NO179961B

NO179961B - Device for purifying and treating water from a land-based vessel for fish farming

Info

Publication number: NO179961B
Application number: NO944794A
Authority: NO
Inventors: Rolf Selset
Original assignee: Rolf Selset
Priority date: 1994-12-12
Filing date: 1994-12-12
Publication date: 1996-10-14
Also published as: NO944794D0; NO944794L; NO179961C

Description

Oppfinnelsen gjelder en anordning for rensing og behandling av avløpsvann fra et landbasert kar for oppdrett av fisk, og andre akvatiske organismer som lever i ferskvann eller sjøvann, slik at vannets fysiske og kjemiske egenskaper blir tilfredsstillende for resirkulering til oppdrettskaret, og slik at tilførsel av nytt vann til oppdrettsproduksjonen kan reduseres med minst 99,9 % i forhold til et vanlig gjennomstrømningsanlegg. Nærmere bestemt gjelder oppfinnelsen en anordning, som angitt i innledningen til patentkrav 1. The invention relates to a device for cleaning and treating waste water from a land-based vessel for breeding fish, and other aquatic organisms that live in fresh water or seawater, so that the water's physical and chemical properties are satisfactory for recycling to the breeding vessel, and so that the supply of new water for aquaculture production can be reduced by at least 99.9% compared to a normal flow-through plant. More specifically, the invention relates to a device, as stated in the introduction to patent claim 1.

Bakgrunn Background

Det er kjent en rekke anlegg og anordninger for vannrensing og vannbehandling for oppdrettskar med høy grad av resirkulasjon. Felles for disse er omfattende og komplisert oppbygging og tilsvarende høye anleggs- og driftskostnader, samt store krav til operatørenes tekniske og biologiske kompetanse. Landbasert fiskeoppdrett med resirkulasjon med kjente vannbehandlingsanlegg blir derfor som regel for kostbare til lønnsom drift og har vunnet liten utbredelse. A number of facilities and devices for water purification and water treatment for breeding vessels with a high degree of recirculation are known. What these have in common is an extensive and complicated structure and correspondingly high construction and operating costs, as well as high demands on the operators' technical and biological competence. Land-based fish farming with recirculation using well-known water treatment plants is therefore usually too expensive for profitable operation and has gained little popularity.

Formål Purpose

Oppfinnelsens hovedformål er derfor å komme fram til et vannbehandlingsanlegg for bruk ved landbaserte oppdrettsanlegg, som er enklere og billigere enn kjente vannbehandlingsanlegg, som trenger mindre og rimeligere vedlikehold og som stiller vesentlig mindre krav til operatørenes kompetanse. The main purpose of the invention is therefore to come up with a water treatment plant for use in land-based breeding facilities, which is simpler and cheaper than known water treatment plants, which requires less and less expensive maintenance and which makes significantly less demands on the operators' competence.

Det er et særlig formål å skape en vannbehandlingsanordning som kan foreta både mekanisk og biologisk rensing av avløpsvannet, slik at en får fjernet både partikler, for eksempel forrester, og kjemisk forurensning, særlig ammoniakk, og som i tillegg fjerner karbondioksyd fra vannet, tilfører oksygen og justerer vannets surhetsgrad (pH) til korrekt nivå. It is a particular aim to create a water treatment device that can carry out both mechanical and biological purification of the waste water, so that both particles, such as residues, and chemical pollution, especially ammonia, can be removed, and which in addition removes carbon dioxide from the water, adds oxygen and adjusts the water's acidity (pH) to the correct level.

Det er også et formål å skape en vannbehandlingsanordning som bygges opp av rimelige handelsvarer med minst mulig bearbeidelse og hvor aktive elementer enten regenererer seg selv eller lett kan skiftes ut med små kostnader. It is also an aim to create a water treatment device which is built up from inexpensive commercial goods with the least possible processing and where active elements either regenerate themselves or can be easily replaced at low cost.

Likeledes er det et formål at oppfinnelsen skal gjøre det mulig å starte en kindbasert oppdrettsvirksomhet i liten skala, og å ekspandere denne trinnvis, med lavest mulig økonomiske risiko på ethvert tidspunkt i prosessen. Likewise, it is a purpose that the invention should make it possible to start a cheek-based breeding business on a small scale, and to expand this step by step, with the lowest possible financial risk at any point in the process.

Oppfinnelsen The invention

Oppfinnelsen er angitt i patentkrav 1, idet den karakteriserende del angir de nye trekkene. The invention is stated in patent claim 1, with the characterizing part specifying the new features.

En slik vannbehandlingsanordning vil, som eksempelbeskrivelsen vil vise, kunne bygges med rimelige komponenter. Den har vist seg å fungere tilfredsstillende over lengre tid. Med den nye vannbehandlingsanordning er det for første gang blitt mulig å bygge og drive kommersielle resirkulasjonsanlegg for oppdrett av fisk, for eksempel ål, eller andre vannlevende organismer, i liten målestokk til særlig lave anleggs- og driftskostnader, og uten høye krav til operatørkompetanse. Such a water treatment device will, as the example description will show, be able to be built with reasonable components. It has proven to work satisfactorily over a long period of time. With the new water treatment device, it has become possible for the first time to build and operate commercial recirculation plants for farming fish, for example eels, or other aquatic organisms, on a small scale at particularly low installation and operating costs, and without high requirements for operator expertise.

I patentkrav 2-5 er det angitt særlig fordelaktige utførelsesformer av oppfinnelsen. Patent claims 2-5 specify particularly advantageous embodiments of the invention.

Eksempel Example

I tegningen er det vist eksempel på hvordan oppfinnelsen kan realiseres, idet fig. 1 viser skjematisk et enkelt oppdrettsanlegg, med oppdrettskar og vannbehandlingsanlegg i samsvar med oppfinnelsen, The drawing shows an example of how the invention can be realized, as fig. 1 schematically shows a simple breeding facility, with breeding vessels and water treatment facilities in accordance with the invention,

fig. 2 viser sideriss av en vannbehandlingsanordning i samsvar med oppfinnelsen, mens fig. 3 viser detaljer ved vannbehandlingsanordningen i fig. 2. fig. 2 shows a side view of a water treatment device in accordance with the invention, while fig. 3 shows details of the water treatment device in fig. 2.

I fig. 1 er det vist et oppdrettskar 11, for eksempel av glassfiberarmert plast, med en foringsautomat 12, en pumpe 13 som fører vann gjennom et stigerør 14 opp til et overrislingselement 15, for eksempel en sammenrullet plastnetting, delvis innkapslet med plastplater i topp og sider, slik at luft tilføres og vannsprut hindres, og slik at vannet tilføres oksygen fra luften samtidig med at karbondioksyd luftes ut. Ved oppdrettskarets 11 nedsenkede bunn 16 er det sentralt anordnet et uttakskammer 17 for uttak av vann for mekanisk og biologisk rensing, tilførsel av oksygen fra luft, fjerning av karbondioksyd og justering av pH. Gjennom et utløpsrør 18 blir avløpsvannet tilført en vannbehandlingsanordning i samsvar med oppfinnelsen, som er generelt betegnet med henvisningstall 19. Renseanordningen omfatter et oppsamlingsmagasin 20 i form av en rektangulær, kasseformet beholder. I denne er det bygget opp en mekanisk grovfilterdel 21, en mekanisk finfilterdel 22, en biologisk filterdel 23, og en pH-justeringsdel 24. In fig. 1 shows a breeding vessel 11, for example made of fiberglass reinforced plastic, with an automatic feeder 12, a pump 13 which carries water through a riser 14 up to an oversprinkling element 15, for example a rolled up plastic mesh, partially enclosed with plastic sheets at the top and sides, so that air is supplied and water splashes are prevented, and so that the water is supplied with oxygen from the air at the same time as carbon dioxide is vented out. At the submerged bottom 16 of the rearing vessel 11, there is centrally arranged an extraction chamber 17 for extraction of water for mechanical and biological purification, supply of oxygen from air, removal of carbon dioxide and adjustment of pH. Through an outlet pipe 18, the waste water is supplied to a water treatment device in accordance with the invention, which is generally denoted by reference number 19. The cleaning device comprises a collection magazine 20 in the form of a rectangular, box-shaped container. In this, a mechanical coarse filter part 21, a mechanical fine filter part 22, a biological filter part 23 and a pH adjustment part 24 have been built up.

Avløpsvannet fra utløpsrøret 18 renner gjennom den mekaniske grovfilterdelen 21 som i eksemplet består av en horisontalt plassert finmasket netting, for eksempel myggnetting av plast utspent på en ramme, slik at vannet lett passerer i sentrum av filteret, mens større partikler, for eksempel ekskrementer og forpartikler, stanses og forflyttes ut i filterets periferi av vannstrømmen, hvor de blir liggende nesten tørt uten å forurense vannet i særlig grad. Avløpsvannet renner deretter ned i ett eller flere vertikale sekkeformede mekaniske finfiltere 22, som i eksempelet består av ett sylinderformet stativ 25 av rustfritt stål som er kledd med finmasket fiberduk 26, eller et annet filterelement som gir mulighet for hurtig utskifting, for eksempel når filteret er tettet til eller fyllt med partikler. På grunn av vannets nivåforskjell på inn- og utsiden av de sekkeformede filterelementer drives vannet fra innsiden og ut, mens partikler blir sittende fast i filtermaterialet. De sekkeformede Altere kan være plassert ved siden av hverandre (parallellkoblet) eller inni hverandre (seriekoblet). The waste water from the outlet pipe 18 flows through the mechanical coarse filter part 21 which in the example consists of a horizontally placed fine mesh netting, for example plastic mosquito netting stretched on a frame, so that the water easily passes through the center of the filter, while larger particles, for example excrement and pre-particles , are stopped and moved out into the periphery of the filter by the water flow, where they remain almost dry without contaminating the water to any particular extent. The waste water then flows down into one or more vertical bag-shaped mechanical fine filters 22, which in the example consist of a cylindrical stand 25 of stainless steel that is covered with fine-mesh fiber cloth 26, or another filter element that allows for quick replacement, for example when the filter is clogged or filled with particles. Due to the water level difference on the inside and outside of the bag-shaped filter elements, the water is driven from the inside out, while particles get stuck in the filter material. The sac-shaped altars can be placed next to each other (parallel-connected) or inside each other (series-connected).

Mekanisk filtrert vann blir samlet opp i oppsamlingsmagasinet 20 hvor det er plassert en pumpe 27 for transport av vann til den biologiske filterdelen 23, til pH-reguleirngsdelen 24 og tilbake til oppdrettskaret 11, hvor det tilbakeførte vannet slippes ut gjennom et vertikalt sprederør 28 ved kanten. Fordeling av vann mellom de biologiske filtere, pH-reguleirngsenhet og oppdrettskar kan velges etter forholdene, og kan for eksempel være henholdsvis 45, 10 og 45 %. Mechanically filtered water is collected in the collection magazine 20 where a pump 27 is placed for transporting water to the biological filter part 23, to the pH-regulating part 24 and back to the breeding vessel 11, where the returned water is released through a vertical spreading pipe 28 at the edge . Distribution of water between the biological filters, pH control unit and breeding vessel can be chosen according to the conditions, and can for example be 45, 10 and 45% respectively.

I eksempelet består pH-reguleringsenheten av en beholder, for eksempel en plastbøtte, fyllt med et pH-regulerende partikulært materiale, for eksempel skjellsand. Effekten oppstår ved at vannet siver gjennom det partikulære materiale hvor det skjer en kjemisk reaksjon som influerer på vannets pH, hvoretter det renner ned i oppsamlingsmagasinet 20 og blandes med den øvrige vannmengde. In the example, the pH-regulating unit consists of a container, for example a plastic bucket, filled with a pH-regulating particulate material, for example shell sand. The effect is caused by the water percolating through the particulate material where a chemical reaction takes place that influences the water's pH, after which it flows down into the collection magazine 20 and mixes with the rest of the water.

I vannbehandlingsdelen er det dermed en intern resirkulasjonssyklus for den delen av vannet som fordeles til de biologiske filtere og til pH-reguleringsenheten. In the water treatment part, there is thus an internal recirculation cycle for the part of the water that is distributed to the biological filters and to the pH control unit.

Det biologiske filteret 23 omfatter i eksempelet en patron 29 av plastmateriale med stor overflate, nemlig sammenrullet plast-plenmatte 31. Denne har et stort antall armer eller tagger 32 som i filteret blir liggende horisontalt og overrisles av vannet slik det er vist i fig. 3. På taggene 32 og øvrige overflater i biofilteret vil det, enten på grunn av tilsetning av mikroorganismer, eller på grunn av vannets naturlige mikroflora, dannes en kultur 33 av mikroorganismer. Denne kulturen vil blant annet bestå av bakterier, for eksempel av type Nitrobacter og Nitrosomonas, som bryter ned eller omformer ammoniakk i avløpsvannet til nitritt, og i neste omgang nitritt til nitrat. In the example, the biological filter 23 comprises a cartridge 29 of plastic material with a large surface, namely rolled up plastic lawn mat 31. This has a large number of arms or spikes 32 which lie horizontally in the filter and are sprinkled over by the water as shown in fig. 3. On the tags 32 and other surfaces in the biofilter, either due to the addition of microorganisms, or due to the water's natural microflora, a culture 33 of microorganisms will form. Among other things, this culture will consist of bacteria, for example of the type Nitrobacter and Nitrosomonas, which break down or convert ammonia in the waste water into nitrite, and in the next step nitrite into nitrate.

Denne bakterielle prosess krever mye oksygen, som gjennom det biologiske filters spesielle konstruksjon, tilføres i overskudd ved at alle overflater, i tillegg til å overrisles med vann, også står i kontinuerlig og nær kontakt med luft. Denne konstruksjon bevirker at vannet som resirkuleres til oppdrettskaret er betydelig mer oksygenrikt enn avløpsvannet fra oppdrettskaret. This bacterial process requires a lot of oxygen, which through the biological filter's special construction, is supplied in excess by the fact that all surfaces, in addition to being sprinkled with water, are also in continuous and close contact with air. This construction means that the water that is recycled to the breeding tank is significantly more oxygen-rich than the waste water from the breeding tank.

Det biologiske filters konstruksjon bevirker også at karbondioksyd fjernes Ira vannet gjennom utlufting, noe som bidrar til å opprettholde en gunstig pH i vannet. The biological filter's construction also causes carbon dioxide to be removed from the water through aeration, which helps to maintain a favorable pH in the water.

En del av biofilterets mikroorganismer, for eksempel Nitrobacter og Nitrosomonas, har karbondioksyd som hovedkarbonkilde for sin metabolisme, noe som ytterligere bidrar til å fjerne karbondioksyd fra vannet. Både oppdrettskar og utstyr for vannbehandling er valgt eller konstruert slik at de mikroorganismer som omdanner ammoniakk og fjerner karbondioksyd skal utgjøre en størst mulig andel av mikrofloraen i det biologiske filter. Dette oppnåes ved at oppdrettskarets utforming, strømningsmønster og vannføring, utforming av sentersilen i oppdrettskaret, utforming av mekaniske grovfiltere og finfiltere, samt sekvensen av de enkelte vannbehandlingstrinn er valgt slik at partikler, for eksempel fiskeekskrementer og forpartikler, fjernes i størst mulig grad før avløpsvannet kommer til de biologiske filtere. De samme enheter er også v;ilgt eller utformet slik at partiklene fjernes hurtigst mulig fra vannstrømmen for at partiklene i minst mulig grad skal løses opp i vannet. Dette hindrer unødvendig forurensning av vannet og reduserer dermed belastningen av de biologiske filtere. Some of the biofilter's microorganisms, for example Nitrobacter and Nitrosomonas, have carbon dioxide as the main carbon source for their metabolism, which further contributes to removing carbon dioxide from the water. Both breeding vessels and equipment for water treatment are chosen or designed so that the microorganisms that convert ammonia and remove carbon dioxide form the largest possible proportion of the microflora in the biological filter. This is achieved by the design of the rearing tank, flow pattern and water flow, design of the center strainer in the rearing tank, design of mechanical coarse filters and fine filters, as well as the sequence of the individual water treatment steps being chosen so that particles, such as fish excrement and pre-particles, are removed to the greatest extent possible before the wastewater reaches to the biological filters. The same units are also chosen or designed so that the particles are removed as quickly as possible from the water stream so that the particles dissolve in the water to the least extent possible. This prevents unnecessary contamination of the water and thus reduces the load on the biological filters.

De biologiske filterpatroner er på sidene omsluttet av et sidedeksel 34 for å hindre vannsprut, og er på toppen utstyrt med spredeplate 35, i eksempelet bestående av en perforert plastplate, som fordeler vannet jevnt over filteret. Filterpatronene er plassert på et stativ 30~ i eksempelet laget av sjøvannsbestandig aluminium, i oppsamlingsmagasinet 20, slik at luften har fri tilgang til filterpatronenes underside. The biological filter cartridges are enclosed on the sides by a side cover 34 to prevent water splashes, and are equipped on top with a spreading plate 35, in the example consisting of a perforated plastic plate, which distributes the water evenly over the filter. The filter cartridges are placed on a stand 30~ in the example made of seawater-resistant aluminium, in the collecting magazine 20, so that the air has free access to the underside of the filter cartridges.

Det har vist seg at en slik filterpatron med en kultur av mikroorganismer kan opprettholde sin effekt i mer enn ett år uten rengjøring eller annet vedlikehold når de øvrige vannbehandlingsenheter er montert og operert i overensstemmelse med eksempelbeskrivelsen. Dette gir et biologisk filter som er tilnærmet vedlikeholdsfritt. It has been shown that such a filter cartridge with a culture of microorganisms can maintain its effect for more than one year without cleaning or other maintenance when the other water treatment units are installed and operated in accordance with the example description. This provides a biological filter that is virtually maintenance-free.

Den nødvendige vannutskifting i oppdrettsenheten kan gjøres kontinuerlig eller periodisk, for eksempel avtapping og påfylling en gang i døgnet. Vanntemperaturen vil normalt være 5-10 °C høyere enn omgivelsene på grunn av den varme som avgis ved pumping av vannet, men kan reguleres opp og ned ved å øke eller redusere systemets skjerming mot varmetap. The necessary water replacement in the breeding unit can be done continuously or periodically, for example draining and refilling once a day. The water temperature will normally be 5-10 °C higher than the surroundings due to the heat emitted by pumping the water, but can be regulated up and down by increasing or decreasing the system's shielding against heat loss.

I fig. 2 er det vist et snitt gjennom det mekaniske grovfilter 21, finfilter 22 og det biologiske filteret 23 i fig. 1. In fig. 2 shows a section through the mechanical coarse filter 21, fine filter 22 and the biological filter 23 in fig. 1.

I fig. 3 er det vist et forstørret utsnitt av det biologiske filteret 23, som illustrerer taggene 32, kulturen av mikroorganismer 33, sidedeksel 34 og spredeplate 35. In fig. 3 shows an enlarged section of the biological filter 23, which illustrates the tags 32, the culture of microorganisms 33, side cover 34 and spreading plate 35.

Claims

1. Device for cleaning and treating water from a land-based vessel (11) for breeding fish and other aquatic organisms, with a mechanical coarse filter (21), a mechanical fine filter (22) and a biological treatment unit (23) where water from the breeding vessel is trickled over a biological filter element (29) with a culture of microorganisms that remove harmful substances in the waste water or convert them into substances that can be recycled, characterized in that the biological treatment unit is placed in a flow chain after the mechanical filters (21, 22) and contains at least one filter element (29) comprising a flexible material with a large surface area which is rolled into a unit with an axial orientation in the direction of water flow.

2. Device in accordance with patent claim 1, characterized in that the biological filter element (29) comprises a roll of a sheet material (31) with protruding, surface-increasing elements, in particular a plastic material with one-sided or two-sided protruding tags (32).

3. Device in accordance with patent claim 2, characterized by the sheet material being an artificial grass.

4. Device in accordance with one of patent claims 1-3, characterized in that the biological treatment unit (23) is placed on a structure (30) above the bottom and the water surface in a collection magazine (20) for free air access on the underside (fig. 1 and 2), so that the air flow through the filter element is not obstructed, and that the water can thus be enriched with oxygen when it passes through.

5. Device in accordance with patent claim 4, characterized in that the biological treatment unit (23) comprises two or more separate filter elements (29) which are placed side by side (fig. 2), so that production stoppages are avoided by gradual replacement of the filter capacity is possible when disinfection is needed or for other reasons .