气浮技术在水产养殖中的应用

2019-06-21 09:57:48 青州谭福环保设备有限公司 31

气浮技术作为一种分离水体中微型固体颗粒的有效方法,已较广泛地应用于化工、造纸、食品等工业污水处理和生活污水处理等方面。近年来,随着国内工厂化水产养殖的发展,气浮技术在闭合循环水处理中逐步得到应用,并在技术研究上取得一定进展。本文就该项技术的原理、发展、应用情况以及在水产养殖水体净化的研究现状、进展和应用前景等作一综述,以期为闭合循环养殖用水的处理技术更趋完善提供一些参考建议和理论依据。

一、 气浮技术的基本原理

气浮技术,是向水体中通入空气,使水中的表面活性物质被微小的气泡吸附,并借气泡的浮力上升到水面形成泡沫,从而去除水中溶解物和悬浮物。Rulin(1963)将泡沫分离的机理概括为:①溶解的表面活性有机物吸附在气——液界面,富集于泡沫;②溶解的非表面活性有机物与表面活性溶质结合,亦富集于泡沬。Shulin(1994)认为,泡沫分离是表面活性物质在气-液两相间的相互渗透。

二、 影响气浮净化效率的因素

气浮去除水中表面活性物质的作用与气泡大小、气泡与废水接触的时间、气流速率等因素有关:泡沫上浮后,其可排性和稳定性又是分离处理效果的关键。泡沫的可排性指泡沫进入收集室的能力,它决定于泡沬的气泡大小、水的粘滞度以及表面张力、泡沬的稳定性与废水粘滞度、表面活性物质的浓度,PH、浊度、气泡大小等有关。
气泡的比表面积大,吸附分离作用效果好,形成的泡沫稳定强。Spotte(1979)认为气泡直径以0,8mm最佳。影响气泡大小的因素有:气流速度、分散器孔径大小、水的表面张力、粘滞度、密度等。含大量表面活性物质的海水产生的气泡较小,这是气泡周围表面张力较大的缘故,水的粘滞度或密度上升,产生的气泡较小。气流速率和溢流高度是决定浓缩物浓缩度的重要操作参数。

三、 气浮技术的发展及应用

早在公元2000年前,古希腊人就应用浮选过程从脉石(一种废料)中分离出所需的矿物,1860年Hanyne发明利用油从脉石中分离矿物的过程,并取得专利。Elmore于1904年曾建议利用电解法产生气泡进行浮选,并最终发展成为电解浮选过程,同时他还发明了真空溶气气浮过程。1905年,Salman、Picard和Ballot发明了浮沫选矿法(FrothFHatation),其中加人少量油使含硫化物的矿物微粒获得较好的上浮性能。1910年,T,Hoover发明第1台泡沫选矿机,此后,1914年,Callow利用水下多孔分散器将空气泡导人水中,泡沫选矿法(FaomFlatation)得以实现。
由于微细气泡产生技术的提高,气浮法净水技术在上个世纪70年代以来得以迅速发展,出现许多不同类型的气浮系统,工业生产中主要的气浮系统有以下几种类型:
溶气气浮系统:中国科学院生态环境研究中心的王毅力、汤鸿霄等不仅就气浮气泡性质,絮粒性质及气泡絮粒粘附机理进行详细的阐述,还研究溶气气浮池的设计。溶气气浮能产生较好的水质,同时微气泡直径小,气浮效果好;占地面积大,能耗较高,适合于处理低浊度、具有色、臭以及有机杂质的受污水体。
喷射气浮系统:喷射气浮系统要求在适当的压力条件下,其吸气能力大,并能将吸入的空气均匀的破碎成小气泡。喷射气浮装置为标准常压容器,可密闭隔氧运行,结构紧凑,污水处理量大,停留时间短,体积小重量轻;能耗低,为其他类型气浮装置的!AM/3,密闭流程气介质可»使用,耗气量少;设备维修方便,液流中无转动易损件,无自控仪表,成本低,性能可靠,操作安全简便;适用范围广,出水水质稳定。可作为水质净化的重要环节,满足水处理的需要。
KROFTA气浮系统:KROFTA是该种设备的发明人Krofta博士的名字,70年代依据浅层气浮理论发明了这种产品,先后在美国成立Krofta公司,产品的完美和畅销,使Krofta成了该产品的代名词。KROFTA气浮设备的微气泡与絮粒的粘附发生在整个气浮分离过程中,没有气浮死区。同时该装置应用“浼层气浮理论”进行设计,进、出水的巧妙隔离,使悬浮物的分离不受V上、V下的限制,气浮分离时间只有3分钟~5分钟,使设备占用空间大幅减少,固,液分离彻底,浮渣瞬间清除,隔离排出,对水体几乎没有扰动,溶气管的特殊结构,使其没有堵塞问题,也无控制罐内液位高低问题,空气在溶解之前已微细化;池底设置泥斗和排出管,中央回转部分设置池侧和池底的刮泥机构,以保证沉积物定期清除,对出水不会产生任何影响。但是该装置造价昂贵、维修保养不便9
其它气浮系统由于自身的种种缺陷,应用并不广泛。例如电解气浮由于能耗高,一般只应甩于污泥浓缩和产水量较小的处理厂,真空气浮仅用于造纸工业中纤维的回收方面,并且正在被压力溶气气浮所取代,微气浮迄今只用于一些具有少量的污水和废水的处理中。
气浮技术已广泛应用于炼油,化工、造纸、制革、纺织、印染、钢铁、橡胶、食品、制药、轻工等工业废水和城市生活污水,工业用水、生活饮用水的处理上。有许多关于这方面的报道,如初伟、朱春生等研究了牡丹江石化厂污水处理系统的“老三套”流程,介绍了加压气浮系统改造技术,取得良好的运行效果。胡锋平、刘建斌等报道了釆用水解酸化一一生物接触氧化一一气浮工艺处理肉类加工废水,处理效果良好,无污泥膨胀现象,占地面积省。许达生介绍了引进奥地利Andritz公司气浮装置处理脱墨废水的工作原理、工艺流程和工艺参数,表明该装置应用于生产能取得可喜的环境效应和经济效应。

四、气浮技术在水产养殖闭合循环水的应用研究及展望

1,气浮技术在水产养殖闭合循环水的应用研究进展

气浮技术可使水产养殖闭台循环水有效地去除溶解性有机物和悬浮物,这是一种简便的水质净化处理方法aWheaton{1992)研究指出,泡沫分离器可浓缩挥发性物质,降低水中的悬浮物和总氮。Rulin等人(1963)的实验表明泡沫能去除酸性物质(处理前PH7.3,处理后平均值升至7,8,而泡沫的pH为7.1)。因此,泡沫分离法是稳定水体pH的有效方法。Dwivedy(1973)的实验表明,水体经泡沫净化后,细菌密度从原来22100个/mL减少到220个/mL,而浓缩的泡沫中细菌数达到1115772个/mL。杜守恩(1995、林天生(1993)亦证实泡沬分离法的除菌效果。方荣楠报道了种利用气浮分离技术去除养殖水体中微型固体颗粒的系统,试验结果表明,泡沬分离法不仅能去除残饵、娄便等有机物还能在短期内去除过滤所不易去除的乌贼墨和蛋白质,可以抑制细菌的数童。并认为必须是生成泡沫的速度大于破泡的速度才能使泡沫不断生成,所以必须有足够的空气量,分离槽的大小应根据气泡供给机的大小进行设计,分离槽过大,气泡无法到达各个角落,影响气浮效率。于瑞海等利用泡沫分离技术净化扇贝育苗用水,试验结果表明气浮分离可以去除有机物、胶体物及低价金属离子,这些物质都会影响COD和氨氣含量,并且可以间接影响水体pH。郑瑞东等人实验证明:泡沫分离法具有工艺简单,操作简便,运行稳定,处理效果好等优点,在去除可悬浮颗粒物的同时还能不同程度去除COD等污染物,可悬浮颗粒物平均去除率达60%以上。
由于泡沫分离能将蛋白质等有机物在未被矿化成氨化物及其它毒物质前就已被去除,避免有毒物质在水族箱内积累,减少有机物分解所需的氧耗,这对养殖水体的良好水质维护是十分重要的。泡沬分离水处理技术使溶解性有机物及部分悬浮物退出水循环,降低BOD和COD,增加水中的溶氧,为生物滤器的功能发挥提供了有利条件,所以将两者联合使用可以取得更好的净化效果。Lamax(1976)将生物过滤器分别与沉淀池、泡沫分离器、机械过滤器配合使用,其结果表明,生物滤器与泡沬分离器联合使用,水质净化效率最好。
泡沫分离法的不足之处是水中有益的痕量元素被一并去除,故在应用时必须注意水体中痕量元素的变化,并及时加以调整。此外,泡沬分离器不适用于淡水,淡水中缺乏电解质,有机物分子与水分子之间的极性作用小,气泡形成的几率低,气泡的稳定性亦差。但Martin(1992>指出,用泡沬分离器去除水中蛋白质,在盐度>5%〇的半咸水中亦有效。

2,气浮技术在水产养殖闭合循环水的应用展望

气浮分离技术在循环水养鱼系统中研究与应用已有较多的报道。但主要停留在简单的试验对比和工艺试验上,目前生产上往往靠经验设计,缺乏实用的设计标准。随着科技的不断进步,在气浮接触装置的结构和运转工艺、去除效率等方面将会有明显突破。
目前泡沬分离法的主要问题是对泡沫本身的研究结果少,泡沫的许多性质仍不清楚,实验结果的适用范围还局限在特定体系。由于构成泡沬的表面活性剂含量极低,通常的分析仪器无法直接测量,而泡沫又是非稳定体系,使测里的难度更大。但随着分析技术的提高,泡沫分离技术水产养殖闭合循环水方面必将有更加广泛的应用。