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