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循环水养殖系统(RecirculatingAquacultureSystem,RAS)在国外水产养殖产业中占据重要地位,相关研究较为全面,并已形成相关设计、建设、操作等的一整套技术理论体系。在我国现代化水产养殖业发展中,RAS也越来越受到重视。
国外关于RAS水处理的研究较多,但以实际生产系统为对象的研究报导较少。本试验在生产状态下,对循环水养殖系统中固体悬浮颗粒物(SS)产生、迁移、分布规律进行了较系统的研究,找出了适合生产中SS去除的最佳时间和方法,为缩短它们在系统中存留的时间、减少污染物质的溶出、降低后面生物滤器等水处理单元的进水污染物负荷起到一定作用,并为了解RAS生产中的固体颗粒污染物质转移特点奠定基础;另外,对核心水处理单元在不同工况下水处理效果的研究,找出了各水处理单元适于生产运行的最佳水处理工况,为优化水处理单元工况调节和提升水处理效率提供理论依据。
在对RAS生产过程中养殖槽内SS产生规律的研究中(包括SS含量与投饵后时间变化关系,SS粒径变化与时间关系),发现粒径大于60μm的SS存量在投饵半小时后开始逐渐增加,两个小时以后鱼池内存量即增加为原来的两倍,并且随着时间的延长,存量还会不断增加。粒径大小在60-20μm之间的微小悬浮颗粒物在两个小时内增长2.8倍,增幅超过粒径60μm以上的颗粒物,这说明随着颗粒物在鱼池内存留时间的延长,较大颗粒物有快速碎裂的倾向。这些小规格悬浮颗粒物的增长是败坏水质,降低系统水质清澈程度,以及增加水处理设施处理负载的重要因素之一,并且碎裂的规格越小,越难以从RAS中去除,生产上必需引起重视。
旋转水流产生的向心力对鱼池内产生的SS有良好的聚集效果,并可以随着水体交换从中心排水管转移出鱼池。在对不同进水流量产生的旋转水流对SS的集污效果比较中,发现以11-12m3/h的进水流量形成接近60圈/小时的环形旋转水流,对SS有良好的聚集效果,并能在半个小时的集污换水过程中使池内SS含量下降到较低水平。当进水流量小于7.5-8m3/h,形成的环形旋转水流不足25圈/小时时,同样时间内的集污效果就不如快速旋转水流。而为防止颗粒物在鱼池内的积累,以及SS的碎裂,日常生产中需要在投饵后半小时至一小时鱼排便高峰期时对鱼池内悬浮颗粒物进行集污排放,试验为日常生产中集污方法的优化提供了理论依据。
对系统中SS的分布进行测试,发现水处理配置依次为固液分离器、流着净化渠(含软性滤料和矿质生物滤球)、生物滤器(浮球式和浸没式)、泡沫分离器,有效养殖水体40m3,养殖负载为10-15kg/m3的苗种养殖系统在正常生产管理条件下,固液分离器入口、出口,流着净化渠中软性滤料后以及矿质生物球后出水平均固体悬浮颗粒物含量分别为:8-10mg/L,3-4mg/L,2-2.5mg/L和1-1.5mg/L,这三个处理单元对SS的去除效果明显;经生物滤器处理后固体悬浮颗粒物含量略有上升,为2-3mg/L,而泡沫分离器能将这一含量降为1.5mg/L;最后,不同水处理单元对SS处理的综合结果使鱼池入水中平均固体悬浮颗粒物含量为2mg/L左右。这些关于SS分布的测试结果表明:固液分离器是对颗粒物去除的主要设备,去除率达到60%以上;流着净化渠中软性滤料和生物滤球对颗粒物的去除率都能稳定在40%左右,去除效果较好,并且地位不可取代,它们主要去除固液分离器不能有效过滤的更微小颗粒物;而泡沫分离器能有效去除水中溶解有机物外,对微小颗粒物的去除也达到40%以上。它们在整套系统的运行中,对固体悬浮颗粒物的去除起着重要作用。而生物滤器在吸附、截留悬浮颗粒达到饱和后就会降低截留效果,并且由于生物膜的老化和缺少适当的反冲,还可以脱落部分生物膜物质进入水中,造成水中固体悬浮颗粒物的增加。
在另外的试验中,分别对生产中应用的两种生物滤器在不同工况下的水处理效果进行比较,发现:生物滤器在曝气充分的情况下,水处理效率会随着进水流量的减小而增加,一般溶解氧含量都会有所上升,pH也会稳中略升;而不曝气时,滤器水处理效率也会随水流量减小而升高,但效果不如有曝气时为好,并且由于硝化作用对溶氧的消耗,出水溶氧都有所下降,洲也略有降低。无曝气时,滤器对COD的去除率会略高于有曝气工况,这与滤器内厌氧的异养菌活动有密切关系。在对生物滤器各种工况下每天水处理效果作综合比较后,推荐浮球式生物滤器把有曝气条件下进水流量维持在6m3/h为适合生产的最佳工况;而浸没式生物滤器的最佳推荐工况为曝气大于1m3/h,进水流量在6-8m3/h。
泡沫分离器对水体中微小悬浮颗粒、溶解有机物有良好去除效果,并能脱去部分氨氮。在产泡量不变的各工况下,随着进水流量的减小,泡沫分离器对这三种水质指标的去除效率逐渐增加,同时,泡沫分离器不同工况对流经水体的溶解氧和pH都能有很好的调节作用。最后综合比较认为在日常生产中,将泡沫分离器工况控制在进水流量20m3/h以上,并接近25m3/h为最佳运行工况。