摘  要：采用上向流活性炭、浸没式超滤膜以及砂滤组合工艺，循环处理某大型中华鲟展示水体。展 示总水体量为 10 000 m3，设计水体循环周期为 1.5 h/次，维生系统处理规模为 1.6×105 m3/d。经维生 系统处理后，出水浊度可稳定小于 0.1 NTU 以下，确保科普展示的水体清澈、透明，展示效果良好， 为膜技术在养殖废水处理中的应用提供工程案例支持。

　　关键词：中华鲟；循环水处理；浸没式超滤

　　中华鲟是长江珍稀濒危物种，被列为国家一级 重点保护野生动物、濒危野生动植物种国际贸易公 约保护物种，是长江水生生物多样性的典型代表，也 是长江流域生态环境健康状况的指标性物种。 自党 的十八大以来，国家推进生态文明建设的战略部署， 为响应习近平总书记“共抓大保护，不搞大开发”的 指示精神，进一步落实好《中国水生生物资源养护行 动纲要》《中华鲟拯救行动计划》和国家长江经济带 建设中“江湖和谐、生态文明”的有关要求，必须尽快 采取有力措施加强中华鲟等珍稀濒危物种的保护和 宣传。为加大宣传力度、提高公众对中华鲟保护的 关注以及更好地研究动物行为学，某中华鲟保护基 地通过新建大型科普展示水体，号召全社会参与到 中华鲟等珍稀濒危物种的保护工作中，并配套新建 同等水处理能力的维生系统以确保该科普展示池展 示水体的清澈、透明。

　　1  工程概况

　　某中华鲟保护基地新建科普展示池 2 座，净尺 寸分别为 20.2×30 m、16×26.2 m，池深 10 m，有效水 位为 9.8 m，水体量分别约为 5 900 m3、4 100 m3，总 水体量约为 1×104 m3 ，主要用于中华鲟科普展示及 中华鲟动物行为学研究，设计水体循环周期为 1.5 h/次，即展示水体配套维生系统设计规模为 1.6×105m3/d。展示池养殖密度低，饲料、饵料投加量较少，产 生的污染物量也较少，但该区域对透明度等水质指 标的要求较高，依据设计任务书，水质除满足《渔业 水质标准》（GB 11607-1989）外，还需浊度小于 0.25 NTU。氨氮的去除是水产养殖中最核心的问题，工厂 化循环水养殖通常通过硝化作用将系统中的氨氮转 化为毒性较低的硝酸盐，从而降低系统中的总氨氮 浓度。养殖系统中每天产生的氨氮估值可以根据投 饲量计算，氨氮和总投饲量之间的转化经验式为[1]：

　　系统总氨氮的产生量=总投饲量×饲料蛋白含 量×0.092（氨氮转化系数）    （1）

　　总水体为 10 000 m3，展示池内最大养殖密度为 1 kg/m3，最大养殖量为 10 000 kg。设计日最大投喂 率为 1%，日投喂量为 100 kg，根据水池养殖密度及 污染物产量分析，每日系统氨氮产生量为：100×40% ×0.092=3.68 kg。系统中理论氨氮最大质量浓度为： 3 680÷10 000=0.368 mg/L。

　　2  维生系统的工艺选择

　　常规海洋馆等展览水体维生系统通常采用“微   过滤—蛋白质分离—生物滤池—紫外（臭氧）消毒” 的循环水处理基本工艺，同时需要配合每周 20%的   换水量。

　　因水体浊度要求低于 0.25 NTU，因此在不加混凝剂的前提下，滤池出水浊度无法达到要求。但是 在养殖循环水处理的系统中，不可不断地投加混凝 剂。目前，国内大型水族馆通常通过大量投加臭氧 氧化的方式保证水体的浊度。而水体中细小颗粒是 由鱼的食料、排泄物和分泌物等有机物组成，大剂量 投加臭氧氧化可降解细小颗粒，表面上使水变清了， 但也使水中溶解性污染物变得极其复杂，给中华鲟 日常生存环境带来潜在风险。超滤膜技术与传统处 理工艺相比，可在无化学试剂添加、无温度限制的环 境下进行养殖废水处理[2]，具有出水水质好、达标稳 定、处理设施自动化程度高、水质关键参数可调整以 满足科研要求等优势[3]。

　　本次科普展示水体的维生系统采用先进的“生 物活性炭滤池+浸没式超滤/砂滤”组合的处理工艺， 工艺流程如图 1 所示，完全模拟浓缩自然界的生物 循环处理和纯物理的精密机械筛滤（精度小于 0.01 um），可有效去除水中的颗粒状物质和氨氮等，不产 生任何副产物，同时隔离了细菌和病毒，使中华鲟能 生活在更自然的环境中，确保蓄养保护对象的安全 性。

　　3  工程设计

　　3.1  生物活性炭滤池

　　生物活性炭滤池能有效去除水中的小分子有机 物和氨氮，设计规模 16 万 m3/d，设置 1 座，分为 8 格，双排布置，双排之间设管廊。活性炭滤池池水深 约 5.65 m。

　　生物活性炭滤池采用上向流形式，单格有效面 积 72 m2，设计空床流速 11.6 m/h，活性炭层厚 2.5 m，炭层接触时间 10.8 min。同侧活性炭池通过渠道 及进水堰进行配水，每格设 DN600 进水电动蝶阀将 水引入池底配水配气渠，并通过配水配气系统均匀 配水至整格活性炭池。出水通过出水槽收集后进入 出水渠道，初滤水排放阀门为 DN400。另外，每格活性炭滤池各设 DN300 手动放空蝶阀 1 只。生物活性 炭滤池反洗采用单气洗方式，气洗强度 15 L/(m2 ·s)， 配套风机为 3 960 m3/h，风压 5 m，功率为 90 kW。

　　3.2  浸没式超滤膜池

　　浸没式超滤膜池为精密的机械过滤，大于膜孔 径的物质均被有效截留，几乎能将细菌、病毒、两虫、 藻类及水生生物等全部去除。设计远期规模 12 万 m3/d，近期规模 8 万m3/d。浸没式超滤膜系统分为进 水系统、抽真空系统、产水系统、反洗系统、化学清洗 系统及完整性检测系统等几个系统。

　　3.2.1  超滤膜池

　　超滤膜池设 1 排，双排对称布置，每排 6 格，近 期投产 4 格，膜材质为 PVDF，采用帘式膜元件组 成浸没式超滤膜设备，单格膜池尺寸 11.2×5.1×4.5 m。工程设计膜通量为 28.1 L/（m2 ·h），单格膜池内设 置膜组器 11 组，单个膜组器面积为 3 055 m2，对应 单格膜池膜面积为 3.36 万m2。

　　膜架浸没在池内水中，淹没深度为 0.90 m。单 格膜池上方设置不锈钢活动盖板，避光的同时也可 保温。为便于膜架维修拆卸和封堵，膜架出水管路连 接接头采用活接形式。每池设统一的反冲洗水管、出 水管和气冲管。

　　3.2.2  进水系统

　　膜池设 2 条进水渠道，进水总渠宽 1.90 m，负 责 6 格膜池总进水，进水分配渠宽 1.2 m，负责单格 膜池进水量分配。单格膜池设进水堰及进水闸板阀。

　　3.2.3  产水系统

　　浸没式超滤膜通过负压抽吸使膜丝内外两侧产 生压力差，在压差作用下，水透过膜丝的孔隙进入膜 丝内侧，最终汇集到各个膜元件产水管中，每格膜池 产水进入中央产水渠，通过中央产水渠内与膜过滤 池的液位差值，利用虹吸产生负压，将产水送入清水 池中。

　　3.2.4  排水及回用系统

　　膜池排水通过底部 4 根 DN200 排泥管收集汇 总至 DN400 排水管道中，再在 DN400 管两端设置 启动切换阀门，控制排水出路，一路跌水进入排水 池，另一路跌水进入中和池。

　　膜池反冲洗废水排入下叠排水池，采用单级单 吸离心泵提升并均匀回用至进厂原水管道上或排放。膜池化学洗废水进入下叠的中和池，经中和达标后排放。

　　3.2.5气水反冲洗泵房

　　气水反冲洗水泵和鼓风机均设置于膜滤池旁，与膜池辅助车间合建，主要用于浸没式超滤膜及砂滤池的水反洗及气擦洗。膜反洗强度为30 L/m2/h，设置可变频卧式离心泵3台，互为备用，单台泵流量为1017 m3/h，扬程为15 m。为防止水泵气蚀，水泵最低吸水水位低于中央产水渠的最低运行水位。空气擦洗系统采用罗茨风机供气，共设3台风机，互为备用，单台风量3 360 m3/h（对应气擦洗强度为100 L/m2/h），风压5.0 m，90 kw，变频设置。

　　3.2.6膜池辅助车间

　　膜池辅助车间设置于膜滤池旁，与膜池气水反冲洗泵房合建，包括膜池化学清洗抽吸循环泵、真空设备、空压机等部分。

　　除日常水冲洗和空气擦洗之外，浸没式超滤膜组件运行一段时间后，还需进行周期性化学清洗。周期性化学清洗一般包括维护性清洗和恢复性清洗两种。浸没式超滤膜配置化学药剂种类为柠檬酸、NaClO等，药洗后的废水经亚硫酸氢钠、NaOH还原中和。药剂贮存于综合加药间，分别储存柠檬酸、NaOH、亚硫酸氢钠和NaClO等药剂。维护性清洗周期30 d（可调），维护性清洗膜浸泡时间30 min，设计采用200 mg/L的NaClO。恢复性清洗周期12~24个月（可调），恢复性清洗膜浸泡时间4~6 h，设计采用0.1%的NaClO和0.5%的柠檬酸洗依次对膜进行化学恢复性清洗。

　　3.3砂滤池（与浸没式超滤膜池合建）

　　砂滤池主要去除脱稳的细小悬浮颗粒，与超滤膜滤池统一布置（超滤膜池及砂滤池组合剖面见图2），规模8万m3/d，共6格，单排布置。单格过滤面积72.6 m2。设计滤速11.48 m/h，滤层上水深1.8 m。滤料采用石英砂，有效粒径0.9~1.00 mm，厚度1.5 m，承托层砂粒径2.0～16.0 mm，厚度0.45 m。

　　3.4提升泵房（与浸没式超滤膜池合建）

　　结合超滤膜池的中央产水总渠布置提升泵房，将超滤膜池出水和砂滤池出水提升至科普展陈池。设置潜水轴流泵6台，4用2备，单泵流量2 500 m3/h，扬程8.2 m，功率110 kW。

　　3.5水力高程设计

　　厂区道路标高以0.00 m计，科普展示水池设计水位7.50 m，生物活性炭接触氧化池进水水位6.50 m，出水水位4.80 m，超滤膜池进水水位4.25 m，产水水位0.00 m，通过潜水轴流泵提升至科普展示水池中。

　　3.6平面设计

　　生物活性炭接触氧化池平面尺寸为34.9×34.8 m；浸没式超滤膜/砂滤组合滤池平面尺寸为47.58×40 m；提升泵房平面尺寸20.43×40 m，提升泵房与浸没式超滤膜池反冲洗泵房合建，提升泵房水池上部为配电间和辅助车间。

　　3.7系统特点分析

　　构筑物集约化布置，占地面积小。超滤膜池和砂滤池组合布置，中和池、排水池叠于组合池下方。辅助用房设置于组合滤池旁，最大程度地集约化布置，减少构筑物占地面积。

　　系统独立，便于管理。超滤膜池和砂滤池反洗系统独立，膜池、砂滤池均为独立系统，按顺序反洗，互不干扰。此外，系统还预留2格膜池，远期仅需安装膜箱，即可接入系统，便于实施系统水质的调控。

　　国内循环养殖系统工艺多采用“微过滤—蛋白质分离—生物滤池—紫外（臭氧）消毒”的循环水处理工艺。本工程创造性地采用“生物活性炭滤池+浸没式超滤膜/砂滤池”组合工艺，解决了化学试剂添加的问题，设计规模为16万t/d，是国内科普展示水体维生系统中应用浸没式超滤膜最大的工程实例。

　　合理化布置进、出水管线。科普展示池的进、出水管线较大，通过集、分水器将DN1200和DN1400的管线分为多个DN400的小管线，接入科普展示水体中，多点进水，以实现展示池内合理布水。

　　4工程投资

　　维生系统占地面积约6 500 m2，其中构筑物总占地 3 827 m2。土建工程费用估算约为 1 244 万元， 工艺设备及安装部分工程估算约为 6 419 万元，合 计总投资约为 7 663 万元，吨水投资成本约为 480 元/t 水。

　　5  结语

　　国内首次将“生物活性炭滤池+浸没式超滤膜/ 砂滤池”组合工艺应用于中华鲟等珍稀濒危物种的 大型科普展示水体维生系统中。调试阶段显示，该 工艺可有效去除水中细菌等微生物、降低水体浊度 至 0.1 NTU 以下，达到展示水体所需的视觉上清澈、 透明及维生系统稳定运行的效果。该工程是浸没式 超滤膜等工艺在大型循环养殖系统中应用的一次突 破，为行业提供了工程案例数据支持。该工艺可确保出水水质的稳定性和安全性，这一结论也早已在 多个水厂运行中得到证实[4-5]。

　　参  考  文  献

　　［1］ TIMMONS M B. Recirculating Aquaculture Systems［M］. New York: Cayuga Aqua Ventures, 2012.

　　［2］ 宋迪, 徐佳, 单宝田, 等. 膜技术在水产养殖废水处理中 的应用进展［J］. 海洋科学, 2014, 38(2): 102-106.

　　［3］ 徐俊. 浸没式超滤膜技术在水厂升级改造中的应用及 设计［J］. 中国给水排水, 2016, 32(2): 41-44.

　　［4］ 郁振标, 袁宵, 陈清. 超滤膜技术在南通狼山水厂升级 改造中的应用［J］. 膜科学与技术, 2021, 41(1): 112-115, 122.

　　［5］ 丛学志, 焦文海, 杨红红, 等. 浸没式超滤在短流程净水 厂改造工程中的应用［J］. 中国给水排水, 2023, 39(10): 111-114.