循环养殖水系统工程设计.docx
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循环养殖水系统工程设计
编号：
本科毕业设计（论文）
题目：
1500t/d循环养殖水处理系统工程设计
The1500t/dwatertreatmentdesignforrecirculationaquaculturesystems
分院理工分院
专业环境工程
班级
学号
姓 名
指导教师职称
完成日期
诚信承诺
我谨在此承诺：
本人所写的毕业论文《1500t/d循环养殖水处理系统工程设计》均系本人独立完成，没有抄袭行为，凡涉及其他作者的观点和材料，均作了注释，若有不实，后果由本人承担。
承诺人（签名）：
年月日
摘 要
【摘要】循环养殖的特点是水的循环利用，养殖废水中的主要污染来源是残饵和粪便。
其中含有较高的有机物，氨氮和磷元素。
有机物的分解会增大水体的耗氧量，使水质下降。
本设计针对循环养殖的特点将养殖废水通过生物接触氧化池处理，除去大部分有机物和氨氮；之后再通过人工湿地，利用人工湿地的降解和吸附能力使水得到净化；最后经过臭氧消毒，达到渔业水质标准后回用到养殖池。
循环养殖水的系统处理对保证良好的养殖用水和减少环境污染有着十分重要的意义。
【关键词】循环养殖水处理；生物接触氧化；人工湿地；臭氧消毒。
The1500t/dwatertreatmentdesignforrecirculationaquaculturesystems
Abstract
【ABSTRACT】Thecharacteristicsofcircularbreedingisthatthewaterrecycling,themainpollutionsourcesaquacultureeffluentisresidualbaitandfeces.Containshighorganics,ammonianitrogenandphosphoruselements.Organicdecompositioninwatercanincreasetheoxygenconsumption,makethedecreaseofwaterquality.Thisdesignaccordingtothecharacteristicsofcircularbreeding，makethewastewatergothoughthebiologicalcontactoxidationpoolprocessing,removemostoftheorganicmatterandammonianitrogen;Thenthroughtheartificialwetlandandusingartificialwetlanddegradationandadsorptionabilitypurifiedwater;Finallyusingozonedisinfection，recyclethewaterwhenachievefisherywaterqualitystandards.Ithasisaveryimportantmeaningforcirculatingwateraquaculturesystemstoensuregoodbreedingdealwithwaterandreducethepollutionoftheenvironment.
【KEYWORDS】watertreatmentofcirculationaquaculture；biologicalcontactoxidation；artificialwetland；ozonedisinfection。
目 录
概述
设计的必要性
随着渔业循环养殖的快速发展，洁净水资源的需求也在日益增大，所以在循环养殖中水质净化就显得尤为重要。
因为这种养殖模式下每天只有少量的水补给系统将养殖水重新净化后再重复利用。
循环养殖水处理系统就是针对循环养殖过程中产生的污水的水质情况设计出一种合适的水处理工艺，去除养殖水体中的污染物质，达到养殖要求，满足用水需求。
设计概况
本设计的设计污水池为500m3,每天循环处理3次，则每天处理水量为1500t/d。
污水水质确定
由于循环养殖系统没有与外界水体联通，处于一个较为封闭的系统中，所以基本没有外界污染。
其主要污染来自鱼的饵料和自身代谢产物，如粪便等。
经查阅资料文献[1]，确定淡水循环养殖水废水的主要污染物与水质。
如表1-1：
表1-1循环养殖废水水质
污染物
BOD5
（mg/L）
SS
（mg/L）
NH3-N
（mg/L）
TP
（mg/L）
pH
含量
20
30
2.3
0.24
7.6～8.0
设计出水水质的确定
处理后的循环水水质应该达到《渔业水质标准》GB11607-89规定，具体指标见表1-2
表1-2渔业水质标准（部分）
项目
BOD5
（mg/L）
SS
（mg/L）
NH3-N
（mg/L）
pH
标准值
小于5，冰封期小于3
小于10
小于0.02
6.5～8.5
水质理化因子
（1）氨氮
养殖水中氨氮主要来源于肥料和饲料；排泄物、底层有机物和细菌的分解作用[2]。
在养殖水体中，氨氮主要以游离氨（NH3）或铵盐（NH4+）二种形式存在，它们的平衡、转化和迁移主要是受温度、pH值的共同作用。
在阳光辐射下，藻类的大量繁殖消耗了水中碳酸氢根离子（HCO3-），导致pH值上升，从而使氨态氮的平衡向生成NH转移。
养殖废水的PH值的生高、温度提高加速NH4+-N向NH3-N转化[3]。
我国水质标准规定氨氮小于0.5mg/L，《渔业水质标准》中规定：
水产养殖生产中，应将氨的浓度控制在0.02mg/L以下。
实际养殖中不应超过0.6mg/L。
一般而言，同一鱼类的鱼种比成鱼对氨气耐受力弱，不同鱼类对氨氮的耐受力不同。
在对虾养殖过程中要求氨总量不超过0.5mg/L，氨氮含量在0.2mg/L以下。
（2）亚硝酸盐
养殖水体中的含氮有机物，在水体中先转为氨态氮，再转为亚硝态氮，最后为硝态氮[4]。
一般将水中的亚硝酸盐控制在0.1mg/L以下，《渔业水质标准》中规定养殖水质亚硝酸盐的含量应控制在0.20mg/L以下。
实际养殖中，虾池亚硝酸盐浓度不应超过0.15mg/L，鱼池亚硝酸盐浓度在0.5mg/L以下。
（3）pH值
《渔业水质标准》中规定：
海水养殖PH值一般控制在7.0-8.5之间，淡水养殖pH值一般应保持在6.5-8.5之间。
实际水产养殖中，pH值控制在6.5-9.0之间，不高于9.2。
（4）溶解氧的控制
溶解氧与水产养殖动物生存、生长的关系十分密切，它不仅是保证养殖对象正常生理功能和健康生长的必需物质，也是改良水质和底质的必需物质。
溶氧不足，硝酸盐和硫化物等还原为NO2-盐等有毒物质，迅速达到危害程度[5]。
《渔业水质标准》中规定：
养殖用水的溶解氧在一天24小时中，必须有16个小时以上时间至少应保持在5mg/L，任何时间不得低于3mg/L。
（5）固体废物
养殖水中固体废物的产生主要由未被摄食的残饵、养殖生物的排泄物和分泌物造成固体废物来源于饲料，主要由残饵和粪便组成，含有大量氮（N）和磷（P），积累成固体污泥且消耗大量溶氧。
固体颗粒物中含有7％～32％的TN，其余的TN则溶解在水中。
大部分颗粒物质直径<30
m，且这些颗粒物总体积远小于那些粒径>30
m的颗粒物的总体积[6]。
《渔业水质标准》规定：
人为增加总悬浮物的量不得超过10mg／L，BOD5不超过5mg／L。
（6）总磷
研究还表明，对TP的高效去除，主要是对颗粒状态磷的截留，养殖废水中30％～84%TP与悬浮固体物质结合在一起。
污水处理工艺确定
循环养殖水处理的主要工艺流程
伴随着循环养殖技术的迅猛发展，对循环养殖水的处理技术也愈来愈多，现在运用较多的技术主要有：
砂滤罐结合生物膜法处理水中SS和有机物，在经过臭氧活性炭深度处理；弧形筛过滤结合生物膜法，再通过人工湿地净化养殖废水。
砂滤处理SS比较繁琐，且弧形筛过滤SS还能用于堆肥，人工湿地还可以种植经济作物，增加收入，减少系统运行成本，是个合理的选择。
因此，本设计选择后者，在加上一个臭氧杀菌技术，即能达到标准。
工艺流程的确定
流程介绍
（1）进水泵房
进水泵房将污水提升，以满足整个处理厂竖向水力流程的要求。
泵站一般由水泵、集水池和泵房组成。
泵站形式的选择取决于水力条件和工程造价，其它考虑因素还有：
泵站规模大小、管理水平、泵站的性质、挖渠及施工方案环境性质要求等。
（2）弧形筛[2]
弧形筛是一种经济实用的固液分离设备。
它是利用外接泵送流体物料高速流入弧面筛网，依靠水流的离心力和重力，在与筛栅作相对剪切运动时，分离固形物和液体，达到筛滤的目的。
同时，网上聚集的固形物，借助液流滚动下来，液体不断地水力冲刷筛栅，使其起到自净作用，从而完成筛网连续自净和固形物不断收集的全过程。
自动修复型筛板，可以定期旋转使用，免除了因筛板磨损更换筛板的费用。
循环养殖水中基本没有大的漂浮物固体，主要的固体废物为多余的饵料和鱼的粪便，弧形筛能去除其中较大的颗粒，回收固体可用于堆肥[7]。
（3）生物接触氧化池
1、生物接触氧化法的原理及形式[4]
生物接触氧化法是生物膜法的一种。
在生物接触氧化法中，微生物主要以生物膜的状态附着在固体填料上，有部分生物絮体呈破碎生物膜状悬浮于处理水中，生物接触氧化法中有机物的去除主要靠生物膜（附着微生物）的作用来完成。
生物接触氧化法的中心处理构筑物是接触氧化池。
接触氧化池主要由池体、填料、布水装置和曝气系统4部分组成。
2、生物接触氧化法的技术特点
①填料比表面积大，提供了巨大的生物栖息空间，使大量的生物得以附着生长，可形成稳定性较好的高密度生态体系，挂膜周期相对缩短，在处理相同水量的情况下，水力停留时间短，所需设备体积小，场地占用面积小[8]。
②污泥浓度高，系统耐冲击负荷能力强。
③污泥产量少。
在操作过程中一般不会产生污泥膨胀，不需要污泥回流装置。
④氧利用率高，动力消耗低。
（4）人工湿地[9]
人工湿地作为一种生态工程化的废水处理技术已引起人们广泛关注，其作用机理综合了物理、化学和生物三重协同作用，表现为过滤、吸附、沉淀离子交换、植物吸收和微生物代谢等多种途径。
研究表明该技术不仅能有效去除有机物、氮、磷、重金属和病源微生物等，而且投资运行费用低，维护管理方便。
人工湿地主要分为表面流湿地，水平潜流湿地，垂直流湿地。
表流人工湿地，与自然湿地最为接近，污水在湿地表面流动，水位较浅，多在0.1m～0.9m之间。
表面流人工湿地处理系统在运行过程中可能出现的最大问题是“沟流”，这会降低湿地的有效处理面积。
表面流湿地类似于沼泽，不需要沙粒等物质做填料，因此造价较低。
它操作简单，运行费用低，但是占地面积大，水力负荷小，净化能力有限。
潜流湿地一般要求表面平整，避免存在坡度，即使有坡度也是非常小的坡度，因为坡度会促动水在表面的流动，破坏潜流条件。
同时，表面平整对植物移植培养所需的水力淹没条件也很有利。
床体底面一般也没有坡度要求，通过调整出水口高度，可形成所需的潜流水力梯度。
床深视植物的根系生长深度确定，一般30～60cm。
垂直流湿地实际上是综合了表流湿地和潜流湿地的特性，水流在基质床中基本上呈由上向下的垂直流，床体处于不饱和状态，氧可通过大气扩散和植物传输进入人工湿地系统。
通过地表与地下渗滤过程中发生的物理化学和生物反应使污水得到净化。
本设计采用水平潜流湿地。
水平潜流湿地的水力负荷较大，对BOD、COD、SS及重金属等处理效果好，氧源于植物根系传输，少有恶臭与蚊蝇现象。
（5）接触消毒
氯制剂消毒是一种较为成熟的技术，不仅能够杀灭细菌，还能与水中的一些还原性物质反应，降低它们对养殖生物的毒性。
但经过氯消毒后会留有余氯，对养殖生物有影响，必须具备除余氯的工艺设施。
另外，二氧化氯必须在现场制备，立即使用；制备含氯低的二氧化氯较复杂，其成本较其它消毒方法高；歧化产物氯酸盐和亚氯酸盐都会产生某些毒性物质，对水生物可引起溶血性贫血等中毒反应。
紫外灯发射的200—300nm的紫外线都有杀菌能力，其中以265—266nm的杀菌力最强，在波长一定的情况下，紫外线的杀菌效率与强度和时间的乘积成正比。
但是紫外线杀菌需要穿透水层才能起作用，故不彻底、有死角；使用寿命缩短[10]。
臭氧的杀菌能力非常强，同时，臭氧能迅速分解成氧，用量少，接触时间短。
理后的水含有饱和的溶解氧，还可以调节水的pH。
臭氧化学反应的最终产物均为H2O、CO2、O2等，而臭氧本身会分解还原成为自然界中存在的氧气，成为没有二次污染的消毒方式[11]。
通过比较，臭氧消毒不会对养殖生物造成伤害，且无污染，且消毒时间短，效果好，因此本设计采用臭氧消毒技术。
污泥处理方法
弧形筛处理出来的悬浮固体主要为残余的饵料和鱼类粪便，含有大量的有机成分，经过简单的浓缩后可以用于堆肥，用于生产农业生产，减少费用。
循环水处理构筑物的设计计算
污水提升泵房
（1）流程的确定
=62.5m3/h.
（2）扬程的估算
式中：
h—水头的估算值，m，一般为1.5~2.0，本设计取1.5m；
H0—水泵集水池的停泵水位H1与水泵出水水位H2之差。
以地面为参照，集水池水面高度为-1m，弧形筛高度为2.4m，所以H0可取1+2.4=3.4m。
则：
H=3.4+1.5=4.9m
（3）泵的选型
表3-1LW型直立式排污泵
型号
口径（mm）
流量（m3/h）
扬程（m）
功率kw
转数（r/min）
效率（%）
LW80-40-15-4
80
40
15
4
2890
57
LW100-80-10-4
100
80
10
4
1440
62
LW100-100-15-7.5
100
100
15
7.5
1440
67
根据表3-1所列立式排污泵的参数，本设计拟定选用2台LW100-80-10-4污水泵（1用1备）。
弧形筛
（1）HS系列弧形振动筛工作原理:
弧形振动筛的脱水原理是靠筛条入料侧尖锐的棱边对污水的切割作用，将固体分离出去；根据使用场合和物料水分的悬殊，弧形筛又分振动弧形筛和无动力弧形筛。
HS弧形筛由入料箱、筛箱和筛机座轴翻转，实现入料端和出料端位置对调，达到均匀磨损，延长适用寿命，操作灵活方便。
（2）HS弧形筛技术参数表
表3-2HS弧形筛技术参数
型号
处理量t/h
筛宽（mm）
弧形半径R（mm）
包角（度）
筛孔尺寸（mm）
HS1015Ⅰ
60-120
1000
2030
45
0.3-1.0
HS1315Ⅰ
90-180
1300
45
HS1615Ⅰ
120-220
1600
45
HS1915Ⅰ
160-300
1900
45
HS2215Ⅰ
200-360
2200
45
HS1020Ⅰ
60-120
1000
60
HS1320Ⅰ
90-180
1300
60
HS1620Ⅰ
120-120
1600
60
HS1920Ⅰ
160-300
1900
60
HS2220Ⅰ
200-36
2200
60
HS2420Ⅰ
220-400
2400
60
本设计的日处理量为1500t，既62.5t/h。
因此，通过比较，选用2台HS1020Ⅰ型弧形筛，一用一备，即可保证每天的处理量。
生物接触氧化池
生物接触氧化概述
物接触氧化法又称浸没式曝气池，它是一种兼有活性污泥法和生物膜法特点的废水处理构筑物。
在曝气池中填充填料，使填料表面长满生物膜，当废水流经填料层时，废水在曝气条件下和生物膜接触，使废水中有机物氧化分解而得到净化。
生物接触氧化池的构造
生物接触氧化池一般采用矩形，主要包括池体、填料、进水不起装置等。
池体用于设置填料、布水布气装置和支承填料的支架。
池体可为钢筋混凝土结构。
生物接触氧化池填料要求对微生物无害、易挂膜、质轻高强度、抗老化、比表面积大和孔隙率高。
本设计选用纤维组合填料，纤维状填料是用尼龙、维纶、腈纶、涤纶等化学纤维编结成束，呈绳状连接。
纤维填料比表面积大，来源广，价格较低，应用较为广泛。
生物接触氧化池中的填料布置有：
全池布置，底部进水，整个池底安装布气安装布气装置，全池曝气；两侧布置，底部进水，布气管布置在池子中心，中心曝气；或单侧布置，上部进水，侧面曝气。
本设计采用全池布置，全池曝气形式。
该方法曝气均匀，填料不易堵塞，氧化池容积利用率高等优势，也是目前生物接触氧化法采用的主要形式。
生物接触氧化池的设计计算
（1）生物接触氧化池的有效容积V
式中：
Q——设计污水处理量，m3/d;
S0,Se——进水、出水BOD5,mg/L;
LV——填料容积负荷，kgBOD5/[m3（填料）·d]，生物接触氧化池容积按五日生化需氧量容积负荷计算，五日生化需氧量容积负荷宜根据实验资料确定，无试验资料时，碳氧化宜为2.0～5.0kgBOD5/（m3d），碳氧化/硝化宜为0.2～2.0kgBOD5/（m3·d）[12]。
本设计取：
LV=0.2kgBOD5/[m3·d]，设计出水BOD5为7mg/L.
则：
m3
（2）生物接触氧化池的面积A
式中：
h0——填料高度，一般采用3.0m；
m2
（3）池深h
式中：
h1——超高，0.5~0.6m；这里取0.5m，
h2——填料层上水深，0.4~.05m；这里取0.4m，
h3——填料至池底的高度，一般取0.5m，
则：
m
（4）有效停留时间t
则：
h
（5）池长和池宽
式中：
B——池宽，m，这里取3m，
L——池长，m
则：
取L=12m
（6）供气量D和空气管道系统计算
式中：
D0——1m3污水需气量，m3/m3,根据水质特性、试验资料或参考类似工程参数确定，D0宜大于10，一般取15~20，这里取15。
则：
m3
人工湿地
人工湿地是人工建造和管理控制的、工程化的湿地，由水、滤料以及水生生物所组成，具有较高生产力，较天然湿地有更好的污染物去除效果的生态系统[1]。
人工湿地有分为表面流人工湿地、水平潜流人工湿地和垂直潜流人工湿地，本设计采用表面流人工湿地。
中国科学院水生生物研究所淡水生态与生物技术国家重点实验室吴振斌，李谷等基于人工湿地的循环水产养殖系统工艺设计及净化效能的研究表明[13]，，水力负荷从313、469、625mm／d增加到781mm／d，人工湿地对TSS、CODcr和BOD5去除率的变动范围分别为80.5%～82.9%、45.2%～64.2%和61.%～77.%，对氨氮，总氮的去除率的变动范围分别为51.5%～67.8%、90.6%～40.0%和29.1%～68.6%，对TP的去除率为77.7%～89.1%和0～33.3%，对细菌总数、总大肠菌群、藻类等生命物质也有较好的去除效果，湿地出水水质除溶氧外能达到国家渔业水质标准。
本处理工艺中，养殖循环废水中的污染物主要通过弧形筛过滤截留及在接触氧化池中氧化分解，人工湿地主要是截留接触氧化池中脱落的生物膜及依靠湿地介质吸附磷，保障进入养殖水池进水中的悬浮物含量低，因此其水力负荷可以取较大值，本设计取水力负荷为1.5m/d。
人工湿地的设计计算
（1）设计参数的选择
湿地床底坡一般取1%—8%，须根据填料性质及湿地尺寸加以确定，对以砾石为填料的湿地床一般可取2%。
本工艺计算取湿地床底坡S=2%
在人工湿地的设计过程中,需要利用湿地土壤孔隙度,以确定水量、水力停留时间、湿地长宽尺寸等.实际上,孔隙度是根据实际经验加以估计的.美国国家环保局建议,湿地密集植被区域设计采用的孔隙度为0.65～0.75。
本工艺取孔隙度ε=0.75
（2）湿地水域面积的计算：
式中：
A——湿地面积；m2
q——湿地水力负荷；mm/d
则：
m2
为方便施工，可取湿地面积1800m2。
水力停留时间：
则：
d
（3）人工湿地长宽的确定
表面流人工湿地单元的长宽比宜控制在3:
1～5:
1，因此，设置一个20
51的矩形人工湿地，沿着长边每17m设置一面半封闭的混凝土挡板，相互交错设置，则沿着水力方向的实际长度为60m，宽为17m，详见附图。
人工湿地填料、水生植物的选择
（1）进出水系统的布置
湿地床的进水系统应保证配水的均匀性，一般采用多孔管和三角堰等配水装置。
进水管应比湿地床高出0.5m。
湿地的出水系统一般根据对床中水位调节的要求，出水区的末端的砾石填料层的底部设置穿孔集水管。
（2）填料
人工湿地中的填料一般由土壤、细沙、粗砂、砾石、碎瓦片或灰渣等构成。
填料不仅为植物和微生物提供生长介质，还通过沉淀、过滤和吸附等作用直接除去污染物[14]。
湿地床一般由三层组成表层土层、中层砾石、下层小豆石。
表层土钙含量2~2.5kg/100kg为好；砾石层粒径在5~50mm，铺设厚度0.4~0.7m。
本设计中人工湿地填料下至上依次放置砾石（5-8cm）,厚500mm，砾石（2-4cm）厚350mm,砂土（1-5mm）厚350mm。
（3）湿地植物
人工湿地污水处理系统植物的选用原则是：
①植物具有良好的生态适应能力和生态营建功能；②植物具有很强的生命力和旺盛的生长势，如抗冻、抗热、抗病虫害能力等；③所种植物必须具有较强的耐污染能力；④植物的年生长期长，最好是冬季半枯萎或常绿植物；⑤植物将不对当地的生态环境构成隐患或威胁，具有生态安全性；⑥具有一定的经济效益、文化价值、景观效益和综合利用价值。
本设计湿地面积较大，可以再湿地上面种植经济作物。
春季可以种植空心菜，秋季栽种水芹。
两季轮种，能增加湿地的经济收入，减少系统运行费用。
臭氧接触消毒
臭氧是国际公认的绿色环保型杀菌消毒剂，消毒效率高，对各种病毒、细菌均有很强的杀菌能力，臭氧是强氧化剂，对降解各种有机物、除味、脱色，改善水质效果极佳，没有二次污染[15]。
除此以外它的适应能力很强，在PH5.6~9.8，水温0~37度的范围内，对臭氧的消毒能力影响很小。
（1）臭氧需求量的计算
臭氧投量通常为0.5一1.5mg/L，反应时间为3一5min，水中余臭氧一般为零或很少。
此设计中污水已经经过接触氧化池与人工湿地的处理，已经基本达到标准，臭氧主要起到杀菌消毒作用，因此取臭氧投加量1mg/L。
则每天需要臭氧量：
D=Q×1mg/L=1500×1=1.5kg/d
（2）臭氧发生器的选用
NLO-A-200型臭氧发生器，输入干燥空气时，臭氧产生量为200g/h,能够满足要求。
（3）接触池的容积计算
式中：
V——接触池容积；m3
t——接触时间；min，这里取5min。
则：
（4）表面积计算
式中：
F——接触池表面积，m2
h——接触有效
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