决于投食量的多少。该过程为细菌提供新的水源和食物。过滤后的清水进入底层，从副出水口12流出。
如图4所示，当污水仓3中的水位降低到U型管15以下时，污水仓3中的高压气体进入矿化过滤仓4，此时污水仓3中气压降低，水压导致过滤仓2中的水开始从连通口11进入污水仓3。而矿化过滤仓4中的气压上升，将其中的水份加速从副出水口12压出。固定滤材颗粒之间有大量孔隙，当水渗透离开时，空气就填充入固定滤材颗粒之间的空间，该过程为细菌提供氧气。细菌拥有大量氧气、水和食物，快速矿化分解有机物。随着固定滤材中细菌的繁殖，鱼粪、残饵等杂质会被分解，直至达到平衡。
在土壤微生物学中，矿化指细菌将有机物腐烂分解成植物能够吸收的可溶养分的过程，细菌在理想条件下约每十多分钟数量就能翻倍，它们的繁殖最佳条件为：温度舒适，足够的表面积，氧气充分，水份充分。每次气压提水都带来大量水份，随后在很长一段时间内，固定滤材中的有机物长时间暴露在空气中。同时由于滤材颗粒极小，这些滤材的比表面积巨大，能够提供细菌大量生活空间。再室内加上适当的温控，那么细菌繁殖的理想条件就满足了。而在传统的矿化池的工作过程中，一般是在污水中大量充气，由于饱和溶氧问题，水中的氧气在一般温暖温度下最多只有不到8PPM，而空气中含氧量为20.95万PPM，因此传统矿化设备体积大，能耗高，又不能提供理想矿化环境，而本发明则完美解决了这些问题。
如图5所示，当过滤仓2中水位开始降低，负压使得单向进气阀7自动打开，大量气体进入过滤仓2，使浮动滤材8剧烈翻滚，在此过程中污物被清洗并进入污水仓3。同时污水仓3中水位上升，其中的气体持续被压入矿化过滤仓4，提供了细菌高含氧量的新鲜空气。
如图6所示，当过滤仓2中水位低于过滤仓2中的进气口14时，滤材不再翻滚，而是停留于水面，因此在过滤仓2与污水仓3的容量比例恰当的情况下，滤材不会进入污水仓3。而过滤仓2的水位继续下降，将污水压入污水仓3。当污水仓3中水位高于U型管15时，污水仓3中气压上升，过滤仓2与污水仓3压力均衡，污水不再进入污水仓3。过滤仓2中水位开始上升，回到如图2所示的第一工作状态，开始新的循环。通过调节污水仓3中的进气口14的高压气体进气压力，可以调节这个循环的周期时长。
最后应当说明的是，以上内容仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，本领域的普通技术人员对本发明的技术方案进行的简单修改或者等同替换，均不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (5)
1.一种用于鱼菜共生系统的过滤硝化矿化一体式水处理装置，包括箱体，其特征在于：所述箱体由纵向隔板分隔为左右两个部分，所述箱体的左部分为过滤仓，所述过滤仓内设置有浮动滤材，所述过滤仓的下部设置有进水口，所述过滤仓的上部于所述浮动滤材的上方设置有过滤仓透水挡板，所述过滤仓的顶部设置有主出水口，所述过滤仓设置有进气管，所述箱体的右部分由隔板分隔为上下两个部分，所述箱体的右部分的下部为污水仓，所述污水仓内设置有进气口，所述纵向隔板的底部设置有用于连通所述过滤仓与所述污水仓的连通口，所述箱体的右部分的上部为矿化过滤仓，所述矿化过滤仓内设置有矿化过滤层，所述箱体的右部分设置有一根直立的排污管，该排污管从所述污水仓的下部向上延伸至所述矿化过滤层的上方，所述箱体的右部于所述矿化过滤层的下方设置有副出水口；所述污水仓内设置有与所述排污管连通的U型管；所述进气管设置有单向进气阀；所述矿化过滤仓内设置有至少两层矿化过滤层，位于上层的矿化过滤层设置有纵向贯通该矿化过滤层的溢流立管，所述排污管的出口向上延伸至上层的矿化过滤层的上方；所述副出水口设置有副出水阀门。
2.根据权利要求1所述的用于鱼菜共生系统的过滤硝化矿化一体式水处理装置，其特征在于：所述矿化过滤层包括上下两透水挡板及设置于上下透水挡板之间的固定滤材。
3.根据权利要求2所述的用于鱼菜共生系统的过滤硝化矿化一体式水处理装置，其特征在于：所述固定滤材为比表面积较好的惰性材质滤材。
4.根据权利要求1所述的用于鱼菜共生系统的过滤硝化矿化一体式水处理装置，其特征在于：所述浮动滤材为密度小于水的惰性材质滤材。
5.根据权利要求4所述的用于鱼菜共生系统的过滤硝化矿化一体式水处理装置，其特征在于：所述浮动滤材为聚乙烯滤材、聚丙烯滤材或泡沫滤珠。
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