清楚领悟《循环水养殖系统RAS》

中国水产门户网报道

 

　　循环水养殖系统(recirculating aquaculture system，RAS)

 

 

　　是一种新型养殖模式，通过一系列水处理单元将养殖池中产生的废水处理后再次循环回用。RAS的主要原理是将环境工程、土木建筑、现代生物、电子信息等学科领域的先进技术集于一体，以去除养殖水体中残饵粪便、氨氮(TAN)、亚硝酸盐氮(NO2--N)等有害污染物,净化养殖环境为目的，利用物理过滤、生物过滤、去除CO2、消毒、增氧、调温等处理将净化后的水体重新输入养殖池的过程。其不仅可以解决水资源利用率低的问题，还可以为养殖生物提供稳定可靠、舒适优质的生活环境，为高密度养殖提供了有利条件。

 

　　循环水养殖系统概目

 

　　1.养殖池:孵化池、育苗池、养殖池。

　　2.物理过滤:预排污装置;分流集污装置。

　　沉淀：沉淀池、斜板沉淀器、竖流沉淀器、旋流沉淀器。

　　砂滤：砂滤器、砂滤罐、活性砂过滤器。弧形筛。

　　微滤机：全塑微滤机、自旋微滤机、智能型微滤机、可调速微滤机、微型微滤机、不锈钢微滤机。

　　过滤器：带式过滤器、袋式过滤器、膜过滤器、压力过滤器。

 

　　二氧化碳脱除器:

　　蛋白分离器：外排式蛋白分离器;内排式蛋白分离器;溢流器;溶气释放器。

 

　　重金属(铁、锰)去除设备及其活性炭联动工艺去除器：

 

　　3.生物过滤：移动床生物反应器：滴流式滤器;生物转盘：浸没式滤池;生物旁路反应器;生物絮凝式净化器;一体式物化/ 生化装置。竹环填料;竹球填料;竹片填料;悬浮填料;滤条填料;多面空心球填料;玻璃环填料;立体弹性填料;彗星式纤维滤料;不对称纤维填料。

　　4.杀菌消毒：臭氧系统。封闭式紫外线杀菌器：手动清洁紫外线杀菌器、气动清洁紫外线杀菌器、机械清洁紫外线杀菌器、自清洁紫外线杀菌器。开放式紫外线杀菌器;明渠式紫外线杀菌器。空气紫外线杀菌器。

　　5. 增氧、纯氧增氧：低压混氧器;射流混氧器;紊流混氧器;压力增氧;氧气锥;气石;增氧管;氧回收器。PSA制氧机;液氧;氧源过滤器。

 

　　6.温控系统：温度监控;热源：地热;太阳能;电;煤，余热。换热器，冷暖机，热泵;锅炉。

　　7.监控系统：PH监控;溶氧监控;水位报警;盐度监控;光照监控。配电系统。

　　电脑管理与联网系统。远程无线控制系统。视屏监控。

　　8.投饵系统：自动投饵机自动投饵停饵监测系统。

　　9.电子测量：自动称重。自动分拣。RFID射频识别系统

 

　　循环水养殖系统RAS主要处理单元

 

　　1、养殖池：工厂化养殖中，水中N、P的去除主要依靠清走大量的粪便和残饵(从源头切除)，其次靠生物净化。养殖池分路排污工艺,作为水处理系统的第一道工艺十分重要,它是实现系统净化的前提。

　　目前国内主要采用的传统单通道底排模式, 其结构相对简单, 但无法去除

 

　　鱼池水表面的泡沫和油污：

　　养殖池分路排污技术是国外鱼池的主流技术。是底排与表层溢流相结合的模式, 即通过底排,有效排出沉淀性颗粒物, 并在鱼池上方水体表面设置多槽或多孔的水平溢流管,使漂浮于水表面的油污和泡沫达到良好的去除效果, 同时还起到保持水位的作用, 现已成为传统单通道底排模式的替代技术。

 

　　沉淀池设计：

　　工厂化养殖中，水中N、P的去除主要依靠清走大量的粪便和残饵(从源头切除)，其次靠生物净化。

　　沉淀池是作为主要处理水中的固态污物一种重要设施。沉淀池最为常用的是重力分离设施，它是利用重力沉降的方法从自然水中分离出密度较大的悬浮颗粒。设计良好的沉淀池可去除59%~90%悬浮物。

　　根据需要可设一级沉淀池和二级沉淀池。沉淀池一般修建在高位上，利用位差自动供水，其结构多为钢筋混凝土浇制，设有进水管、供水管、排污管和溢流管，池底排水坡度为2%～3%，容积应为养鱼厂最大日用水量的3～6倍。

 

　　常用的斜板式沉淀池，系在水泥池内装有无数块塑料斜板。水从下而上通过斜板溢出，水中固态物在斜板上沉淀。由于斜板长期置于水中，其表面生成生物膜。生物膜可对水中的氨氮等有毒化学物质进行分解以净化水质。

　　设计的关键是悬浮物的沉降流速过流流速应低于4 m3/min，适宜流速为1 m3/min;单位面积的流量为1.0～2.7 m3/m2h。

　　虽然自然沉淀具有较好的效果，但是由于低流速限制了循环的流量，会减少养殖密度和养殖效率，因此需综合考虑。

 

　　沉淀于养殖池底部的残耳粪便等杂质通过池底下方排污管排出，进入竖流沉淀器，竖流沉淀器进水口方向为圆心径向，将杂质颗粒尽可能沉降在它的底部，便于从沉淀器的底部排出。排水口在装置的上部;

　　定时打开装置下部的阀门排走沉淀在底部的养殖污物。去除养殖污物的水可输入微滤机进入循环水处理系统再利用。

　　竖流沉淀器对残饵、粪便等固体颗粒的去除效率可达到80%以上。

 

 

　　2、固液分离器(残饵粪便分离器)：

 

　　在RAS中，养殖池排出的废水中含有大量的残饵粪便等大颗粒物质，需要在前期水处理单元中将其尽可能去除，从而减小后续水处理单元的有机负荷。固液分离器作为整个系统的首个水处理单元，不仅可以利用离心作用、重力作用去除残饵粪便大颗粒物质，以免造成后续处理单元管道的堵塞以及设备的腐蚀，而且还可降低管道局部水头损失，节约系统能耗。

 

 

　　鱼池的分路排污工艺：工厂化养鱼的密度很高，产生的固体废弃物量很大，是养殖水体污染的主要来源，水中有机物和氨氮的去除首先要依靠及时清走大量的粪便和残饵(从源头切除)，其次才靠生物净化。

 

　　鱼类排泄物及饵料残渣能使养殖水体的有机物含量增高，过多的有机物会引发有机物消化菌的繁殖，并与氨氮转化菌在生物膜中竞争生长空间、溶解氧及营养物。有机物消化菌的繁殖率比氨氮转化菌要快得多，硝化细菌(自养细菌)很难和异养细菌竞争，造成硝化细菌生长得比较慢，使得养殖系统生物过滤器氨氮去除率低。当生化需氧量(COD)与氨态氮之比大于2.7时，氨氮去除率将下降70%左右。假如一个生物过滤器其有机承载量为2.5gBOD/m/day，其硝化硝率仅为30 %。如5gBOD/m/day效率理论上为零。

 

　　传统的单通道底排模式，养殖污水的排放口至微滤机有一定的距离，在养殖污水到达微滤机时，很多残饵和鱼体排泄物极易在管道的运动中和微滤机旋转过滤的冲击中分解成更小的颗粒或分解成了氨氮;如这些颗粒有机物通过微滤机，必将增加了后续工艺的处理负担。

 

 

　　因此，鱼池的分路排污工艺在整个养殖系统中作为水处理系统的第一道工艺是十分重要,是实现系统净化的前提，有四两拨千斤的作用。对提高水处理的能力和减少系统设备的投资均有明显的效果。

 

　　分路排污工艺是将底排与表层溢流工艺相结合,有效及时的排出沉淀性颗粒物,避免颗粒物进入微滤机造成二次破碎，可以降低有机负荷，稳定水质。它减少了细菌等微生物的营养源，有效防止细菌大量繁殖，又防止造成水中溶解氧降低、 COD超标等后果。循环水处理取水系统由设置在鱼池上方水体表面的水槽或多孔的水平溢流管构成, 能使使漂浮于水表面的油污和泡沫达到良好的收集去除效果, 同时还起到保持水位的作用。

 

　　在生物过滤池中尽可能降低有机物负荷将有助于氨的硝化。减少生物过滤器的承载量，剔除一些固体物质(有机物主要来源)是基本的方法。采用鱼池分路排污系统及时排出固体颗粒比额外的增加生物滤池容量更有效果和节省投资。否则生物滤池会因为达到相同硝化作用而不合时宜地增大生物滤池的容量。

　　分路排污工艺大大的减轻工厂化循环水养殖系统水处理工艺的负荷和能耗。

 

 

　　漩涡分离：养殖池采用漩涡分离设计，养殖池壁上的入水管提高池中水体的涡流旋转速度，加快固体颗粒沉降的速度，缩短沉降时间。方便固体废弃物的收集和排放;必须定时由人工打开装置下部的开关来排出沉淀的养殖污物。不同的鱼饲料产生的固体颗粒其沉降速度不同，细小和松散的微粒只能以0.01 cm/s的速度沉降，使得固体颗粒不能有效地集中在池底排污口位置。

 

　　用池壁上的入水管提高池中水体的涡流旋转，加快固体颗粒沉降的速度可达2—5 cm/s，缩短沉降时间，使粘稠的和未受扰动的粪便能很好地沉淀，以解决了养殖池中固体颗粒沉积的问题。90%的粪便和98%的未食饲料等固体颗粒，不通过循环水处理系统而是将其集中于底部排污口。

 

 

　　3、微滤机(或弧形筛)：其主要功能是利用微孔筛网的机械过滤作用,拦截去除固液分离器无法除去的小颗粒物质，从而进一步减小后续处理单元流动床生物滤池的有机负荷。

 

　　弧形筛与微滤机：

　　弧形筛：弧形筛源于矿砂筛分的分离装置, 在养殖水处理上是要利用垂直于进水水流方向排列的圆弧形筛缝的固定筛面实现水体固液分离。

　　弧形筛的处理能力：最常用的筛缝间隙为0.25 mm, 可有效去除约80%的粒径大于70 μm的固体颗粒物质;

 

 

　　弧形筛不可能取代转鼓式微滤机：虽然弧形筛其号称与转鼓式微滤机相比,最大优点在于无需额外的机械动力的节能效果。其实不然，弧形筛是通过损失进水的势能实现水体固液分离，并不能有效的减少能量消耗。但弧形筛不论在去除养殖水体中除固体悬浮物质的效率方面，还是能耗比方面，对于鼓式微滤机都不具有优势。特别是使用弧形筛，在养殖负荷高时甚至需要每小时人工刷洗筛面一次。国内外目前尚不能有效解决弧形筛面的自动清洗难题。这个问题可以解决，但水产养殖户无法承受造价高昂的弧形筛反冲洗系统。而且，国产不锈钢筛面还有材质不耐海水腐蚀的问题。因此，目前以弧形筛取代转鼓式微滤机很难取得满意的养殖水处理效果，弧形筛优点有结构简单、造价低廉等特点，但只能在低水平的水处理系统中勉强使用。

 

 

　　微滤机的选择：循环水养殖系统中固体悬浮物的去除效果直接影响到鱼类生长、生物净化效果、系统配置和运行成本等诸多重要因子。循环水养殖系统中的总悬浮颗粒物(TSS)长时间停留在养殖系统中，会对鱼产生不良的影响，包括：直接损坏鱼鳃、阻塞生物过滤器、氨化产生氨氮、颗粒物的腐败消耗水中的溶氧等。如何及时去除总悬浮颗粒物成为循环水养殖系统水处理工艺中的核心环节之一，其去除效果更直接决定了水质的好坏和系统运行的稳定性。微滤机是去除TSS的主要设备之一。

 

 

　　滤网目数与TSS去除率的关系：滤网是微滤机的主要工作部件，其网目数(孔径)直接影响微滤机的总悬浮颗粒物(TSS)去除效率、反冲洗频率、耗水耗电等。

 

　　滤网的目数越大，孔径越小，截流的固体物越多，但是反冲洗频率也就越高。滤网从150目增至200目时，去除率随目数增加而迅速提高，当滤网目数达到200目后，去除率不会再出现明显增加。根据去除效果与耗水、耗能三者的相互关系，微滤机选用200目的滤网技术经济效果最佳.

 

 

　　滤网目数与电耗及耗水量的关系：微滤机的电耗由两部分组成，一是驱动转鼓转动，二是反冲洗水泵消耗的功率。转鼓转动的耗能在微滤机运行中基本上是稳定的，随着滤网目数的增大，反冲洗的频率也会提高，电耗也就会因反冲洗次数的增加而上升。耗水量也是评价微滤机性能的一个重要指标，其与反冲洗次数成正比。随着滤网目数的增大，反冲洗的频率也会提高，耗水量也随之上升。当滤网目数大于200目时，耗水量、耗电量迅速增加。

 

　　水驱动为首选：微滤机传动功耗要占到设备运行功耗的8l%一96%。目前，国内外较多选用蜗轮蜗杆减速器作为主要减速手段，虽然具有减速比大、尺寸小等优点，但存在传动效率低和使用寿命短的弊端，传动装置应应以水驱动为首选。

 

 

　　中支轴支撑：作为工作部件的转鼓支撑方式对能耗的影响也相当大。传统的双托轮支撑对加工和安装精度要求高，在微滤机上很难达到满意的使用要求。采用中轴支撑转鼓，可以显著降低制造和安装精度，并使转鼓运转更为平稳。采用水驱动和中支轴支撑方式，可降低电耗40%，有良好的节能效果。

 

　　转速：微滤机的转数为1-3r/min，过快的转数可能使大颗粒破碎成微小颗粒而穿过滤网降低滤除效果。能够调速的微滤机为优选，

 

　　一字型反冲洗喷头：反冲洗喷头压力等技术参数的优劣，对于降低能耗、水耗有着要的作用，采用一字型反冲洗喷头比传统的圆锥型反冲洗喷头反冲洗强度高，节水节电20-30%。

 

　　滤网的更换成本：微滤机在长期运行过程中，养殖水体中粘性物质会逐步附着到滤网上，导致滤网孔径变小，影响过滤能力。因此，滤网的更换成本，以及滤网更换的便捷性是考核微滤机的综合性能的重要方面。

 

 

　　微滤机：选用微滤机滤除养殖水体中的固体悬浮物是目前最有效的并且被认为是仅有的理想选择。(当然微滤机也同时具有拦截固体颗粒物的功能，但这只能作为微滤机的次要功能去选择。)

 

　　微滤滤除固体悬浮物是通过微滤机转鼓上的滤网将固体悬浮物连续分离出来。微滤机上镶的滤网网孔一般大于50μm。随着鼓的旋转，水流经网，固体物粘在网上，当旋转出水后，用反冲洗喷嘴冲洗，冲洗的污泥收集在漏斗形容器中，然后运到污泥处理池中。这部分损失的水，由新水来补偿，它大约占1%的量。

 

　　运走的固体物和有关废物如下所示：

 

　　悬浮固体物 80-95%

　　氮 15-25%

　　磷 45-55%

　　有机物(生物耗氧量) 55-65%

　　上面数据中，氮之所以去除率很低是因为它大部分以可溶性氨的形式存在。

 

 

　　微滤机的效率：

　　给定水流，污物去除速率依赖于微滤机的大小、网眼大小以及进入微滤机的污物的完整性。

　　养殖池的出口和微滤机之间应无污泥的积累或死角。否则，对养殖水的处理效果影响很大，无论何处积累的有机物都应尽快过滤出去，可溶性的则进入水中。

　　转鼓式微滤机不足之处：

　　在于运行过程中易使颗粒物质造成二次破碎;

　　过滤筛网受反冲洗水流的冲击容易损耗,

　　同时设备造价也较高。

　　转鼓式微滤机处理能力：

　　转鼓式微滤机用于去除60 μm以上的固体颗粒物质(TSS)。微滤机最大的特点是拥有自动清洗筛面的功能, 可满足系统连续运行要求;

　　国内微滤机可处理5-150 m3 /h;

　　过滤网目一般为120-300目, 以200目为主, 但也有个别企业采用精度为500目的;

 

　　转鼓转速一般为1-5 r /min(随转鼓直径增大而减低);

　　传动方式以大速比减速器驱动转鼓旋转为主, 也有采用无机械动力水流推动方式;单位能耗一般可达每处理100 m3耗电0. 3kWh的水平, 中心轴支撑转鼓所需能耗要明显低于一端由双托滚轮支撑转鼓的方式。

 

 

　　4、臭氧(O3)：臭氧(O3)作为强氧化剂应用在海水循环水养殖系统的消毒杀菌水处理工艺中，可以有效地氧化养殖海水中积累的氨氮、亚硝酸盐，降解水体中有色物质，降低有机碳含量、COD浓度，具有高效无二次污染等特点，使其在循环水养殖系统中的应用日益普遍。同时，循环水养殖系统中添加适量臭氧可以控制水体微生物数量，有助于维持系统水环境微生物群落结构稳定性，从而减少病原微生物进入系统水体的可能性，减少疾病发生。臭氧作为一种消毒剂，凭借其独特的强氧化性在海水循环水系统应用越来越广泛。在循环水系统中臭氧除了可以杀死养殖废水中的病原菌以外，还可以去除废水中许多还原性污染物，起到净化水质优化养殖环境的作用。

 

　　主要有以下作用：

 

 

　　(1)直接将亚氮氧化为硝氮;

　　(2)将非生物降解物质及难降解有机物分解成更小的或可生物降解的物质;

　　(3)对溶解性有机物和微絮凝胶体有机物有絮凝沉

　　淀作用并通过泡沫分离器对其进行分离。

 

 

　　5、泡沫分离器(蛋白分离器)：又称蛋白分离器，其通过射流器将空气(或臭氧)射入水体底部，使处理单元底部产生大量微细小气泡，微细小气泡在上浮过程中依靠其强大的表面张力以及表面能，吸附聚集水中的生物絮体、纤维素、蛋白质等溶解态物质(或小颗粒态有机杂质)，随着气泡的上升，污染物等杂质被带到水面，产生大量泡沫，最后通过泡沫分离器顶端排污装置将其去除。由于泡沫分离技术在去除微细小有机颗粒物等方面的优势尤为突出，因此泡沫分离器在RAS中被广泛应用。

 

 

　　蛋白质分离器：(Protein skimmer)又称为蛋分，蛋分器，化蛋，化氮器，蛋白质除沫器，蛋白质分馏器，泡沫分馏器。它是利用水中的气泡表面可以吸附混杂在水中的各种颗粒状的污垢以及可溶性的有机物的原理，采用充氧设备或旋涡泵产生大量的气泡，将通过蛋白质分离器将海水净化，这些气泡全部集中在水面形成泡沫，将泡沫收集在水面上的容器中，它就会变为黄色的液体被排除。

 

　　蛋白质分离器的工作原理很简单，但能很有效的利用气泡的表面张力来分离水中的蛋白质，蛋白质分离器有三种：逆流式、压力式和气举式(已基本淘汰)。理论上蛋白质分离器能分离水中80%的蛋白质，但她的实际工作能力只能分离水中30——50%的蛋白质废物，能达到50%已经是很不错了。

 

 

　　蛋白质分离器的接触表面，类似于空气和水之间的表面。举例来说，水族箱的水表面所形成的接触表面，有一定的表面张力，所以纤维素、蛋白素和食物残渣必然会在此堆积。事实上，如果扩大表面区域，例如产生气泡(制造泡沫)，则会有更多的纤维素、蛋白素和食物残渣在表面自然地形成。泡沫的粘度将随着表面的增强和扩大，以及气泡的逐渐消失而改变。因此，蛋白质分离器的有效性就在于扩大气体和液体之间的表面区域以及其特定的表面张力。然而，所产生的泡沫与水族箱中水循环的排放是分离的，这也就是为何泡沫可直接由水族箱中清除废物的方法。

 

　　蛋白质分离器的优点：

　　1、它不是过滤器，而是一台简单的机器;

　　2、它能在有机物分解成有毒废物前将她分离，减轻了生化系统的负担;

　　3、增加水中的溶氧量。

 

 

　　蛋白质分离器的缺点：

　　1、会氧化水中的微量元素，如铁、钼、锰等重要的微量元素;

　　2、会造成盐分的丧失;

　　3、海水被雾化后会无孔不入，且腐蚀性很强;

　　4、在增氧的同时会排出CO2——珊瑚必须的。

　　虽然蛋白质分离器有许多优点，但它最多只能清除水循环中80%的有机新陈代谢产物。为了达到更佳的效果，蛋白质分离器必须同时配合使用臭氧机。

 

　　水中也含有一些蛋白质分离器所不能分解的物质，包括血浆蛋白之类的蛋白质，以及氨基酸中蛋白素的某些成分。通常蛋白质分离器只能清除30%到50%的物质。若要蛋白质分离器愈活跃，它所需要的动力就愈多。

 

　　有了动力的输入及表面的扩大，除了蛋白素的结合之外，还可产生其他的作用。首先，一个非常有利的因素，就是大量的氧气会注入水中，这些氧气可以促进细菌分解残渣。但是，这项作用也会除去水族箱中的二氧化碳，也会因为碳酸盐硬度下降，并使得pH值升高。由于不同气体，也就是二氧化碳和氧气的密集交换，使得反应接触点部分的氧气含量极高，因而导致铁、钼和锰之类的主要微量元素在水面之外被氧化掉。此外，对于单细胞虫黄藻的影响也十分重大，其用来保存微量元素的凝胶，会因为这种反应而解体。而蛋白质分离器所排放的净水充满了丰富的氧气，只含有少量的二氧化碳、微量元素和维生素，所以在使用蛋白质分离器，必须适当地添加这些物质。然而，这也可能会产生特殊的困难，尤其当蛋白质分离器必须额外地依靠臭氧来工作时，则上述反应都会更加增强。

 

 

　　高度对蛋白分离器的影响：分离器的高度由停留时间的大小和液流速度确定。对给定的被处理水，液体流速的计算步骤是：

 

　　⑴、由最佳气液比、水量计算所需的气量;

　　⑵、由最佳气流速和所得出的气量计算出分离器的截面积;

　　⑶、由水量、分离器的面积计算出液体的流速;

　　⑷、校核液体在该流速条件下，水流是否处于紊动状态，可相应增加气液比重复上述计算。这样就可以决定分离器的高度。

 

　　在给定的气、液流速的条件下，分离器越高，其停留的时间越长，有利于气泡达到在给定条件下的最大吸附量和保证水的处理效果。

 

　　分离器必须有一定的高度：

 

　　分离器的高度影响着水中有机物与气泡的接触时间，接触时间过小，水中的有机物还没被吸附就被排出分离器，从而造成去除率下降，

 

　　不能采取增加分离器的面积而不增加分离器高度的方法以增加接触时间。必须具有一定的液柱高度，以保证气泡上升到泡沫层能够浸透。对于给定的被处理水，如果分离器的横截面积很大，但高度很低，即使分离器在最佳的气液比和气流速度的条件下运行，也不可能得到很好的去除效果。因为虽然水体在分离器内也有足够的停留时间，但对于给定的气泡其在分离器内的停留时间很短，在吸附量很小的情况下就被排出分离器。

 

　　气泡在分离器内的停留时间主要由分离器的高度决定，液体在分离器内的停留时间应由分离器的体积决定。气泡在水中的停留时间还随着有机物浓度的不同而异。

 

　　有机物的去除率与气液比、气流速、有机物浓度和分离气的高度等因素有关。随着高度的增加，气泡和水体在分离器内的停留时间都相应增加，高度较高分离器去除率增大。

 

 

　　分离器过高影响气泡的稳定性：

 

　　但当气量气流速及高度能够满足要求，分离器的高度过高，分离器去除效率并不是最大，而可能变低。这是因为分离器高度的增加有利于增加接触时间，不利于气泡的稳定性，

 

　　气泡的稳定性，如果分离器高度过大，虽然能有足够的接触时间，气泡在上升过程中，气泡内压力变化较大，从而造成气泡的破裂和合并，粒径变大，降低去除效率，分离器的分离效果。

 

　　分离效果与有机物的浓度有关，在一定有机物的浓度的情况下，存在一个最佳的

 

　　泡沫分离器的高度应在90-120cm，但对分离不同的有机物所需高度是不一样的。分离器最佳去除率的高度是随着有机物的浓度而变化的要使被处理水的有机物浓度达到处理要求，对于含有机物浓度不同的水体，其在分离器内和气泡接触的时间就不同。

 

 

　　6、CO2去除装置：高密度循环水养殖水体中的二氧化碳积累是影响水处理效果和养殖效果的重要因素，二氧化碳去除(脱气)是保证养殖水体pH值稳定的关键工艺。鱼类养殖密度在l0～20 kg/m3时，对于养殖水体中二氧化碳CO2的危害性表现尚不突出。在工厂化养鱼过程中，养殖密度的大幅提高，当鱼类养殖密度达到30～100 kg/m3时，工厂化循环水养殖系统均需采用纯氧增氧,此时鱼类呼吸和生物降解会产生大量的二氧化碳，二氧化碳在水体中的浓度随着时间推移逐渐上升。由于二氧化碳浓度与PH值呈负相关对应关系，其消碱作用使得pH值快速下降，破坏了水体的酸碱平衡，造成生物降解效率的下降,对控制循环水养殖系统的水质造成了非常大的困难，高浓度二氧化碳对于鱼类生长和生存也是非常有害的，当其浓度超过某一极值后就会产生毒性作用致使鱼类窒息死亡。要从高密度养殖水体中把大量的二氧化碳快速排除，必需要要专门的二氧化碳去除技术。国内目前大部分鱼类养殖密度仍然停留在l0～30 kg/m3的低水平 ，对于养殖水体中CO2的危害性尚未有深刻认识，因此鲜有关于CO2去除技术研究成果和实际应用的专门报道。当鱼类养殖密度向现代技术的30～100 kg/m 发展时，必须采用纯氧方法供氧，因此为了要把大量的CO2从高密度养殖水体中快速排除，这就要有专门的CO2去除技术。

 

　　影响CO2去除率的主要因素有：

 

 

　　起始CO2浓度、循环水流量、气水体积比、填料品种、CO2去除装置的结构型式、输入空气的流速等。适当增加填料层厚度和密度;设计较大出水位置高度;选用优质填料及恰当气水体积比，都能起到提高CO2去除效果的作用。

 

　　采用气体交换方法去除CO2：通过鼓风机向CO2去除装置输送大流量空气，通过与水体密切接触，将其中的游离CO2不断地替换出来，CO2浓度降低的同时使得水体中的H 离子浓度不断降低，从而使pH值能不断上升达到新的平衡状态。

 

　　通过其中的Q水越大，输入的空气流量也要越大，CO2去除效率才会越高。最高的CO2去除率对应有一个最佳的K值选取范围，K值选用以6～9为宜。处理的最大水流量Q与CO2去除装置的结构设计等密切相关，国外研究者推荐的水压负荷率为17～24 kg/(m2·s)。当不使用填料时，CO2的去除率同样具有随K值增大呈现升高趋势的规律，但是，由于气水之间的接触时间短和气体交换不充分，难以获得较高CO2去除率。因此，采用高度多孔、更大比表面积、不容易积垢的填料，设计合适的填料层厚度和密度，配合恰当的K值都对提高CO2去除率有利。

 

　　CO2浓度降低可提高pH值:

 

　　CO2浓度大幅度降低可使pH值显著提升，CO 浓度与pH值之间呈现典型负相关的对应关系。装置的CO2去除能力强、效率高， pH的调升速率大，使水体的酸性降低，有利于循环水养殖系统的酸碱平衡，避免养殖水体的CO2毒性作用及其可能产生的危害。

 

　　CO2去除过程也是水体增氧过程:向CO2去除装置输送大流量空气，一方面可将水体中的游离CO2交换出来排除到系统外，降低CO2浓度，另一方面可对水体产生增氧作用。出水的DO值随K值的增大而呈正相关对应关系。溶解氧由进水时的7.55 mg/L上升到出水时的8.62—9.04 mg/L，这就说明CO2的去除过程恰恰也是对水体进行增氧的过程。

 

　　CO2的去除技术应用于现代水产养殖系统，可以通过提高鱼类养殖密度来增加单位产量，并且能够通过简化循环水处理系统的工艺与结构流程，减轻后续的生化处理负荷，降低养殖成本，提高综合经济效益;另外还能够通过建立稳定的pH值缓冲平衡系统，降低整个养殖系统的运行风险，避免可能发生的CO2中毒事故带来的重大损失。

 

　　研究符合国情的CO2去除技术方法及其优化的技术模型，对于推动高密度集约化养鱼技术进步，促进水产养殖产业的持续发展具有重要意义。

 

　　高密度循环水养殖将是我国未来水产养殖业的发展方向。CO2因子对循环水处理效果和养殖效果具有重要影响,养殖水体中的高浓度CO2因子可以采用气体交换技术方法，通过设置在循环水处理系统中的CO2因子去除装置实现高效去除。

 

　　影响CO2因子去除率的主要因素有：水体的起始CO2因子浓度，循环水流量，气水体积比，填料品种，以及CO2因子去除装置的结构型式，进出水口的位置高度，喷水装置和曝气装置的结构形态等;输入空气的流速、气温和气压等都会对CO2去除率产生较大影响。

 

　　循环系统消除水中过多CO2的常见方法是气泡扩散或滴滤：

 

 

　　气泡扩散：在气体扩散系统中，形成气泡，气泡分开并在水中上升，最后在表层破裂。该过程既是一个放气的过程又是一个给水充氧的过程。该种类型充气可提高水中溶解氧，同时也可给生物滤池提供足够的氧气。

 

　　滴滤：滴滤主要作用是硝化和脱气。水的脱气通过过滤元素的串联设备而进行，效果很有效。与气泡扩散的脱气过程相比花费很少，因为气泡扩散要压缩气体器消耗较多的能量。滴滤器至少要在水表面的200mm以上，流入的水在这儿得到足够的充气用以排除鱼和生物滤池产生的二氧化碳。

 

 

　　7、生物滤器：曝气生物滤池(biological aerated filter，BAF)：在RAS中，生物滤池作为整个系统的核心处理单元，一般分为固定床(固定式毛刷填料)和流动床(多孔悬浮填料)两级处理。其原理主要是通过填料吸附截留作用、微生物代谢作用以及反应池内沿水流方向食物链分级捕食作用去除系统内污染物的过程。生物滤池将养殖废水中对养殖生物有害的污染物(TAN、NO2--N、有机物等)绝大部分转化为无毒害作用的硝酸盐(或未达到养殖生物毒害浓度)以及其它无机物。由于RAS系统的成败直接取决于生物滤池的运行效果，因此确定最佳的生物滤池运行条件将尤为重要，这也是今后研究RAS系统的主要方向。

 

　　滴流式过滤器：多为柱形，水自上部喷淋流经滤料，由底部排出，滤料之间不被水充满，而是被水喷淋。滤料表面形成水膜层，滤料(生物滤球、弹性填料等)处于气水交替附着状态,可以得到很好的充气，水中气态废物(N2、CO2、CO)在滴滤中溢出脱气。氧气可直接来自空气，有时可配置风机，以增大气流供氧。滴滤器不能反冲，不允许形成过量生物膜。在滤器之前安置微滤机或砂滤器可以显著的减少有机物的数量。滴流式过滤器取材简单，固体基物的堆积可深可浅。滴滤可以通过水的级联保持自净，不易阻塞。结构有罐式外、多个塑料箱(底部有漏孔)层叠而成的滴滤池形式，经济、合理、实用。滴滤器其比表面积可达250 m2/ m3。

 

　　拆分回路：氨硝化为亚硝酸盐并随后为硝酸盐的过程, 增大通过生物过滤器的流量会对硝化速率和系统性能的稳定性产生不利影响。为了降低了投资和运营成本，使用拆分回路这种设计使这过程被分隔开来。通过独立地系统调整使鱼的要求始终得到满足。确保系统中所有的组件得以完全利用,由于根据广泛经验和周密的计算, 通常只将30%的水量导入到生物过滤器里，可确保正确的滞留及细菌接触时间, 从而保证高效的硝化作用和更有效的控制病原体。采用拆分回路设计，可使生物过滤器的尺寸不常规需要增缩小三倍, 以获得同样的效果。

 

 

　　拆分回路设计的优点：

　　即使在总的氨水平较低时硝化速率也比较高、水质稳定;

　　饲料利用率比较高;

　　病原体控制得以改进、死亡率降低;

　　生产过程更快且具有更高的可预测性、运营成本下降、投资减少。

 

　　生物滤器的作用：

 

　　生物滤器通过反应器内微生物群体的生物氧化作用和生物絮凝作用、填料的吸附截留过滤作用以及微生物生态系统的食物链分级捕食作用等，高效去除污水中的氨氮、有机物和SS等。

 

　　生物滤器中微生物固定生长，微生物在反应器内获得较长的停留时间，亚硝化细菌和硝化细菌有足够的时间进行积累，达到对氨氮良好的去除效果。它是所有(海水、淡水)封闭循环水处理系统成功运行的关键，同时生物滤器也是封闭循环水处理系统投资和能耗最大的水处理单元。

 

　　生物滤器原理与其它类型污水处理方式相同，区别在于养鱼场的水其污物浓度比其它类型污水低得多。不需要较高的有机物负荷的污水处理方法。

 

　　生物滤池的设计要点：

　　生物滤池是依照其去除有机物和把氨硝化成硝酸盐的能力需要而设计。

　　生物滤池是由填料构成的生物处理构筑物。污水与填料表面上生长的微生物膜间隙接触，使污水得到净化。

　　生物滤池内有单位体积表面积尽可能大的过滤元件(分解一定数量的废物，需一定数量的填料面积)。

　　水可自由流动，生物膜不能堵塞滤器，保证有充足的氧气供给和输送。

 

 

　　生物滤池应满足如下要求：

　　1)生物滤池的处理效果在任何季节都能满足各地最严格的环保要求。

　　2)不产生二次污染。

　　3)填料中的微生物能够依靠水中有机质生长，无须另外投加营养剂。停工后再使用启动速度快。

　　4)生物滤池缓冲容量大，能自动调节浓度高峰使微生物始终正常工作，耐冲击负荷的能力强。

　　5)运行采用全自动控制，非常稳定，无须人工操作。易损部件少，维护管理非常简单，基本可以实现无人管理，工人只需巡视是否有机器发生故障。

　　6)生物滤池的池体采用组装式，便于运输和安装;在增加处理容量时只需添加组件，易于实施;也便于气源分散条件下的分别处理。

　　7)生物滤池能耗低。

 

 

　　生物转盘：生物转盘水产养殖污水处理系统生物转盘上生物膜的形成、生长以及其降解有机污染物的机理，与生物滤池基本相同。

 

　　生物转盘与生物滤池的主要区别是：

 

　　生物转盘以一系列转动的圆盘代替固定的滤料，转盘由几十片圆盘片组成，两片间有一定间距，通过机械传动，使盘面慢速旋转。圆盘结构装置部分浸没于污水中，部分在空气中，并不断地旋转，使盘片交替进出水面。保持了良好的通气效果及与养殖污水的接触的功能，盘片表面逐步繁殖微生物，形成了“生物膜”，“生物膜”是由各种微生物、原生动物等构成的微生物群落。微生物以水中污染物质为营养，再转入空气中呼吸大量氧气而不断滋长生物膜。生物膜”有两层结构，外层主要由丝状菌等好氧微生物组成，内层由包括脱硫弧菌在内的厌氧微生物构成，具有去除氨氮、BOD及无机物等有害物质的功能。

 

　　利用生物转盘除去氨氮降解有机污染物，其作用原理是利用生物转盘上附生的藻类和硝化细菌吸收和转化水中的氨氮，除去氨氮的效率可达80%以上。特点有：微生物浓度高，约55g/L;比表面积大，约3300 m2/m3;具有硝化和反硝化的功能;有机物容积负荷大，COD为10～40kg/(cm3·d);兼具活性污泥法均匀接触条件所形成的高效率和生物膜法耐负荷冲击的优点。运行稳定，占地很少，状态均匀，混合强烈，接触充分，适用范围广，污泥产生量少，且易于沉淀。，氧则是在盘片转出水面与空气接触时，从空气中吸取，不需人工曝气和污泥回流装置，动力消耗低，不产生污泥膨胀和二次污染问题，便于维护和管理，运行费用低、安全可靠、无噪音。

 

　　转盘式是由固定在水平转轴上一列平行排列的塑料圆盘和一个与其相配的半圆形水槽组成。转盘一半暴露在空气中，一半浸入水中，工作几天后，盘片的表面生长出一层由细菌等组成的白色透明的生物膜(厚约0.8～1.3毫米)。电机带动转盘缓慢旋转(2～3次/分)，使生物膜与大气和水交替接触。当盘片夹带水体离开液面，水体沿着生物膜表面下流时，空气的氧气通过吸收、混合、渗透等作用，不断溶解在水膜中。微生物从水膜中吸收溶解氧，将复杂有机物氧化分解成无机物，并使微生物自身得以繁殖。又因为转盘有着巨大的表面积，反复旋转使整个水体得到了搅拌及充气增氧，水体中有机物浓度下降，溶解氧增高，水得到净化.

 

 

　　生物转盘的设置：根据养殖废水的水质、水量、净化要求及现场条件等因素确定，生物转盘采用单轴单级、单轴多级或多轴多级。根据废水净化要求达到的程度来确定级数的多少，转盘的多级设置可以避免水流短路、改进停留时间的分配。增加级数，可相应提高处理效果。但是，随着级数的递增，处理效果的增加率减慢。因为生物酶氧化有机物的速度正比于有机物的浓度，在多级转盘中，转盘的第一级进水口处有机物浓度最高，氧化速度也最快，随着级数的增加，有机物浓度逐渐降低，代谢产物逐渐增多，氧化速度也逐渐减慢，因此，转盘的分级不宜过多，且养殖废水有机物浓度较低，转盘的级数不超过两级。

 

　　活性砂过滤器：活性砂过滤器它能替代传统的固定床过滤系统，应用于工厂化循环水处理系统，过滤与洗砂同时进行，能够24小时连续自动运行，无需停机反冲洗，提砂和洗砂结构代替了传统大功率反冲洗系统，实现了连续过滤，滤层连续自动清洗更新。用于养鱼业滤后悬浮物(mg/L)≤5~10mg /L能耗极低。系统无需维护和看管，管理简便。

 

 

　　运行原理：整个砂滤器包括水路、砂路、气路、洗砂器和控制系统五个部分组成：

 

　　一、水路：需要净化的水由入口1进入砂滤器，水通过进水管2和分配器3从系统底部向上流动穿过砂滤层4.在上流过程中，水体通过砂滤层时得到净化，并经砂滤系统顶部的溢流堰5流出系统。

 

　　二、砂路：过滤介质砂粒在水流上升的同事，在重力作用下不停地向下流动。肮脏的砂粒6在底部通过中心上升管8，在气提作用下上升到顶部再生并得以清洗，随后释放的干净砂粒7又回到砂滤层的顶部。

 

　　三、气路：砂粒的循环依靠压缩空气的气提作用，驱使脏砂和水沿着中心上升管8上流。强烈的冲洗作用使砂粒和赃物完全分离。在上升管的顶部空气被释放，同时脏水通过排污管9排出砂滤器;砂粒在洗砂器10中沉降。

 

　　四、洗砂器：水力设计良好的洗砂器10是环绕中心上升管8的套管。砂粒在重力作用下沿着洗砂器的曲径落下，并在洗砂器中被一小股反向流动的干净滤液冲洗。冲洗后的脏水在溢流堰5和排污管9液位差的作用下被排出砂滤系统。

 

　　五、监控和控制系统：在线监控砂粒循环的均匀性， 调节系统，在不同进水水质和进水条件下，优化整个砂滤器的运行参数，达到稳定工艺运行的目标。

 

 

　　8、紫外消毒器：在RAS中，为了提高其养殖的经济效益，养殖生物的病害预防则变的尤为重要，也是构建系统的核心技术之一。紫外消毒装置是由大量的柱状紫外灯管并联组成的一个开放式处理单元，当养殖水体流经此装置时，养殖水体将受到波长为230~270 nm紫外线的强烈辐射。该紫外线具有穿透细胞膜破坏其内部结构的能力，进而使菌体失去分裂繁殖能力逐渐衰亡，最终达到消灭养殖水体中的病原菌的效果。紫外消毒技术凭借其成本低、对养殖生物无残留毒害的优点，在RAS中被广泛应用。

 

　　紫外杀菌器选用技术数据：

 

　　高效率：瞬间杀灭各种细菌、病毒等致病体。在设备额定消毒水量范围内，根据不同水质，杀菌率可达99-99.99%。

　　高质量：采用专用紫外灯管，灯管使用寿命≥12000小时。壳体采用优质PVC(内衬钛铂)，经久耐用;配高纯度石英玻璃套管、长效灭菌;

　　稳定性好：设备24小时连续、稳定运行。

 

　　可靠性高：所采用的紫外灯管其紫外C(T254nm)输出利用率达95%以上，消毒剂量充足、可靠性更高。

 

　　实用性强：应用消毒不会改变水的性状，不产生任何消毒副产物。

 

　　运行费用低、操作维护简单、体积小、无噪音。

 

　　设备耐压3Kg/cm²，防护等级IP68，紫外泄露量为0，安全可靠。

 

　　电控系统：启动和监控紫外C灯管运行。可根据客户需要配置各种先进的在线监控仪表和远程控制系统。

 

　　清洗装置：内设自洁装置自动擦洗石英玻璃套管：无化学反应，不产生二次污染。

 

　　设备安装：基座固定，直接串连于进、出水管道之间，采用法兰盘或螺纹连接。进出水管口径和方向可根据用户要求生产。

 

　　水温温度：5℃-30℃

　　环境温度：-5℃-50℃

 

　　养殖用水消毒：进入紫外消毒设备的水质其1㎝处的紫外C透射率≥70%，原水质除细菌学指标，其他指标达到国家《生活杂用水水质标准》后，采用紫外消毒。

 

　　产品规格：(处理量的紫外线杀菌器可按用户需求设计定做)

 

 

　　9、增氧机：养殖池内溶解氧水平严重制约了养殖密度，为解决这一瓶颈问题，增氧机应运而生。其大幅提高了系统的复氧速度，保证了高密度环境下养殖生物的耗氧需求。目前，由于增氧机类型繁多，其增氧效果也存在较大差别。高密度RAS通常采用液氧增氧，导致其运行成本将大幅增加，因此，在RAS中选择一种高效稳定的增氧机极其重要。