去除水产养殖系统中固体悬浮颗粒物的方法和过滤系统

摘要

本发明提供了一种去除水产养殖系统中固体悬浮物的方法和所用的过滤系统，其方法为：将含有固体悬浮颗粒物的水产养殖废水从进水管连续地进入到微滤机的过滤转鼓内，废水通过过滤转鼓过滤网过滤后从排水管排出；间歇性地驱动过滤转鼓转动，同时启动反冲洗装置对过滤网进行冲洗，以将过滤网上的颗粒物冲走，冲洗结束后停止过滤转鼓的转动和反冲洗装置的冲洗。该过滤系统包括微滤机和自动电源控制装置，该微滤机包括机盖、箱体、中心支撑轴、过滤转鼓、反冲洗装置、反冲洗水泵、集污斗、电机、传动装置、进水管和排水管。本发明采用间歇性地启动过滤转鼓和反冲洗装置，对过滤网进行反冲洗，可以有效减少微滤机的能耗，提高过滤的效果。

说明书

技术领域

本发明涉及水产养殖水处理领域，具体来说涉及一种用于过滤去除水产养殖系统中固体悬浮颗粒物(Suspended solids，SS)的方法和所用的过滤系统。

背景技术

水产养殖系统中往往存在许多固体悬浮颗粒物，这些固体的颗粒物主要由鱼粪、残饵和细菌生物团三部分组成，主要来源是饲料。水产养殖系统中固体悬浮颗粒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。

转鼓式微滤机(Micro screen drum filter)是目前使用最为广泛的粗过滤装置，如今也被应用于水产养殖系统中固体悬浮颗粒物的去除工艺。中国专利申请02158869.4公开了一种用于海水养殖水处理的微滤机，其具有外罩过滤网的滤桶，该滤桶通过转轴与电机相连，其上方设有反冲洗装置，该反冲洗装置由反冲洗管和安装于反冲洗管上的反冲洗喷嘴构成，滤桶内设反冲洗沟道与排污管相连。该微滤机在滤桶沿圆周转动的同时，通过滤桶上方方向反冲洗装置喷射高压水，使粘在过滤网上的固体颗粒物被冲离过滤网顺水流去，克服过滤网容易堵塞的不足。

然而，一般现有的去除水产养殖废水中固体悬浮颗粒物的工艺方法是连续运作式的，也就是说废水连续地经过微滤机，而微滤机的过滤转鼓同时不停地转动。因此，其存在以下技术缺陷：始终转动的过滤转鼓和始终处于工作状态的反冲洗装置耗电量相当巨大，也缩短了过滤网的工作寿命；此外，微滤机过滤转鼓始终处于转动，极易造成水产养殖系统中的较大的固体悬浮颗粒物(如鱼粪、残饵等)的破碎，从而产生大量的微小颗粒物，这些微小颗粒物可能会穿过过滤网并随着流水排出，也可能会填堵过滤网网孔而难以去除，这样便会严重影响过滤效果，同时也会大大增加反冲洗的频率，增加耗水量。在一定程度上也增加了后续处理及生物处理的难度。

发明内容

本发明的目的是提供一种去除水产养殖系统中固体悬浮颗粒物的方法和所用的过滤系统，用以解决现有微滤机耗电、耗水量大、过滤效果不佳的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供一种去除水产养殖系统中固体悬浮颗粒物的方法，其包括以下步骤：将含有固体悬浮颗粒物的水产养殖废水从进水管连续地进入到微滤机的过滤转鼓内，废水通过过滤转鼓过滤网过滤后从排水管排出；间歇地驱动过滤转鼓转动，同时启动反冲洗装置对过滤网进行冲洗，以将过滤网上的颗粒物冲走，冲洗结束后停止过滤转鼓的转动和反冲洗装置的冲洗。

进一步地，通过自动控制装置控制过滤转鼓和反冲洗装置的启动。

进一步地，所述自动控制装置包括时间继电器或水位传感器。

进一步地，由时间继电器控制每隔15-30分钟驱动过滤转鼓转动和启动反冲洗装置一次，冲洗时间为30-40秒。

进一步地，冲洗阶段过滤转鼓旋转2.2-2.8圈。

进一步地，水产养殖废水在微滤机箱体内的浸没深度保持在过滤转鼓直径的34-58％，所述水位传感器设于箱体内侧，且其高度为过滤转鼓直径高度的52-58％之处，当箱体内水位达到水位传感器的高度时，水位传感器发送信号同时启动过滤转鼓和反冲洗装置。

进一步地，所述过滤转鼓的过滤网网目为150目(网孔为100μm)-200目(网孔为70μm)。

为实现上述目的，本发明还提供一种去除水产养殖系统中固体悬浮颗粒物的过滤系统，其包括微滤机和自动控制装置，所述微滤机包括机盖、箱体、中心支撑轴、过滤转鼓、反冲洗装置、反冲洗水泵、集污斗、电机、传动装置、进水管和排水管，所述中心支撑轴为中空并固定在箱体内，所述过滤转鼓与中心支撑轴转动连接，且过滤转鼓表面装有一片或多片过滤网，所述集污斗开口向上设于过滤转鼓内部并安装在所述中心支撑轴上，且集污斗底部与中心支撑轴相通，所述反冲洗装置安装在所述机盖或箱体内侧并对应所述集污斗开口的位置，所述反冲洗水泵与反冲洗装置相连接，所述传动装置连接过滤转鼓与电机，所述进水管与排水管设于箱体上；所述自动控制装置与反冲洗水泵和电机相连接。

进一步地，所述自动控制装置包括时间继电器或水位传感器。

进一步地，所述水位传感器设于箱体内侧，且其高度为过滤转鼓直径高度的52-58％之处。

进一步地，所述过滤转鼓的过滤网网目为150目(网孔为100μm)-200目(网孔为70μm)。

进一步地，所述过滤转鼓的过滤网网目为170目(网孔为90μm)。

进一步地，所述过滤网装于过滤转鼓的外表面。

进一步地，所述过滤转鼓通过两个滑动轴承与中心支撑轴转动连接。

进一步地，所述反冲洗装置包括反冲洗管和反冲洗管上的数个喷头。

进一步地，所述集污斗开口的两边靠近过滤转鼓的两侧，所述数个喷头的位置对应集污斗开口范围内。

进一步地，所述传动装置包括减速机和齿轮组，过滤转鼓、齿轮组、减速机和电机依次配合连接。

进一步地，所述减速机为摆线针轮减速机。

本发明的过滤转鼓和反冲洗装置在主要过滤时间下是处于静止状态，并采用间歇性地启动过滤转鼓和反冲洗装置，对过滤网进行反冲洗，反冲洗完成后立即停止过滤转鼓的转动和反冲洗装置的运作，这样，可以有效减少微滤机的能耗，延长了过滤网的寿命；也可以有效避免较大的固体颗粒由于始终转动的过滤转鼓而导致破碎而产生难以去除的微小颗粒物的现象，从而提高了过滤的效果。

附图说明

为能更清楚理解本发明的目的、特点和优点，以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细描述，其中：

图1为本发明一实施例中微滤机的结构示意图；

图2为本发明一实施例中过滤系统的控制原理方框示意图；

图3为传统微滤机和本发明微滤机的滤网目数与总悬浮物去除率的关系图；

图4为传统微滤机和本发明微滤机的滤网目数与电耗的关系图；以及

图5为传统微滤机和本发明微滤机的滤网目数与耗水量的关系图。

具体实施方式

在本实施例中，去除水产养殖系统中固体悬浮颗粒物的过滤系统包括微滤机和自动控制装置。图1为本实施例微滤机的结构示意图，该微滤机包括机盖1、箱体2、中心支撑轴3、过滤转鼓4、反冲洗管51、喷头52、反冲洗水泵(未图示)、集污斗6、时间继电器(未图示)、电机(未图示)、摆线针轮减速机71、齿轮组72、进水管81和排水管82，主体材质为不锈钢。中心支撑轴3为中空的非转动部件，其固定在箱体2内，过滤转鼓4通过2个滑动轴承与中心支撑轴3转动连接，可以使过滤转鼓4以中心支撑轴3的轴线为中心转动，且过滤转鼓4的外表面装有3片过滤网，集污斗6开口向上设于过滤转鼓4内部并安装在中心支撑轴3上，且集污斗6底部与中心支撑轴3相通，反冲洗管51安装在机盖顶部内侧并对应集污斗开口的位置，集污斗6开口的两边靠近过滤转鼓的两侧，这是为了尽可能大范围地接收过滤网上冲洗下来的固体颗粒物，数个喷头52装设于反冲洗管51上且均匀分布，数个喷头52的位置对应集污斗6开口的范围内，并首位两个喷头接近集污斗6的两个边，这是为了能冲洗到最大范围的过滤网，而又不至于将固体颗粒物冲洗在集污斗6的开口之外，又回到过滤转鼓4中，反冲洗管51与反冲洗水泵相连接，过滤转鼓4、齿轮组72、摆线针轮减速机71以及电机依次配合连接，进水管81与排水管82设于箱体2上。时间继电器(未图示)作为自动控制装置与反冲洗水泵和电机电连接。

本发明去除水产养殖系统中固体悬浮颗粒物的具体方法为：将含有固体悬浮颗粒物的待处理水从进水管81连续地灌入至微滤机箱体2内的过滤转鼓4内，此时过滤转鼓4处于静止状态；待处理水中的悬浮物被过滤截留在过滤转鼓4表面的过滤网内侧，过滤后的水落入箱体2，从排水管82流出；通过时间继电器的设定，每隔15-30分钟，电机和反冲洗水泵同时启动，过滤转鼓4开始转动，转速为4转/分钟，喷头52将清水喷射在过滤网的外表面上，将过滤网内的固体颗粒物等杂质冲到集污斗6中，并通过中空的中心支撑轴3排出微滤机系统，冲洗过程时间为30-40秒；冲洗后停止过滤转鼓4的转动和反冲洗水泵的运作。

以每小时水处理量为50立方米的传统微滤机为例，过滤转鼓电机功率为0.18kW，反冲洗水泵功率为0.55kW。工作时过滤转鼓一直保持旋转状态，每天的电耗为4.83kW·h，处理每立方水的电耗为4×10^-3kW·h。以本发明的微滤机和过滤方法，每小时最多反冲洗4次，每次时间以35秒计，那么每天的反冲洗时间为56分钟，结果为每天反冲洗的电耗为0.51kW·h，处理每立方水的电耗为0.58×10^-3kW·h，能耗为传统微滤机的14.5％。实验结果表明本发明的微滤机和过滤方法可以有效减少微滤机的能耗。

考虑到本发明的微滤机刚开始工作时，过滤网网面比较干净，过滤面积大，过滤转鼓内水浸没深度达到55％左右(传统微滤机的水浸没深度为40％左右)，过滤面积为过滤网总面积的53％左右，在同等网目大小和网片面积、和保证同等固体悬浮物处理效果的情况下，过滤能力，即水处理能力是传统微滤机的120％以上，而此时反冲洗工作由时间继电器控制，一般设定为20-30分钟一次，每小时反冲洗2-3次。但是，当微滤机长时间使用后，过滤网网面中积累了一定的杂质，过滤面积减小，过滤效果减弱，水位上升速度变快，如果还是按照时间继电器的设定进行反冲洗，已经不能满足过滤网上固体颗粒物去除的需求，因此，在本发明微滤机的箱体2内侧加设一水位传感器9，其高度为过滤转鼓4直径高度的65％。那么，当微滤机长时间使用后，一般情况下15分钟左右过滤转鼓4内的水位就上升到水位传感器9的高度，水位传感器9立即发送信号，并同时启动电机和反冲洗水泵，进行反冲洗，此时的反冲洗频率为每小时4次左右。

请结合参阅图2，图2为上述图1实施例中过滤系统的控制原理方框示意图。废水开始经过微滤机的过滤转鼓进行过滤，时间继电器启动检测是否到达反冲洗启动时间，若是，则运行转鼓电机和反冲洗水泵，若否，则不执行该操作，一定时间后继续检测；或者由液位控制器检测是否水位达到反冲洗液位，即水位传感器的位置，若是，则运行转鼓电机和反冲洗水泵，若否，则不执行该操作；反冲洗时间由时间继电器控制，若到达反冲洗结束时间，则停止转鼓电机并关闭反冲洗水泵，结束反冲洗；若否，继续反冲洗。

当然，本发明中，也可以不使用时间继电器，而单独使用水位传感器，水位高于水位传感器了，执行反冲洗操作。也可以达到间歇性反冲洗的目的，且也能保证相同的技术效果。

应当注意的是，反冲洗时，过滤转鼓以旋转2.2-2.8圈，即两圈半左右为宜。一方面，既保证了反冲洗的效果和过滤效果；另一方面，旋转两圈半后等于更换了过滤网的工作网面，延长了过滤网的工作寿命。

可见，本发明的过滤系统和过滤方法不但可以有效降低电耗，相较于传统过滤工艺连续式的运作，本发明中过滤转鼓和反冲洗装置时停时运作的方式反而提高了过滤效果和水处理量。

此外，本发明所用的摆线针轮减速机的传动效率和使用寿命均高于传统微滤机中所用的涡轮蜗杆减速器，通过采用摆线针轮减速机和中心支撑轴支撑的方式，传动电机的功率由1.1kW大幅降低为0.37kW，体现了优异的节能降耗性能。

本发明的微滤机优选150目(网孔为100μm)-200目(网孔为70μm)网目的过滤网，最优选170目(网孔为90μm)。为了确定合适的网目大小，申请人针对不同网目进行了试验。

试验1：

样机：选用传统型转鼓微滤机和本发明微滤机进行比对试验，微滤机的转鼓直径及长度尺寸相同，反冲洗水泵为同一水泵，反冲洗喷头数量相同。

取样：每天投喂颗粒饲料量为鱼体总质量2％，每天上、下午各1次，投喂后1h取样，取样点为鱼池排出水和经处理后的水。

测定方法和数据处理：(1)TSS去除率测定：首先采用中速定量滤纸，测定进水样品和出水样品的总悬浮物(TSS)含量，然后按TSS去除率＝(TSS_进水-TSS_出水)/TSS_进水×100％计算，式中TSS_进水和TSS_出水分别为微滤机进、出水的TSS。试验时每组分别取样9次。每次取3个水样，3个水样取平均值然后计算TSS去除率。考虑到采样中可能存在不均匀性，为了剔除试验中的误差，对9次TSS去除率，去掉一个最高值和一个最低值，然后对留下的7次数据取平均值。

(2)反冲洗次数：每次取样后连续记录6h之内的反冲洗次数，取平均值计换算成次/d。

(3)电耗：传统微滤机反冲洗水泵系统设定为每次运转1min，本发明微滤机反冲洗水泵系统设定为每次运转35秒钟，根据反冲洗次数计算反冲洗水泵单位电耗，与主机电耗相加得到微滤机每天的电耗。反冲洗水泵电耗的计算是先用钳流表测出反冲洗水泵启动到停止的电流，然后得到每次反冲洗时水泵的单位电耗。

(4)耗水量：先用流量计测定每次反冲洗时的耗水量，将每次耗水量乘以每天反冲洗次数，然后得到微滤机每天的耗水量。

结果：传统微滤机和本发明微滤机的过滤网目数与TSS去除率关系曲线见图3，传统微滤机和本发明微滤机的过滤网目数与电耗和耗水量关系曲线见图4和图5，传统微滤机和本发明微滤机的不同过滤网目数下的反冲洗次数与电耗和耗水量的关系见表1和表2。

过滤网目数(孔径)是影响TSS去除率的最主要因素。过滤网的目数越大，孔径越小，截流的固体物越多，但是反冲洗频率也就越高。转鼓式微滤机在运行时易造成较大颗粒的破碎，反冲洗时强大的水流冲击力，可能再次使大颗粒破碎成微小颗粒而穿过过滤网。从图3曲线可知，当过滤网目数由150目(网孔为100μm)增至200目(网孔为70μm)这一区段，去除率随目数的增加而迅速增加；当过滤网目数由200目(网孔为70μm)增至325目(网孔为45μm)这一区段，去除率随目数的增加而增加缓慢，曲线平坦，几乎接近直线。可见，当过滤网目数达到200目(网孔为70μm)以后，TSS去除率不再明显增加。

同时，从图3中可以看到，不同过滤网目数下，本发明微滤机对TSS的去除率比传统微滤机平均高出10％左右。

转鼓式微滤机的电耗由两部分组成，一是电动机通过减速机带动转鼓转动，二是反冲洗水泵消耗的功率。转鼓转动的电耗在转鼓式微滤机运行中基本上是稳定的，随着过滤网目数的增大，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。耗水量也是评价转鼓式微滤机性能的一个重要指标，其与反冲洗次数成正比。随着过滤网目数的增大，反冲洗的频率也会提高，耗水量也随之上升，具体数据详见表1和表2。

表1传统微滤机的不同过滤网目数下的反冲洗次数与电耗和耗水量的关系

表2本发明微滤机的不同过滤网目数下的反冲洗次数与电耗和耗水量的关系

将表1和表2的数据汇总后，传统微滤机和本发明微滤机的过滤网目数与电耗和耗水量的关系曲线见图4和图5。从图4和图5的曲线可知，过滤网目数由150目(网孔为100μm)增至200目(网孔为70μm)这一区段，电耗增加较慢，曲线平坦；过滤网目数由200目(网孔为70μm)增至325目(网孔为45μm)这一区段，电耗迅速增加，曲线较陡。

同时，我们也可以看到，本发明微滤机的耗电量较之传统微滤机大为降低，不同目数下平均降低6kW左右，而耗水量也有所降低。

一般养殖排放水中，大于100μm的颗粒悬浮物占总颗粒悬浮物的80％以上，其对应的网目为170目(网孔为90μm)左右。因此，过滤网目数为150目(网孔为100μm)到200目(网孔为70μm)时，TSS去除率较高，而反冲洗频率不高，耗水耗电不大，是技术经济综合效果较理想范围。同时，相较于一般传统微滤机采用的200目(网孔为70μm)-250目(网孔为60μm)的丝网，在不降低TSS去除率的情况下，采用本发明170目(网孔为90μm)网目的过滤网可提高过滤面积近15％，同时水处理量可提高10％以上。

综上所述，本发明采用的间歇性地启动过滤转鼓和反冲洗装置，对过滤网进行反冲洗，完成后停止过滤转鼓的转动和反冲洗装置的运作，可以有效减少微滤机的能耗，延长了过滤网的寿命；也可以有效避免较大的固体颗粒由于始终转动的过滤转鼓导致破碎而产生难以去除的微小颗粒物的现象，从而大大提高了过滤的效果。