CN103553279B - 用于循环水养殖***的水处理装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及水产养殖及养殖循环水的消毒及去除有机物处理工艺及装置，该装置采用静态混合器混合臭氧，以消毒灭菌为主，静态混合器压头损失小；在紫外辐射区处理后，消毒灭菌和有机物去除，进入生物填料反应区，以有机物去除为主。本装置将臭氧溶解与反应合为一体，结构简单，可对养殖水体进行消毒灭菌处理，并能降解有机物，去除氨氮和水色，增加溶解氧。

Description

用于循环水养殖***的水处理装置和方法
技术领域
本发明涉及水产养殖及养殖循环水的消毒及去除有机物处理工艺及装置。
背景技术
循环水养殖是未来水产养殖的发展趋势，然而因其养殖的高密度高负载和水的高循环利用率，使对水环境调控的难度加大；而且由于水的重复利用，若养殖水体带入病原，则养殖生物则与病原长期重复接触，增大养殖风险。因此，循环水养殖***中水体消毒和有机物去除是必要的处理环节。
臭氧是一种强氧化剂和消毒剂，已被证实能快速有效的杀死养殖水体中病毒、细菌和原生动物，而且还可氧化难生物降解的有机物和硝酸盐，有助于循环***固体颗粒去除，有利于增强循环***运行的稳定性。然而臭氧进行不同去除目标的处理所需剂量并不相同，杀菌消毒处理受传质速度控制（快速反应），降解有机物和氨氮等受化学反应速度控制（慢速反应）。目前国外主要采用氧锥进行溶解，溶解效率高，有一定停留接触时间，但其属压力溶解，能耗较高；国内主要采用射流器进行溶解，装置比较简便，溶解效率较高，但流量受限制，处理量小，能耗较高。而且两者均只考虑臭氧的溶解效率方面影响因素，未考虑臭氧在降解有机物和氨氮等受化学反应速度控制的影响因素。
发明内容
本发明旨在提供一种用于循环水养殖***的水处理装置及循环水养殖***的水处理工艺，以解决现有水处理装置中臭氧应用中能耗高、处理量小，在降解有机物方面需较长停留时间，装置占地大等问题。
技术方案如下：
一种用于循环水养殖***的水处理装置，结构包括封闭的箱体，箱体内部由竖直的隔板分隔为紫外辐射区和生物填料反应区两个腔体；隔板下端及两侧固定在箱体上，隔板上端与箱体顶部的距离为5～10cm；
管状的静态混合器配置在紫外辐射区内背离隔板的侧面，上方为进水口和臭氧进气口，固定在箱体的顶部，下方为出口，与箱体的底部留有距离，静态混合器的出口与箱体底部的距离为箱体高度的10%～20%；
所述的静态混合器为SV型静态混合器，优选的，其结构为，静态混合器内部由多个混合单元组成，每个混合单元由V型结构的波纹板交替重叠而成，相邻两块波纹板的波纹倾斜方向相反；相邻的混合单元之间的波纹通道呈90度夹角；这种静态混合器的结构可形成对流切割和混合作用，使循环水与臭氧充分均匀混合；
臭氧进气口外接臭氧投加气源；
静态混合器的底部出口通入紫外辐射区；
在紫外辐射区内竖直分布紫外灯管，紫外灯管上部固定在箱体的顶部，下部置于箱体底板上；紫外灯管的长度为0.9～1.5m，其间距为辐射半径的1.8～2.1，优选为辐射半径的2倍；
生物填料反应区在水平方向上分隔为上部的生物填料层和下部的出水区，两者之间以孔板间隔；孔板上分布小孔，小孔的直径6～10mm，相邻小孔中心之间的间距为15～30mm；
生物填料层由直径为12～50mm的空心填料组成，生物填料层的高度为30～80cm；顶端与隔板上端的距离为5～20cm；
紫外辐射区域生物填料反应区的容积比为1：0.8～1：20，优选为1：1～1：10；
出水区与箱体下部的出水口连通，隔板的位置高于出水口。
优选的，紫外辐射区的底部设有排空口，生物填料反应区的顶部开设尾气排放口。
在臭氧进气口上设有单向阀，防止出现水倒流现象。
循环水养殖***的水处理工艺，包括如下步骤：
（1）利用上述的装置，使养殖废水经进水口流入静态混合器，在臭氧进气口处投加臭氧，将进气压力控制在0.015～0.03Mpa，进气流量为0.08～0.15m3/h，气水比（体积比）
为1：40～1：100，单位时间臭氧的投加量与单位时间养殖废水处理量的比例为1.0～3.0g/m3；
（2）臭氧在静态混合器中溶解于养殖废水，在紫外辐射区经过紫外灯照射，从隔板上端与箱体顶部之间的间隙溢出流入生物填料反应区；经生物填料过滤处理后的养殖废水进入出水区，再经出水口流出；紫外辐射区和生物填料区的残留尾气通过尾气排放口排出。
养殖废水在装置中停留时间为5～10min。
本装置主要用于水体消毒和有机物氨氮去除，静态混合器中是以消毒灭菌为主，紫外辐射区兼顾消毒灭菌和有机物去除，生物填料区以有机物去除为主。本装置将臭氧溶解与反应合为一体，通过静态混合器进行臭氧的投加溶入，静态混合器压头损失小（射流器压头损失一般为静态混合器的8倍左右），混合均匀度达99%以上，但投加的臭氧气体需要一定的压力，一般控制在0.02Mpa以上就行，由于臭氧发生器采用液氧源或压缩机产生的空气气源均带有一定压力（一般>0.1Mpa），因此充分利用进气源自带压力就可满足需要，无需其他额外装置。
在通过静态混合器混合处理后，夹杂未溶解臭氧的臭氧水至下往上通过紫外灯辐射区。一方面在紫外催化作用下，臭氧进一步反应生成氧化性更强的羟基，加速其降解有机物的速率，降低对有机物的选择性，提高处理对象的范围，也能加速消毒灭菌的速率；另一方面，减少尾气中臭氧的浓度，提高装置的安全性。
经紫外辐射区处理后，进入生物填料反应区，生物填料一般选用空心填料，目的是增大接触面积，保持一定停留时间，以利于有机物降解和氨氮去除等。养殖废水经前几道环节处理后，为高饱和溶解氧状态，有利于好氧反应，在此环节区域臭氧的消毒效率降低，活性较差的生物膜将被去除，高活性的生物膜将保留，保持填料上微生物处于高活性的对数增长期，提高有机物和氨氮的处理效率。
本发明的有益效果在于：
1、本装置结构简单，应用简便，功能多样，可对养殖水体进行消毒灭菌处理，并能降解有机物，去除氨氮和水色，增加溶解氧。传统方法中，使用的射流器能耗高，压头损失大，处理量小；采用静态混合器进行臭氧投加，进行臭氧混合溶解相较于射流器等装置具备更大的水处理量，更低的能量损失，混合溶解效率明显提高。本装置在处理量为4m3/h的情况下，臭氧投加气源压力为0.2Mpa，气流量为0.1m3/h时；射流器的溶解效率为51%，而本装置的静态混合器为72%。
2、本处理工艺采用紫外灯辐射催化臭氧产生氧化性更强的羟基，通过羟基进行水质净化处理，提高与有机污染物的化学反应速度，降低对有机污染物的选择性，使本装置具备对有机物去除效率高、适用范围广、停留时间短等优点，解决了传统化学反应速率控制反应需要较长停留时间、装置占地大的问题。而且还提高消毒效率降低消毒所需CT值，在相同消毒停留时间T的条件下，可降低臭氧浓度C，这意味着减少臭氧投加量，降低运行成本，减少消毒副产物溴酸盐等产生，同时还减少尾气中臭氧含量，提高臭氧利用率。并利用反应器另一腔体中的生物填料进行生物处理，臭氧反应的副产物氧气用于满足生物处理的溶解氧需求，可满足水体消毒和有机物去除的不同处理要求。
3、通过调整停留时间，来满足不同水质的处理要求，并解决臭氧在降解不同浓度有机污染物时化学反应速度控制不同的问题，提高臭氧的利用率。
附图说明
图1为本发明装置的纵向剖视图
图2为本发明装置的俯视图
图3为静态混合器混合单元的结构示意图
图4为静态混合器的结构示意图
1—箱体，101—进水口，102—臭氧进气口，105—排空口，106—尾气排放口，107—出水口，2—紫外辐射区，3—静态混合器，301—混合单元，302—波纹板，303—波纹通道，4—紫外灯管，5—生物填料反应区，6—出水区，7—生物填料，8—隔板，9—孔板
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的具体实施方式作详细说明。
实施例1
如图1和图2所示，一种用于循环水养殖***的水处理装置，其结构为封闭的箱体，箱体内部由垂直的隔板分隔为紫外辐射区和生物填料反应区两个腔体，隔板下端固定在底板上，隔板上端与箱体顶部距离为5～10cm。紫外辐射区和生物填料反应区仅通过隔板上端与箱体顶部之间的间隙连通。
管状的静态混合器3配置在紫外辐射区内背离隔板的侧面，上方为进水口101和臭氧进气口102，固定在箱体的顶部，下方为出口，与箱体的底部留有距离，静态混合器的出口与箱体底部的距离为箱体高度的10%～20%；循环水由进水口进入静态混合器，臭氧气体从臭氧进气口进入静态混合器，在静态混合器内溶解于循环水。
SV型静态混合器的结构如图3和图4所示，由多个混合单元301组成，每个混合单元是由V型结构的波纹板302交替重叠而成的圆柱，相邻两块波纹板的波纹倾斜方向相反；相邻的混合单元之间的波纹通道303呈90度夹角；这种静态混合器的结构可形成对流切割和混合作用，使循环水与臭氧充分均匀混合。
臭氧进气口外接臭氧投加气源；
静态混合器的底部出口通入紫外辐射区；
在紫外辐射区内竖直分布紫外灯管，紫外灯管上部固定在箱体的顶部，下部与箱体底板的距离为5mm；紫外灯管的长度为1～1.5m，其间距为辐射半径的2倍。
循环水流入紫外辐射区并由隔板上端与箱体顶部的间隙溢出流入生物填料反应区。
生物填料反应区在水平方向上分隔为上部的生物填料层和下部的出水区，两者之间以孔板间隔；孔板上分布小孔，小孔的直径8mm，相邻小孔中心之间的间距为20mm；孔板主要起承载隔离生物填料的作用
生物填料层由直径为12～50mm的空心填料组成，生物填料层的高度为60cm；顶端与隔板上端的距离为5cm。
溶解了臭氧气体的循环水从静态混合器中流入紫外辐射区，因隔板的阻挡由下至上在紫外灯照射下，臭氧经辐射催化产生氧化性更强的羟基，进一步消毒灭菌处理。
以有效容积500L的装置的为例，其中紫外辐射区与生物填料反应区的容积比为1：1，静态混合器的进水管直径为长度为箱体高度的80%，紫外灯管长度1m，辐射半径50mm。该装置处理量为3-6m3/h，可应用于水体量为3m3～18m3、循环率为1h/次～3h/次的循环水养殖***中。
处理时，养殖废水经进水口流入静态混合器，在进入静态混合器的臭氧进气口2处投加臭氧，通过流量计控制投加臭氧的流量，并控制进气的压力，一般控制在0.02Mpa，可以在进气口安装单向阀，防止出现水倒流现象。紫外辐射区的多余气体从尾气排放口106处排放。养殖废水在通过静态混合器后，因隔板的阻挡由下至上在紫外灯管的作用下流通紫外辐射区，紫外灯辐射半径为50mm，以此为依据设置紫外灯管数量。静态混合器出水时，流入紫外辐射区的水流流速保持在0.2m/s左右。养殖废水流过紫外辐射区后进入装有生物填料的生物填料反应区。处理后的养殖废水流出出水区，经出水口排出***，残留的尾气从尾气排放口排出。
臭氧发生器采用液氧源或压缩机产生的空气气源带有>0.1Mpa一定压力，因此无需额外加压。
上述装置在处理量为4m3/h的情况下，臭氧投加气源压力为0.2Mpa（进气压力0.02Mpa）、气流量为0.1m3/h时，静态混合器的溶解效率为72%；而射流器的溶解效率为51%。
以某杂交鲟循环水养殖***的养殖废水处理为例，经砂滤罐过滤处理后，废水中氨氮5.473mg/L，亚硝酸盐0.094mg/L，COD25mg/L，水色106（units PtCo），水温26.5℃，溶解氧6.95mg/L，以流量为4m3/h进入装置，装置臭氧投加量为8g/h，流量为0.1m3/h，进气压力为0.02Mpa，在按上述方式处理后，停留时间为7min，出水水质为氨氮5.193mg/L，去除率5.1%；亚硝酸盐0.007mg/L，去除率92.6%；COD13mg/L，去除率48%；水色62（units PtCo），去除率41.5%；溶解氧13.79mg/L，增加198.4%；与处理前相比，细菌总数下降90%。
该区的尺寸范围根据整套***停留时间5-10min进行设计，且根据不同的养殖需求，可按比例缩放本装置静态混合器的进水管直径和生物填料区的尺寸，保证水力停留时间为5-10min即可。
装置停用时，紫外辐射区内残留的水从排空口105流出。

Claims (5)

1.一种用于循环水养殖***的水处理装置，其特征在于，结构包括封闭的箱体(1)，箱体(1)内部由竖直的隔板分隔为紫外辐射区(2)和生物填料反应区(5)两个腔体；隔板下端及两侧固定在箱体上，隔板上端与箱体顶部的距离为5～10cm；
管状的静态混合器(3)配置在紫外辐射区背离隔板的侧面，上方为进水口(101)和臭氧进气口(102)，固定在箱体的顶部；下方为出口，与箱体的底部的距离为箱体高度的10％～20％；
所述的静态混合器为SV型静态混合器，内部由多个混合单元组成，混合单元由V型结构的波纹板交替重叠而成，相邻两块波纹板的波纹倾斜方向相反；相邻的混合单元之间的波纹通道呈90度夹角；
臭氧进气口外接臭氧投加气源；
静态混合器的底部出口通入紫外辐射区；
在紫外辐射区内竖直分布紫外灯管，紫外灯管上部固定在箱体的顶部，下部置于箱体底板上；紫外灯管的长度为0.9～1.5m，其间距为辐射半径的1.8～2.1倍；
生物填料反应区在水平方向上分隔为上部的生物填料层和下部的出水区，两者之间以孔板间隔；孔板上分布小孔，小孔的直径6～10mm，相邻小孔中心之间的间距为15～30mm；
生物填料层的高度为30～80cm；顶端与隔板上端的距离为5～20cm；所述的生物填料层由直径为12～50mm的空心填料组成；
紫外辐射区域生物填料反应区的容积比为1：0.9～1：10；
出水区与箱体下部的出水口连通，隔板的位置高于出水口；
紫外辐射区的底部设有排空口，生物填料反应区的顶部开设尾气排放口。
2.权利要求1所述用于循环水养殖***的水处理装置，其特征在于，臭氧进气口上设有单向阀。
3.权利要求1所述用于循环水养殖***的水处理装置，其特征在于，紫外辐射区域生物填料反应区的容积比为1：1～1：10。
4.权利要求1所述用于循环水养殖***的水处理装置，其特征在于，紫外灯管的间距为辐射半径的2倍。
5.循环水养殖***的水处理工艺，其特征在于，包括如下步骤：
(1)利用权利要求1～4任一项所述的装置，使养殖废水经进水口流入静态混合器，在臭氧进气口处投加臭氧，将进气压力控制在0.015～0.03Mpa，进气流量为0.08～0.15m3/h，气水比为1：40～1：100，单位时间臭氧的投加量与单位时间养殖废水处理量的比例为1.0～3.0g/m3；
(2)臭氧在静态混合器中溶解于养殖废水，在紫外辐射区经过紫外灯照射，从隔板上端与箱体顶部之间的间隙溢出流入生物填料反应区；经生物填料过滤处理后的养殖废水进入出水区，再经出水口流出；
养殖废水在装置中停留时间为5～10min。
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