工厂化养殖循环水处理系统泡沫分离器的参数化设计.pdf
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1、栏目编辑 魏友海渔机与渔具2023.7工厂化循环水养殖和传统开放式养殖相比,受自然条件影响较小,且具有节能、节水、高产出和生态保护等优势,近年来逐渐受到关注,有取代传统养殖方式的趋势。工厂化养殖主要通过循环水处理系统将养殖池中需要更换的养殖“废水”(包含残余饵料、养殖对象的排泄物及其他水质污染物)进行处理,成为可循环使用且符合养殖水质要求的“健康水”,从而实现节约水资源、高密度养殖的目标,最终提高养殖经济效益(张建华等,2013)。因此,循环水处理系统是工厂化养殖的重要组成部分,其中水处理设备主要包括泡沫分离器(又称为蛋白质分离器)、弧形筛、沙缸、生化反应器等。在循环水处理系统的工程设计中,设
2、计者主要基于养殖经验来选择水处理设备生产厂家现有的设备型号进行组合(郑瑞东等,2005;林海强等,2021;吴小军等,2020;刘晓蒙等,2019),以此来构建整个循环水养殖系统。通常会出现设计者选择高于实际需求的设备型号,造成设备资源、能效浪费,增加了养殖场购买和使用设备的成本,这也是当前我国循环水养殖模式无法在普通养殖户中推广的关键因素。本文以泡沫分离器设备为例,通过对泡沫分离器关键参数进行分析,合理选择影响设备外形结构的关键参数,进而利用NX软件创建参数化的泡沫分离器3D模型,使该设备的设计和使用能够快速适应养殖现场的需求。运用该方法可以根据养殖户的不同需求,修改泡沫分离器模型的相关参数
3、,以灵活、高效地设计出满足养殖户要求的产品并进行生产,从而能够大大节约养殖场的生产投入,这将使更多的养殖户愿意进行工厂化循环水养殖,对我国大面积推广工厂化循环水养殖有重要意义。一、泡沫分离器关键参数分析1.泡沫分离器工作原理工厂化循环水处理系统主要处理的对象包括饵料残渣、粪便、有机物、细菌等,其中有机物处理的主要设备是泡沫分离器。其工作原理是向水体中通入气体形成气泡,使水中的表面活性物质(如蛋白质等)或疏水性的悬浮物被微气泡(直径0.10.5毫米)吸附,并借气泡的浮力上升到水面形成泡沫,最后通过排液口将水中的溶解物和悬浮物排出(Feitosa K等,2006)。典型的泡沫分离器主体为一个简单的
4、圆柱形气泡液体接触反应器,如图1所示。注:为泡沫塔倾斜角度;d为泡沫分离器筒体直径图1泡沫分离器工作原理杜小雷,魏茂春,叶江雷,洪文斌(厦门海洋职业技术学院,福建 厦门361012)基金项目:厦门市海洋与渔业发展专项资金项目“水产养殖自动化装备核心技术攻关与产业化示范”(19CZB015HJ02);福建省海洋经济发展补助资金项目(ZHHY-2019-4);福建省海洋经济发展专项资金项目(FJHJF-L-2021-12);福建省教育厅智慧渔业应用技术协同创新中心“工厂化养殖循环水成套系统3D造型设计”(XTZX-ZHYY-1907)81栏目编辑 魏友海渔机与渔具2023.72.泡沫分离器水处理效
5、率的影响因素分析泡沬分离技术主要包括两个过程,即通过气泡吸附待分离的溶质以及对气泡上所吸附的物质进行排出或收集,因此泡沫分离效果主要取决于目标物质的吸附能力和泡沫的排液能力(FabioBrambilla等,2008)。关于提升目标物质的吸附特性,许多学者做了不同的研究。罗国芝等(1999)认为泡沫分离法与气泡大小、废水黏滞度、表面活性物质的浓度、pH、气泡与废水接触的时间、气流速度等因素有关。于向阳等(2005)通过试验发现泡沫分离与气液比、有机物浓度以及分离器内水体高度有关。钱少瑜等(2009)认为泡沫在塔内泡沫相中的停留时间不是排液速率的决定性因素,气速对排液速率的影响很大。季明东等(20
6、18)认为减小气泡直径和增加水力停留时间(HRT)可以提高细微颗粒物的去除率,但会有极限值,并且气泡越细小,要达到较高去除率时所需的HRT越长。针对泡沫排液能力的提升,有许多学者设计了不同改进型的设备进行研究。Jiang等(2011)利用斜臂塔增加了泡沫相长度,停留时间增加,泡沫有更多的排液时间,提升了大豆蛋白废水中蛋白质的富集比。殷昊等(2013)为了强化泡沫相排液,研究了斜臂塔对分离效率的影响,认为斜臂塔最佳倾斜角度为40。韦殿杰等(2011)为提高BSA的富集比,设计了一种强化排液的泡沫分离设备,在水平的泡沫相部分装有一个与水平面夹角为10的斜板,在最佳条件下,利用该泡沫分离设备回收BS
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