工厂化循环水尾水治理系统技术
工厂化循环水尾水治理系统技术
_李德军等
近年来，随着人们环保、食品安全等意识的增强，水产养殖产业绿色健康发展成为了发展的重要内容。2020年4月，农业农村部下发了《关于实施2020年水产绿色健康养殖“五大行动”的通知》，提出水产养殖绿色发展的有关要求，2021年中央1号文件明确指出要“推进水产绿色健康养殖”。为贯彻文件指示精神，青岛市西海岸新区海洋发展局制定了《青岛市西海岸新区水产绿色健康养殖“四大行动”实施方案》，重点开展了生态健康养殖、养殖尾水治理、水产养殖用药减量以及水产种业质量提升四大行动，以期加快转变水产养殖方式、持续改善养殖生态环境、提升产业发展质量，全力推进水产养殖业绿色发展。
图1 尾水处理系统
1 养殖尾水处理工艺
该套处理系统尾水治理的重点是无机氮、固体颗粒物和磷酸盐的去除，针对其尾水排放特点设计的尾水处理工艺（如图1）。所有养殖车间外排水通过外排水沟输送至尾水集中处理点，经过固体颗粒物收集专用微滤机的过滤作用去除水中粒径大于60μm的残饵、粪便等有机颗粒物，其对养殖尾水中有机氮及固体颗粒物的去除率达到70%以上。滤清液经布水池进入截污生物净化池，通过池内立体弹性填料的截流作用，在池内形成缓流沉淀效果，70%的粒径小于60μm的悬浮颗粒物会沉淀到截污生物净化池底部设置的集污槽内，通过在集污槽底部埋设多孔排污管和池外连接的管道泵，把沉淀在集污槽内的沉积物定期抽提至固体颗粒物收集专用微滤机，再通过专用微滤机的过滤作用把污物快速从水中移出。
截污生物净化池内布设立体弹性填料，其巨大的体表面会慢慢形成一层微生物膜。该微生物膜的外层由氨氧化细菌组成，内层由厌氧反硝化细菌组成，这些细菌会吸收、分解和转化养殖尾水中的无机氮和无机磷，从而起到净化水质的效果。经过截污生物净化池净化后的水，经过溢水池进入排水沟流入室外氧化净化塘，并进一步利用。布水池和溢水池的作用是让尾水在截污生物净化池内形成下进上出、均匀流动，以达到最佳沉淀效果。
经过截污生物滤池处理后的养殖尾水进入余热回收池，利用海水源热泵提取养殖尾水中的余热用于养殖用水的加温。海水源热泵升温技术是替代燃煤的环保新技术，本系统设计利用海水源热能在尾水系统进行余热回收，可为海水养殖产业采用新能源技术提供良好的试点与示范。
经过余热回收后的养殖尾水进入室外氧化塘，在通过自然形成的单细胞藻类和菌类微生物去除尾水中的无机氮和磷酸盐，经检测达标后排放。
整个尾水处理过程，除需要定期把固体颗粒物收集专用微滤机收集的淤泥送往固定的垃圾处理场外，全部自动化完成，不需要专人专门管理。
2 建设内容
建设一套海水工厂化养殖尾水处理系统，主要包括排水沟80m，固体颗粒物专用微滤机1台，截污净化池1个，建设160m3保温遮光棚1间，辅助沉淀池65m3，15kW海水源热泵2台，1.1kW管道泵2台、潜水泵6台，微滤机反冲水蓄水池6个，室外氧化塘1个以及配套的 PVC管道阀门等。
2.1 排水沟
排水沟是连接养殖车间室内地沟和养殖尾水处理点之间的尾水流动通道，砖混结构，沟深1.2~1.5m，沟宽0.8m。
2.2 固体颗粒物收集专用微滤机
固体颗粒物收集专用微滤机其工作原理是：当进水液位到达浮球开关设定高度时，转鼓微滤机驱动电机启动，通过皮带带动转鼓转动，将转鼓内残饵粪便等固体颗粒带至集污槽上方，气刀开始工作，固体颗粒被吹至积污槽内，绞龙电机转动将含水量约75%的残饵和粪便绞出（图2），实现固体颗粒物的快速清除。
图2 固体颗粒物收集专用微滤机
固体颗粒物收集专用微滤机主要参数如下：
● 最大水处理量：400m3/h；
● 标配网布孔径：60μm；
● 主体结构：框架式；主体材质：316L不锈钢；
● 主体尺寸（mm）：长×宽×高= 1,505×1,500×1,750；
● 驱动功率：0.37kW；
● 反冲洗：采用空气自动反冲洗，空压机功率7.5~11kW间歇工作
● 主机驱动电机控制方式：变频控制；
● 具有故障 警功能；
● 具有网络接口，可以实现远程通讯及物联网功能；
● 配6片滤网，网片单独更换，简单易操作；
● 回收固体物的含水量在75%左右，不需二次压榨浓缩。
2.3 截污生物净化池
截污生物净化池为一长10.0m、宽4.0m、深2.7~3.0m的砖混池，池底部设4个斗型集污槽，集污槽底部铺设1根直径110.0mm的PVC塑料管，管顶每隔15cm开设一个直径2.4cm的排污孔，构成多孔排污结构。多孔排污管连接池外的管道泵，其作用是定期把集污槽内沉积的污物抽提至固体颗粒物收集专用微滤机进一步浓缩。在截污生物净化池内，按20cm的间距垂直设置绳长1.5m，丝长20cm的立体弹性填料（图3），其工作原理一是通过立体弹性填料的截流作用在池内形成缓流沉淀效果，二是利用立体弹性填料表面形成的生物膜吸收、分解和转化养殖尾水中的无机氮和无机磷。
图3 截污生物净化池内立体弹性填料的布设
2.4 水源热泵
水源热泵技术的工作原理就是通过输入少量电能，实现低温位热能向高温位转移或高温位热能向低温位转移，水源热泵消耗1kw·h的电量可为用户转移4.3~5.0kw·h的热量或5.4~6.2kW·h的冷量，因此，它属于节能、环保热能转换设备。根据企业尾水排放量，项目计划购置2台15kW水源热泵（图4），热回收效率达到70%以上。
图4 水源热泵
2.5 保温遮光棚
由于立体弹性填料在太阳光照射下很容易老化，微滤机电控设备需要避雨环境，同时也为了提高生物膜在冬季的净化能力，有必要为整个尾水处理设施建一个保温遮光棚。保温遮光棚为钢结构大棚，其材质、造型与养殖车间保持一致。
2.6 室外氧化净化塘
经过沉淀、过滤、生物净化后的养殖尾水最后汇聚到室外氧化塘，在此经过塘内自然形成的单细胞藻类和菌类微生物光合作用和同化作用，进一步去除尾水中的无机氮、磷酸盐和COD等，最后经检测达标后排放。计划挖建一个长20m、宽10m、深2m的室外土池，池底硬化，由于厂区为虾池回填而成，存在沉降问题，故设计池壁为混凝土结构，氧化塘设1.5kW水车增氧机2台。
2.7 反冲水蓄水池
养殖车间为循环水系统，配有微滤机，微滤机的反冲水含有较高的悬浮物，一方面若直接进入排水沟会出现沉积问题，另一方面反冲水是已分离或浓缩了养殖系统中的悬浮物，不应再混入车间其他排放水。因此，为每套系统配建反冲水蓄水池，定时自动将此反冲水抽取泵给尾水处理系统，这样一方面提高了专用微滤机的处理效率，也降低了排水沟沉积问题。为此，设计反冲水蓄水池共6个，每个水体1.5~2.0m 3 。
2.8 辅助沉淀池
养殖生产是24h连续进行的。最好配备备用微滤机，若水处理仅配备专用微滤机1台，微滤机需定期维护，也就存在故障而需停机检修的可能，故需设计辅助备用的沉淀池，以便在微滤机维修维护时起到部分替代其过滤悬浮物功能的作用。辅助沉淀池设计为并行的两个水泥池，5m×13m×1.2m。
3 结果
尾水治理系统建成后，经两个月的试运行， 2021年8月19日经过取样检测，检测结果符合《海水养殖水排放要求》SC/T 9103-2007的规定。水处理能力达到300m3/h，可使5,000m3的工厂化养殖的全部养殖尾水实现达标排放，年最大可减少75t有机固体颗粒物排放。项目的实施将为青岛市西海岸新区海水工厂化养殖尾水的治理熟化技术、积累经验，从而为加快推动青岛市西海岸新区海水工厂化养殖尾水治理工作发挥示范引领作用。
