CN206188442U - 基于纳米光电催化技术的循环海水养殖水处理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种克服了传统水净化消毒的种种不足，对水净化消毒、除藻、脱磷、脱色、降解有机物、脱氮、分解农药残留和脱除重金属，且在一定程度上降低水体富营养化程度，对高藻水源具有显著的杀藻、除藻效果，藻类去除率达95％以的基于纳米光电催化技术的循环海水养殖水处理系统；基于纳米光电催化技术的循环海水养殖水处理系统，其特征在于：其为一处理流道，该处理流道的进口与养殖槽出口相连，而处理流道的出口与养殖槽进口相连；所述处理流道依次连通包括固液分离过滤单元、气浮综合处理单元、生物净化单元、消毒单元及循环水充氧单元。

Description

基于纳米光电催化技术的循环海水养殖水处理系统

技术领域

本实用新型涉及一种海水养殖处理系统，尤其是涉及一种基于纳米光电催化技术的循环海水养殖水处理系统。

背景技术

随着海水养殖技术水平的提高和市场需求的扩大，近10年来我国海水工厂化养殖得到了迅速发展，由此导致海洋生态环境问题逐渐引起人们的广泛关注。由于养殖海水体系中的初级生产者种类和数量远远不能满足高密度养殖生物的生长需要，养殖过程中需投放饵料和化学品，作为养殖生物生长的营养和消毒剂等。这样，若不对养殖废水加以处理直接排海，养殖废水中所含的剩余饵料、化学品残留物、以及富含氮、磷、有机质和毒性物质的养殖生物排泄物会加剧养殖邻近海域海水富营养化程度和水质污染，并引发有害赤潮等海洋生态环境问题。实际上，近年来，海水养殖废水排海总量已超过陆源污水排放，这可能是导致有害赤潮频发！规模不断扩大的重要原因之一。

关于循环水养殖系统的研究已经开展了30多年，它也越来越引起人们的关注。但建立循环水养殖系统的经济可行性一直是限制它发展的一个主要问题，它一般建设费用昂贵，且运行、管理费用也很高。循环水育苗系统也存在同样的问题。因此循环水养殖、育苗系统的工程设计者面对的最大挑战就是利用相对较少的资金投入获得最大的生产能力。在系统各水处理单元的选择上原则是在保持或提高系统水处理效果的基础上，减少资金投入。因此，选择合适的水处理方式，确定合适的水处理工艺对循环水养殖、育苗系统的建立至关重要。在现有的工厂化海水养殖产业有几个鲜明的特点：第一是聚集性比如鲆鲽类养殖就主要集中在环渤海和黄海地区，大黄鱼养殖集中在福建省沿海，罗非鱼养殖集中在广东和广西。第二是较高的资本密集度，生产设备和技术较为先进。第三是生产品种的多样性，同一个生产者可能只养殖一个品种，也可能同时养殖多个品种由于海水养殖的经济价值较高，通过发展海水养殖可以更快地促进农民增收和实现就业。在海洋渔业资源储量出现下降的情况下，如何增加海水养殖是实现渔业增产的长期有效途径。

实用新型内容

根据背景技术中所阐述的问题，本实用新型提供一种克服了传统水净化消毒的种种不足，对水净化消毒、除藻、脱磷、脱色、降解有机物、脱氮、分解农药残留和脱除重金属，且在一定程度上降低水体富营养化程度，对高藻水源具有显著的杀藻、除藻效果，藻类去除率达95％以的基于纳米光电催化技术的循环海水养殖水处理系统。

具体技术方案如下：

基于纳米光电催化技术的循环海水养殖水处理系统，其为一处理流道，该处理流道的进口与养殖槽出口相连，而处理流道的出口与养殖槽进口相连；所述处理流道依次连通包括固液分离过滤单元、气浮综合处理单元、生物净化单元、消毒单元及循环水充氧单元；其中，所述消毒单元为置于同一消毒池中且依次连通的臭氧化处理区、脱气过滤区及紫外线消毒区，其中臭氧化处理区为设置有臭氧通入管的臭氧消毒的区域，脱气过滤区为配合臭氧处理区设置，实现剩余臭氧排出结构，而紫外线消毒区为上方设置有紫外线消毒灯的区域；所述消毒单元还设置有一新型消毒区域，该新型消毒区域位于臭氧化处理区、脱气过滤区及紫外线消毒区任意两者之间。

进一步，所述臭氧化处理区为由隔水板分隔处的区域，该臭氧化处理区与消毒池的进水口连通，该臭氧处理区通入有多根臭氧管。

进一步，所述脱气过滤区内设置有实现充分脱气的搅拌轴。

进一步，所述脱气过滤区为添加有二氧化氯强氧化剂的杀菌消毒区域。

进一步，所述紫外线消毒区与消毒池的出水口连通，且其上设置有紫外线消毒灯。

进一步，所述新型消毒区域位于脱气过滤区及紫外线消毒区之间，，该新型消毒区域内设置有纳米催化电解阳极，该纳米催化电解阳极为电极棒，且其表面凹凸不平。

进一步，所述处理流道还包括以平衡池，该平衡池位于循环水充氧单元与养殖槽之间，用于处理后海水与新鲜海水的混合。

进一步，所述固液分离过滤单元为一安装有固液分离层的蓄水池中，该蓄水池安装有能实现海水循环固液分离的循环泵。

进一步，所述气浮综合处理单元为用于悬浮颗粒及时去除的气浮蓄水池，该气浮蓄水池内安装有主电极、补充电极、旋转刮渣器及直流电源，所述主电极及补充电极配合产生电极反应，用于产生微小气泡实现气浮处理效果。

进一步，所述生物净化单元包括生物滤床主体、含滤料支架的生物滤料、曝气器、布水器及鼓风曝气机，其中所述生物滤料通过过滤支架安装在生物滤床主体上，而曝气器、布水器及鼓风曝气机均安装在生物滤床主体上，用以达到生物滤料上部曝气、生物滤料下部营造缺氧状态。

进一步，所述循环水充氧单元包括活化池，及安装在活化池内的鼓风曝气机、在线溶氧仪、在线余氯仪及在线ORP仪，所述在线溶氧仪、在线余氯仪及在线ORP仪均与电控柜相连，实现信息的采集。

本实用新型包括固液分离过滤、气浮综合处理、生物净化、臭氧化处理、脱气过滤、紫外线消毒和循环水充氧等七个结构，可实现对养殖用水的过滤、杀菌等净化处理和有效循环利用，提高养殖水质量，增加养殖水单位放养量，达到节能减排和提高效益的双重目的。

附图说明

图1是本实用新型实施例结构框图；

图2是本实用新型实施例中所述消毒单元结构示意框图。

图3是本实用新型实施例中所述消毒单元结构示意图；

图4是本实用新型实施例中所述新型消毒单元内的电击棒局部结构立体图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图1所示，基于纳米光电催化技术的循环海水养殖水处理系统，其为一处理流道，该处理流道的进口与养殖槽A出口相连，而处理流道的出口与养殖槽A进口相连；所述处理流道依次连通包括固液分离过滤单元1、气浮综合处理单元2、生物净化单元3、消毒单元4及循环水充氧单元5。

如图1所示，前述处理流道还包括以平衡池6，该平衡池位于循环水充氧单元与养殖槽之间，用于处理后海水与新鲜海水的混合。具体的说，利用固液分离器等将水中的悬浮物质分离或者回收。主要利用沉淀、气浮、泡膜分离等技术处理水中的悬浮颗粒，包括机械过滤器和泡沫分离两大技术。机械过滤是水产养殖系统中用来固液分离的主要手段，机械过滤通常可以去除粒径为60～200μm的颗粒物。常用的机械过滤设备有固定筛、旋转筛、振动筛、砂滤器等。其中机械过滤是采用能实现60～200μm的颗粒物的过滤网实现。

如图1所示，前述固液分离过滤单元1为一安装有固液分离层的蓄水池中，该蓄水池安装有能实现海水循环固液分离的循环泵。具体的说，泡沫分离技术是气浮去除的一种，其原理是向水中通入空气，在水中形成大量的微小气泡，使得水中的表面活性物质被吸附到气泡上，随着气泡的上升浮到水面形成泡沫，通过分离水面的泡沫去除水中的悬浮态和溶解态有机物。

如图1所示，前述气浮综合处理单元2为用于悬浮颗粒及时去除的气浮蓄水池，该气浮蓄水池内安装有主电极、补充电极、旋转刮渣器及直流电源，所述主电极及补充电极配合产生电极反应，用于产生微小气泡实现气浮处理效果。具体的说，所述主电极及补充电极配合产生电极反应产生气泡，且该气泡粒径：氢气泡10μm，氧气泡10～15μm；(常规溶气气浮气泡直径100～150μm)；气泡平均密度：0.5g/L；停留时间：25min；

如图1所示，前述生物净化单元3包括生物滤床主体、含滤料支架的生物滤料、曝气器、布水器及鼓风曝气机，其中所述生物滤料通过过滤支架安装在生物滤床主体上，而曝气器、布水器及鼓风曝气机均安装在生物滤床主体上，用以达到生物滤料上部曝气、生物滤料下部营造缺氧状态。具体的说，生物净化单元主要是1、氨氮和亚硝酸氮的去除和控制：鱼的血液，干扰鱼体正常的三羧酸循环，改变鱼体渗透压以及降低鱼体对水中氧的利用能力，影响鱼类生长；亚硝酸盐氮(NO₂-N)能迅速渗透到鱼体，导致血液中和氧结合的亚铁血红蛋白失活，使之成为铁血红蛋白，从而失去携氧功能，严重时危及生命；硝酸盐氮(NO₃-N)一般被认为毒性很小，但随氮代谢的不断持续和氮总量的积累，浓度太高也会影响鱼类生长，使鱼体色变差，肉质下降。采用生物膜技术处理的装备主要有浸没式生物过滤罐、滴流滤槽、水净化机和植物净化装置等。水净化机又包括生物转盘、生物转球和生物转筒。原理是利用微生物吸附，形成生物膜，通过在空气和水中交替转动，既起到增氧作用，又可对有害的氨氮、亚硝酸盐进行吸收硝化，部分有机物在酶的作用下，直接合成为微生物体内的有机物，从而净化了水体，这类装置具有浸没式过滤和滴流过滤的功能。封闭式养殖系统内的硝酸盐去除，一是采用日换水(5％左右)的办法进行减量化处理，但较被动且消耗水量。二是进行厌氧条件下的反硝化处理，将硝酸盐转化成N₂O，并将氮气放入大气，问题是在含氧养殖水体中营造厌氧环境的困难和经济性差(需不断添加碳源等物质)。循环水系统中的氨氮主要来自饵料中蛋白类物质代谢的副产物，控制养殖、育苗池中非离子态氨氮的浓度是循环水养殖、育苗系统设计中需要考虑的最主要的因素，必须保证系统的氨氮去除率不低于系统中氨氮的产生率以维持系统中较低水平的氨氮浓度。生物过滤是应用最广泛的去除氨氮的方法，生物滤池中一般选择比表面积较大的填料，硝化细菌在填料表面附着、生长。常用的生物滤池基质填料包括：砂砾、沙子、塑料珠、塑料环、塑料盘等等。循环废水中的氨氮和亚硝酸氮可分别被填料表面生物膜中的亚硝化细菌和硝化细菌转化为亚硝酸氮和硝酸氮。常用的生物过滤装置主要包括如下几种：旋转式生物接触反应器、滴滤池、膨胀床填料过滤器、流化床过滤器以及混合床反应器。旋转式生物接触反应器。生物滤池填料介质安置于带有可转动中心轴的鼓式结构的表面，基质填料部分(约40％)浸没在水中，硝化细菌在介质填料表面附着生长，并随着中心轴的转动，间歇接触待处理含氮废水和空气，从而可释放出二氧化碳并吸收氧气。它的主要优点是易于操作、可方便排出二氧化碳吸收氧气并具备自净功能，缺点是造价较高和机械不稳定性。滴滤池：主要由上部的布水系统和充满介质的反应器组成。2、磷的去除和控制：水中的磷的去除有生物法和化学法两种处理方法。第一种，生物除磷

生物法除磷采用A₂/O工艺，其工艺主要涉及参数如下表：

第二种，化学除磷；养殖水中残留的磷以两种形态存在：一是溶解磷，主要以正磷酸盐(PO₄ ³⁺)的形式存在；二是悬浮态磷，包括SS中所含有的生物磷和难溶解磷酸盐颗粒。溶解磷(正磷酸盐)可以与化学药剂中的钙、铁、铝等金属离子形成难溶的磷酸盐，铁盐和铝盐药剂可以产生絮凝作用，使得SS和难溶磷酸盐的结晶产生凝聚，然后再后续处理工艺中被去除。化学除磷常用药剂有石灰、铝盐絮凝剂、铁盐絮凝剂以及聚合氯化铝铁、聚合氯硫酸铁等。

如图1、图2及图3所示，前述消毒单元4为置于同一消毒池中且依次连通的臭氧化处理区41、脱气过滤区42及紫外线消毒区43，其中进一步，所述臭氧化处理区为由隔水板分隔处的区域，该臭氧化处理区与消毒池的进水口连通，该臭氧处理区41通入有多根臭氧管A，且所述多根臭氧管A长度不一，且呈依次递减结构分布，该臭氧化处理区41为设置有臭氧通入管的臭氧消毒的区域，脱气过滤区42为配合臭氧处理区设置，实现剩余臭氧排出结构，所述脱气过滤区42内设置有实现充分脱气的搅拌轴B，所述脱气过滤区42为添加有二氧化氯强氧化剂的杀菌消毒区域，进而脱气过滤区为设置有二氧化氯强氧化剂用添加管C的杀菌消毒区域，而紫外线消毒区43为上方设置有紫外线消毒灯D的区域，用以实现双重消毒，所述紫外线消毒区43与消毒池的出水口连通，且其上设置有紫外线消毒灯。具体的说，臭氧消毒：臭氧在水中是一种强氧化剂，但在含有高浓度溶解态和悬浮态有机化合物的循环水养殖系统中，臭氧对细菌菌群的灭杀效果会受到较大影响。臭氧消毒的效果与接触时间以及臭氧在水中的残余浓度有关。臭氧因化学性质不稳定一般都需要使用臭氧发生器在现场制备，通过接触池扩散进入待处理废水。杀菌效率优于氯和次氯酸钠。残余臭氧的泄露问题则可通过重复循环、活性碳吸附和加热方法解决。臭氧发生器是根据放电的原理产生臭氧，即将净化的空气通过发生器的高压放电环隙，被激发分解成氧原子，氧原子和氧分子结合生成臭氧(O₃)，臭氧处于一种极不稳定的状态，会很快还原成氧气，还原期间有强烈的氧化能力，能迅速地与细胞壁、膜、脂质结合反应，破坏分解细胞，起到杀菌作用。另外臭氧还能增加水中溶氧值，调节水的pH值，特别是与紫外线组合使用，可较大的降低BOD₅、COD值，使亚硝酸盐达到很低限度，将氨氮转化为硝酸盐，改善养殖水质。海水工厂化养殖的运用中，视具体养殖对象和水质条件确定投加量，一般养殖维护浓度(0.08～0.2)mg/L，治病浓度(1～1.5)mg/L。残余臭氧的泄露问题可通过重复循环、活性碳吸附和加热方法解决。紫外消毒：海水养殖和水族馆系统中较多应用的是紫外线消毒。柱状紫外灯管设计于过水管道中，通过紫外灯直接向周围流动的水体放射230—270nm波长的紫外线，该射线能穿透水中菌体的细胞膜，被细胞核吸收，引起核蛋白质的构造变化，损伤关系到细胞遗传机能的脱氧核糖核酸(DNA)，破坏菌藻的分裂繁殖能力，达到杀菌灭藻的效果；

更优选的技术方案是：如图1、图2及图3所示，所述消毒单元4还包括一新型消毒区域44，该消毒区域44位于臭氧化处理区、脱气过滤区及紫外线消毒区任意两者之间，该新型消毒区域是通过纳米催化电解利用纳米催化电解产生的强氧化性物质杀灭原水中的微生物及藻类。具体的说，纳米催化电解阳极(钛、钌等贵金属)表层为凹凸不平的纳米涂层，这些纳米涂层具有很高的纳米催化活性，不但可以增加电极表面反应面积、促进电流的流动，更会催化电极表面反应，形成过渡态的强氧化性物质(氧、余氯、羟基等)，能够迅速氧化分解有机物；同时强氧化性物质对细菌和藻类的细胞有较强的吸附和穿透能力，能够迅速抑制微生物蛋白质的合成，因而对贝类、细菌、藻类具有很强的杀灭效果；该种消毒水处理中应用的优点在于：1)电子转移只在电极和水的组分间进行，无需外加氧化还原剂，避免了因外加药剂引起的二次污染；2)可很方便地通过改变电流或电压调整反应条件，处理过程可控制性强；3)电化学反应过程产生的羟基具有超强氧化力，可无选择地与水中有机污染物反应，将其降解为二氧化碳、水和简单小分子化合物，同时对藻类、贝类等有很强的杀灭效果，杀藻率可达99.5％。4)反应条件温和，电化学过程在常温常压下就可进行。5)能耗低，符合国家低碳环保发展战略。吨水处理费用仅需0.005元。6)设备单元体积小，组合扩容方便。7)电极由贵金属(钛、钌等)制成，电解过程中几乎不消耗，使用寿命长。

具体的说：如图3及图4所示，本实施例中所述消毒单元4中相邻设置的臭氧化处理区41、脱气过滤区42及紫外线消毒区43，而新型消毒区域44位于脱气过滤区42及紫外线消毒区43之间，且相连的区域之间通过由水泵带动的抽水管连通Z，该新型消毒区域内设置有纳米催化电解阳极，该纳米催化电解阳极为电极棒E，该电极棒E表面凹凸不平。

如图1所示，前述循环水充氧单元5包括活化池，及安装在活化池内的鼓风曝气机、在线溶氧仪、在线余氯仪及在线ORP仪，所述在线溶氧仪、在线余氯仪及在线ORP仪均与电控柜相连，实现信息的采集。具体的说，在循环水养殖中，随着养殖的密度不断提高，对溶氧的需求也越来越大，打破了原来的溶氧供求平衡，当养殖生物的耗氧量大于供氧量时，生物的生长就会受到限制。当溶氧在2～3mg/L时，鱼虾类摄食减少，生长停滞，开始出现浮头现象；当溶氧浓度在1～2mg/L时，鱼虾类基本不吃食，而且浮游出水面，形成浮头现象；当溶氧浓度低于0.5mg/L时，鱼虾类在几小时就会全部窒息死亡。而且，缺氧的水体会造成水中溶解性的有机物、氨氮等厌氧分解，产生亚硝酸盐等一些有毒物质。同时，缺氧的水体容易滋生细菌，造成养殖生物的大量死亡。海水工厂化养殖系统中，养殖槽、泡沫分离、生物过滤均需要大量氧气(每天每吨鱼约耗氧7.57kg左右)，装备较多采用罗茨风机和旋涡式充气机，其中三叶式罗茨风机有较好的平稳性和低噪音效果。叶轮式增氧机由于增氧效率强、结构简单、使用方便，在水质调节池和养鱼工厂的二级池中有较好的用途。另外，因高溶氧养殖的良好效果，纯氧、液态氧和分子筛富氧装置(纯度达到90％以上)也逐渐得到推广应用，用途之一是为臭氧发生器提供气源，增加臭氧量。为提高氧气的利用率，使水体溶氧达到饱和与超饱和，可采用高效气水混合装置，其采用射流、螺旋、网孔扩散等气水混合技术，使水气分子变小，更易混合，同时有杀菌、防腐作用。

针对目前常用的循环水养殖系统(Recirculating Aquaculture Systems，RAS)综合运用沉淀、过滤、生物处理技术、杀菌消毒以及增氧控温等一系列手段,将养殖过程中产生的废水进行高效处理,去除废水中的污染物，使处理后水质达到可循环利用的水平。既减少了养殖废水外排造成污染，同时对养殖水质有了较强的控制，是未来海水养殖业发展的必然方向。RAS最为关键的环节就是废水处理环节，其中最常用的处理工艺大致可分为两类，一类是物理化学方法；另一类是生物法。物理化学处理方法的能耗和运行成本较高,限制了物理化学方法的应用。生物处理方法由于具有环境友好、运行费用低等优点，在海水养殖废水处理中被广泛应用。

目前常用的工厂化养殖废水多采用以下工艺：

排水→生物滤床→鼓风活化→强力紫外消毒(鱼类)；

排水→蛋白分离→机械过滤器→生物滤床→海水活化→强力紫外消毒→供水(海参养殖)；

过滤→泡沫分离→微生物固定化技术→臭氧氧化→曝气/活性炭吸附。

综合波鹰(厦门)科技有限公司的NCE(纳米催化电解机)专利技术与目前物化及生物法的局限性，拟采用以NCE技术为核心结合生物法的组合处理工艺，实现海水养殖水的循环利用。

结合图1及图2所示，而本实用新型所述系统配合结构所发生的工艺流程如下：

养殖槽→循环泵→气浮→生物滤床→消毒→活化池→养殖槽

所述养殖槽海水由排水口经循环泵进入气浮机。气浮机依托传统的电解气浮技术，在此基础上强化了CODcr、氨氮、色度等污染指标的去除。气浮机兼具蛋白分离器效果。气浮出水自流进入生物滤床，利用微生物的吸收、代谢作用去除水体中有机物和氨氮。生物滤床出水进入消毒区域。可有效杀灭水中的藻类、微生物、病毒等。经消毒后的废水进入活化池，通过鼓风曝气增加溶解氧并去除过量的余氯，满足养殖水的用水要求。

经过以上步骤的处理及适当的新鲜海水补充，可实现循环利用。通过对以上各工艺、设备、控制的集成，可建立循环水养殖系统(RAS)

以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，但是本实用新型并不限于此实施方式，在所属技术领域的技术人员所具备的的知识范围内，在不脱离本实用新型宗旨的前提下，还可以做出各种变化。所属技术领域的技术人员从上述的构思出发，不经过创造性的劳动，所作出的种种变换，均落在本实用新型的保护范围内。

Claims (5)

1.基于纳米光电催化技术的循环海水养殖水处理系统，其特征在于：其为一处理流道，该处理流道的进口与养殖槽出口相连，而处理流道的出口与养殖槽进口相连；所述处理流道依次连通包括固液分离过滤单元、气浮综合处理单元、生物净化单元、消毒单元及循环水充氧单元；其中，所述消毒单元为置于同一消毒池中且依次连通的臭氧化处理区、脱气过滤区及紫外线消毒区，其中臭氧化处理区为设置有臭氧通入管的臭氧消毒的区域，脱气过滤区为配合臭氧处理区设置，实现剩余臭氧排出结构，而紫外线消毒区为上方设置有紫外线消毒灯的区域；所述消毒单元还设置有一新型消毒区域，该新型消毒区域位于臭氧化处理区、脱气过滤区及紫外线消毒区任意两者之间。

2.根据权利要求1所述的基于纳米光电催化技术的循环海水养殖水处理系统，其特征在于：所述臭氧化处理区为由隔水板分隔处的区域，该臭氧化处理区与消毒池的进水口连通，该臭氧处理区通入有多根臭氧管。

3.根据权利要求1所述的基于纳米光电催化技术的循环海水养殖水处理系统，其特征在于：所述脱气过滤区内设置有实现充分脱气的搅拌轴。

4.根据权利要求1所述的基于纳米光电催化技术的循环海水养殖水处理系统，其特征在于：所述紫外线消毒区与消毒池的出水口连通，且其上设置有紫外线消毒灯。

5.根据权利要求1所述的基于纳米光电催化技术的循环海水养殖水处理系统，其特征在于：所述新型消毒区域位于脱气过滤区及紫外线消毒区之间，，该新型消毒区域内设置有纳米催化电解阳极，该纳米催化电解阳极为电极棒，且其表面凹凸不平。