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一种水产养殖污水净化装置及结构设计

文档作者：江明灯庞洪臣陈翔坤王世龙骆健旺文档来源：广东海洋大学		点击数：	更新时间： 2024年02月27日
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一种水产养殖污水；争化装置及结构设计
江明灯庞洪臣陈翔坤王世龙骆健旺
(广东海洋大学广东湛江524089)
摘要废弃牡蛎壳是近海城市的重要污染物．而牡蛎壳粉可以有效净化水产养殖中的污水杂质。但牡蛎壳粉不能简单套
用目前市场常用的过滤结构。根据牡蛎壳粉的特性设计1个可靠的机械过滤装置．解决了牡蛎壳粉末在净水装置中易板结和
易堵塞等问题．为开发牡蛎壳粉扫清了障碍。
关键词牡蛎壳粉水产养殖净水装置机械设计
中图分类号：X524 文献标识码：A 文章编号：1672—9064(2016)01—088—03
沿海地区盛产牡蛎．其含大量蛋白质和人体所缺的锌．
食用可以有效防止皮肤干燥、促进新陈代谢及美容等功能，
但牡蛎肉仅占总质量的不到10％．牡蛎壳虽然也有一些有
益功效，但大多被废弃，而目前牡蛎壳没有被大量使用，也无
人清理，任由其泛滥．影响沿海环境质量．成为重要的污染
源。近年来的研究发现了牡蛎壳的一系列有益功能．其中有
一项是将牡蛎壳研制成牡蛎壳粉后可以有效过滤污水．吸附
水中颗粒和去除水中的磷氮等有机元素．养殖业污水导致鱼
虾生病可以导致直接经济损失．污水净化尤为重要．因此如
果将牡蛎壳粉利用于养殖污水过滤．一方面可以提高水产养
殖效益．另一方面有利于减轻牡蛎壳对环境污染。
将牡蛎壳粉作为滤芯材料需考虑过滤装置的机械结构
设计问题．传统的净水器滤材有多种．多为固体块状，粉末与
固体的物理性质大不相同，固体没有粉末易扩散、易板结、易
堵塞等缺点．因此设计一个适合牡蛎壳粉滤材的机械结构势
在必行。
1 养殖水的污染类型及牡蛎壳粉的功能
1．1 养殖水的污染类型
根据污染物的性质．养殖水的污染类型可分为物理、化
学、生物3大类。
物理污染有固体悬浮物、放射性污染、热污染：化学污染
有需氧有机物污染、石油类污染、毒物污染、酸碱盐污染：生
物污染有病原微生物污染及藻类污染Ⅲ．藻类污染的起因是
水体富营养化．根据现有研究自然水体中的磷和氮(特别是
磷)在一定程度上是浮游生物数量的控制因素[2J。固体悬浮
物、毒物污染、病原微生物污染和藻类污染比较常见而且对
生物影响直接．
1．2牡蛎壳粉的净水功能
牡蛎壳内部具有为数众多的互相连通的孑L道．经处理可
产生多种不同功能的孑L穴结构，使其具有较强的吸附能力、
交换能力和催化分解等作用．能够很好地吸附肥料和药物中
的有效成分．同时能作为良好的吸附剂处理污水。将牡蛎壳
粉碎成0．6～1．3ram的微粒后制成过滤介质用于生活污水处
理。不但可以高效去除水中总磷(99．7％)．同时还可以有效
去除水中生化需氧量和总氮含量．可以在三级污水处理系统
中作为良好的污物吸附剂[3t“。破碎后的牡蛎壳还可以有效
去除有机物富集的沉积物中氢硫化物含量【引。牡蛎壳粉作为
良好的吸附剂可以去除污水中的固体悬浮物．其高效去氮磷
的能力可以削弱水体的富营养化进程．阻止藻类光合作用．
控制浮游生物的数量．保持良好的养殖水体环境．将牡蛎壳
粉应用于养殖水体净化可起到良好的污水净化效果。
2牡蛎壳粉净化水预备试验
将牡蛎壳粉倒入盛满水的容器中．大部分粉末沉淀．少
部分悬浮于水中使溶液呈白色浑浊状态．小角度倾斜容器时
牡蛎壳粉并不随容器倾斜流动．放置一段时间后．浊液清晰
的分为2层：下层牡蛎壳粉末全部沉淀，并在容器底部板结：
上层溶液澄清．但从容器底部滤网无法排出溶液。由此得出
以下结论：牡蛎壳粉不溶于水．密度大于水．流动性差但有部
分小颗粒容易随水流流动．长时间静止放置易板结。
若将牡蛎壳粉置于一容器．往容器底部进水口通水．发
现少量牡蛎壳粉随水流不断往上流动．而一部分牡蛎壳粉在
下部翻涌．持续此状态直到水源切断。当水流流动时牡蛎壳
粉并不会板结．且仍有大部分牡蛎壳粉是处于容器下部．这
些现象带来的好处是容器下部有足够多的牡蛎壳粉足以使
滤液与牡蛎壳粉进行充分接触．充分发挥牡蛎壳粉的净化功
能，而且牡蛎壳粉不会板结。缺点是水流使牡蛎壳粉分布在
容器的每一个角落．大量在下部流动，少量在中部漂流．最上
部滤液已显澄清但仍能发现因水流带动的小颗粒牡蛎壳粉
漂流在其中，必须要设计合理的方案解决这一问题。
3 以牡蛎壳粉为滤材的净水装置结构设计
3．1 进水口与排污口设计
根据预备试验．牡蛎壳粉易板结的性质使上部进水的方
案是不可行的．它将导致牡蛎壳粉板结．滤液无法从底部排
出。可行的方法是从下往上进水，进水口越靠近底端越好．可
使板结的牡蛎壳粉最少．利用率最高。牡蛎壳粉自身的流动
性很差，又考虑到换料的频繁性，排污口只能设置在底部．但
是底部需要保证能开关．密封不漏水，这些因素的制约使其
不宜做得太小或太大。排污口上部应呈漏斗状。如图l(15)
所示。排污口放在了最低端、令本来计划设计在最低端的进
水口只能让位，进水管不能在底部挡住排污，只能从旁边伸
项目基金：广东海洋大学大学生创新创业训练计划项目(CXXL2015068)；湛江市科技攻关项目(2015801049)
作者简介：江明灯(1995一)，男，广东人，本科学历。
通讯作者：庞洪臣(1977～)，男，山东人，博士，讲师。
万方数据 2016．No．1 o
入，为保证水流方向均匀，进水管从容器旁边伸入到容器中
心向下垂直弯曲．进水口与排污口最低端保持一定距离．如
图1(2)所示。在外部水泵开启的情况下，进水El与排污口的
设计已经解决了上述诸多问题．但是当外部水泵关闭的时
候．牡蛎壳粉容器内已有的滤液会产生足够的压强使滤液回
流．使牡蛎壳粉进入水泵．牡蛎壳粉易板结的性质将造成许
多问题．所以不能让外部水泵关闭后的滤液回流。在进水口
处安装一个单向阀可以解决此问题，如图l(1)所示。
3．2过滤缸设计
在牡蛎壳粉的预备试验中．容器最上部滤液的透明程度
已经较高．当容器做得越高时，上面的滤液越澄清，但考虑到
过滤缸的容量和重心位置．不能做得过高．最优的比例有待
具体的试验与分析才能确定。
3．3牡蛎壳粉排除与出水口设计
在过滤缸上部的滤液已经经过下部牡蛎壳粉的充分过
滤。且到达上部时它的牡蛎壳粉含量已经很少，分离这些牡
蛎壳粉．滤液就完成净化可以排出了。对于这些少量牡蛎壳
粉，可以用滤网将其分离出来，分离后滤液进入净水缸，通过
设置在净水缸最下端的出水口全部排出．而分离后的牡蛎壳
粉大部分会滞留在滤网之中堵塞滤网．使机器的效率随时间
的延长而降低．滤网保持清洁显得尤为重要。当流量很大时，
滤网的使用周期不会很长．更换会很频繁．为了保证机器工
作的可靠性。以频繁换滤网的方式不可取。需要设计一个能
清洗滤网又不使用外部能量的结构。滤网、净水缸、出水口的
机械结构设计如图I所示的(7)、(9)、(10)。
3．4滤网自清洗装置设计
图1 净水装置结构简图
滤液中漂流着的少量牡
蛎壳粉堵塞了滤网．若直接将
滤液从滤网内往滤网外流通．
堵塞速率将比较快．若将滤液
流向通过一定的引导使其与
滤网呈近似相切的方向流动．
滤液将会有冲刷滤网的效果．
带走滤网上的部分牡蛎壳粉。
压强增加时．冲刷效果同样会
增强。但是．如果不将从滤网
上冲刷出来的牡蛎壳粉做任
何引导处理．其最终还是会进
入滤网中．起不到任何自清洗
的作用。为了引导冲刷出来的
牡蛎壳粉．可以使用涡流发生器产生漩涡使其往中心沉淀．
但是一般的涡流发生器本质都是一个水泵．需要外部能源驱
动．这不符合要求，需要用合理的纯机械结构代替。由于要产
生漩涡．涡流缸需要与过滤缸分离．涡流缸与过滤缸上下连
接。由于漩涡引导牡蛎壳粉往中心沉淀．涡流缸底部应该呈
漏斗状便于牡蛎壳粉聚集。如图1所示，涡流缸(11)与过滤
缸(3)上下连接。并通过漏斗状隔层分离。在涡流缸中，设置
一个分流加压装置来达到冲刷及涡流效果．如图1(4)所示。
2016．No．1．
装置下部连接滤缸如图2。上部密封，而中间段的表面四周
开孔，连接导流管，导流管引导滤液流向，使其与滤网呈近似
相切的方向．导流管末端装置高压喷头。分流加压装置、导流
管、高压喷头的关系及形状如图3涡流发生器所示的(4)、
(5)、(6)
图2涡流缸和过滤缸连接简圈圈3涡流发生器简图
此装置在解决上述问题的同时。也带来2个问题：①当
流量较大时．高压喷头带来的水流压强较大，冲刷滤网时可
能导致滤网变形；②涡流缸和过滤缸仅通过分流加压装置上
下连接．导致涡流缸中往中心沉淀的牡蛎壳粉无处排出。第
1个问题通过如图l所示的滤网支撑架(8)解决．滤网支撑
架同时是分离涡流缸与净水缸的部件．滤网的直径大小应比
滤网支撑架直径略小，方便滤网更换。滤网支撑架起到保护
滤网的作用．保证强度的同时其不应该阻挡滤液在涡流缸与
净水缸之间的流通．所以滤网支撑架上的孔应该开得足够
大。第2个问题通过图2所示的结构解决。牡蛎壳粉聚集到
涡流缸中心底部后．从漏斗底部再连接一个导管，导管置于
过滤缸的侧表面，斜率应足够大．使牡蛎壳粉不至于在导管
上滞留造成堵塞。导管与漏斗的连接处也是分流加压装置下
部与过滤缸的连接处．详细结构如图2所示。导管底部有开
关．当换滤芯时，打开此开关使涡流缸中自清洗产生的牡蛎
壳粉排出。
3．5进料口的设计
理论上进料口应该处于机器的最顶端．此处压强最低。
打开相对安全．但是由于净水器上部涡流缸通过分流加压装
置与过滤缸相连．并不直接连接．所以牡蛎壳粉无法在涡流
缸中进料。只能设置在过滤缸中最顶端，结构如图1(13)所
不。
3．6整体密封性与工作效率
由于要应用于养殖业．该净水器的流量要求是比较大
的．在以上机械结构设计中．由于选用孑L径非常小的滤网以
分离滤液中细小的牡蛎壳粉．限制了通水的速率．可以通过
增加涡流缸与净水缸的压强差加快速率．当压强差增大时．
涡流缸中的水位变高．涡流缸底部压强增大。通水效率也增
大。理论上当流量增大时只要涡流缸能有足够的高度就可以
解决效率问题，但实际上由于空间、成本或可靠性问题，只通
过增大涡流缸高度是不可取的。
如果在牡蛎净水器的结构中加入1个上盖。如图1(12)
所示．把涡流缸密封以增大大流量时滤网两端的压强差，那
涡流缸的高度就能得到有效的控制了。若通过密封的方式解
决大流量带来的问题．则不能只是在涡流缸做密封．整体的
(下转第91页)
国
裂
万方数据
表l 原子荧光光度仪测定条件表
进入混合反应块的被测定样品f调整进样和进硼氢化钾溶液
流速为0．5mL／s)，进行反应，记录相应的相对荧光强度值。
1．5实验结果
1．5．1校准曲线值(表2)
表2校准曲线
结果评定：此校准曲线符合要求
1．5．2原子荧光光谱法的检出限
由于空白样品未测出目标化合物，因此测定检出限时，
配制了0．15斗g／L，重复平行测定了8次，根据测定结果，按公
式：MDL=txS，计算出检出限，结果见表3。
表3检出限的计算
公式中t值为自由度为n一1、置信度为99％时的t分布
(单侧)；当n为8次时，t取2．998。S为标准偏差(SD)。
1．5．3原子荧光光谱法分析的精密度
对4．5¨玑浓度的样品平行测定6次。参见表4。
1．5．4原子荧光光谱法的准确度
在水样加入样品0．01mg／L．1．0mL．定容到50mL．使其达
到0．21*g／L，平行测定6次(DL为未检出)。参见表5。
2 结论
本文利用微波消解一原子荧光光谱法测定污泥中的汞．
表4精密度的计算
测定值(／iLLg,／L)1．88 1．91 1．93 1．93 1．93 1．93
加标样
回收率／％86．5 92．5 96．5 94．0 94．0 94．0
检出限为0．021ug／L．相对标准偏差为1．2％．加标回收率为
86．5％～96．5％，其操作快速、简便，结果准确，适合城市污泥
的重金属元素测定。
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