內(nèi)循環(huán)三相好氧生物流化床水產(chǎn)養(yǎng)殖污水凈化裝備的研究.pdf

1、改革開放以來，我國水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展迅速。從最初的水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)量占水產(chǎn)品總產(chǎn)量的不足5％，到現(xiàn)在水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)量占水產(chǎn)品總產(chǎn)量的74%，我國水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)取得了巨大的發(fā)展。2014年，我國水產(chǎn)養(yǎng)殖總產(chǎn)量達到4762萬噸，同比增長4.9%，繼續(xù)保持強勁增長勢頭，水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)量持續(xù)增產(chǎn)高產(chǎn)已成為我國水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的最顯著特點。然而，在我國水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)迅速發(fā)展得同時，也帶來了許多問題，其中環(huán)境污染問題最為嚴重，大量水產(chǎn)養(yǎng)殖污水的肆意任意排放，導(dǎo)致江、河、湖、海

2、等自然水域出現(xiàn)不同程度的水華、赤潮現(xiàn)象。水體富營養(yǎng)化、水質(zhì)變壞、水產(chǎn)養(yǎng)殖病害擴散等問題已嚴重阻礙我國水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展。
　　為了解決這些問題，我國水產(chǎn)養(yǎng)殖模式開始不斷升級，從最初的池塘養(yǎng)殖、淺灘養(yǎng)殖，到流水型養(yǎng)殖，到現(xiàn)在的網(wǎng)箱養(yǎng)殖、工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖，我國水產(chǎn)養(yǎng)殖模式正逐步向高密度、集約化方向發(fā)展。養(yǎng)殖模式的升級不僅保證我國水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)量持續(xù)高產(chǎn)增產(chǎn)，而且極大地緩解了環(huán)境污染問題。目前，以工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖為代表的新型養(yǎng)殖模式正在全國各

3、地推廣。工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖模式，是應(yīng)用眾多學(xué)科知識，結(jié)合水生生物的生長特點及其對水環(huán)境的要求而構(gòu)建的一種高效、節(jié)水、不污染環(huán)境的工廠化養(yǎng)殖系統(tǒng)，該系統(tǒng)最大特點就是水產(chǎn)品養(yǎng)殖密度高、水體利用率高，容易利用有限的水域獲得巨大的水產(chǎn)品產(chǎn)量。工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖模式的核心技術(shù)是水體凈化技術(shù)，該技術(shù)成功實現(xiàn)了養(yǎng)殖水體的循環(huán)利用，并對養(yǎng)殖污水進行凈化處理，使其達到安全排放標(biāo)準(zhǔn)，避免了環(huán)境污染。工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖模式雖具有眾多優(yōu)點，但從實際推廣反饋來看，卻未

4、達到預(yù)期的高密度養(yǎng)殖效果，大多數(shù)水產(chǎn)品養(yǎng)殖工廠、養(yǎng)殖基地的循環(huán)水養(yǎng)殖池中，養(yǎng)殖密度仍停留在中、低養(yǎng)殖密度區(qū)間。究其原因，就是水體凈化技術(shù)在技術(shù)發(fā)展上還有所限制，雖能達到理想化的養(yǎng)殖污水處理效果，但是運行成本及能耗過高，以高盈利為目的的養(yǎng)殖公司大多不愿花費成本對養(yǎng)殖污水進行循環(huán)處理，而是降低放養(yǎng)密度，減少養(yǎng)殖污水污物量，保證系統(tǒng)在低污水濃度下的處理循環(huán)使用。
　　生物流化床技術(shù)是一種新型的污水處理技術(shù)，已廣泛應(yīng)用于石油化工、生物醫(yī)藥

5、、城市污水處理中，其顯著特點就是污水處理效果好，成本較低，小型的生物流化床設(shè)備水力負荷及有機負荷較高，單位時間污水處理量大，目前，該技術(shù)在我國水產(chǎn)養(yǎng)殖領(lǐng)域的相關(guān)研究和應(yīng)用還鮮有報道，但是，對于養(yǎng)殖污水的凈化，該技術(shù)具有極大的發(fā)展?jié)摿?，是今后水體凈化技術(shù)的一個重要發(fā)展方向。
　　本研究根據(jù)水產(chǎn)養(yǎng)殖污水凈化相關(guān)要求，借鑒生物流化床技術(shù)在其他領(lǐng)域的研究、應(yīng)用方法，利用CFD技術(shù)對氣-液兩相流化床反應(yīng)器進行了結(jié)構(gòu)參數(shù)分析，得到氣液流態(tài)、氣

6、含率、液體循環(huán)流量最佳的反應(yīng)器結(jié)構(gòu)；以CFD分析結(jié)果為基礎(chǔ)，試制反應(yīng)器并構(gòu)建系統(tǒng)，以GPPS顆粒為固載，進行了氣-液-固三相流化床反應(yīng)器水力特性實驗及水產(chǎn)養(yǎng)殖污水凈化實驗。
　　本研究探究了內(nèi)循環(huán)流化床反應(yīng)器結(jié)構(gòu)參數(shù)、表觀氣速對反應(yīng)器液體流場、氣含率、液體循環(huán)流量的影響規(guī)律；探究了操作參數(shù)對三相內(nèi)循環(huán)流化床反應(yīng)器氣含率、循環(huán)時間、體積氧傳質(zhì)系數(shù)的影響規(guī)律；探究了操作參數(shù)對內(nèi)循環(huán)三相好氧生物流化床養(yǎng)殖污水COD、氨氮去除效果的影響規(guī)

7、律。
　　研究表明：內(nèi)循環(huán)流化床反應(yīng)器的內(nèi)徑比Dr/D是影響其流態(tài)的重要因素，Dr/D為0.5時，反應(yīng)器獲完全循環(huán)流態(tài)；液體循環(huán)流量隨Dr/D的增大先增加后減少，隨導(dǎo)流筒高度與反應(yīng)器內(nèi)徑比H/D、導(dǎo)流筒到反應(yīng)器底部距離H1的增大而增加，隨導(dǎo)流筒到液面距離H2增大先增加后減少；氣含率隨Dr/D的增大先增加后減少，隨H/D、H1、H2變化而沒有影響。
　　氣含率、循環(huán)時間T、體積氧傳質(zhì)系數(shù)Kla是內(nèi)循環(huán)流化床反應(yīng)器重要的水力特性

8、參數(shù)。氣含率隨氣體流量的增大而增大，隨固載率的增大而減小；T隨氣體流量的增大而減小，隨載體量的增大而增大，隨水力停留時間HRT的增大而增大；KLa隨氣體流量的增大而增大，隨載體量的增大先增大后減小，隨HRT的增大而減小，當(dāng)a=5%時，在最高氣體流量和液體流量下，KLa達到0.0068。
　　反應(yīng)器對養(yǎng)殖污水COD、氨氮的去除效果隨a的增大而提高，隨氣體流量的增大而變化不大，隨HRT的增大而增大。
　　當(dāng)Dr/D為0.5、H/