水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水的機(jī)械與植物凈化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

薛彬　蔣日進(jìn)　鄭剛

摘要 為了解決水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水環(huán)境負(fù)效應(yīng)大的問題，根據(jù)養(yǎng)殖尾水特征，設(shè)計(jì)了機(jī)械結(jié)合植物凈化系統(tǒng)。結(jié)果表明，該凈化系統(tǒng)能夠有效改善水體嚴(yán)重富營(yíng)養(yǎng)化，降低水體中懸浮物、生物需氧量、化學(xué)需氧量、亞硝酸鹽氮等的含量，經(jīng)處理凈化后尾水可以實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用，具有顯著的生態(tài)環(huán)境效益。

關(guān)鍵詞 水產(chǎn)養(yǎng)殖；尾水；凈化方案

中圖分類號(hào) S949 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2017）01-0067-02

Purifying Systems Design and Application of Waste Water from Culture System of Aquatic Products with Machine and Plants

XUE Bin1，2， JIANG Rijin1，3， ZHENG Gang4

（1.Marine Fisheries Research Institute of Zhejiang Province， Scientific Observing and Experimental Station of Fishery Resources for Key Fishery Grounds， Ministry of Agriculture， Zhejiang Province Key Laboratory for Technology Research on Sustainable Utilization of Marine Fishery Resources， Zhoushan，Zhejiang 316021；2.State Key Laboratory of Biogeology and Environmental Geology， School of Earth Sciences， China University of Geosciences， Wuhan，Hubei 430074；3.College of Marine Science and Technology， Shanghai Ocean University， Shanghai 201306；4.Ocean Research Center of Zhoushan，Zhejiang University， Zhoushan，Zhejiang 316021）

Abstract In order to solve the problem of negative environmental effect， the purification system of machine and plants was designed according to the characteristics of culture waste water. The results showed that the new system could effectively improve the eutrophication of water system， reduce the contents of suspended substance， biological oxygen demand（BOD）， chemical oxygen demand（COD） ， nitrite nitrogen and so on in water system. And the waste water could be recycled after purification and it had significant ecological benefits.

Key words Culture system；Waste water；Purifying schemes

近年來，隨著高密度人工養(yǎng)殖的快速發(fā)展和養(yǎng)殖環(huán)境污染的日益加劇，使得水產(chǎn)養(yǎng)殖水體的污染程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過水體自身的凈化能力[1-8]。人工水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中的殘剩飼料和魚類排泄物形成的污染物造成水體自身污染乃至水質(zhì)嚴(yán)重惡化，表現(xiàn)為水體嚴(yán)重富營(yíng)養(yǎng)化，水體中懸浮物增多，生物需氧量、化學(xué)需氧量、亞硝酸鹽氮等含量增加，溶解氧下降[9-15]。

傳統(tǒng)的水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水處理方式是通過將養(yǎng)殖廢水排放后，注入新鮮的水體。這種水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水處理方式容易引起水體污染，輕者對(duì)水生經(jīng)濟(jì)動(dòng)物的生長(zhǎng)、發(fā)育、繁殖產(chǎn)生不良影響；嚴(yán)重時(shí)則會(huì)破壞水體的微環(huán)境生態(tài)體系。因此，水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水的處理和循環(huán)利用逐漸受到關(guān)注[16]。

此外，目前的固液分離技術(shù)主要是針對(duì)養(yǎng)殖廢水中懸浮固體去除的廢水處理技術(shù)。懸浮固體廢物的去除是一個(gè)固液分離的過程，主要包括以下2種分離方式：重力分離方式和機(jī)械過濾方式。重力分離方式是利用重力從液相中分離固體顆粒物；由于固體顆粒和液相的密度不同（固體顆粒的密度大），在相對(duì)靜止的液柱內(nèi)，固體顆粒物在重力作用下發(fā)生沉積，從而實(shí)現(xiàn)固液分離[17]。

機(jī)械過濾方式使用方便、靈活，是去除懸浮固體顆粒物最為快捷、經(jīng)濟(jì)的方法，它是水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)中用來進(jìn)行固液分離的主要手段，其利用液相中顆粒物粒徑大小不同的特點(diǎn)，用一定孔徑的過濾網(wǎng)截留顆粒物，達(dá)到去除懸浮固體顆粒物的目的。機(jī)械過濾方式雖然使用方便、靈活，但目前的機(jī)械過濾裝置在過濾懸浮固體顆粒物的過程中，懸浮固體顆粒物將大量聚集在過濾層表面上，容易將過濾層堵塞，從而造成過濾層失效，使過濾效率降低、過濾效果下降[18]。為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水進(jìn)行循環(huán)處理、利用的人工養(yǎng)殖尾水的機(jī)械與植物凈化系統(tǒng)。

在此基礎(chǔ)上，為了克服現(xiàn)有技術(shù)中機(jī)械過濾裝置存在的不足，提供一種人工養(yǎng)殖尾水的機(jī)械與植物凈化系統(tǒng)，機(jī)械過濾設(shè)備操作方便，設(shè)備利用率高，過濾效果好，可以有效清理養(yǎng)殖廢水中的懸浮固體顆粒物，并可有效解決懸浮固體顆粒物過濾的過程中過濾效率降低、過濾效果下降的問題。筆者設(shè)計(jì)了一種機(jī)械和植物凈化系統(tǒng)，對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖尾水進(jìn)行了凈化。

1 尾水凈化方案

設(shè)計(jì)的人工養(yǎng)殖尾水的機(jī)械與植物凈化系統(tǒng)如圖1所示，包括沉淀池、曝氣池、機(jī)械過濾設(shè)備、藻類凈化池及臭氧消毒池。其中，沉淀池與曝氣池相連通；機(jī)械過濾設(shè)備包括抽水管道、水泵及第一排水管。抽水管道的一端與曝氣池相連，另一端與水泵的進(jìn)水口相連接；第一排水管的進(jìn)水端口與水泵的出水口相連，第一排水管的出水端口與藻類凈化池相連；藻類凈化池與臭氧消毒池相連。

1.1 尾水循環(huán)利用方案

人工養(yǎng)殖尾水的機(jī)械與植物凈化系統(tǒng)要對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水進(jìn)行循環(huán)處理與利用。機(jī)械過濾設(shè)備由機(jī)架、同軸設(shè)置在機(jī)架上的導(dǎo)流管道及清理管道組成，同軸設(shè)置在導(dǎo)流管道內(nèi)的第一軸桿，設(shè)置在機(jī)架上并與第一軸桿相平行的第一導(dǎo)軌，可沿第一導(dǎo)軌滑動(dòng)的滑座，用于移動(dòng)滑座的第一推移執(zhí)行裝置，可滑動(dòng)設(shè)置在導(dǎo)流管道內(nèi)的第一通斷滑套，可滑動(dòng)設(shè)置在清理管道內(nèi)的活塞體，第二通斷滑套及顆粒物過濾裝置；導(dǎo)流管道的兩端封閉，導(dǎo)流管道上設(shè)有導(dǎo)流管道進(jìn)口及導(dǎo)流管道出口；清理管道的一端開口，另一端封閉，且清理管道開口端靠近導(dǎo)流管道，清理管道上設(shè)有清理管道進(jìn)口及清理管道出口；導(dǎo)流管道進(jìn)口及清理管道進(jìn)口分別通過進(jìn)水管道與水泵的出水口相連接；第一排水管的進(jìn)水端口與清理管道出口密封連接。

第一軸桿的兩端貫穿導(dǎo)流管道，第一軸桿的一端通過軸承或軸承座可轉(zhuǎn)動(dòng)的與滑座相連接，另一端與活塞體相連接，第一軸桿上、位于導(dǎo)流管道內(nèi)設(shè)有驅(qū)動(dòng)葉輪，第一通斷滑套通過第一連接桿與第一軸桿連接，第一通斷滑套外側(cè)面上設(shè)有第一前密封圈及第一后密封圈；清理管道內(nèi)壁上設(shè)有限位凸塊，活塞體與清理管道的開口端位于限位凸塊的同一側(cè)，清理管道進(jìn)口、第二通斷滑套及清理管道的封閉端均位于限位凸塊的同一側(cè)，第二通斷滑套與清理管道的封閉端之間設(shè)有可使第二通斷滑套抵靠在限位凸塊上的壓縮彈簧，靠近活塞體的第二通斷滑套端面上設(shè)有軸向延伸的頂桿，第二通斷滑套外側(cè)面上設(shè)有第二前密封圈及第二后密封圈；顆粒物過濾裝置包括若干可滑動(dòng)設(shè)置在第二通斷滑套內(nèi)的隔套，設(shè)置在各隔套內(nèi)的過濾網(wǎng)層及與活塞體相連接的第二連接軸桿，第二連接軸桿與第一軸桿同軸，且第二連接軸桿與第一軸桿位于活塞體兩側(cè)，第二連接軸桿穿過各過濾網(wǎng)層，且各隔套通過連接件與第二連接軸桿相連接；

第一導(dǎo)軌上設(shè)有第一限位擋塊及第二限位擋塊，第一限位擋塊與第二限位擋塊位于滑座兩側(cè)；

當(dāng)滑座沿第一導(dǎo)軌移動(dòng)，并抵靠在第一限位擋塊上時(shí)，導(dǎo)流管道進(jìn)口位于第一前密封圈與第一后密封圈之間活塞體位于清理管道內(nèi)，且頂桿端部抵靠在活塞體端面上，第二通斷滑套位于清理管道進(jìn)口與清理管道出口之間，且各隔套位于第二通斷滑套內(nèi)；

當(dāng)滑座沿第一導(dǎo)軌移動(dòng)，并抵靠在第二限位擋塊上時(shí)，第一通斷滑套位于導(dǎo)流管道進(jìn)口與導(dǎo)流管道出口之間，活塞體及顆粒物過濾裝置位于清理管道外側(cè)，第二通斷滑套抵靠在限位凸塊上，且清理管道進(jìn)口位于第二前密封圈與第二后密封圈之間。

1.2 尾水高效凈化方案

人工養(yǎng)殖尾水的機(jī)械與植物凈化系統(tǒng)操作方便，設(shè)備利用率高，過濾效果好，可以有效清理養(yǎng)殖廢水中的懸浮固體顆粒物，并能有效解決懸浮固體顆粒物過濾的過程中過濾層易堵塞，造成過濾層失效，使得過濾效率降低、過濾效果下降的問題。

設(shè)計(jì)了自清理裝置，該自清理裝置包括設(shè)置在導(dǎo)流管道與清理管道之間的限位檔桿，若干可轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置在第二連接軸桿上的第一軸套，設(shè)置在各第一軸套上的刷桿及設(shè)置在各刷桿端部的自適應(yīng)止動(dòng)結(jié)構(gòu)，各第一軸套等距分布，且相鄰2個(gè)第一軸套之間分別設(shè)有一個(gè)過濾網(wǎng)層，刷桿沿第二連接軸桿的徑向延伸，且刷桿外側(cè)面上設(shè)有若干刷毛；

限位檔桿與第一軸桿相平行，且限位檔桿與第一軸桿的軸線之間的間距大于隔套的外周面半徑，自適應(yīng)止動(dòng)結(jié)構(gòu)包括通過轉(zhuǎn)軸可轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置在刷桿端部的止動(dòng)檔桿，且該轉(zhuǎn)軸與第二連接軸桿相垂直。

該方案中的自清理裝置不僅能夠在保證人工養(yǎng)殖尾水的機(jī)械與植物凈化系統(tǒng)正常工作的前提下，有效清理聚集在各過濾層上的懸浮固體顆粒物，而且能充分利用人工養(yǎng)殖尾水的機(jī)械與植物凈化系統(tǒng)中現(xiàn)有的動(dòng)力源來實(shí)現(xiàn)對(duì)各過濾層上的懸浮固體顆粒物的清理，而不需要添加額外的動(dòng)力設(shè)備，有效提高設(shè)備利用率，降低設(shè)備成本及能耗。

第一排水管的進(jìn)水端口與清理管道出口之間設(shè)有流量計(jì)。該方案通過流量計(jì)來測(cè)量清理管道出口內(nèi)的流量，在過濾懸浮固體顆粒物的過程中，當(dāng)流量計(jì)測(cè)得的流量低于設(shè)定值時(shí)，說明過濾網(wǎng)層上聚集的懸浮固體顆粒物過多，導(dǎo)致水流不通；此時(shí)，可以通過第一推移執(zhí)行裝置帶動(dòng)第一軸桿，使活塞體及顆粒物過濾裝置移至清理管道外側(cè)進(jìn)行清理，有利于提高水域中懸浮固體顆粒物的清理效率。

2 工作過程

人工養(yǎng)殖尾水的機(jī)械與植物凈化系統(tǒng)的具體工作過程如下：首先，人工養(yǎng)殖池內(nèi)的養(yǎng)殖廢水進(jìn)入沉淀池內(nèi)，并流經(jīng)隔墻分隔成的曲折的水流通道，在此過程中養(yǎng)殖廢水內(nèi)的顆粒物經(jīng)過初步沉淀；其次，養(yǎng)殖廢水流入曝氣池內(nèi)，通過曝氣裝置進(jìn)行曝氣；再次，通過機(jī)械過濾設(shè)備進(jìn)一步過濾經(jīng)過曝氣的養(yǎng)殖廢水內(nèi)的顆粒物，并將過濾后的水體排放到藻類凈化池內(nèi)；第四，通過藻類凈化池內(nèi)的藻類對(duì)水體進(jìn)行凈化；最后，水體流入氧消毒池內(nèi)，并通過臭氧進(jìn)行消毒處理，然后使水體回流到人工養(yǎng)殖池內(nèi)。

3 展望

該系統(tǒng)能夠?qū)λa(chǎn)養(yǎng)殖廢水進(jìn)行循環(huán)處理與利用。機(jī)械過濾設(shè)備具有操作方便，設(shè)備利用率高，過濾效果好，可以有效清理養(yǎng)殖廢水中的懸浮固體顆粒物的特點(diǎn)，并能有效解決懸浮固體顆粒物過濾的過程中過濾層容易堵塞的問題。

參考文獻(xiàn)

[1] 萬紅，宋碧玉，楊毅，等.水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水的生物處理技術(shù)及其應(yīng)用[J].水產(chǎn)科技情報(bào)，2006，33（3）：99-102.

[2] 王安利，廖紹安.發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)（Circular Economy）促進(jìn)水產(chǎn)健康養(yǎng)殖[J].現(xiàn)代漁業(yè)信息，2006，21（12）：3-6.