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水产养殖环境工程学生物滤池设计
式中:
NA——氨的生成率(kgNH4-N/100kg鱼•天) NN——硝酸盐的生成率(kgNO3-N/100kg鱼•天) P——磷酸盐的生成率(kgPO-P/100kg鱼•天) SS——固体悬浮物生成率(kgSS/100kg鱼•天) BOD——BOD生成率(kgBOD/100kg鱼•天) COD——BOD生成率(kgCOD/100kg鱼•天) F——投饵率(kg饵料/100kg鱼•天)
方法二 1. 需氧量
Oc=K2TaWb Oc, 耗氧量 K2,速率常数 T,温度 W,鱼的大小 A,b,线性常数
Oc=3.05×10-4(56)1.885(2.2)-0.138 =0.478 公斤氧气/100公斤鱼/天
生物过滤装置设计实例
2. 系统负荷
Lc=0.14(Ce-Cm)/Qc Lc , 系统负荷 Ce, 溶解氧饱和度 Cm, 最低需氧量
⑥ 生物过滤器的氨氮去除效率
E=
1CR C CR
式中:
R——水循环率
C——系统进出口氨氮浓度的比值
E——生物滤池的硝化效率
⑦ 硝化效率与水力停留时间的关系
E=(9.8T-21.7)tm
式中: tm——水力停留时间(h) T——水温(℃) E——生物滤池的硝化效率
⑧ 生物滤池的容积Vm:
一次去除率
Ⅶ.计算多次循环后的氨氮浓度
每天的去除量
Ⅷ.计算过滤装置的氨氮净化效率
以百分比、单位体积或单位比表面积表示
Ⅸ.确定过滤装置中总的氨氨负荷
每天的氨氮负荷
生物过滤装置的设计步骤
Ⅹ.计算需要过滤装置工作的时间
反冲洗、清理时间
Ⅺ.确定过滤装置的容量,特别是它的表面 积
水力负荷率
Ⅻ.确定装置的尺寸
=0.59 mg/L
i
( 6849 kg / min)(60min/h )(24 h / day )
允许最高氨氮浓度为0.75 mg/L
生物过滤装置设计实例
5. 循环引起的允许最高氨氮浓度系数 C = C2/Ci = 0.75/0.59 = 1.27
6. 浸没式生物滤池的效率 E = ( 1+CR-C)/CR R,循环百分比
a、b——斜率
W——每条鱼的体重(lb)
鱼类 鲑鱼 鳟鱼
表8.1 耗氧率计算中常数
T温度(℉)
K2
≤50
7.2×10-7
>50
4.9×10-5
≤50 >50
1.90×10-6 3.05×10-4
a
3.200 2.120
3.130 1.855
b
-0.194 -0.194
-0.138 -0.138
表8.2氨氮硝化生物滤池主要设计参数参考值
设计参数
设计参考值
鱼的总氨氮产出率 鱼的非离子态氨氮浓度最高容许量
鱼的总氨氮浓度最高容许量 生物滤器的氨氮去除率
溶氧需要量与总氨氮的比值
日投喂率的3%
0.025mg/L
1.0 mg/L 0.2~0.6g/(m2•天)
4.18~4.57
生物过滤装置实例
浸没式生物滤池
ⅩⅢ.确定装置的氧气供给量 ⅩⅣ.修改装置以确保氧气供给
生物过滤装置的简单设计步骤
计算最大氨氮等负荷 试验确定滤材的氨氮去除效率 确定耗氧量 确定生物滤池构造
生物过滤装置的设计方法
①鱼类代谢参数:
代谢参数是水产养殖用生物滤器的设计的 基础。Liao和Mayo(1974)得到的关于鲑鳟鱼新 陈代谢过程方程。 NA=0.0289F NN=0.024F P=0.0162F SS=0.52F BOD=0.60F COD=1.89F
3. 饲料投喂量(Mf)
该数值由鱼体的密度和个体大小决定,在鱼生长的早期 一般控制在鱼体重的6%或者更高一点,当鱼即将销售时控 制在体重的0.75%到3%,设计中这个值假设为2%,即: Mf = 10000×0.02 = 200 kg/day
4. 代谢废物的产量 根据已知数据:(每公斤饲料)
0.0103 mg/L 0.03 mg/L <10 mg/L
<110 总饱和浓度 <80 mg/L
设计过程
1. 水体体积(VW):
VW = 10000 kg fish/50 kg = 200 m3
2. 总水流量(Q)
10000kg Q= 150000kgperm3 / s = 0.0667 m3/s
生物过滤装置的设计步骤
Ⅰ.确定污染物的数量 代谢测定和实际数据
Ⅱ.确定鱼类的耐受水平 氨、 亚硝酸盐、硝酸盐、固体颗粒
Ⅲ.计算鱼类的氧气消耗量 静水法和流水法
Ⅳ.计算养殖系统的承载能力 系统能养殖鱼类的最大数量
Ⅴ.计算系统的流速 整个系统的水流量
生物过滤装置的设计步骤
Ⅵ.计算水流一次通过后的氨氮浓度
消耗: 0.21 kg O2 产生: 0.28 kg CO2
0.30 kg 固体颗粒
0.03 kg TAN 5. 需氧量(Or)
在已知需氧量0.21 kg O2/ kg feed 的基础上增 加20%的安全系数,为0.25 kg O2/ kg feed, Or = 0.25 ×200 = 50 kg O2/ day
E = (1+1.27×0.9-1.27)/1.27×0.9 = 0.76
生物滤池必须有76%的效率
7. 循环引起的生物滤池最大氨氮负荷 Wa = 5.8×1.27 = 7.37
8. 生物滤池内的水力停留时间
tm = E/(9.8T-21.7) = 0.48 分钟 9. 生物滤池容积
Vol=Qtm/空隙率=6849×0.48/0.9= 3653 升
生物滤池的设计还没有非常严格科学的方 法,特别是在水产养殖系统的设计中,因为水 体中的氨氮浓度常常低于1mg/L。
合理运用生物、化学、物理的数据量化地 去描述鱼类代谢物质在生物过滤装置中被除去 的过程。
简单讲,就是一定数量转氨细菌转化已知养殖 对象排泄的含氮废料的能力。
生物过滤装置设计考虑的因素
V
Q
t m
m
式中:
Q——流量 tm——水力停留时间 ε——滤材的孔隙率
⑨ 滤材的总表面积As: As= (Vm)(Au)
式中:Au为滤材的比表面积(m2/m3)
简化设计方法
根据前面的内容:将每将1g的NH4+氧化成NO3-需 要消耗4.18g氧气和7.14g的碳酸离子(如CaCO3) 并生成8.59g碳酸和0.17g细胞。按照下表列出了氨 氮硝化生物滤池主要设计参数参考值进行简化设计。
方法一 1. 氨氮产量(AP)
AP=0.0289(投喂量/天) AP=0.0289×10000×2%=5.8 kg/天 2. 氨氮通过装置的去除 在12℃氨氮的去除(AR)是每天0.60 g/㎡ 3. 需要的表面积(一次通过时) SSA=AP/AR=5800/0.60=9667 m2
生物过滤装置设计实例
10. 需要的比表面积总数
SSA = Vol×比表面积 = 3.653×160 = 584 m2
11.生物滤池滤料容积
方法一,Vol = 9667/160 = 60 m3 方法二, Vol = 584/160 = 3.65 m3
查溶解氧浓度
氨氮耗氧量 = 5.8/4.18 = 24.24 公斤/天 水流供氧量 = 6849×(10-5)= 49.3 公斤/天 供氧量充足
滴流式生物滤池设计
滴流式生物过滤装置有许多型式,并且滤 料的种类繁多,传统的滴流式生物滤池采用碎 石做滤料,滤池为圆筒状,高度低、直径大。 水产养殖生物滤池主要采用圆筒状,高度大于 直径,滤料采用比重较小的塑料材质。滤料可 采用随意堆积和固定两种方式。
假定给定条件
养殖量 10000kg鲑鱼(平均1kg重)。 养殖装置是一个密闭的装置,100%循环,每星期换水20% 装置温度:12℃ 投喂:2% 鱼体重 最大密度:50 公斤/m3
生物过滤装置的设计步骤
程序设计比较直接,只有很少的情况有充足的数 据,而且,数据也许只适应某些阶段
废物的排泄与鱼的大小、摄食情况、温度等因素 有关。废物的去除受温度、流速、氨氮的负荷等 因素影响。
依据环境排污的最大值去设计过滤装置
在一定水体中放养一定重量的鱼时,如果个 体是小鱼就要充分考虑到鱼对毒性物质的耐受作 用,其他情况下还应当计算鱼体最大时的废物量
(mg/L) Oc——耗氧率(kgO2/100kg鱼•天)
④ 总水流量
Q=
W Lc
式中: W——养殖系统鱼的总容纳量(kg) Lc——系统负载(kg鱼/L•min)
⑤ 氨浓度系数C的计算
c CZ Ci
式中: Cz——系统允许氨氮的浓度(mg/L) Ci——氨氮的初始浓度(mg/L)
基于生物过滤设计的数据,特别是养殖的数据非常的有限。 废物中氨的含量随着鱼在不同的生长状态及生存环境中有 差异,如果没有这些数据那么设计者就只能用其它种的相关 数据去尽可能准确的估计和判断,准确性差。 废物的产生率和净化率随着时间,投喂策略等变化。 不同的过滤装置构造。 生物过滤装置的设计数据是变化的,设计时应当充分考虑 到细节问题,以使该装置能满足不同环境的需要,特别是一 些特殊条件,需要大量的改进以便能满足需要。 保证装置经济、可靠、有效的工作能力。
最大放养比率:150000 公斤/m3/秒
生物滤材:塑料环,直径2.5 cm;空隙率,0.92;比表面积,
220 m2/m3
水质要求:见表8.3。
表8.3 要求水质参数
水质参数
指标
DO
>5
pH
6.5-8.0