CN208200514U - 零排放型三组式循环水养殖用生物过滤系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种零排放型三组式循环水养殖用生物过滤系统，其特征在于：此系统由一级过滤池、二级过滤池和反硝化过滤池相互连通的三个独立水池组成，池底部均呈漏斗型，内部均设置有斜管生物填料；养殖用水在流经三个水池时，池内的硝化填料在有氧环境下利用填料表面生长的硝化细菌将水中的氨氮转化成无毒的硝酸盐；反硝化填料在无氧环境下利用填料表面生长的反硝化细菌将硝酸盐转化成氮气、二氧化碳和水。从而实现对循环水养殖水体中残饵、粪便、氨氮、亚硝酸和硝酸盐等有害成分的降解，同时又实现了对水的脱气和加氧。其功效让水产养殖零排放变为可能，同时具有低能耗、易操控、易维护、过滤效果显著、设备运行成本低等特点。
Description
技术领域
本实用新型涉及水产养殖水处理方面的器械领域，具体的说是一种用于循环水养殖水处理系统中针对粪便、残饵、氨氮、亚硝酸盐、硝酸盐、等有害物质进行生物过滤（分解）并补充水中溶氧的水处理系统。
背景技术
目前社会上所使用的生物过滤设备种类繁多，形状各异，多数都以用在水族鱼缸或科研院校方面的小型设备为主，能真正用于循环水养殖上的生产级水过滤设备可谓少之又少。而且目前国内、外所使用的水产养殖用生物过滤设备都是针对于分解养殖水体中的粪便、氨氮和亚硝酸盐，而最终的分解产物硝酸盐却一直存留在水中无法根除，随着养殖生产的进行，所养殖生物的排泄物硝化分解，水中硝酸盐会一直累积到所养生物的最大耐受程度，直接威胁到养殖生产的顺利进行。因此所有这样的系统都只能通过部分换水的方式来保持水体中硝酸盐的浓度不会影响到生物的正常生长。上述问题致使生物过滤成为循环水养殖上的技术瓶颈，制约了养殖业在工厂化、室内化、高密度鱼养殖等方向上的发展，特别是在日益严重的环保问题和国家对水产养殖排放的严格要求下，此发明专利为水产人开拓出一条适合当下国情的、长远的创业途径。
发明内容
本实用新型提供一种零排放型三组式循环水养殖用生物过滤系统，其目的是针对解决社会上现有水产养殖生物过滤设备运转不稳定、无法分解硝酸盐、维护难、体积大、造价高、能耗大等问题，使生物过滤过程同时实现增氧排二氧化碳、排泄物全分解、占地小、易操作、易维护，达到节能减排的真正全封闭式循环水养殖的最终目的。
本实用新型的技术方案是：
一种零排放型三组式循环水养殖用生物过滤系统，此系统由一级过滤池、二级过滤池和反硝化过滤池相互连通的三个独立水池组成，其特征在于：所述的一级过滤池底部呈漏斗型，漏斗型池底最低处设置有主进水管，漏斗型的池底有利于反冲洗过程中产生的固体污物集中在主进水管附近，并通过主进水管排出到池外。所述的主进水管上方，位于漏斗型池底敞口顶部设置有充气支架a充气支架a起到反冲充气和托起硝化填料的作用。所述的一级过滤池靠近顶部的池壁上设置有连接到二级过滤池的溢水管a，由主进水管进入到一级过滤池的水，大部分都由溢水管a流入到二级过滤池。所述一级过滤池内部，溢水管a与充气支架a之间填充满硝化填料，硝化填料表面经培育生长有硝化细菌。所述的硝化填料靠近顶部位置设置有反硝化过滤池进水管，反硝化过滤池进水管进水口埋于硝化填料内，另外一端出水口连接至反硝化过滤池的池底管，反硝化过滤池进水管的进水口和出水口之间设置有流量控制阀，这样的设计让少部分已经过一级过滤池硝化处理过的水通过水位差自动流入到反硝化过滤池，并可通过流量控制阀控制其流量。
所述的反硝化过滤池底部呈漏斗型，漏斗型池底最低处设置有池底管，漏斗型池底有利于反冲洗过程中产生的固体污物集中在池底管附近，并通过排污口排出到池外。所述的池底管上方，漏斗型池底敞口顶部设置有充气支架c，充气支架c起到反冲充气和支撑反硝化填料的作用。所述的反硝化过滤池靠近顶部的池壁上设置有连接到二级过滤池的溢水管b，水从池底管进入到反硝化过滤池后，最终由溢水管b流入到二级过滤池。所述的溢水管b的管道最低处低于溢水管a的管道最低处，这使一级过滤池内的水位高于反硝化过滤池水位，水会自动通过反硝化过滤池进水管流入到反硝化过滤池内。所述反硝化过滤池内部，溢水管b与充气支架c之间填充满反硝化填料，反硝化填料表面经培育生长有反硝化细菌。所述的反硝化填料顶部与溢水管b之间设置有分水筛板b，分水筛板b为多孔的板状结构，浸没于水下。所述的分水筛板b下方与反硝化填料之间设置有循环进水管，这样避免了循环进水管吸取到池内顶部与空气接触而含氧气的水，从而保证了反硝化填料处于无氧气的环境里。所述的循环进水管另外一端连接有循环泵，循环泵出水端连接有循环回水管，循环回水管另外一端连接至池底管，循环泵将池内顶部的水重新泵入到池底，水在池内反复循环，从而增加了水与反硝化细菌的接触几率，让水中的硝酸盐分解的更彻底。所述的循环回水管靠近循环泵位置设置有加药管，加药管上设置有单向阀，通过此加药管为反硝化反应添加所需的化学试剂。
所述的二级过滤池底部呈漏斗型，漏斗型池底最低处设置有主出水管，漏斗型的池底有利于反冲洗过程中产生的固体污物集中在主出水管附近，并通过主出水管排出到池外。所述的主出水管上方，漏斗型池底敞口顶部稍高的位置设置有充气支架b，充气支架b起到反冲充气和支撑滴滤填料的作用。所述的二级过滤池靠近顶部位置设置有多孔的分水筛板a，分水筛板a位置略低于溢水管b，这让溢水管a和溢水管b流出的水可以完全经过分水筛板a，并均匀的淋洒在滴滤填料上。所述的分水筛板a与充气支架b支架之间填充满滴滤填料，滴滤填料上生长有硝化细菌。所述的充气支架b与漏斗型池底敞口顶部之间设置有进气管，进气管一端管口开于二级过滤池内部，另一端管口上连接有鼓风机，鼓风机送人的大量空气与淋洒而下水相互接触，不但带走了水中的二氧化碳等有害气体，还将氧气溶入到水中，使水实现了脱气效果的同时达到了饱和溶氧状态。
所述的硝化填料、反硝化填料和滴滤填料均为固定式的波纹斜管填料。
所述的充气支架a、充气支架b和充气支架c均由中空管制作而成，中空管内部之间完全连通，中空管壁上均匀分布有充气孔，当处于反冲状态时，高压气体通过充气孔均匀的分散在填料底部，并上升至水面上，从而达到搅动桶内水、清洗填料的作用。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
1、本实用新型利用相互连通的三个起到不同水处理功效的水池一举实现了对养殖用水的反硝化分解、硝化分解、增氧、去除二氧化碳、分解粪便和残饵等多个重要步骤，最终产物为无毒的氮气、二氧化碳和水，真正意义上实现了完全分解养殖生物排泄物的目的，解决了循环水养殖水处理上的技术瓶颈。
2、本实用新型所有生物填料表面所生长的生物菌都是在养殖过程中自动生长出来的，无需复杂的挂膜过程，这样的生物菌分解效能更稳定，更能适应其所处的当地水体环境，并以科学环保的方式一次性分解了养殖水体中粪便、残饵、氨氮、亚硝酸盐、硝酸盐等有害物质的目的，减少了传统工艺上不必要的设备和设施，降低了设备成本和运行成本，而且本设备还具有易安装、易维护、占地小、处理效果显著等优点，顺应了低碳环保、节能减排的未来行业发展趋势。
3、本实用新型的一级过滤池和反硝化过滤池的生物填料完全浸没于水中，所填装的生物滤料不但起到了通过微生物菌膜分解溶解在水中有害物质的作用，还起到了粘结、过滤、囤积、分解水中大颗粒固体排泄物的作用。增加了设备附带过滤的功能，同时也增加了设备的维护周期，让设备可以更稳定的发挥效用。
4、本实用新型中反硝化过滤池的循环泵的设计让经过反硝化填料后，但仍含有硝酸盐的养殖用水再多次流经反硝化填料，从而使水中的硝酸盐分解的更彻底，而且可以让反硝化填料维持在无氧环境下稳定工作。
5、此设备使用一段时间后由于片状生物填料表面上生长的生物膜会逐渐老化，导致过滤效果下降，因此需要对设备进行反冲洗，反冲洗时只需从充气管充入大量压缩气体，将整个桶内的水搅动起来，就可以将斜管填料表面上已老化的生物膜及囤积在生物填料间的污物冲洗下来。此反冲洗过程操作简单，所需时间短，只需简单的开关阀门便可顺利完成，反冲洗保证了整个设备过滤效果的稳定性。
附图说明
图1是本实用新型的透视侧视图；
图2是本实用新型充气支架的等轴侧视图；
图3是本实用新型分水筛板的侧视图。
在图中，1 ：一级过滤池、2 ：硝化填料、3：溢水管a、4：主进水管、5：充气支架a、6：反冲阀门a、7：反冲气管a、8：反硝化过滤池进水管、9：流量控制阀、10：水位线a、11：二级过滤池、12：滴滤填料、13：进气管、14主出水管、15：充气支架b、16：反冲阀门b、17：反冲气管b、18：鼓风机、19：分水筛板a、20：水位线b、21：反硝化过滤池、22：反硝化填料、23：溢水管b、24：池底管、25：充气支架c、26：反冲阀门c、27：反冲气管c、28：循环进水管、29：分水筛板b、30：水位线c、31：循环水泵、32：加药管、33：单向阀、34：循环回水管、35：排污阀、36：排污口、37：筛板沿、38：筛板、39：过水孔、40：充气孔、41：充气支架、42：反冲气管。
具体实施方式
下面结合附图实施例，对本实用新型进一步说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。
如图1所示，零排放型三组式循环水养殖用生物过滤系统，此系统由一级过滤池、二级过滤池和反硝化过滤池相互连通的三个独立水池组成，其特征在于：所述的一级过滤池、二级过滤池和反硝化过滤池为包括并不限于圆柱状、棱柱状等其他几何形状，三个水池底部均呈漏斗型，漏斗型池底上方均设置有充气支架，支架上方的池内均设置有生物填料，生物填料均为固定式的波纹斜管填料。
所述的一级过滤池底部呈漏斗型，漏斗型池底最低处设置有主进水管；所述的主进水管上方设置有充气支架a；所述的一级过滤池靠近顶部的池壁上设置有连接到二级过滤池的溢水管a；所述一级过滤池内部，溢水管a与充气支架a之间填充满硝化填料；所述的硝化填料靠近顶部位置设置有反硝化过滤池进水管，反硝化过滤池进水管进水口埋于硝化填料内，另外一端连接至池底管，管道中间设置有流量控制阀；所述的充气支架a上连接有反冲气管a，反冲气管a末端设置有反冲阀门a。
所述的反硝化过滤池底部呈漏斗型，漏斗型池底最低处设置有池底管；所述的池底管上方设置有充气支架c；所述的反硝化过滤池靠近顶部的池壁上设置有连接到二级过滤池的溢水管b；所述的溢水管b的管道最低处低于溢水管a的管道最低处；所述反硝化过滤池内部，溢水管b与充气支架c之间填充满反硝化填料；所述的反硝化填料顶部与溢水管b之间设置有分水筛板b；所述的分水筛板b下方与反硝化填料之间设置有循环进水管；所述的循环进水管另外一端连接有循环泵，循环泵出水端连接有循环回水管；所述的循环回水管靠近循环泵位置设置有加药管，加药管上设置有单向阀；所述的循环回水管另外一端连接至池底管；所述的充气支架c上连接有反冲气管c，反冲气管c末端设置有反冲阀门c。
所述的二级过滤池底部呈漏斗型，漏斗型池底最低处设置有主出水管；所述的主出水管上方设置有充气支架b；所述的二级过滤池靠近顶部位置设置有分水筛板a，分水筛板a位置略低于溢水管b；所述的分水筛板a与充气支架b支架之间填充满滴滤填料；所述的充气支架b上连接有反冲气管b，反冲气管b末端设置有反冲阀门b；所述的充气支架b下方设置有进气管，进气管一端管口开于二级过滤池内部，另一端管口上连接有鼓风机。
图2所示，所述的充气支架a、充气支架b和充气支架c结构相同，图中所示是此结构仰视方向的等轴侧视图。充气支架由方管制作而成，方管内部相互连通，各方管之间的连接处完全密封；充气支架固定于池内生物填料下方，面向池底方向的管壁上均匀分布有若干起到充气作用的充气孔；充气支架上设置有一个起到进气作用的反冲气管。
图3所示，所述的分水筛板a和分水筛板b结构相同，图中所示是此结构的侧视图。分水筛板由筛板和其四周的筛板沿构成，所述的筛板上均匀分布若干过水孔，过水孔起到让水均匀流过筛板的作用。
本实用新型的工作原理如下：
1、系统工作时污水通过一级过滤池下方的主进水管进入到一级过滤池，之后污水均匀并缓慢的流经硝化填料，水中的粪便等杂质会卡在硝化填料上，由硝化填料表面生长的微生物进行分解，同时溶在水中的氨氮会被硝化填料表面生长的硝化细菌转化成亚硝酸盐，再进一步转化成硝酸盐，此时的硝化过程总反应式为： NH4++1.83O2+1.98HCO3 -→0.021C5H7O2N+0.98NO3 -+1.04H2O+1.884H2CO3
一级过滤池内的水位不断上长，达到水位线a所示的位置，这时大部分水会从溢水管a溢入到二级过滤池的分水筛板a上。
2、由于一级过滤池的硝化填料内部埋有连接到反硝化过滤池底部的反硝化过滤池进水管，并且溢水管b的位置低于溢水管a的位置，因此反硝化过滤池内的水位低于一级过滤池水位，致使有少量的水会自动不停的流经反硝化池，从溢水管b流入到二级过滤池的分水筛板a上。这部分水从反硝化过滤池底部的池底管流入，然后缓慢流经反硝化填料，此时反硝化填料表面上生长的反硝化细菌将溶将水中的硝酸盐分解成氮气、二氧化碳和水，反硝化过程总反应式为（以甲醇为碳源为例）：
NO3 -+1.08CH3OH+0.24H2CO3→0.056C5H7O2N+0.47N2↑+1.68H2O+HCO3 -
由于含有硝酸盐的养殖用水在一次流经反硝化填料时未必可以将其含量降低到理想浓度，因此设置循环水泵，循环水泵将已经流经反硝化填料的水重新吸到反硝化填料下边，从而使水可以往复多次流经反硝化填料，以此让反硝化过滤进行的更彻底，充分发挥设备的反硝化功能。由于反硝化细菌需要在无氧条件下才可以正常分解硝酸盐，因此在循环进水管的进水口上方设置有分水筛板b，以防止循环水泵吸到带孔隔板上方已与空气接触而溶有氧气的水，确保了反硝化过滤池处于一个无氧环境，反硝化反应可以顺利进行。
通过测量溢水管b流出来的水中硝酸盐含量来调节流量控制阀的开关大小，从而决定了流经反硝化填料的水量多少。如果硝酸盐含量过高则关小流量控制阀，以此增加水与反硝化填料表面生长的反硝化细菌之间的反应时间，进一步降低硝酸盐含量；如果硝酸盐含量过低则开大流量控制阀，以此减少水与反硝化填料表面生长的反硝化细菌之间的反应时间，增加了反硝化反应处理的水量。具体调节的大小需在养殖生产正常进行时，通过不断跟踪溢水管b处水的硝酸盐含量来得出最佳阀门调节方案。
反硝化反应所需的化学试剂（以甲醇为例）由加药管加入到反硝化过滤池内，循环水泵使甲醇均匀的混合到池内的水中。单向阀防止反硝化池内的水倒流到加药管。
3、流经一级过滤池和流经反硝化过滤池的水最终流到位于二级过滤池顶部的分水筛板a上，分水筛板a使水均匀的淋洒在斜管填料上，最终汇集在二级过滤池池底，从主出水管流出本系统。在此过程中，水在流经悬空的斜管填料时不断的与斜管填料发生碰撞，最大可能的增大水的表面积，斜管填料上生长的硝化细菌进一步对水中的有害物质进行分解。
与此同时鼓风机将大量空气通过进气管吹入到二级过滤池底部，再经过斜管填料从池顶部排出。空气与淋洒下来的水充分接触，将水中的二氧化碳等有害气体带出，并将氧气溶入到水中。这个过程实现了对水的脱气和溶氧的效果。
4、在设备工作了一段时间后，根据过滤池进出水的水质变化，以及过滤池所分解的总固体物质的量，来确定何时对此过滤池进行反冲洗。
反冲洗一级过滤池时：关闭主进水管的进水和流量控制阀，一级过滤池内水位会处于溢水管a最下缘，此时开启反冲阀门a，大量高压气体从充气支架a上的充气孔喷出，将整个池内的水搅动起来，从而将硝化填料表面上已老化的生物膜冲洗下来；经过多次充气后将池内的污水全部从主进水管排掉，再重新开启主进水管的进水和流量控制阀，让系统重新恢复到过滤状态。
反冲洗反硝化过滤池时：关闭流量控制阀和循环水泵，反硝化过滤池水位会处于溢水管b最下缘，此时开启反冲阀门c，大量高压气体从充气支架c上的充气孔喷出，将整个池内的水搅动起来，从而将反硝化填料表面上已老化的生物膜冲洗下来；经过多次充气动作后，开启排污阀将池内的水全部从排污口排掉后，再关闭排污阀，重新开启流量控制阀和循环水泵，让反硝化过滤池重新恢复到过滤状态。
反冲洗二级过滤池时： 关闭主出水管的出水，待水位上升至溢水管b最下缘时，关闭主进水管的进水，此时开启反冲阀门b，大量高压气体从充气支架b上的充气孔喷出，将整个池内的水搅动起来，从而将斜管填料表面上已老化的生物膜冲洗下来；经过多次充气后将池内的污水全部从主出水管排掉，再重新开启主进水管的进水和主出水管的出水，让系统重新恢复到过滤状态。
Claims (4)
1.一种零排放型三组式循环水养殖用生物过滤系统，此系统由一级过滤池、二级过滤池和反硝化过滤池相互连通的三个独立水池组成，其特征在于：所述的一级过滤池、二级过滤池和反硝化过滤池为包括并不限于圆柱状、棱柱状的几何形状，三个水池底部均呈漏斗型，漏斗型池底上方均设置有充气支架，支架上方的池内均设置有生物填料，生物填料均为固定式的斜管填料；所述的一级过滤池漏斗型池底最低处设置有主进水管，待处理的污水由主进水管进入到系统中，大部分水在流经硝化填料后，从顶部的溢水管a流入到二级过滤池的分水筛板a上，少部分的水经由反硝化过滤池进水管进入到反硝化过滤池，进入到反硝化过滤池的水利用循环水泵使其反复经过反硝化填料，最终从溢水管b流入到二级过滤池的分水筛板a上，分水筛板a使水淋洒而下，之后水滴流过滴滤填料后集中在池底，并从主出水管流出系统。
2.根据权利要求1所述的零排放型三组式循环水养殖用生物过滤系统，其特征在于：所述的一级过滤池底部呈漏斗型，漏斗型池底最低处设置有主进水管；所述的主进水管上方设置有充气支架a；所述的一级过滤池靠近顶部的池壁上设置有连接到二级过滤池的溢水管a；所述一级过滤池内部，溢水管a与充气支架a之间填充满硝化填料；所述的硝化填料靠近顶部位置设置有反硝化过滤池进水管，反硝化过滤池进水管进水口埋于硝化填料内，另外一端连接至池底管，管道中间设置有流量控制阀；所述的充气支架a上连接有反冲气管a，反冲气管a末端设置有反冲阀门a。
3.根据权利要求1所述的零排放型三组式循环水养殖用生物过滤系统，其特征在于：所述的反硝化过滤池底部呈漏斗型，漏斗型池底最低处设置有池底管；所述的池底管上方设置有充气支架c；所述的反硝化过滤池靠近顶部的池壁上设置有连接到二级过滤池的溢水管b；所述的溢水管b的管道最低处低于溢水管a的管道最低处；所述反硝化过滤池内部，溢水管b与充气支架c之间填充满反硝化填料；所述的反硝化填料顶部与溢水管b之间设置有分水筛板b；所述的分水筛板b下方与反硝化填料之间设置有循环进水管；所述的循环进水管另外一端连接有循环泵，循环泵出水端连接有循环回水管；所述的循环回水管靠近循环泵位置设置有加药管，加药管上设置有单向阀；所述的循环回水管另外一端连接至池底管；所述的充气支架c上连接有反冲气管c，反冲气管c末端设置有反冲阀门c。
4.根据权利要求1所述的零排放型三组式循环水养殖用生物过滤系统，其特征在于：所述的二级过滤池底部呈漏斗型，漏斗型池底最低处设置有主出水管；所述的主出水管上方设置有充气支架b；所述的二级过滤池靠近顶部位置设置有分水筛板a，分水筛板a位置略低于溢水管b；所述的分水筛板a与充气支架b支架之间填充满滴滤填料；所述的充气支架b上连接有反冲气管b，反冲气管b末端设置有反冲阀门b；所述的充气支架b下方设置有进气管，进气管一端管口开于二级过滤池内部，另一端管口上连接有鼓风机。
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