用于封闭循环水养殖系统的水质净化及增氧设备技术方案

本实用新型专利技术涉及用于封闭循环水养殖系统的水质净化及增氧设备。包括有：中空纤维膜组件，其中装填有中空纤维膜丝；水池；氧气气源，用于向中空纤维膜丝的孔道一端中提供氧气；输送泵，用于将水池中的水送入中空纤维膜组件的壳程中，并使水渗透入中空纤维膜丝的孔道中；气液混合出口，连接于中空纤维膜丝的孔道另一端，用于将含氧液体返回至水池。本实用新型专利技术利用膜技术在水体增氧基础上结合了对固体悬浮物、有机大分子杂质的过滤。在单一系统中整合了循环水养殖中的多步操作，有效减少了设备占用空间，简化了管路连接；便于对整个循环水养殖系统的管理，提高运行效率。

Water purification and oxygenation equipment for closed recirculating aquaculture system

The utility model relates to a water purification and oxygenation equipment for a closed recirculating aquaculture system. Including: hollow fiber membrane modules, which are filled with hollow fiber membrane wire; pool; oxygen gas source, used to provide oxygen to the end channel of the hollow fiber membrane wires; pump shell will be used for the water in the pool is fed into the hollow fiber membrane module, and make the water penetrating into the hollow fiber membrane Kong Daozhong; gas-liquid mixing outlet connected to the hollow fiber membrane wire channel for the other end, will return to the liquid oxygen tank. The utility model utilizes the membrane technology to combine the filtration of the solid suspended substance and the organic macromolecule impurity on the basis of the oxygen increasing of the water body. In the single system, the multi step operation in the recirculating aquaculture system is integrated, which effectively reduces the occupied space of the equipment and simplifies the connection of the pipeline. The utility model is convenient for the management of the whole circulating aquaculture system and improves the operation efficiency.

【技术实现步骤摘要】
用于封闭循环水养殖系统的水质净化及增氧设备
本技术涉及用于封闭循环水养殖系统的水质净化及增氧设备，具体是一种以有机中空纤维微孔膜材料为核心部件，实现水质净化及增氧双效功能的方法及设备。
技术介绍
近年来随着材料科学的进步，膜技术取得长足发展，人们相继开发了满足不同需求的膜组件，目前已被广泛运用在化工、水处理和医药等领域。封闭式循环水养殖是一项多学科交汇产生的新型养殖方式，其工艺流程一般可概括为：养殖用水先流出经机械过滤除去固体悬浮物，进入蛋白质分离器，然后进入生物过滤系统除去氨氮类化合物，净化水质后采用臭氧等杀菌消毒，最后经增氧重新进入养殖池循环利用。多系统协同处理使封闭式循环水养殖具有水利用率高、养殖环境可控、产品质量高等优势，被国际上公认为是现代海水养殖产业的主要发展方向。国内早在上世纪70年代便开始了对封闭式循环水养殖的研究，但此后发展停滞，近几年才重新起步。目前，国内该技术虽然已在鲆鲽类、鳗鲡等品种的养殖上取得一定成果，但设备尚未完全实现自主化，对整个系统缺乏科学有效的管理，仍与世界先进水平存在一定差距。水中溶解氧浓度（DO）对水产养殖有至关重要的作用。传统增氧方式有化学法、机械法等。机械法增氧中常用的装置有叶轮式、射流式、水车式装置等。但这些装置能耗大、噪音大，还可能发生漏电等安全事故。微孔曝气增氧是目前推广的新型增氧技术，具有噪音小、增氧效率较高等优点。在循环水养殖的应用中，空气增氧已无法满足其高密度养殖的需要，而采用纯氧增氧是一种保证质量、提高产量的理想方案。纯氧较为昂贵，因此通过减小气泡直径来提升传质效率及提高氧气利用率就显得尤为重要。微孔曝气气泡直径大、氧利用率低，造成能耗高、效率低等缺陷，不适合用于循环水养殖的纯氧增氧。虽然也有人研发专门用于纯氧增氧的装置，如U型管、锥形氧接触器、射流器等。但它们都存在能耗高、氧气利用率低、氧气传质效率低等问题，这样既浪费了资源也增加了成本，同样不适合用于封闭式循环水养殖增氧。公开号为CN1425282A的中国技术专利通过微孔曝气器向分散后的水流中通入高压纯氧，使其在密闭容器中反复溶解。容器中水积聚到一定体积后外排，并由微孔曝气器再次增氧。该技术的缺陷在于采用微孔曝气器增氧，气泡直径较大、气液接触面积小，难以实现高效率增氧。另外，对装置的调节需要改变其直线段圆柱体的直径和装置的高度等，操作不够简便。授权公告号为CN204599010U的中国技术专利利用气体吸入器将氧气、臭氧混合气体吸入并在混合泵中高速运转，充分混合。上浮的气体经气水分离装置可实现循环利用，直至完全溶解完成增氧。该技术的缺陷在于采用的液氧、臭氧发生装置能耗大且经济性较差。而且采用的气体吸入装置、气水混合泵等装置氧传质效率低，操作较复杂，难以高效完成增氧。授权公告号为CN2465469Y的中国技术专利利用聚丙烯膜组件将氧气均匀地混入水中，压缩空气由膜丝内侧渗透到外侧水体中，气体与液体以错流的方式混和，聚丙烯为疏水性材料，气体易于透过，然而当膜孔不断润湿后，气体的透过压力增大，因此系统的稳定性无法保证。另外，现有的技术仅能实现单一的增氧或过滤操作，运用于循环水养殖系统时，存在占用空间大、操作管理难、造价昂贵等缺点。
技术实现思路
本技术的目的是改进现有技术的不足，提供用于封闭循环水养殖系统的水质净化及增氧设备，其优势在于：（1）封闭式循环水养殖系统中两个重要环节，水质净化以及增氧可以集成到设备中，设备具有模块化、占地面积小的优点；（2）超滤系统可以截留水中的细菌、病毒以及其它固体颗粒，比现有的封闭式循环养殖系统的水净化单元更高的截留效果；（3）中空纤维膜组件可以提供较大的气液接触界面，促进氧气完全溶于水中。（4）采用纯氧为气源，可以通过控制气体流量使气体完全溶于水中，没有气泡产生，避免了氧气的流失。为了实现本技术的技术目的，本技术的技术方案如下：用于封闭循环水养殖系统的水质净化及增氧设备，包括有：中空纤维膜组件5，其中装填有中空纤维膜丝9；水池7；氧气气源1，用于向中空纤维膜丝9的孔道一端中提供氧气；输送泵6，用于将水池7中的水送入中空纤维膜组件5的壳程中，并使水渗透入中空纤维膜丝9的孔道中；气液混合出口16，连接于中空纤维膜丝9的孔道另一端，用于将含氧液体返回至水池7。所述的中空纤维膜丝9是指PVDF膜，单根膜丝内径范围0.1～1.5mm，外径0.2～2.0mm；PVDF膜是超滤膜。所述的中空纤维膜丝9的材质是亲水性材料，水滴在其表面的接触角范围，接触角在40～100°；所述的中空纤维膜组件5中的膜丝装填密度为35～60%。还包括有气体调节阀2，用于对从氧气气源1进入中空纤维膜组件5的气体流量和压力进行调节。还包括有压力表3，用于对从氧气气源1进入中空纤维膜组件5的气体压力进行检测。还包括有溶氧检测仪8，用于对水池7中的水中氧气含量进行检测。氧气气源1通过氧气进口15与中空纤维膜丝9相连接，中空纤维膜丝9的孔道另一端通过气液混合出口16与水池7连接。另外一个实施例中，氧气气源1通过集液槽13与氧气进口15连接，在集液槽13中设置雾化装置18。另外一个实施例中，中空纤维膜组件5的壳体内设置液体缓冲部件12，用于防止液体进口10中输入的液体冲至远离氧气进口15一侧的中空纤维膜丝上。另外一个实施例中，气液混合出口16连接于气液分离器19，气液分离器19的液相出口20与水池7相连，气液分离器19的气相出口21通过增加泵22与氧气进口15连接。用于封闭循环水养殖系统的水质净化及增氧方法，包括如下步骤：i)，将氧气从中空纤维膜组件的膜丝孔道的一端输入；ii)，将水池中的水压入中空纤维膜组件的壳程，使水从膜丝外部向孔道内渗透；iii)，将膜丝孔道内部的气体和液体混合后，从膜丝孔道的另一端排出，并返回至水池中。还包括有：通过溶氧检测仪监测水池中水中氧含量。将步骤iii)中从膜丝孔道的另一端排出的气体和液体的混合物经过气液分离后，液相返回至水池，而气相经过加压后再送入步骤i)中的膜丝孔道的一端再次输入中空纤维膜组件中。步骤i）中，氧气从中空纤维膜组件的膜丝孔道的一端输入的压力是10～50kPa。步骤ii）中，水压入中空纤维膜组件的壳程时的压力0.01～0.08MPa。有益效果本技术提供的用于封闭循环水养殖系统的水质净化及增氧设备采用中空纤维超滤膜增大氧气、水两相之间的接触面积，膜系统单位体积传质表面积可达1600～6600m2/m3，而传统体系一般在30~300m2/m3；曝气气泡直径与膜孔径相近（约0.02μm），使其扩散均匀并延长气液接触时间，从而增加氧传质效率。采用纯氧作为气源，结合系统的高传质效率，将一般增氧设备所需的100kPa工作压强减少为30kPa左右，降低了能耗。采用死端操作方法，可使纯氧利用率理论上达到100%，最大限度减少氧气浪费。另外，循环水在较小的过膜压差下透过膜孔，在膜的中空通道中与氧气混和，实现了水质净化与增氧的双效作用。采用膜系统减少了占用的空间，系统的操作、调整步骤简单。另外，通过对出、入水口处溶氧浓度的监测可以轻松实现对增氧的调控，便于系统的管理。本技术利用膜技术在水体增氧基础上结合了对固体悬浮物、有机大分子杂质的过本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于封闭循环水养殖系统的水质净化及增氧设备，其特征在于，包括有：中空纤维膜组件（5），其中装填有中空纤维膜丝（9）；水池（7）；氧气气源（1），用于向中空纤维膜丝（9）的孔道一端中提供氧气；输送泵（6），用于将水池（7）中的水送入中空纤维膜组件（5）的壳程中，并使水渗透入中空纤维膜丝（9）的孔道中；气液混合出口（16），连接于中空纤维膜丝（9）的孔道另一端，用于将含氧液体返回至水池（7）。

【技术特征摘要】
1.用于封闭循环水养殖系统的水质净化及增氧设备，其特征在于，包括有：中空纤维膜组件（5），其中装填有中空纤维膜丝（9）；水池（7）；氧气气源（1），用于向中空纤维膜丝（9）的孔道一端中提供氧气；输送泵（6），用于将水池（7）中的水送入中空纤维膜组件（5）的壳程中，并使水渗透入中空纤维膜丝（9）的孔道中；气液混合出口（16），连接于中空纤维膜丝（9）的孔道另一端，用于将含氧液体返回至水池（7）。2.根据权利要求1所述的用于封闭循环水养殖系统的水质净化及增氧设备，其特征在于，所述的中空纤维膜丝（9）是指PVDF膜，单根膜丝内径范围0.1～1.5mm，外径0.2～2.0mm；PVDF膜是超滤膜。3.根据权利要求1所述的用于封闭循环水养殖系统的水质净化及增氧设备，其特征在于，所述的中空纤维膜丝（9）的材质是亲水性材料，水滴在其表面的接触角范围，接触角在40～100°；所述的中空纤维膜组件（5）中的膜丝装填密度为35～60%。4.根据权利要求1所述的用于封闭循环水养殖系统的水质净化及增氧设备，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔朝亮，汪朝晖，周冠宇，丁宁，汪效祖，邢卫红，徐南平，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：新型
国别省市：江苏,32