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一、懸浮物的處理-1
1、養(yǎng)殖水體中養(yǎng)殖水體中的懸浮物及其特性
工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖中的懸浮物主要由于餌料的投喂而引起。在一次性過流養(yǎng)殖水體試驗(yàn)中,根據(jù)餌料投喂量的不同,其含量在5~50 mg/L左右。在飼料系數(shù)0.9~1.0情況下,魚體每增重1 kg就會(huì)產(chǎn)生150~200 g懸浮物。因此,作為循環(huán)使用的養(yǎng)殖水體,懸浮物在水中的積累是非常迅速的。這些基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是進(jìn)行懸浮物處理的基本參數(shù)。 養(yǎng)殖水體中魚類的固體排泄物,在正常代謝的情況下,大部分以懸浮物的形式存在于水體中。在流動(dòng)的養(yǎng)殖水體中,懸浮物有64%是小于30 μm的顆粒。懸浮物的比重略大于水,顆粒小、流動(dòng)性好、有一定的黏附性,在有水流的條件下呈懸浮狀態(tài)。從養(yǎng)殖水體中去除30 μm以下的懸浮物,一直是工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖設(shè)計(jì)研究的重要方向。 養(yǎng)殖水體中的懸浮物的積累,使水體渾濁,影響?zhàn)B殖魚類鰓體的過濾和皮膚的呼吸,增加魚類脅迫壓力,惡化水質(zhì)、消耗水中的溶解氧。工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中及時(shí)清除養(yǎng)殖水體中的懸浮物是非常必要的。
2 懸浮物處理技術(shù)
(1)固定式過濾床
固定過濾床一般由鵝卵石、粗砂和細(xì)砂三層過濾組成。根據(jù)其工作水流的不同可分為噴水式濾床和壓力式濾床。是一種比較原始的過濾方式,具有過濾效果好的特點(diǎn),可過濾90%左右的懸浮顆。其應(yīng)用難度在于設(shè)備龐大、效率低、反沖困難。
(2)濾網(wǎng)過濾
濾網(wǎng)過濾主要是細(xì)篩網(wǎng)進(jìn)行懸浮物的過濾,其中液力驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)式過濾轉(zhuǎn)筒是一項(xiàng)新技術(shù),用網(wǎng)目為60μm的篩網(wǎng),可過濾36~67%的懸浮物。其中改變其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),增加過濾面積,減少尺寸和反沖用水是進(jìn)一步研究的重點(diǎn)
(3)浮式濾床 浮式濾床應(yīng)用比水比重小的塑料球作為過濾介質(zhì),浮球直徑為3 mm左右,可過濾100%的30 μm以上79%的30 μm以下的懸浮物顆粒獲得很好過濾效果。但是,養(yǎng)殖水體中的懸浮物具有結(jié)塊的特性,為了防止反沖時(shí)堵塞和較好的過流量,浮球生物濾器需要頻繁的反沖。為了改善其應(yīng)用效果,必須進(jìn)一步研究防止堵塞的結(jié)構(gòu)和方法。
(4)自然沉淀處理 自然沉淀技術(shù)是應(yīng)用魚池特殊結(jié)構(gòu)或沉淀池,使懸浮物沉淀、集聚并不斷排出,設(shè)計(jì)良好的沉淀池可去除59%~90%懸浮物。其中設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是確定懸浮物的沉降流速,有資料表明,對(duì)于沉淀池處理,過流流速應(yīng)低于4 m3/min,適宜流速為1 m3/min;單位面積的流量為1.0~2.7 m3/m2h。自然沉淀雖然具有較好的效果,但是由于低流速限制了循環(huán)的流量,會(huì)減少養(yǎng)殖密度和養(yǎng)殖效率。
(5)氣泡浮選處理 氣泡浮選處理的原理是通過氣泡發(fā)生器持續(xù)不斷的在水中釋放氣泡,使氣泡形成象篩網(wǎng)一樣的過濾屏幕,并利用氣泡表面的張力吸附水中的懸浮物。產(chǎn)生微小氣泡(直徑為10~100 μm ),可有效去除水產(chǎn)養(yǎng)殖水體中的懸浮物。氣泡越小,效率越高。因此,研究產(chǎn)生微小氣泡的發(fā)生裝置,是該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵。
二、氨氮處理技術(shù)-1
1 養(yǎng)殖水體中的氨氮及其特性
工廠化養(yǎng)殖水體中的氨氮主要是由于養(yǎng)殖魚類的代謝、殘餌和有機(jī)物的分解而引起。一次性過流試驗(yàn)表明,高密度流水養(yǎng)殖排水中的氨氮濃度一般為1.4 mg/L左右。飼料質(zhì)量的影響更是直接的,大約有40%飼料蛋白的氮被鮭鱒魚類轉(zhuǎn)化成氨氮(NH3和NH4+),在餌料系數(shù)為1.0的情況下,鮭鱒魚類每增長(zhǎng)1 kg就會(huì)產(chǎn)生33 g N。根據(jù)飼料蛋白的含量不同,可用不同的方法計(jì)算魚類的氨氮排量,蛋白為超過40%時(shí),氨氮(mg)=投飼量(g)×30;蛋白質(zhì)在30%~ 40%時(shí),氨氮(mg)=投飼量(g)×25,在蛋白低于30%時(shí),氨氮(mg)=投飼量(g)×20。 養(yǎng)殖魚類排泄的氨氮中,大約有7~32%的總氮是包含在懸浮物中,大部分溶解于養(yǎng)殖水體中,分別以離子銨NH4+和非離子氨NH3的形式存在,并且隨著pH值的變化而相互轉(zhuǎn)化。研究物理、化學(xué)和生物的氨氮處理先進(jìn)技術(shù)和有效方法,是工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖的重要課題。 氨氮在養(yǎng)殖水體中的積累會(huì)對(duì)魚類產(chǎn)生毒性作用,其中非離子氨對(duì)魚類毒性作用很大。工廠化養(yǎng)殖水體的氨氮總量一般不應(yīng)超過1 mg/L,非離子氨不應(yīng)超過0.02 mg/L(GB 11601-2000)。由于離子銨NH4+和非離子氨NH3在不同pH值條件下相互轉(zhuǎn)換,因此在控制養(yǎng)殖水體氨氮積累的同時(shí),應(yīng)注意pH值的調(diào)節(jié)。
2 氨氮處理技術(shù)
2.1 空氣吹脫
空氣吹脫的原理是應(yīng)用氣液相平衡和介質(zhì)傳遞亨利定律,在大量充氣的條件下,減少了可溶氣體的分壓,溶解于水體中的氨NH3穿過界面,向空中轉(zhuǎn)移,達(dá)到去除氨氮的目的。空氣吹脫的效率直接受到pH值的影響,在高pH值的條件下,氨氮大部分以非離子氨的形式存在,形成溶于水的氨氣:
HH4+ + OH-D NH4OH "H2O + NH3›
在pH值為11時(shí),空氣吹脫可去除95%的氨氮,在正常養(yǎng)殖水體也可獲得一定的效果。
空氣吹脫應(yīng)用的關(guān)鍵是pH值的調(diào)整,使處理過程既能提高處理的效率,又能適應(yīng)養(yǎng)殖魚類對(duì)水體pH值的要求。同時(shí)空氣吹脫需要空氣的流量大,在低溫下水溫易受影響。
2. 2 離子交換吸附
離子交換吸附是應(yīng)用氟石或交換樹脂對(duì)水體中的氨氮進(jìn)行交換和吸附。氟石的吸附能力約為1 mg/g,設(shè)計(jì)適宜可吸附95%的氨氮,在達(dá)到吸附容量后,可用10%的鹽水噴林24小時(shí)進(jìn)行再生,重復(fù)使用( Stephen M. Meyer 2001)。在工廠化養(yǎng)殖中應(yīng)用氟石有較好的效果,但其再生操作煩瑣、時(shí)間長(zhǎng)。有些研究利用氟石作為生物處理的介質(zhì),在氟石上接種硝化細(xì)菌,達(dá)到提高生物處理效率的目的(Ori Lahav,1997)。
2.3 生物處理 生物處理是利用硝化細(xì)菌、亞硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌對(duì)水中的氨氮進(jìn)行轉(zhuǎn)化和去除。亞硝化細(xì)菌Nitrosomonas europaea and Nitrosococcus mobilis把氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽、硝化細(xì)菌 Nitrobacter winogradski and Genus Nitrospira 把亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為硝酸鹽。如果進(jìn)行徹底脫氮處理,可利用反硝化細(xì)菌進(jìn)行處理。由于反硝化過程是在厭氧條件下(溶解氧低于1 mg/L)進(jìn)行,應(yīng)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖有一定的困難。研究表明,硝酸鹽對(duì)魚類的影響很小,一些養(yǎng)殖魚類可抵抗大于 200 mg/l濃度的硝酸鹽。因此,水產(chǎn)養(yǎng)殖水體的處理,很少應(yīng)用反硝化過程。 生物處理具有投資少,效率高的特點(diǎn),受到廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。有資料顯示,應(yīng)用硝化和亞硝化細(xì)菌附著浮球進(jìn)行氨氮處理,氨氮的轉(zhuǎn)化率為380 g/(m3·day),餌料負(fù)荷能力為32 kg/(m3·day)。 但是,硝化細(xì)菌的最佳生長(zhǎng)溫度在30℃以上,溫度降低其活性降低,處理能力下降,低于15℃已經(jīng)很難利用。研究低溫下優(yōu)勢(shì)細(xì)菌的培養(yǎng)和保持技術(shù),應(yīng)該是我們研究的重要方向。
2. 4 臭氧氧化處理
臭氧作為消毒和去除懸浮物在水產(chǎn)養(yǎng)殖上獲得廣泛應(yīng)用,其也有一定的氨氮氧化效果。研究表明臭氧的直接氧化可去除水體中氨氮的25.8%,在加入催化劑的條件下,可大幅度提高其氧化效率。在工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖水體中加入催化劑,也可大幅度提高氧化效率,可去除50%左右的氨氮。
臭氧氧化氨氮的方法在水產(chǎn)養(yǎng)殖上的應(yīng)用還有待深入研究。由于臭氧氧化氨氮可把氨氮中的氮直接轉(zhuǎn)化為氮?dú),去除了水質(zhì)惡化的營(yíng)養(yǎng)源,是一種有效的處理方法。利用催化方法提高臭氧氧化氨氮的效率,應(yīng)用于養(yǎng)殖水體的處理,是水產(chǎn)養(yǎng)殖水體氨氮處理的一條新途徑。
同時(shí),臭氧具有消毒殺菌和沉淀懸浮物的作用,如果能提高其氧化氨氮的效率,臭氧在處理養(yǎng)殖水體上的綜合利用將會(huì)有廣泛的應(yīng)用前景,是重點(diǎn)研究的課題。
2. 5 電滲析處理
電滲析處理是極性電場(chǎng)技術(shù)和分子篩膜分離技術(shù)結(jié)合的處理技術(shù),其工作原理是水體在電場(chǎng)的兩極流動(dòng)時(shí),水中的帶電離子在直流電場(chǎng)的作用下定向移動(dòng),陰離子透過陰膜進(jìn)入陰離子集水槽,陽(yáng)離子通過陽(yáng)膜進(jìn)入陽(yáng)離子集水槽,從而可把水體中的離子氨去除。
由于水體中的氨氮在pH值為7的中性條件下,非離子氨僅為氨氮總量的0.55%,95%以上是離子氨,所以電滲析處理可獲得好的處理效果。電滲析處理具有分離效率高、裝置緊湊、自動(dòng)化容易的特點(diǎn),已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于化工、食品、冶金和航天領(lǐng)域的水處理工程。結(jié)合工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖實(shí)際的養(yǎng)殖水體處理的電滲析設(shè)備,是工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖設(shè)施研究的新領(lǐng)域。
由于電滲析處理中的分離膜有很強(qiáng)的選擇性,容易受懸浮物的堵塞和有機(jī)物的污染,需要頻繁的清洗,容易損壞,增加成本。因此,研究高強(qiáng)度膜材料是發(fā)展的趨勢(shì)。 |
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