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一種水產(chǎn)養(yǎng)殖污水凈化裝置及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

文檔作者：江明燈龐洪臣陳翔坤王世龍駱健旺文檔來源：廣東海洋大學(xué)		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2024年02月27日
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一種水產(chǎn)養(yǎng)殖污水；爭化裝置及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
江明燈龐洪臣陳翔坤王世龍駱健旺
(廣東海洋大學(xué)廣東湛江524089)
摘要廢棄牡蠣殼是近海城市的重要污染物．而牡蠣殼粉可以有效凈化水產(chǎn)養(yǎng)殖中的污水雜質(zhì)。但牡蠣殼粉不能簡單套
用目前市場常用的過濾結(jié)構(gòu)。根據(jù)牡蠣殼粉的特性設(shè)計(jì)1個(gè)可靠的機(jī)械過濾裝置．解決了牡蠣殼粉末在凈水裝置中易板結(jié)和
易堵塞等問題．為開發(fā)牡蠣殼粉掃清了障礙。
關(guān)鍵詞牡蠣殼粉水產(chǎn)養(yǎng)殖凈水裝置機(jī)械設(shè)計(jì)
中圖分類號(hào)：X524 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672—9064(2016)01—088—03
沿海地區(qū)盛產(chǎn)牡蠣．其含大量蛋白質(zhì)和人體所缺的鋅．
食用可以有效防止皮膚干燥、促進(jìn)新陳代謝及美容等功能，
但牡蠣肉僅占總質(zhì)量的不到10％．牡蠣殼雖然也有一些有
益功效，但大多被廢棄，而目前牡蠣殼沒有被大量使用，也無
人清理，任由其泛濫．影響沿海環(huán)境質(zhì)量．成為重要的污染
源。近年來的研究發(fā)現(xiàn)了牡蠣殼的一系列有益功能．其中有
一項(xiàng)是將牡蠣殼研制成牡蠣殼粉后可以有效過濾污水．吸附
水中顆粒和去除水中的磷氮等有機(jī)元素．養(yǎng)殖業(yè)污水導(dǎo)致魚
蝦生病可以導(dǎo)致直接經(jīng)濟(jì)損失．污水凈化尤為重要．因此如
果將牡蠣殼粉利用于養(yǎng)殖污水過濾．一方面可以提高水產(chǎn)養(yǎng)
殖效益．另一方面有利于減輕牡蠣殼對環(huán)境污染。
將牡蠣殼粉作為濾芯材料需考慮過濾裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)
設(shè)計(jì)問題．傳統(tǒng)的凈水器濾材有多種．多為固體塊狀，粉末與
固體的物理性質(zhì)大不相同，固體沒有粉末易擴(kuò)散、易板結(jié)、易
堵塞等缺點(diǎn)．因此設(shè)計(jì)一個(gè)適合牡蠣殼粉濾材的機(jī)械結(jié)構(gòu)勢
在必行。
1 養(yǎng)殖水的污染類型及牡蠣殼粉的功能
1．1 養(yǎng)殖水的污染類型
根據(jù)污染物的性質(zhì)．養(yǎng)殖水的污染類型可分為物理、化
學(xué)、生物3大類。
物理污染有固體懸浮物、放射性污染、熱污染：化學(xué)污染
有需氧有機(jī)物污染、石油類污染、毒物污染、酸堿鹽污染：生
物污染有病原微生物污染及藻類污染Ⅲ．藻類污染的起因是
水體富營養(yǎng)化．根據(jù)現(xiàn)有研究自然水體中的磷和氮(特別是
磷)在一定程度上是浮游生物數(shù)量的控制因素[2J。固體懸浮
物、毒物污染、病原微生物污染和藻類污染比較常見而且對
生物影響直接．
1．2牡蠣殼粉的凈水功能
牡蠣殼內(nèi)部具有為數(shù)眾多的互相連通的孑L道．經(jīng)處理可
產(chǎn)生多種不同功能的孑L穴結(jié)構(gòu)，使其具有較強(qiáng)的吸附能力、
交換能力和催化分解等作用．能夠很好地吸附肥料和藥物中
的有效成分．同時(shí)能作為良好的吸附劑處理污水。將牡蠣殼
粉碎成0．6～1．3ram的微粒后制成過濾介質(zhì)用于生活污水處
理。不但可以高效去除水中總磷(99．7％)．同時(shí)還可以有效
去除水中生化需氧量和總氮含量．可以在三級(jí)污水處理系統(tǒng)
中作為良好的污物吸附劑[3t“。破碎后的牡蠣殼還可以有效
去除有機(jī)物富集的沉積物中氫硫化物含量【引。牡蠣殼粉作為
良好的吸附劑可以去除污水中的固體懸浮物．其高效去氮磷
的能力可以削弱水體的富營養(yǎng)化進(jìn)程．阻止藻類光合作用．
控制浮游生物的數(shù)量．保持良好的養(yǎng)殖水體環(huán)境．將牡蠣殼
粉應(yīng)用于養(yǎng)殖水體凈化可起到良好的污水凈化效果。
2牡蠣殼粉凈化水預(yù)備試驗(yàn)
將牡蠣殼粉倒入盛滿水的容器中．大部分粉末沉淀．少
部分懸浮于水中使溶液呈白色渾濁狀態(tài)．小角度傾斜容器時(shí)
牡蠣殼粉并不隨容器傾斜流動(dòng)．放置一段時(shí)間后．濁液清晰
的分為2層：下層牡蠣殼粉末全部沉淀，并在容器底部板結(jié)：
上層溶液澄清．但從容器底部濾網(wǎng)無法排出溶液。由此得出
以下結(jié)論：牡蠣殼粉不溶于水．密度大于水．流動(dòng)性差但有部
分小顆粒容易隨水流流動(dòng)．長時(shí)間靜止放置易板結(jié)。
若將牡蠣殼粉置于一容器．往容器底部進(jìn)水口通水．發(fā)
現(xiàn)少量牡蠣殼粉隨水流不斷往上流動(dòng)．而一部分牡蠣殼粉在
下部翻涌．持續(xù)此狀態(tài)直到水源切斷。當(dāng)水流流動(dòng)時(shí)牡蠣殼
粉并不會(huì)板結(jié)．且仍有大部分牡蠣殼粉是處于容器下部．這
些現(xiàn)象帶來的好處是容器下部有足夠多的牡蠣殼粉足以使
濾液與牡蠣殼粉進(jìn)行充分接觸．充分發(fā)揮牡蠣殼粉的凈化功
能，而且牡蠣殼粉不會(huì)板結(jié)。缺點(diǎn)是水流使牡蠣殼粉分布在
容器的每一個(gè)角落．大量在下部流動(dòng)，少量在中部漂流．最上
部濾液已顯澄清但仍能發(fā)現(xiàn)因水流帶動(dòng)的小顆粒牡蠣殼粉
漂流在其中，必須要設(shè)計(jì)合理的方案解決這一問題。
3 以牡蠣殼粉為濾材的凈水裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3．1 進(jìn)水口與排污口設(shè)計(jì)
根據(jù)預(yù)備試驗(yàn)．牡蠣殼粉易板結(jié)的性質(zhì)使上部進(jìn)水的方
案是不可行的．它將導(dǎo)致牡蠣殼粉板結(jié)．濾液無法從底部排
出?？尚械姆椒ㄊ菑南峦线M(jìn)水，進(jìn)水口越靠近底端越好．可
使板結(jié)的牡蠣殼粉最少．利用率最高。牡蠣殼粉自身的流動(dòng)
性很差，又考慮到換料的頻繁性，排污口只能設(shè)置在底部．但
是底部需要保證能開關(guān)．密封不漏水，這些因素的制約使其
不宜做得太小或太大。排污口上部應(yīng)呈漏斗狀。如圖l(15)
所示。排污口放在了最低端、令本來計(jì)劃設(shè)計(jì)在最低端的進(jìn)
水口只能讓位，進(jìn)水管不能在底部擋住排污，只能從旁邊伸
項(xiàng)目基金：廣東海洋大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(CXXL2015068)；湛江市科技攻關(guān)項(xiàng)目(2015801049)
作者簡介：江明燈(1995一)，男，廣東人，本科學(xué)歷。
通訊作者：龐洪臣(1977～)，男，山東人，博士，講師。
萬方數(shù)據(jù) 2016．No．1 o
入，為保證水流方向均勻，進(jìn)水管從容器旁邊伸入到容器中
心向下垂直彎曲．進(jìn)水口與排污口最低端保持一定距離．如
圖1(2)所示。在外部水泵開啟的情況下，進(jìn)水El與排污口的
設(shè)計(jì)已經(jīng)解決了上述諸多問題．但是當(dāng)外部水泵關(guān)閉的時(shí)
候．牡蠣殼粉容器內(nèi)已有的濾液會(huì)產(chǎn)生足夠的壓強(qiáng)使濾液回
流．使牡蠣殼粉進(jìn)入水泵．牡蠣殼粉易板結(jié)的性質(zhì)將造成許
多問題．所以不能讓外部水泵關(guān)閉后的濾液回流。在進(jìn)水口
處安裝一個(gè)單向閥可以解決此問題，如圖l(1)所示。
3．2過濾缸設(shè)計(jì)
在牡蠣殼粉的預(yù)備試驗(yàn)中．容器最上部濾液的透明程度
已經(jīng)較高．當(dāng)容器做得越高時(shí)，上面的濾液越澄清，但考慮到
過濾缸的容量和重心位置．不能做得過高．最優(yōu)的比例有待
具體的試驗(yàn)與分析才能確定。
3．3牡蠣殼粉排除與出水口設(shè)計(jì)
在過濾缸上部的濾液已經(jīng)經(jīng)過下部牡蠣殼粉的充分過
濾。且到達(dá)上部時(shí)它的牡蠣殼粉含量已經(jīng)很少，分離這些牡
蠣殼粉．濾液就完成凈化可以排出了。對于這些少量牡蠣殼
粉，可以用濾網(wǎng)將其分離出來，分離后濾液進(jìn)入凈水缸，通過
設(shè)置在凈水缸最下端的出水口全部排出．而分離后的牡蠣殼
粉大部分會(huì)滯留在濾網(wǎng)之中堵塞濾網(wǎng)．使機(jī)器的效率隨時(shí)間
的延長而降低．濾網(wǎng)保持清潔顯得尤為重要。當(dāng)流量很大時(shí)，
濾網(wǎng)的使用周期不會(huì)很長．更換會(huì)很頻繁．為了保證機(jī)器工
作的可靠性。以頻繁換濾網(wǎng)的方式不可取。需要設(shè)計(jì)一個(gè)能
清洗濾網(wǎng)又不使用外部能量的結(jié)構(gòu)。濾網(wǎng)、凈水缸、出水口的
機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖I所示的(7)、(9)、(10)。
3．4濾網(wǎng)自清洗裝置設(shè)計(jì)
圖1 凈水裝置結(jié)構(gòu)簡圖
濾液中漂流著的少量牡
蠣殼粉堵塞了濾網(wǎng)．若直接將
濾液從濾網(wǎng)內(nèi)往濾網(wǎng)外流通．
堵塞速率將比較快．若將濾液
流向通過一定的引導(dǎo)使其與
濾網(wǎng)呈近似相切的方向流動(dòng)．
濾液將會(huì)有沖刷濾網(wǎng)的效果．
帶走濾網(wǎng)上的部分牡蠣殼粉。
壓強(qiáng)增加時(shí)．沖刷效果同樣會(huì)
增強(qiáng)。但是．如果不將從濾網(wǎng)
上沖刷出來的牡蠣殼粉做任
何引導(dǎo)處理．其最終還是會(huì)進(jìn)
入濾網(wǎng)中．起不到任何自清洗
的作用。為了引導(dǎo)沖刷出來的
牡蠣殼粉．可以使用渦流發(fā)生器產(chǎn)生漩渦使其往中心沉淀．
但是一般的渦流發(fā)生器本質(zhì)都是一個(gè)水泵．需要外部能源驅(qū)
動(dòng)．這不符合要求，需要用合理的純機(jī)械結(jié)構(gòu)代替。由于要產(chǎn)
生漩渦．渦流缸需要與過濾缸分離．渦流缸與過濾缸上下連
接。由于漩渦引導(dǎo)牡蠣殼粉往中心沉淀．渦流缸底部應(yīng)該呈
漏斗狀便于牡蠣殼粉聚集。如圖1所示，渦流缸(11)與過濾
缸(3)上下連接。并通過漏斗狀隔層分離。在渦流缸中，設(shè)置
一個(gè)分流加壓裝置來達(dá)到?jīng)_刷及渦流效果．如圖1(4)所示。
2016．No．1．
裝置下部連接濾缸如圖2。上部密封，而中間段的表面四周
開孔，連接導(dǎo)流管，導(dǎo)流管引導(dǎo)濾液流向，使其與濾網(wǎng)呈近似
相切的方向．導(dǎo)流管末端裝置高壓噴頭。分流加壓裝置、導(dǎo)流
管、高壓噴頭的關(guān)系及形狀如圖3渦流發(fā)生器所示的(4)、
(5)、(6)
圖2渦流缸和過濾缸連接簡圈圈3渦流發(fā)生器簡圖
此裝置在解決上述問題的同時(shí)。也帶來2個(gè)問題：①當(dāng)
流量較大時(shí)．高壓噴頭帶來的水流壓強(qiáng)較大，沖刷濾網(wǎng)時(shí)可
能導(dǎo)致濾網(wǎng)變形；②渦流缸和過濾缸僅通過分流加壓裝置上
下連接．導(dǎo)致渦流缸中往中心沉淀的牡蠣殼粉無處排出。第
1個(gè)問題通過如圖l所示的濾網(wǎng)支撐架(8)解決．濾網(wǎng)支撐
架同時(shí)是分離渦流缸與凈水缸的部件．濾網(wǎng)的直徑大小應(yīng)比
濾網(wǎng)支撐架直徑略小，方便濾網(wǎng)更換。濾網(wǎng)支撐架起到保護(hù)
濾網(wǎng)的作用．保證強(qiáng)度的同時(shí)其不應(yīng)該阻擋濾液在渦流缸與
凈水缸之間的流通．所以濾網(wǎng)支撐架上的孔應(yīng)該開得足夠
大。第2個(gè)問題通過圖2所示的結(jié)構(gòu)解決。牡蠣殼粉聚集到
渦流缸中心底部后．從漏斗底部再連接一個(gè)導(dǎo)管，導(dǎo)管置于
過濾缸的側(cè)表面，斜率應(yīng)足夠大．使牡蠣殼粉不至于在導(dǎo)管
上滯留造成堵塞。導(dǎo)管與漏斗的連接處也是分流加壓裝置下
部與過濾缸的連接處．詳細(xì)結(jié)構(gòu)如圖2所示。導(dǎo)管底部有開
關(guān)．當(dāng)換濾芯時(shí)，打開此開關(guān)使渦流缸中自清洗產(chǎn)生的牡蠣
殼粉排出。
3．5進(jìn)料口的設(shè)計(jì)
理論上進(jìn)料口應(yīng)該處于機(jī)器的最頂端．此處壓強(qiáng)最低。
打開相對安全．但是由于凈水器上部渦流缸通過分流加壓裝
置與過濾缸相連．并不直接連接．所以牡蠣殼粉無法在渦流
缸中進(jìn)料。只能設(shè)置在過濾缸中最頂端，結(jié)構(gòu)如圖1(13)所
不。
3．6整體密封性與工作效率
由于要應(yīng)用于養(yǎng)殖業(yè)．該凈水器的流量要求是比較大
的．在以上機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中．由于選用孑L徑非常小的濾網(wǎng)以
分離濾液中細(xì)小的牡蠣殼粉．限制了通水的速率．可以通過
增加渦流缸與凈水缸的壓強(qiáng)差加快速率．當(dāng)壓強(qiáng)差增大時(shí)．
渦流缸中的水位變高．渦流缸底部壓強(qiáng)增大。通水效率也增
大。理論上當(dāng)流量增大時(shí)只要渦流缸能有足夠的高度就可以
解決效率問題，但實(shí)際上由于空間、成本或可靠性問題，只通
過增大渦流缸高度是不可取的。
如果在牡蠣凈水器的結(jié)構(gòu)中加入1個(gè)上蓋。如圖1(12)
所示．把渦流缸密封以增大大流量時(shí)濾網(wǎng)兩端的壓強(qiáng)差，那
渦流缸的高度就能得到有效的控制了。若通過密封的方式解
決大流量帶來的問題．則不能只是在渦流缸做密封．整體的
(下轉(zhuǎn)第91頁)
國
裂
萬方數(shù)據(jù)
表l 原子熒光光度儀測定條件表
進(jìn)入混合反應(yīng)塊的被測定樣品f調(diào)整進(jìn)樣和進(jìn)硼氫化鉀溶液
流速為0．5mL／s)，進(jìn)行反應(yīng)，記錄相應(yīng)的相對熒光強(qiáng)度值。
1．5實(shí)驗(yàn)結(jié)果
1．5．1校準(zhǔn)曲線值(表2)
表2校準(zhǔn)曲線
結(jié)果評定：此校準(zhǔn)曲線符合要求
1．5．2原子熒光光譜法的檢出限
由于空白樣品未測出目標(biāo)化合物，因此測定檢出限時(shí)，
配制了0．15斗g／L，重復(fù)平行測定了8次，根據(jù)測定結(jié)果，按公
式：MDL=txS，計(jì)算出檢出限，結(jié)果見表3。
表3檢出限的計(jì)算
公式中t值為自由度為n一1、置信度為99％時(shí)的t分布
(單側(cè))；當(dāng)n為8次時(shí)，t取2．998。S為標(biāo)準(zhǔn)偏差(SD)。
1．5．3原子熒光光譜法分析的精密度
對4．5¨璣濃度的樣品平行測定6次。參見表4。
1．5．4原子熒光光譜法的準(zhǔn)確度
在水樣加入樣品0．01mg／L．1．0mL．定容到50mL．使其達(dá)
到0．21*g／L，平行測定6次(DL為未檢出)。參見表5。
2 結(jié)論
本文利用微波消解一原子熒光光譜法測定污泥中的汞．
表4精密度的計(jì)算
測定值(／iLLg,／L)1．88 1．91 1．93 1．93 1．93 1．93
加標(biāo)樣
回收率／％86．5 92．5 96．5 94．0 94．0 94．0
檢出限為0．021ug／L．相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為1．2％．加標(biāo)回收率為
86．5％～96．5％，其操作快速、簡便，結(jié)果準(zhǔn)確，適合城市污泥
的重金屬元素測定。
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(上接第87頁)
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(上接第89頁)
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本文以牡蠣殼粉作為養(yǎng)殖污水的凈化材料，結(jié)合前期預(yù)
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備試驗(yàn)中牡蠣殼粉在水中所表現(xiàn)出的物理特性，以便于放置4彭t*tq義亮．熊小京，牡蠣殼生物濾池處理合鹽污水中的硝化特性．環(huán)境
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標(biāo)，設(shè)計(jì)出了適合以牡蠣殼粉為濾材的水產(chǎn)養(yǎng)殖污水凈化裝5 Hongbing Lu。，Gu HuaIlg，Xiaoying Fu，et a1．．Waste oyste，。hell as a
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