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一種水產養(yǎng)殖污水凈化裝置及結構設計

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		點擊數：	更新時間： 2024年02月27日
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一種水產養(yǎng)殖污水；爭化裝置及結構設計
江明燈龐洪臣陳翔坤王世龍駱健旺
(廣東海洋大學廣東湛江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養(yǎng)殖中的污水雜質。但牡蠣殼粉不能簡單套
用目前市場常用的過濾結構。根據牡蠣殼粉的特性設計1個可靠的機械過濾裝置．解決了牡蠣殼粉末在凈水裝置中易板結和
易堵塞等問題．為開發(fā)牡蠣殼粉掃清了障礙。
關鍵詞牡蠣殼粉水產養(yǎng)殖凈水裝置機械設計
中圖分類號：X524 文獻標識碼：A 文章編號：1672—9064(2016)01—088—03
沿海地區(qū)盛產牡蠣．其含大量蛋白質和人體所缺的鋅．
食用可以有效防止皮膚干燥、促進新陳代謝及美容等功能，
但牡蠣肉僅占總質量的不到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元素．養(yǎng)殖業(yè)污水導致魚
蝦生病可以導致直接經濟損失．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械結構
設計問題．傳統(tǒng)的凈水器濾材有多種．多為固體塊狀，粉末與
固體的物理性質大不相同，固體沒有粉末易擴散、易板結、易
堵塞等缺點．因此設計一個適合牡蠣殼粉濾材的機械結構勢
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
根據污染物的性質．養(yǎng)殖水的污染類型可分為物理、化
學、生物3大類。
物理污染有固體懸浮物、放射性污染、熱污染：化學污染
有需氧有機物污染、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
牡蠣殼內部具有為數眾多的互相連通的孑L道．經處理可
產生多種不同功能的孑L穴結構，使其具有較強的吸附能力、
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用于生活污水處
理。不但可以高效去除水中總磷(99．7％)．同時還可以有效
去除水中生化需氧量和總氮含量．可以在三級污水處理系統(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)化進程．阻止藻類光合作用．
控制浮游生物的數量．保持良好的養(yǎng)殖水體環(huán)境．將牡蠣殼
粉應用于養(yǎng)殖水體凈化可起到良好的污水凈化效果。
2牡蠣殼粉凈化水預備試驗
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
牡蠣殼粉并不隨容器傾斜流動．放置一段時間后．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：
上層溶液澄清．但從容器底部濾網無法排出溶液。由此得出
以下結論：牡蠣殼粉不溶于水．密度大于水．流動性差但有部
分小顆粒容易隨水流流動．長時間靜止放置易板結。
若將牡蠣殼粉置于一容器．往容器底部進水口通水．發(fā)
現(xiàn)少量牡蠣殼粉隨水流不斷往上流動．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。當水流流動時牡蠣殼
粉并不會板結．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，而且牡蠣殼粉不會板結。缺點是水流使牡蠣殼粉分布在
容器的每一個角落．大量在下部流動，少量在中部漂流．最上
部濾液已顯澄清但仍能發(fā)現(xiàn)因水流帶動的小顆粒牡蠣殼粉
漂流在其中，必須要設計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構設計
3．1 進水口與排污口設計
根據預備試驗．牡蠣殼粉易板結的性質使上部進水的方
案是不可行的．它將導致牡蠣殼粉板結．濾液無法從底部排
出。可行的方法是從下往上進水，進水口越靠近底端越好．可
使板結的牡蠣殼粉最少．利用率最高。牡蠣殼粉自身的流動
性很差，又考慮到換料的頻繁性，排污口只能設置在底部．但
是底部需要保證能開關．密封不漏水，這些因素的制約使其
不宜做得太小或太大。排污口上部應呈漏斗狀。如圖l(15)
所示。排污口放在了最低端、令本來計劃設計在最低端的進
水口只能讓位，進水管不能在底部擋住排污，只能從旁邊伸
項目基金：廣東海洋大學大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目(CXXL2015068)；湛江市科技攻關項目(2015801049)
作者簡介：江明燈(1995一)，男，廣東人，本科學歷。
通訊作者：龐洪臣(1977～)，男，山東人，博士，講師。
萬方數據 2016．No．1 o
入，為保證水流方向均勻，進水管從容器旁邊伸入到容器中
心向下垂直彎曲．進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，進水El與排污口的
設計已經解決了上述諸多問題．但是當外部水泵關閉的時
候．牡蠣殼粉容器內已有的濾液會產生足夠的壓強使濾液回
流．使牡蠣殼粉進入水泵．牡蠣殼粉易板結的性質將造成許
多問題．所以不能讓外部水泵關閉后的濾液回流。在進水口
處安裝一個單向閥可以解決此問題，如圖l(1)所示。
3．2過濾缸設計
在牡蠣殼粉的預備試驗中．容器最上部濾液的透明程度
已經較高．當容器做得越高時，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
具體的試驗與分析才能確定。
3．3牡蠣殼粉排除與出水口設計
在過濾缸上部的濾液已經經過下部牡蠣殼粉的充分過
濾。且到達上部時它的牡蠣殼粉含量已經很少，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，可以用濾網將其分離出來，分離后濾液進入凈水缸，通過
設置在凈水缸最下端的出水口全部排出．而分離后的牡蠣殼
粉大部分會滯留在濾網之中堵塞濾網．使機器的效率隨時間
的延長而降低．濾網保持清潔顯得尤為重要。當流量很大時，
濾網的使用周期不會很長．更換會很頻繁．為了保證機器工
作的可靠性。以頻繁換濾網的方式不可取。需要設計一個能
清洗濾網又不使用外部能量的結構。濾網、凈水缸、出水口的
機械結構設計如圖I所示的(7)、(9)、(10)。
3．4濾網自清洗裝置設計
圖1 凈水裝置結構簡圖
濾液中漂流著的少量牡
蠣殼粉堵塞了濾網．若直接將
濾液從濾網內往濾網外流通．
堵塞速率將比較快．若將濾液
流向通過一定的引導使其與
濾網呈近似相切的方向流動．
濾液將會有沖刷濾網的效果．
帶走濾網上的部分牡蠣殼粉。
壓強增加時．沖刷效果同樣會
增強。但是．如果不將從濾網
上沖刷出來的牡蠣殼粉做任
何引導處理．其最終還是會進
入濾網中．起不到任何自清洗
的作用。為了引導沖刷出來的
牡蠣殼粉．可以使用渦流發(fā)生器產生漩渦使其往中心沉淀．
但是一般的渦流發(fā)生器本質都是一個水泵．需要外部能源驅
動．這不符合要求，需要用合理的純機械結構代替。由于要產
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。由于漩渦引導牡蠣殼粉往中心沉淀．渦流缸底部應該呈
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，設置
一個分流加壓裝置來達到沖刷及渦流效果．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，連接導流管，導流管引導濾液流向，使其與濾網呈近似
相切的方向．導流管末端裝置高壓噴頭。分流加壓裝置、導流
管、高壓噴頭的關系及形狀如圖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。也帶來2個問題：①當
流量較大時．高壓噴頭帶來的水流壓強較大，沖刷濾網時可
能導致濾網變形；②渦流缸和過濾缸僅通過分流加壓裝置上
下連接．導致渦流缸中往中心沉淀的牡蠣殼粉無處排出。第
1個問題通過如圖l所示的濾網支撐架(8)解決．濾網支撐
架同時是分離渦流缸與凈水缸的部件．濾網的直徑大小應比
濾網支撐架直徑略小，方便濾網更換。濾網支撐架起到保護
濾網的作用．保證強度的同時其不應該阻擋濾液在渦流缸與
凈水缸之間的流通．所以濾網支撐架上的孔應該開得足夠
大。第2個問題通過圖2所示的結構解決。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導管，導管置于
過濾缸的側表面，斜率應足夠大．使牡蠣殼粉不至于在導管
上滯留造成堵塞。導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．詳細結構如圖2所示。導管底部有開
關．當換濾芯時，打開此開關使渦流缸中自清洗產生的牡蠣
殼粉排出。
3．5進料口的設計
理論上進料口應該處于機器的最頂端．此處壓強最低。
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
缸中進料。只能設置在過濾缸中最頂端，結構如圖1(13)所
不。
3．6整體密封性與工作效率
由于要應用于養(yǎng)殖業(yè)．該凈水器的流量要求是比較大
的．在以上機械結構設計中．由于選用孑L徑非常小的濾網以
分離濾液中細小的牡蠣殼粉．限制了通水的速率．可以通過
增加渦流缸與凈水缸的壓強差加快速率．當壓強差增大時．
渦流缸中的水位變高．渦流缸底部壓強增大。通水效率也增
大。理論上當流量增大時只要渦流缸能有足夠的高度就可以
解決效率問題，但實際上由于空間、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構中加入1個上蓋。如圖1(12)
所示．把渦流缸密封以增大大流量時濾網兩端的壓強差，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
(下轉第91頁)
國
裂
萬方數據
表l 原子熒光光度儀測定條件表
進入混合反應塊的被測定樣品f調整進樣和進硼氫化鉀溶液
流速為0．5mL／s)，進行反應，記錄相應的相對熒光強度值。
1．5實驗結果
1．5．1校準曲線值(表2)
表2校準曲線
結果評定：此校準曲線符合要求
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化合物，因此測定檢出限時，
配制了0．15斗g／L，重復平行測定了8次，根據測定結果，按公
式：MDL=txS，計算出檢出限，結果見表3。
表3檢出限的計算
公式中t值為自由度為n一1、置信度為99％時的t分布
(單側)；當n為8次時，t取2．998。S為標準偏差(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確度
在水樣加入樣品0．01mg／L．1．0mL．定容到50mL．使其達
到0．21*g／L，平行測定6次(DL為未檢出)。參見表5。
2 結論
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精密度的計算
測定值(／iLLg,／L)1．88 1．91 1．93 1．93 1．93 1．93
加標樣
回收率／％86．5 92．5 96．5 94．0 94．0 94．0
檢出限為0．021ug／L．相對標準偏差為1．2％．加標回收率為
86．5％～96．5％，其操作快速、簡便，結果準確，適合城市污泥
的重金屬元素測定。
參考文獻
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(上接第89頁)
密封性都將影響渦流缸內的壓強．所以進料口必須裝配密封1 王建明．循環(huán)水鰻鱺養(yǎng)殖水處理技術應用研究．廈門：集美大學，
性良好的蓋子．過濾缸和渦流缸的排污口的開關密封性要嚴2010
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4 總結水處理技術，2叭4，40(4)
本文以牡蠣殼粉作為養(yǎng)殖污水的凈化材料，結合前期預
3周強'于巖·牡蠣殼粉制備廢水除鉛吸附劑·硅酸鹽學報，2叭2，40
備試驗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
牡蠣殼粉、防止牡蠣殼粉板結以及堵塞等實際問題為解決目工程學報,2014(5),8
標，設計出了適合以牡蠣殼粉為濾材的水產養(yǎng)殖污水凈化裝5 Hongbing Lu。，Gu HuaIlg，Xiaoying Fu，et a1．．Waste oyste，。hell as a
置結構，為進一步的研究工作打下了良好基礎。kind of active filter to treat the combined wastewater at an estuary．
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