水产养殖装备(二)- 水处理装备:微滤机

文 | 叶章颖、梁超
编辑 | 朋泽群、陈华荣、向坤
在循环水系统中,总悬浮颗粒物(TSS)的去除往往被当做水处理单元的第一个重要环节。浊度是最容易直接观察出来的水质参数,而颗粒物也是引起浊度变化的最主要原因。所以,即使最简单的系统也会把颗粒物的去除放在首位。
在一个500立方,养殖密度为每立方40公斤的系统中,标准的总生物量为20吨鱼。饵料比根据鱼的尺寸和种类,在0.6%到2%之间。我们如果取1%作为参考值,那么每天的饲料投喂量为200公斤。那么在最坏的情况下,总悬浮颗粒物可以达到40公斤,也就是说80mg/l的总悬浮颗粒物浓度对于循环水系统来说,是相当高了。在循环水系统中,总悬浮颗粒物一般在10到30mg/l之间。与之相比较,生物絮团系统中的悬浮颗粒物总量通常不会超过500mg/l,在这种浊度下,水体的可见度可能不会超过几厘米。
上面的计算仅仅是参考了一天的投喂量。如果没有任何处理悬浮颗粒物的措施,悬浮物总量可能会在几天内就达到鱼类没有办法承受的程度。引起浊度升高的颗粒物会阻塞甚至损坏鱼的鳃部,同时也会引发胁迫状态,增大安全隐患,是渔场最主要的“隐性”风险。
微滤机(Microscreen Filter)是一种机械过滤器(Mechanical Filter),通过微孔筛网(microscreen)截留养殖废水中粒径较大的固体颗粒物来达到固液分离的目的。水产养殖中使用的微滤机包括转鼓式微滤机(Drum filter),转盘式微滤机(Disc Filter)和履带式微滤机(Belt Filter)。其中转鼓式微滤机因其需要较小的劳动力、低水头损失、易维护和占地空间小等优势在水产养殖水处理中得到了广泛应用。本文简要介绍下国际上知名的养殖装备生产企业微滤机制造情况。
法国Faivre公司

Faivre公司成立于1958年,FAIVRE提供了一整套能够使用高效稳健的设计以经济成本来处理所有废水的自动清洁型转鼓式微滤机。这种类别的过滤机具有许多不同的用途,即鱼类养殖,以及在农业饲料工业,或者是在水清洁应用中。

这类机械过滤机可用于养殖场循环水系统、入口水以及出口水的机械过滤。最高流量可达3240m3 / h,过滤精度可达26μ。

目前,按照微滤机转鼓的直径(cm)分类可分为40、60、80、120、160和200系列,按照微滤机结构形式分类可分为框架式、箱体式和管道输入式,具体如下表所示。

挪威AKVA集团
挪威阿格瓦集团旗下有四大品牌,经过30多年的发展,已经成为世界上公认的水产技术供应商。
其旗下四大品牌分别为用于网具服务的wavemaster,负责管道系统的polarcirkel,开发养殖软件的fishtalk以及开发投饵系统的akvasmart。此公司开发的转鼓式微滤机主要适用于养鱼场的入水口和排水口以及循环水系统中。
微滤机设计能够承受一定的环境条件:用于腐蚀性温咸水的微滤机材料是双相钢或AISI 316,而对于较冷的淡水环境,可以使用低成本的材料,例如AISI 304钢。
特征:
1.40-50微米(μm)的筛网尺寸通常是以最小的水头损失减少有机负荷的最佳选择。
2.转鼓式微滤机可去除饵料残渣和鱼粪等颗粒物。
3.具有直接在齿轮上软启动和可调速的高效SEW齿轮电机。

优势:

1、耐用,易于更换。

2、高效的SEW齿轮电机,带有速度调节和直接在齿轮上软启动,在安装过程中不需要屏蔽电缆。

3、重型鼓主结构,框架和用于强牵引和软牵引的双重链驱动。

4、完全防紫外线的聚乙烯主盖,聚乙烯电机盖和聚乙烯链盒,以避免任何腐蚀问题。

5、直接在微滤机框架上安装喷淋高压泵的标准装备安装选项。

6、控制的选项用于调节过滤器测量实际压差的负载。大大优化了水和电力的消耗。

法国VEOLIA集团
法国VEOLIA集团最初的活动主要是农田灌溉和城市供水,现发展为的全球性资源管理公司,拥有超过160年的环境服务经验。威立雅水务技术专业从事水处理解决方案,并为工业客户和公共机构提供设计,建造,维护和升级水和废水处理设施所需的全套服务。威立雅水务技术为环境负责和可持续水产养殖提供行业领先的解决方案,以满足客户的优先需求。除了增加生产和减少水消耗,业界领先的技术Kaldnes®RAS响应当今水产养殖业面临的关键挑战。其生产的Hydrotech转鼓式微滤机是一种机械和自清洁微滤机,专门为有必要防止颗粒碎裂的系统的高性能而设计。
优势:
1、成本效益的技术
2、占地面积小
3、易于操作,易于维护
4、产品灵活性
5、坚固,紧凑的设计
瑞典NP Innovation公司
新型的NP转鼓微滤机和NP碟片微滤机基于水产领域广泛应用的超精细滤网过滤技术。不仅如此,NP微滤机在诸多设计方面进行了改良。
1、转鼓两端的主轴承和支撑轴设计提升了整体结构的完整性,减小了设备总重,延迟了轴承的使用寿命,进而减小了设备的运营费用。
2、传动链条使用了无需润滑的非金属链条,减小了转鼓结构上和驱动时的压力,进而减小了后期的维护成本。
3、模块化设计 – 加快了生产效率,降低了生产成本,缩短了交货时间。
转鼓式微滤机选择方法
微滤机的工作目的是在循环水养殖系统中通过微孔筛网截留养殖废水中粒径较大的固体颗粒物来达到固液分离的目的。当过滤的固体颗粒堆积在滤网内部时,它们会使滤网变得网口变小,并阻碍水的流动。这种现象会导致通过滤网的水流阻力的相应增加并会引起鼓内水位的增高,在达到最大水位之前,必须要对滤网进行反冲洗,防止殖用水从滤桶两侧流出。
反冲洗有连续、间歇两种情况。通常,在连续反冲洗中运行的微滤机是在其最大流量下运行的。连续的反冲洗确保了筛网畅通,也因此可以达到最大流量。间歇反冲洗需要微滤机内有额外的流量。反冲洗系统运行的时间由滤桶的过滤能力的决定的。在反冲洗的间隔时间中,滤桶内部的筛网上会由固体颗粒堆积产生滤饼。
为了测试滤网的适用性,国外的研究人员设计了如图所示的试管模拟装置。该装置提供100,60,40,30,25,18和10微米的微孔筛网。装置的中部设有一个低于水位200mm的密封滤网孔,代表滤网的正常水头水压。在此深度浸入10秒,模拟转鼓式微滤机以3转/分钟的正常转速。
转鼓式微滤机的主要特点为过滤流量和过滤效率,通过该装置可以将10秒钟通过滤网的滤液体积可以计算该装置通过滤网的水体流量。当试验装置的滤桶直径是已知时,可以通过计算得出过滤的流量和所需微滤机的大小:
微滤机工作状况下所需的最小过滤面积为:
At为微孔筛网的试验面积(m2);Ap为工艺流量所需面积(m2);Qp为流量(L/min);Qt为微孔筛网最大流量(L/min)。
虽然反冲洗频率是影响微滤机过滤能力的主要因素,但微滤机的过滤能力也取决于其他因素,包括:筛网的微米级、筛网的水位、养殖水中悬浮颗粒密度、养殖水中悬浮颗粒的粒径分布。
过滤效率是量化转鼓式微滤机的性能重要考量之一。微滤机的过滤效率是通过微滤机过滤出的悬浮颗粒量相对于进水中总悬浮颗粒物量的比值。影响微滤过滤效率的重要的因素是进水中固体颗粒的粒度分布相对于微筛的孔径大小。

悬浮颗粒浓度计算公式:

粒度分布测定

颗粒累积质量百分比:

如果使用多个微孔筛网则颗粒累积质量百分比为:

微滤机的过滤效率:

去除率:

国内知识产权情况

经检索,用于水产养殖相关的微滤机授权专利共计约有38项(2014年-至今),包括发明专利4项,实用新型34项;其中,关于微滤机整机装备相关的发明专利有1项(专利名称:一种转鼓式微滤机,专利号:ZL 201410429807.7,技术支撑单位浙江大学)。关于微滤机相关方法的授权发明专利3项,分别是微滤机液位控制装置和基于微滤机液位的控制方法,专利号:ZL 201510129506.7;一种微滤机喷淋水节水及增效装置和其使用方法,专利号:ZL201610074720.1;用于工厂化水产养殖微滤机故障诊断的系统和方法,专利号:ZL201711354619.2。由博尚智渔(青岛)海洋科技工程有限公司申请的外观设计专利号:202030561316.4,实用新型专利号:202022071875.4。

参考文献

1. Weijun Bao, Zhangying Ye*, et al. Generation, characterization,perniciousness, removal and reutilization of solids in aquaculture water: areview from the whole process perspective[J]. Reviews in Aquaculture. 2019,11(4):1342-1366.
2. Dolan E , Murphy N , O’Hehir, Michael. Factors influencingoptimal micro-screen drum filter selection for recirculating aquaculturesystems[J]. Aquacultural Engineering, 2013, 56:42–50.
3. 叶章颖,鲍伟君,等.多台转鼓式微滤机多模式控制系统设计与实验[J]. 农业机械学报. 2018,49(03): 334-340
4.相关照片及性能参数选自各公司官网

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博尚智渔(青岛)海洋科技工程有限公司是一家专注于现代海洋智慧渔业设施工程装备研制、工业化循环水养殖技术工程装备研发、智慧海洋渔业物联网系统研发及海洋休闲旅游平台开发的国家级高新技术企业,注册资金2000万元,总部位于山东青岛蓝色硅谷。
公司现有水产养殖、环境工程、环境微生物、电气自动化工程等各类专业技术中高级人才20多人,创新的经营理念、丰富的海内外工作经验造就了公司一批具有先进专业水准的技术专业团队,为广大客户提供专业的技术支持与优质的现代智慧海洋渔业设备。
公司顺利通过了ISO9001质量管理、ISO14001环境管理、OHSAS18001职业健康体系认证证书,标志着公司从研发、生产、管理步入规范。
公司在研发产品的同时非常重视知识产权的保护,申请国家专利20余项,其中授权实用新型13项,软件著作2项,每项专利成果都转化成相应的产品,得到推广应用。
截止2019年11月专利成果转化产值达1500多万元,带动规模以上工业化养殖企业20余家,培训养殖用户达1000人次,预计新增海洋生物高效工业化养殖产值8000多万元。
博尚智渔是“浙江大学农业农村部设施农业装备与信息化重点实验室 青岛渔业设施装备研发示范基地”、“工业化循环水养殖技术与装备产业联盟”成员单位之一。
公司先后中标承建了
“海南海胶鳗鲡公司的鳗鱼循环水系统改造工程”、
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公司作为技术支持协助单位,同济南坤泽生物科技共同申请了济南市农业局农业应用技术创新项目—《节能环保型工厂化循环水养殖系统应用研究》(项目编号:201802)
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