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海洋馆水处理之物理过滤系统

1、物理过滤系统

过滤作用主要是通过各种过滤设备去除掉水族箱（池）水中任何多余的物质，包括残饵、生物尸体、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，各种过滤系统地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、化学式过滤系统和生物式过滤系统。

1.1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染物的方法，可分为重力分离法、离心力分离法及筛滤截留法。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、气浮池及附属装置等。离心分离法有离心分离机和水旋分离器等。筛滤截留法有删筛截留和过滤两种处理单元，设备有格栅和筛网、砂滤池和微孔机等。物理式过滤系统地主要功能就是去除水中的悬浮物质，达到水质清晰的目的。

1.1.1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。

1.1.2空气提升法

三四十年前水族箱（池）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，后通过吸污而排出缸外，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，而且能有效增加水体中的氧气。

1.1.3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，以及在滤层表面及内部隙间发生沉淀、吸附和化学反应，从而使水中悬浮的固体物质、细菌等微生物被过滤除掉或发生化学、生物的变化，使水中所含物质的化学成分发生改变而得到净化的过程。在重力砂过滤池法中，包括了物理变化，化学变化和生物变化。

物理变化主要是指机械阻隔、沉淀、吸附等。机械阻隔是指水中的杂质（粒径大于滤料孔隙）被滤料截留，这一过程与滤速无关。沉淀是指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与滤料内层。吸附是指微小的悬浮物、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等微生物通过生物降解作用，将有机物降解成无机物的过程，来达到净化水质的作用。这一变化的过程还包括对致病菌和病原体的杀灭作用。

（1）重力沙滤池沙滤层的组成

过滤石英砂 厚度：0.75-1.0m 粒径：0.8-1.2mm

细砂砾层   厚度：0.2m     粒径：5-8mm

粗砂砾层   厚度：0.2m     粒径：10-15mm

卵石层     厚度：0.1m     粒径：16-32mm

以上砂滤池的组成在特定条件下还需要进行细节上额调整。

（2）确定砂滤池的面积

 砂滤池净化能力

根据过滤砂层的净化能力经验公式：

Y m=       10W        

 0.7+095X102     

 VGD

其中：Y m=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（粒径（mm）倒数的110倍）

从公式可以知道，加大砂滤池的过滤面积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，我们在进行过滤池设计时，要同时兼顾实用性和经济性，在两者之间找到一个平衡点。过滤所选用的石英砂粒径越小，过滤效果越好。不过，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。

承载生物污染总量的计算及讨论：

根据经验公式：X=（0.564×10-2B）+0.051F

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投喂强度所共同决定，但其中投喂强度其决定性作用。

ƒ砂滤池面积的计算和讨论：

通过以上计算，可以得出X值和Y值，当X=Y时，即水体中国饲育的生物所产生的废物刚好能够被砂滤池中的微生物消化；当X＞Y时，过滤池不堪负担，导致沙层中氮等其他废物累积，系统趋向崩溃；当X＜Y时，系统会很好地运转。

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

1.1.4压力沙滤法

压力沙滤主要通过外界动力（来自抽水泵）把水抽到一个盛有过滤材料的密闭容器中内，水通过滤材时由于机械阻隔作用和物理吸附作用而将悬浮物留在滤材上层，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。水中的颗粒物质可以形象的称为被子沙层之间的空隙捕捉。而在重力沙滤池中对水质处理有显著作用的化学变化则和生物变化则被弱化了许多。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维持良好的水质。

（1）压力沙滤过滤沙层的组成：

过滤石英砂 厚度：0.7-1.0m   粒径：0.5-0.8mm

细砂砾层   厚度：0.1-0.2m   粒径：1~2mm

（2）确定压力砂滤罐的过滤面积

压力砂滤罐过滤速度的计算及讨论：压力过滤罐在不同的操作压力下会有不同的过滤速度，一般情况下过滤速度在10~15m/h

砂滤池面积的计算及讨论：

其中：A=过滤面积（m2）

Q=单位时间过滤流量（m3/h）

 V=过滤速度（m/h）

（3）影响效率的因素主要有：

水的流速，一般取决于抽水泵的功率及滤材间的空隙。滤材，取决于滤材的大小及深度。

一般情况下，压力过滤的占地面积只有重力过滤一般或更少。所以在空间比较紧张的情况下是首选。在快速滤器中，其表层2.5cm通常积累多的污物，倘若太多有机物堆积，将会在上层形成一个负压，而使内部压力过大，久而久之，这些表面砂就会变得坚实，使水流无法通过。因此，对压力砂罐定期进行反冲洗，以清除污物、减小罐体的压力是必须的。

 1.2小结与分析

表面过滤与空气气提法是物理粗滤，只能去除大颗粒的水体中废弃物；而重力式砂滤池和密闭式压力罐是物理精滤，根据相关研究文献表明，通过合理选择石英砂的粒径及颗粒密度，密闭砂滤罐对悬浮物的去除效果极为显著（P＜0.01），去除率达99.83%，达到了去除悬浮物的要求。砂滤罐经过反冲洗后，能够再生使用。