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水生系统净化师之物理过滤系统

良好的水环境是鱼类生存的基础,水质情况的好坏直接影响鱼类及其他水生生物的生存、生长和发育。所以水体的水处理是尤为重要,水处理系统的健全与否,直接关系到水族馆水生生物是否健康、游客体验效果是否良好。各水族馆的维生系统千差万别,归纳起来不外乎以下几大类:过滤系统、杀菌系统、温控系统、照明系统、硝化与反硝化系统(特指内陆海洋馆)和自动控制系统。

 

本文主要介绍的是过滤系统,过滤主要是通过各种过滤设备去除水中任何多余的物质,包括残饵、尸体、分泌物、排泄物、蛋白质及有毒的氮盐。

在一个采用封闭式维生系统的大型水族馆,各种过滤系统的适当配置对水质的改善以及水的清晰度都是非常重要的,基本上一个维生系统包括三种过滤方式:物理式过滤系统、化学式过滤系统以及生物式过滤系统。以下文章主要针对物理过滤系统展开介绍。

 

物理式过滤系统的方法

通过物理作用分离,回收废水中不溶解的悬浮状态污物的方法,可分为重力分离法、离心分离法及筛选截留法。属于重力分离法的处理单元有沉淀、上浮等,相应的处理设备是沉砂池、沉淀池、隔油池、气浮池及其附属装置等。离心分离法有离心分离机和水旋分离器等,筛选截留法有栅筛截留和过滤两种处理单元,设备有格栅和筛网、砂滤池和微孔滤机等。物理式过滤系统的主要功能就是去除水中的悬浮物质,达到水质清晰的目的。

 

表面处理法

将人造海绵,细网布等滤材安置在过滤系统的初始端,当水通过滤材时,水中的残饵,鱼类的粪便等大颗粒悬浮物被挡住,通过及时清洗或更换滤材达到去除杂质的目的。

空气提升法

三、四十年前水族箱使用的标准类型。在缸(池)底铺上管子,管子上有小水孔,并在管底部打气,迫使缸(池)底部形成一个真空,因而使水中悬浮物吸至底部的沙层,最后通过吸污而被排除缸(池)外,该系统适合于大、中、小型水族箱(池)。不仅能有效沉积悬浮物,便于集中去污,而且能更有效增加水体中的氧气。

 

重力式砂滤池法

重力砂滤的原理是当水流经过多孔滤料,如砂石层等过滤介质时,流水会由于滤层表面的机械阻隔作用,在滤层表面及内部间隙发生沉淀、吸附和化学反应,从而使水中悬浮的固体物质、细菌等微小颗粒被过滤除掉或发生化学分解、生物降解,使水中所含物质的化学成分发生改变而达到净化的效果。故重力砂滤池在工作的过程中,不仅发生了物理变化、还有化学变化和生物变化。接下来细细讲讲这三类变化:

物理变化即机械阻隔、沉淀、吸附等过程。

  1. 机械阻隔:水中的杂质(粒径大于滤料孔隙)被滤料截留,但这一过程与滤速无关。

  2. 沉淀:滤层内的孔隙类似于小型的沉淀池,小于滤料孔隙的颗粒可沉淀于滤料内层。

  3. 吸附:微小的悬浮物、胶体和溶解的杂质分子等,在分子引力、静电引力等作用下,被吸附于滤料表面上。

化学变化是指溶解的杂质发生化学变化,如氧化或分解作用,成为无害或不溶性的化合物的过程。

生物变化是指过滤介质中的细菌或其他微生物通过生物降解作用,将有机物降解成无机物的过程,从而达到净化水质的目的。且这一变化过程有效的灭杀了致病菌和病原体。

 

(1)重力砂滤池砂滤层的组成:

过滤石英砂厚度:0.75-1.0米     粒径:0.8-1.2毫米

细沙砾层厚度:0.2米                 粒径:5-8毫米

粗沙砾层厚度:0.2米                 粒径:10-15毫米

卵石层厚度:0.1米                     粒径:16-32毫米

以上砂滤池的组成在特定条件下还需要进行细节上的调整。

 

(2)确定砂滤池净化能力

1.?砂滤池净化能力

过滤沙层的净化能力经验公式

 

其中:Ym:过滤池的净化能力(mg/min)

            W:过滤介质的表面积(m2)

             V:过滤速度(cm/min)

             D:过滤沙层的深度(cm)

             G:过滤沙层直径系数(沙粒直径mm倒数的110倍)

从公式可以知道,加大沙滤池的过滤面积要比增加深度更能提高过滤池的净化能力。理论上讲,拥有过滤池面积越大,对水质的净化就越有好处,不过,在过滤池的实际设计时,我们一般不考虑超大面积的过滤池,因为实用性和经济性的原因,设计师需要在两者之间找到一个平衡点。过滤所用的石英砂粒径越小,过滤效果越好。但越小的石英砂粒径对水的阻力越大,同样水体需要较大的处理面积。

2.承载生物污染总量的计算及讨论

根据经验公式:

其中:X表示过滤介质负担(mg/min)

            B表示饲育鱼类体重(g)

            F表示每天投喂量(g)

过滤介质的负担由饲育鱼类的总重量和投喂强度所共同决定,其中投喂强度起到决定性作用。

3.砂滤池面积的计算及讨论

通过以上计算,可以得出X值和Y值,当X=Y时,即水体中饲育的生物所产生的废物刚好能被砂滤池中的微生物降解;当X>Y时,过滤池不堪负担,导致沙层中氮等其他废物积累,系统趋向崩溃;当X<Y时,系统运转良好。

通常,水族馆中生物饲育水体的饲育密度在水体重量的3-5‰,每天的投喂强度在饲育牺牲体重的3-5%。根据以上的经验公式就可以计算承载的生物的污染总量X,确定Y≥X,就可以进行砂滤池面积的计算。按照这个原理,在工程设计中一般选取X≈0.8Y确定砂滤池的面积。

压力砂滤法

压力砂滤法主要是通过外界动力(来自抽水泵)把水抽到一个装有过滤滤料的过滤器内,水通过滤材时由于机械阻隔和物理吸附而将悬浮物阻留在滤料上层,上层的物质可通过反冲洗清除掉,该滤器具有较大的水流,能达到非常理想的洁水作用。水中的颗粒物质直接阻隔在沙层之间的间隙中。不过在压力过滤系统中,化学过滤和生物过滤相对其他过滤系统来说较弱。这就需要通过加强维护(即加强反洗的强度和频率)和加大蛋白分离器的处理能力来保证良好的水质。

LASWIM(威浪仕)维生系统机械过滤器系列中的大型侧出石英砂过滤器主要是针对大中型海洋馆、水族馆的水净化过滤处理,能有效截留、吸附水中的杂质;降解生物排泄的粪便,极大提高了水体的洁净度。

LASWIM(威浪仕)大型侧出石英砂过滤器缸体采用了环保、优质的玻璃纤维和强化聚脂材料,坚固耐用、不易破裂。球形缸体,缸壁厚度均匀,能均匀承受水压。选择检修口设计,易于对缸体更换滤料。

一般来说,压力式过滤占地面积要比重力式过滤的面积小的多,所以在空间比较紧张的情况下适合选择压力式过滤的方式。在压力式过滤器中,其表面2.5cm处通常是积累污物最多的地方,倘若太多杂质堆积,将会在其上层形成一个负压,造成内部压力过大,久而久之,这些表面砂就会变得坚实,水流将无法通过。因此,需要对过滤器定期进行反冲洗,以便及时清除污物、减小过滤器的压力。

表面处理法与空气提升法是物理粗滤,只能去除水体中大颗粒的废弃物;而压力式过滤器过滤属于物理精滤,据相关的文献记录,合理选择石英砂的粒径及颗粒密度,压力式过滤器对悬浮物的去除效果才有显著效果,去除率高达99.83%。

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