水產養殖尾水的機械與植物凈化系統的設計與應用

薛彬　蔣日進　鄭剛

摘要 為了解決水產養殖尾水環境負效應大的問題，根據養殖尾水特征，設計了機械結合植物凈化系統。結果表明，該凈化系統能夠有效改善水體嚴重富營養化，降低水體中懸浮物、生物需氧量、化學需氧量、亞硝酸鹽氮等的含量，經處理凈化后尾水可以實現循環利用，具有顯著的生態環境效益。

關鍵詞 水產養殖；尾水；凈化方案

中圖分類號 S949 文獻標識碼 A 文章編號 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，隨著高密度人工養殖的快速發展和養殖環境污染的日益加劇，使得水產養殖水體的污染程度遠遠超過水體自身的凈化能力[1-8]。人工水產養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嚴重惡化，表現為水體嚴重富營養化，水體中懸浮物增多，生物需氧量、化學需氧量、亞硝酸鹽氮等含量增加，溶解氧下降[9-15]。

傳統的水產養殖廢水處理方式是通過將養殖廢水排放后，注入新鮮的水體。這種水產養殖廢水處理方式容易引起水體污染，輕者對水生經濟動物的生長、發育、繁殖產生不良影響；嚴重時則會破壞水體的微環境生態體系。因此，水產養殖廢水的處理和循環利用逐漸受到關注[16]。

此外，目前的固液分離技術主要是針對養殖廢水中懸浮固體去除的廢水處理技術。懸浮固體廢物的去除是一個固液分離的過程，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），在相對靜止的液柱內，固體顆粒物在重力作用下發生沉積，從而實現固液分離[17]。

機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、經濟的方法，它是水產養殖系統中用來進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，用一定孔徑的過濾網截留顆粒物，達到去除懸浮固體顆粒物的目的。機械過濾方式雖然使用方便、靈活，但目前的機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]。為了克服現有技術中的不足，提供一種對水產養殖廢水進行循環處理、利用的人工養殖尾水的機械與植物凈化系統。

在此基礎上，為了克服現有技術中機械過濾裝置存在的不足，提供一種人工養殖尾水的機械與植物凈化系統，機械過濾設備操作方便，設備利用率高，過濾效果好，可以有效清理養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。筆者設計了一種機械和植物凈化系統，對水產養殖尾水進行了凈化。

1 尾水凈化方案

設計的人工養殖尾水的機械與植物凈化系統如圖1所示，包括沉淀池、曝氣池、機械過濾設備、藻類凈化池及臭氧消毒池。其中，沉淀池與曝氣池相連通；機械過濾設備包括抽水管道、水泵及第一排水管。抽水管道的一端與曝氣池相連，另一端與水泵的進水口相連接；第一排水管的進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 尾水循環利用方案

人工養殖尾水的機械與植物凈化系統要對水產養殖廢水進行循環處理與利用。機械過濾設備由機架、同軸設置在機架上的導流管道及清理管道組成，同軸設置在導流管道內的第一軸桿，設置在機架上并與第一軸桿相平行的第一導軌，可沿第一導軌滑動的滑座，用于移動滑座的第一推移執行裝置，可滑動設置在導流管道內的第一通斷滑套，可滑動設置在清理管道內的活塞體，第二通斷滑套及顆粒物過濾裝置；導流管道的兩端封閉，導流管道上設有導流管道進口及導流管道出口；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流管道，清理管道上設有清理管道進口及清理管道出口；導流管道進口及清理管道進口分別通過進水管道與水泵的出水口相連接；第一排水管的進水端口與清理管道出口密封連接。

第一軸桿的兩端貫穿導流管道，第一軸桿的一端通過軸承或軸承座可轉動的與滑座相連接，另一端與活塞體相連接，第一軸桿上、位于導流管道內設有驅動葉輪，第一通斷滑套通過第一連接桿與第一軸桿連接，第一通斷滑套外側面上設有第一前密封圈及第一后密封圈；清理管道內壁上設有限位凸塊，活塞體與清理管道的開口端位于限位凸塊的同一側，清理管道進口、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，第二通斷滑套與清理管道的封閉端之間設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有軸向延伸的頂桿，第二通斷滑套外側面上設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設置在第二通斷滑套內的隔套，設置在各隔套內的過濾網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，第二連接軸桿穿過各過濾網層，且各隔套通過連接件與第二連接軸桿相連接；

第一導軌上設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；

當滑座沿第一導軌移動，并抵靠在第一限位擋塊上時，導流管道進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，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口與清理管道出口之間，且各隔套位于第二通斷滑套內；

當滑座沿第一導軌移動，并抵靠在第二限位擋塊上時，第一通斷滑套位于導流管道進口與導流管道出口之間，活塞體及顆粒物過濾裝置位于清理管道外側，第二通斷滑套抵靠在限位凸塊上，且清理管道進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

人工養殖尾水的機械與植物凈化系統操作方便，設備利用率高，過濾效果好，可以有效清理養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。

設計了自清理裝置，該自清理裝置包括設置在導流管道與清理管道之間的限位檔桿，若干可轉動設置在第二連接軸桿上的第一軸套，設置在各第一軸套上的刷桿及設置在各刷桿端部的自適應止動結構，各第一軸套等距分布，且相鄰2個第一軸套之間分別設有一個過濾網層，刷桿沿第二連接軸桿的徑向延伸，且刷桿外側面上設有若干刷毛；

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，自適應止動結構包括通過轉軸可轉動設置在刷桿端部的止動檔桿，且該轉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殖尾水的機械與植物凈化系統正常工作的前提下，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殖尾水的機械與植物凈化系統中現有的動力源來實現對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力設備，有效提高設備利用率，降低設備成本及能耗。

第一排水管的進水端口與清理管道出口之間設有流量計。該方案通過流量計來測量清理管道出口內的流量，在過濾懸浮固體顆粒物的過程中，當流量計測得的流量低于設定值時，說明過濾網層上聚集的懸浮固體顆粒物過多，導致水流不通；此時，可以通過第一推移執行裝置帶動第一軸桿，使活塞體及顆粒物過濾裝置移至清理管道外側進行清理，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

人工養殖尾水的機械與植物凈化系統的具體工作過程如下：首先，人工養殖池內的養殖廢水進入沉淀池內，并流經隔墻分隔成的曲折的水流通道，在此過程中養殖廢水內的顆粒物經過初步沉淀；其次，養殖廢水流入曝氣池內，通過曝氣裝置進行曝氣；再次，通過機械過濾設備進一步過濾經過曝氣的養殖廢水內的顆粒物，并將過濾后的水體排放到藻類凈化池內；第四，通過藻類凈化池內的藻類對水體進行凈化；最后，水體流入氧消毒池內，并通過臭氧進行消毒處理，然后使水體回流到人工養殖池內。

3 展望

該系統能夠對水產養殖廢水進行循環處理與利用。機械過濾設備具有操作方便，設備利用率高，過濾效果好，可以有效清理養殖廢水中的懸浮固體顆粒物的特點，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

[1] 萬紅，宋碧玉，楊毅，等.水產養殖廢水的生物處理技術及其應用[J].水產科技情報，2006，33（3）：99-102.

[2] 王安利，廖紹安.發展循環經濟（Circular Economy）促進水產健康養殖[J].現代漁業信息，2006，21（12）：3-6.