太阳能水体净化装置 篇1
1 装置结构设计
太阳能移动式水体增氧装置包括太阳能电池板、主控室、十字形支架 (x-y轴) 、超声波避障探头、主电机室 (内含主电机M0) 、主叶轮、浮筒 (4个, 内含驱动电机) 和水轮 (8个) 。其中, 主控室作为装置的核心区域, 内部放置最大功率跟踪控制 (MPPT) 电路、充放电控制器、蓄电池组、主控电路、超声波模块、无线遥控模块和水质检测模块。其结构简图如图1所示。
采用“屋顶式”结构的太阳能电池板与过充过放保护电路连接, 通过蓄电池给电机和控制板供电。采用嵌入式计算机开发控制, 主电机M0驱动主叶轮的旋转, 将底层水体提升到表层, 而表层水体由于重力作用不断向下扩充, 从而形成水循环。而驱动电机Mx+、Mx-、My+和My-驱动水轮旋转, 水轮的叶片击打水面, 激起水花, 将空气压入水中, 从而实现水体增氧。主叶轮和水轮的旋转形成了水下—水面双重增氧方式, 提高了增氧效率。另外, 单片机系统采用协同控制策略, 对4个电机Mx+、Mx-、My+和My-进行转速控制, 实现装置的移动式增氧。充入的氧气使得Fe2+和H2S等还原性物质氧化, 从而改善水体黑臭。装置的增氧机理如图2所示。
2 装置硬件系统设计
硬件电路包括光伏发电电路、单片机主控电路、溶氧检测电路和电机驱动电路 (图3) 。
2.1 光伏发电电路的配置
光伏发电电路作为能量源, 包括太阳能电池板、MPPT电路、充放电控制器、DC/DC变换器和蓄电池组。MPPT电路使得光伏系统始终工作在功率输出最大状态, 提高光电转化效率。DC/DC变换器的输出供给控制板所需电压。
系统每天工作10 h, 电机负载的日耗电量为19.5 Ah, 要求该装置能够在3个阴雨天内正常工作, 则太阳能电池组的输出功率与蓄电池容量计算[9]如下:
式中, H—平均日辐射时数, h;Qp—太阳能组件日发电量, k W·h;Im—太阳能组件最佳工作电流, A;Kop—斜面修正系数;Cz—修正系数, 一般取0.8[10];Qc—蓄电池容量, Ah;A—安全系数, 取值1.1~1.4;Qh—日耗电量, k W·h;Nw—连续阴雨天数, d;N—太阳能并联数, 个;P—太阳能电池输出功率, W;P0—太阳能电池组件的额定功率, W。
通过计算, 选用了6块输出功率为30 W/17.5 V太阳能电池板并联, 即太阳能电池组的输出功率为180 W。而蓄电池选用3块24 Ah/12 V的免维护铅酸蓄电池, 采用分布式供电策略分别给4个驱动电机、主电机和控制板供电。驱动电机选用额定功率为150 W的直流电机, 主电机选用功率为150 W的直流减速电机。
2.2 主控电路的设计
(1) 主控电路由单片机最小系统为核心, 选用STC89C52RC芯片。
(2) 无线遥控模块选用PT2262和PT2272无线收发模块, 通过输出高电平脉冲信号给CPU的P2.0-P2.3I/O口。
(3) 超声波模块的触发口与CPU的GND相连, 可得到持续的低电平信号, 用于触发超声波模块间歇性的发送超声波, 超声波模块收到返回的信号后, 测量数据以数字式形式经超声波模块的输出口传输给CPU的通信接收端口P3.0 (RXD) 。超声波发射接收电路如图4所示。
2.3 检测电路
溶氧采用YSI-58型电极检测, 模块输出的模拟量值输入到A/D转换芯片ADC0804的IN0口, 经A/D转换后的数字量值通过输出口D0-D7传输给CPU的P1I/O口。
2.4 驱动电路
电机的驱动控制芯片为ULN2003, 通过与其输入口IN3-IN7相连的P0.3-P0.7 I/O口输出的PWM控制信号的控制, 使得与电机负极相连的输出端口Out3-Out7输出可控制电机转速的PWM信号, 从而达到控制电机转速的效果。直流电机的驱动电路图如图5所示。
3 系统软件设计
3.1 控制轨迹设计
由于水上运动控制的复杂性、多变性而形成的不确定性, 本文采用电机差速模糊协同控制策略实现控制轨迹, 即通过机理和实验相结合得出控制规则。
本装置根据河道、水库等封闭水域的实际情况设置运动控制模式, 主要有两种:螺旋模式和直行模式。
螺旋模式下, 若装置的旋转方向与主叶轮旋转方向相反, 随时间变化, 则装置的转向半径和旋转角度θ分别为[11,12]:
式中:vx+和vx-分别为x轴正、负方向上水轮的转速, 且vx- (t) 随时间变化, m/s;v0为主叶轮的转速, m/s;L为水轮轮距, m。
通过协同控制轴上驱动水轮的速度差Δvx, 可控制增氧装置的螺旋半径。当vx- (t) =0时, 装置以x轴负方向的驱动水轮为中心原地转向, 转向半径为R=L/2。
直行模式下, vx+=vx-, 即x上驱动水轮的速度差Δvx=0, 增氧装置匀速前进。运动速度v'为:
3.2 模糊协同控制策略的软件实现
模糊协同控制的目的是通过协同控制4个电机 (Mx+、Mx-、My+和My) 的转速来实现装置的控制轨迹。利用模型试验, 选择无线遥控信号为输入变量, 4个电机的转速为输出变量, 分别建立螺旋模式和直行模式下的模糊控制规则库;选择超声波模块的测试数据为输入和电机Mx-的转速为输出, 建立避障模糊控制规则;选择溶氧测试数据为输入, 并以4个电机的转速为输出, 建立就地运行模糊控制规则。
本装置的模糊控制策略流程图如图6所示。
4 增氧效果试验
4.1 试验方法及条件
试验按照标准SC/T6009-1999《增氧机增氧能力试验方法》[13]的要求进行清水试验, 室内试验水池直径6.3 m, 水体体积32 m3, 水面高度1.02 m。试验清水为放置3 d的自来水, 测试水体温度为20.2℃。试验设备功率为0.75 k W。考虑到该试验装置为移动式增氧装置, 需要试验其增氧是否均匀, 故对标准中的检测点设置进行改变, 选择3个位置A、B、C和2个深度, 共6个检测点, 检测点A1、B1、C1深度为0.4 m, 检测点A2、B2、C2深度为0.8 m, 测试时间为60 min, 数据采集间隔为5 min, 共进行6组试验。
4.2 试验结果
溶氧量的测量结果如表1所示。表中各组数据中, 0.4 m的数据为检测点A1、B1、C1测量的平均值, 0.8 m的数据为检测点A2、B2、C2测量的平均值。
以采样时间为自变量, 取6组数据中同一检测点数据的平均值为因变量, 绘制溶氧量变化图 (图7) 。
试验结果表明, 该增氧装置运行60 min后, 0.4 m深度水体溶氧平均值由6.44 mg/L上升到8.47 mg/L, 0.8 m深度水体溶氧平均值由4.81 mg/L上升到6.04 mg/L, 且一定时间内使得水体的溶氧基本维持不变 (图7) 。根据标准SC/T6009—1999《增氧机增氧能力试验方法》计算得出本装置的增氧能力为1.21 kg/h, 动力效率为1.61 kg/ (k W·h) 。根据标准SC/T 6017—1999《水车式增氧机》[14]要求, 功率为0.75 k W的水车式增氧机, 增氧能力≥1.10 kg/h, 动力效率≥1.25 kg/ (k W·h) ;根据标准SC/T 6010—2001《叶轮增氧机技术条件》[15]要求, 功率为0.75 k W的叶轮式增氧机, 增氧能力≥1.2 kg/h, 动力效率≥1.4 kg/ (k W·h) 。对比可知, 该装置的增氧能力已达到0.75 k W传统增氧设备的标准, 动力效率大幅度提高。
通过分析图7中两个深度的溶氧量变化幅度, 0.4 m深度溶氧量增加2.03 mg/L, 0.8 m深度溶氧量增加1.23 mg/L, 可以看出该装置对中上层水体的增氧效果比较明显, 对于下层水体的增氧效果相对较弱。这表明该装置很好地继承了水车式增氧机增氧方式的优点, 但限制于装置功率及主叶轮深度, 对叶轮增氧机的优点继承稍显不足, 有待改进。
5 结论
(1) 相比传统固定式增氧设备, 该装置功率更小, 增氧能力可达到标准, 动力效率有大幅度提高。
(2) 太阳能移动式增氧装置解决了固定式增氧设备局部增氧、使用范围小的问题, 水下—水面双重增氧方式可有效提高整体增氧效率。
太阳能水体净化装置 篇2
随着经济与人口的发展, 大量未经有效处理的生活污水、工业废水及农业地表径流排入河流、湖泊等自然水体。污染物厌氧分解加之水体流动性差极易导致水体黑臭现象, 严重影响居民居住环境及身体健康。随着人们对生态环境的日益重视, 逐渐开展运用各种生态技术修复水体, 科学研究与工程实践均表明生态修复技术对水体生态系统的健康及可持续发展有重要的意义。
生态浮岛、人工水草及曝气充氧均为常用的水体生态修复技术。生态浮岛运用无土栽培原理, 通过水生植物根系的截留、吸附、吸收和水生动物摄食以及微生物降解作用, 达到水质净化目的 (胥丁文等, 2010) 。生态浮岛因具有造价低廉、运行简便、改善景观环境等优点, 在国内外的研究和应用正日益增多, 被大量应用于河涌和湖泊水体的生态修复中 (吴黎明等, 2010) 。
人工水草是一种新型人工合成材料接触氧化技术, 用具有耐污、耐腐蚀、弹性、韧性和柔性很强的材料仿照自然水草设计而成的仿生水草填料, 为具有较大比表面积的载体, 通过微生物自身的演替, 在载体表面形成从菌类、藻类到原生动物、后生动物的立体微生物生态系统。人工水草对COD、氨氮、总氮、总磷都有很好的去除效果。其适用范围广, 净化效果好、投资低、运行管理简单, 被广泛应用于河涌和湖泊水体的生态修复、城镇污水综合治理、农村面源污染综合治理、水产养殖等领域。以人工水草生物膜开展上海市中心城区黑臭河水净化研究结果表明, 生物膜对黑臭河水中COD、BOD5、NH3-N和TP的平均去除率分别为64.1%、67.2%、96.0%和32.1%, 水体中Fe2+和硫化物得到完全去除 (童敏等, 2011) 。
曝气充氧通过曝气设备向水体充氧以加速土著好氧微生物生长繁殖而加强水体自净能力。但在流动水体中微生物缺少载体, 微生物流失严重, 使得曝气充氧修复效果差 (李海英等, 2009) 。为克服现有单一技术的缺点, 文章研究了一种生态浮岛、人工水草和曝气充氧三种工艺的组合技术, 充分发挥各工艺优点, 弥补单一工艺不足。近年来, 组合型新生态浮岛的开发与应用越来越被重视, 文章提出一种微曝气生态浮岛工艺。采用“浮岛悬挂人工水草+挺水植物结构并辅以微曝气系统”, 对黑臭缺氧、NH4+-N、总磷污染严重的河水进行水质净化。本试验旨在通过对微曝气生态浮岛系统对污染河水的处理效果进行研究, 为后续工程建设与应用提供基础资料。
2 材料与方法
2.1 试验材料
黄菖蒲是多年生草本植物, 根系发达, 其耐寒、适应及净水能力强, 景观效果好。此外其生长期长 (3-11月) , 冬季半绿, 能在水上自然越冬, 作为浮岛植物时管理工作量小 (吴黎明等, 2010) 。黄菖蒲对微囊藻的化感抑制作用也最强 (丁惠君等, 2007) 。多项研究及工程实践表明黄菖蒲是生态浮岛的优选植物 (吴黎明, 2010a;b;肖楚田等, 2013) 。杨红艳等对不同种类人工水草去除污染物的能力研究得出细绳状10cm人工水草对污水具有较好的净化能力 (杨红艳, 2013;陈庆锋等, 2014) 。故本研究中选用黄菖蒲, 10cm细绳状人工水草进行研究。浮岛采用商品化PE材质浮体组成, 每块浮体尺寸为500*500*38mm, 有4个种植孔, 配套种植篮, 每个种植篮孔径110mm, 高110mm。
2.2 试验装置
试验装置为固定在河道中的防水围栏。防水围栏采用防水布制成, 平面尺寸1400*1400mm, 防水围栏底部深入底泥, 以保证防水效果。防水围栏内有效水深1.2m, 每个防水围栏内的水容量为2.35m3。试验共设4组, 每组试验都设防水围栏。1#试验组设置生态浮岛, 生态浮岛下挂人工水草和曝气装置;2#试验组只设置生态浮岛;3#试验组只设置人工水草;4#试验组只设置曝气装置。其中生态浮岛采用4块浮岛体组成, 尺寸为1000*1000mm。选择株高30cm左右, 体型一致的黄菖蒲用自来水将根部泥土洗净, 栽植到种植篮中每个种植篮两株, 种植篮中填充陶粒以固定植株。人工水草可直接固定在种植篮下方 (设有生态浮岛时) 或采用尼龙绳固定 (无生态浮岛时) 。曝气装置可固定在生态浮岛下方或固定在立柱上。1#试验组的试验装置如图1所示。
2.3 试验方法
本试验在广州市某小河涌中进行, 试验时间为2015年5月5日至2015年6月4日, 共计30d。每隔1-5d取装置中的水样, 检测水体总磷 (TP) 、氨氮 (NH3-N) 浓度的变化。水质检测采用哈希HACH多参数水质分析仪。
3 结果与讨论
生物膜的生长除与人工水草材料类型相关外, 也与温度、p H、溶解氧、水质等外界因素有关。试验期间, 人工水草迅速挂膜, 7d左右已形成棕褐色的生物膜;黄菖蒲生长良好, 试验结束时黄菖蒲根系浓密发达。试验前水体浑浊, 有明显的腥臭味;试验结束后各试验组的水体透明度显著增加, 异味消失。除感官性状有明显变化之外, 水体中的TP、NH3-N浓度显著下降。
3.1 各试验组对水体TP去除效果
生态浮岛对水体TP的去除主要靠根系对颗粒态磷的截留、根际微生物对有机磷的矿化、水生植物对磷的吸收以及颗粒态磷的沉降 (周小平等, 2005) 。人工水草对TP的去除主要靠人工水草对颗粒态磷的截留、人工水草表面生物膜对磷的吸收以及颗粒态磷的沉降 (童敏等, 2011) 。曝气充氧主要靠好氧条件下聚磷菌对磷的吸收。各试验组对TP去除效果见图2。
各试验组对水体TP都有很好的去除效果。生态浮岛+人工水草+曝气充氧试验组在试验期前9天TP浓度迅速下降, 在第9天其浓度将至0.11mg/L, 去除率达78%, 之后TP浓度上下波动, 在试验第30d时TP浓度为0.14mg/L, 去除率为73%。生态浮岛试验组在试验的前9天TP浓度持续下降, 在第9天其浓度将至0.31mg/L, 去除率达39%, 之后TP浓度下降速度降低, 在试验第30d时浓度为0.21mg/L, 去除率为59%。人工水草试验组在试验期前12天TP浓度持续下降, 在第12天浓度降至0.28mg/L, 去除率达45%, 之后TP浓度上下波动, 在试验第30d时其浓度为0.30mg/L, 去除率为41%。曝气充氧试验组在试验期前7天TP浓度持续下降, 在第7天TP浓度降至0.32mg/L, 去除率达37%, 之后TP浓度上下波动, 在试验第30d时TP浓度为0.30mg/L, 去除率为41%。从上述试验数据可知, 对TP的去除效果:生态浮岛+人工水草+曝气充氧工艺组合 (去除率73%) >生态浮岛 (去除率59%) >人工水草 (去除率41%) =曝气充氧 (去除率41%) 。
3.2 各试验组对水体NH3-N去除效果
生态浮岛对水体NH3-N去除主要靠植物吸收和细菌的硝化作用 (周小平等, 2005) 。人工水草及曝气充氧对水体NH3-N去除主要靠细菌的硝化作用。各试验组对NH3-N的去除效果见图3。
各试验组对水体NH3-N都有很好的去除效果。生态浮岛+人工水草+曝气充氧试验组在试验期前7天NH3-N浓度直线下降, 在第7天其浓度将至1.2mg/L, 去除率达75%, 之后NH3-N浓度缓慢下降, 在12d后NH3-N浓度上下波动, 在试验第30d时NH3-N浓度为0.8mg/L, 去除率为83%。生态浮岛试验组在试验期间NH3-N浓度波动较大, 整体呈下降趋势, 在试验第30d时, 浓度为3.1mg/L, 去除率为35%。人工水草试验组在试验期间NH3-N浓度波动也较大, 整体呈下降趋势, 在试验第30d时其浓度为2.6mg/L, 去除率为46%。曝气充氧试验组在试验期间NH3-N浓度持续下降, 在试验第30d时浓度为1.1mg/L, 去除率为77%。从上述试验数据可知, 对NH3-N的去除效果:生态浮岛+人工水草+曝气充氧工艺组合 (去除率83%) >曝气充氧 (去除率77%) >人工水草 (去除率46%) >生态浮岛 (去除率35%) 。
在微曝气生态浮岛系统中污染物去除率较高, 将植物浮岛技术与接触氧化相结合, 提高了水面利用率 (立体空间) 和净化效率;另一方面, 低压微量曝气系统提供的有氧环境是条件保障, 微曝气生态浮岛布设微曝气装置, 在模型底部进行曝气, 使得整个系统中的溶氧浓度提高, 有利于好氧异养微生物生长而形成生物膜, 从而表现出更好的净水效果。
4 结束语
生态浮岛框架下方架设填料, 形成填料浮岛, 可提高除污率。同时在浮岛下增设曝气装置, 能明显提高水体溶解氧含量, 促进植物和微生物更好地生长, 这些技术与浮岛技术的整合, 能明显提高整个浮岛的处理效率, 对水质有更好的净化效果。通过设置对照试验结果表明该工艺组合对河涌水体净化效果明显好于这三种工艺单独使用时的净化效果。在该装置运行30d后, 河水TP和NH3-N去除率达到73%和83%, 其浓度分别降至0.14mg/L和0.8mg/L。
摘要：为克服河道治理中生态浮岛、人工水草等单一工艺的缺陷, 于2015年5月5日至2015年6月4日, 在广州市某河涌修复工程中进行组合工艺试验, 以了解多工艺的最佳组合方式与效果。试验结果表明:对河涌水体总磷去除效果:生态浮岛+人工水草+曝气工艺组合 (去除率73%) >生态浮岛 (去除率59%) >人工水草 (去除率41%) =曝气充氧 (去除率41%) ;对河涌水体氨氮去除效果:生态浮岛+人工水草+曝气充氧工艺组合 (去除率83%) >曝气充氧 (去除率77%) >人工水草 (去除率46%) >生态浮岛 (去除率35%) 。生态浮岛+人工水草+曝气充氧的工艺组合可充分发挥单个工艺去除污染物的能力, 对污染河涌水质有更好的净化效果, 在实际河涌治理工程中具有较好的应用前景。
关键词：生态浮岛,人工水草,曝气充氧,工艺组合,水体净化
参考文献
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太阳能水体净化装置 篇3
关键词：孔石莼；珊瑚；水质；净化
中图分类号：S968.41+1 文献标识码：A DOI 编码：10.3969/j.issn.1006-6500.2015.07.003
Abstract： To investigate effects of Ulva lactuca on cultivated water purification of coral， Ulva lactuca was used to treat cultivated water of coral and water quality indicators， including NO3-- N， NO2-- N， NH4+- N and PO43--P， were measured. The experiment lasted for 60 d and water was not renewed. The results showed that contents of NO3-- N， NO2-- N， NH4+- N and PO43--P were kept in the range of 10.34～15.45 mg·L-1， 0.007～0.010 mg·L-1， 0.014～0.021 mg·L-1 and 0.31～0.40 mg·L-1respectively during the whole experiment. It was indicated that Ulva lactuca could purify cultivated water of coral effectively and maintain stabilization of water quality.
Key words：Ulva lactuca； coral； water quality； purification
大型藻类与单细胞藻类相似，可通过光合作用吸收固定水体的C、N、P等营养物质，并且具有生命周期长、生长较快等特点，是海区重要的生产力贡献者[1]。鉴于大型藻类对营养物质具有大量吸收的能力，自20世纪70年代开始，陆续有学者将大型藻类作为生物净化器，应用于水体净化领域 [2-3]。黄道建等[4]指出，孔石莼和羽藻可以作为修复近海富营养化水环境的优选海藻。另外，利用大型藻类与养殖动物在生态上的互补性，大型藻类可以与鱼[5]、虾[6]、贝类[7]进行混养，大型藻类既可以吸收养殖动物释放到水体中多余的营养盐，固碳，产氧，调节水体的pH值，又可以修复养殖环境并进行生态调控。
孔石莼（ Ulva lactuca L.）属于绿藻门，丝藻目，孔石莼科，孔石莼属，亦称海白菜、海青菜、海莴苣、绿菜、青苔菜、纶布，属常见海藻。片状，近似卵形的叶片体由两层细胞构成，高10～40 cm，鲜绿色，基部以固着器固着于岩石上，生活于海岸潮间带，生长在海湾内中、低潮带的岩石上。与红藻Gelidium amansii、褐藻Sargassum enerve和繁枝蜈蚣藻Grateloupia ramosissima等多种大型海藻相比，孔石莼对N、P有着较高的吸收率，而且生长速度也高于其它几种藻类[8-9]。对于不同形式的N和P元素来说，孔石莼的吸收速率不同，何洁等[10]研究表明，孔石莼对氨氮和磷酸盐的去除率要高于对硝酸态氮的去除率。
本研究在不换水的情况下采用孔石莼处理珊瑚养殖水体水质，并定期监测水体质量，测定NO3--N、NO2--N、NH4+- N和PO43--P等水质指标的变化，以期为生态无公害养殖提供参考。
1 材料和方法
1.1 试验装置
试验装置见图1，由4部分组成：珊瑚养殖池（3.41 m×1 m×1.29 m）（a）、孔石莼水处理系统（b）、蛋白分离器（c）和沙滤罐（d）。其中孔石莼水处理系统由有机玻璃制成，共分为3个处理缸，3个处理缸（117.5 cm×57.3 cm×15 cm）内悬浮养殖孔石莼3.5 kg。4支日光灯置于每个处理缸上方提供光照，光照强度控制在3 000 lx，光暗比为9 h∶15 h。本试验所用海水均为人工配置海水：由自来水与海礁盐配置成所需要的海水。
1.2 试验设计
珊瑚养殖池内养殖用水体积为6.4 t，养殖珊瑚种类及投喂情况如下：
养殖对象：海鸡冠Dendronephthya sp（12个）、九尾狐Sphaerella krempfi（19个）。
投喂情况：早晨喂珊瑚粮 236 mL、轮虫液500 mL；下午通过打汁机将20 g太平洋磷虾、沙丁鱼10 g、裂壶藻添加剂7 g、雪虾6 g混合，去掉滤渣，将食物汁喂养珊瑚。
试验为期60 d，试验期间采用孔石莼水处理系统对水质进行处理。养殖缸内的海水在水泵的作用下流经蛋白分离器，再进入沙滤罐进行第2次水处理之后，重新流回珊瑚养殖池。而孔石莼水处理系统单独与珊瑚养殖池进行连接，确保养殖水体完全进入孔石莼水处理系统。养殖过程中，水体温度为（22.7±0.7） ℃；pH值为8.00±0.05；溶氧为7.80±0.04。
每隔15 d，用水抄将孔石莼从养殖缸内捞出放到篮子里控水5 min，尽量除去其中的海水，放到电子称上秤出孔石莼的湿质量。称量结束后将孔石莼重新放到养殖缸内，然后称量篮子得到孔石莼的净质量，并记录。
珊瑚养殖池内设置2个取水点，每个取水点取2个平行水样。每隔3 d取水样一次，按照海洋调查规范第4部分：海水化学要素调查（GB/T 12763.4-2007）相关方法测定养殖水体中NO3--N、NO2--N、PO43--P和PO43--P的含量：NO3--N（锌镉还原法）；NO2--N（重氮-偶氮法）；NH4+-N（次溴酸钠氧化法）；PO43--P（抗坏血酸还原磷钼蓝法）。
2 结果与分析
2.1 孔石莼过滤系统对珊瑚养殖水体NO2--N的影响
孔石莼过滤系统对珊瑚养殖水体NO2-N含量的影响见图2，水体NO2--N的含量基本稳定，维持在0.007～0.010 mg·L-1范围内，且整体上还有略微下降趋势，说明这个系统能够有效吸收养殖过程中产生的NO2--N。
2.2 孔石莼过滤系统对珊瑚养殖水体NO3--N的影响
如图3所示，在孔石莼的作用下，珊瑚养殖池水体NO3--N的含量基本维持在10.34～15.45 mg·L-1这个水平范围内，基本趋于稳定，且整体上还有略微下降趋势。
2.3 孔石莼过滤系统对珊瑚养殖水体NH4+-N的影响
孔石莼净化条件下，珊瑚养殖池水体的NH4+- N含量变化情况见图4，如图所示，珊瑚养殖水体中NH4+- N含量维持在0.014～0.021 mg·L-1范围内，说明这个系统能够有效吸收养殖过程中产生的NH4+- N。
2.4 孔石莼过滤系统对珊瑚养殖水体PO43--P的影响
如图5所示，珊瑚养殖池水体PO43--P的含量基本维持在0.31～0.40 mg·L-1这个水平范围内，基本趋于稳定，说明孔石莼净化系统能够有效吸收养殖过程中产生的PO43--P。
2.5 孔石莼的增长量
不换水培养过程中，孔石莼质量的变化见表1，孔石莼由最初的3.5 kg逐渐增长至试验结束时的4.01 kg，这在一定程度上说明，孔石莼吸收水体中的N和P等营养物质，既进行了水质净化，也实现了自身生长。
3 讨 论
3.1 养殖水体的N素污染
水产养殖动物是排氨生物，氮是其排出废物中的主要组成成分。进入人工养殖水体的N素部分被养殖动物吸收同化转化为营养成分，部分通过反硝化作用或NH3 的挥发进入大气， 其余大部分则以有机和无机氮形式溶解于水中。氨氮超标影响养殖动物的生存和生长，轻者导致养殖动物生长缓慢，食量减弱，引发各种疾病，食用品质差；重者将引起养殖动物中毒死亡。研究发现，瓣鳃纲贝类排放到水体中的氮占总投入氮的75%，鱼、虾类排放到水体中的氮分别为投入氮的70%～75%和77%～94%[11]。养殖废水中如此高的含氮量，为大型海藻对养殖废水的生物修复作用提供了依据和前提。由此可见，养殖种类、饵料的性质等因素都会对以残饵、粪便的形式被释放到水环境中的氮素的数量和种类产生影响。本试验通过孔石莼水处理系统使养殖水体中的氮含量处在一个稳定的范围内，随着试验的进行并略微下降。
3.2 大型海藻对无机营养盐的吸收利用
大型海藻由于其自身的生理特点，包含着无机氮、氨基酸氮、非蛋白可溶性有机氮和蛋白质氮等营养物质库。营养物质库的存在保证了大型海藻在营养盐剧烈变动的水体环境中可以正常的生长。如上所述，大型藻类对不同营养元素有着不同的吸收速率，在具有同样浓度的N盐和P盐水体中，大型藻类首先吸收N元素；对于NO3--N和NH4+- N来说，大型藻类首先偏向于对NH4+- N的吸收。NH4+- N往往是养殖水体中无机氮代谢后的主要存在形式，对养殖对象有着一定的损害作用，大型藻类对NH4+- N吸收偏好恰好可以作为清洁水质的一个手段。本研究结果也表明，在不换水情况下，孔石莼的培育可以使珊瑚养殖水体中的NH4+- N含量保持在最初的水平。另外，大型海藻易于收获，减轻水体污染的同时，又能实现养殖污染物的资源化利用。
3.3 大型藻类对养殖水体的生态调控
大型藻类可以通过光合作用吸收养殖水体中因饵料输入、养殖动物代谢造成的营养负荷，产生氧气，提高水体pH值。孔石莼与其他水生生物一样，虽然可以利用大量的营养元素，但在夜间也会消耗一定的氧气，如果控制不好孔石莼的密度容易导致耗氧增加，与养殖对象之间形成竞争。本研究中，6.4 t水体利用10.5 kg的孔石莼进行水质净化，石莼能够有效净化珊瑚养殖用水水质，使其不换水情况下各水化指标维持在稳定范围内，说明孔石莼的生物量和珊瑚的养殖密度搭配较为适宜，有效地建立了孔石莼和珊瑚之间营养盐的流动平衡，为孔石莼与养殖对象的搭配密度提供一定的参考。此外，在考虑搭配密度的同时还应考虑养殖对象和投喂量的不同，不能盲目增大孔石莼的量。孔石莼在营养盐充足的情况下，生长速度很快，如果盲目地增加孔石莼的量，部分孔石莼在水体中腐烂降解会消耗大量溶解氧，释放有害的降解物质，再次成为污染物质，导致养殖环境的进一步恶化，不利于养殖对象的生长。鉴于此，为了深入了解孔石莼与养殖对象之间互惠互利的形式，达到最佳的利用状态，需要进一步开展孔石莼和养殖对象不同条件下的生理学特性及代谢规律的研究，探索最佳的生态养殖模式。
参考文献
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济南恒大绿洲人工湖水体净化建议 篇4
济南恒大绿洲人工湖水体净化建议方案项目背景分析
济南市恒大绿洲A地块人工湖，总建筑面积约计平方米，但是由于湖域西侧湖水缺乏流动性，自净能力不足，周围环境、空气中的污染物逐渐聚集到湖水中时时，使水体特别是底层水体严重缺氧，极大地抑制了好氧微生物(硝化细菌)的活性。在缺氧状态下厌氧微生物大量繁殖，对落入水底的有机物进行厌氧分解，产生硫化氢、甲烷、氨等有害气体。硫化氢与水中的铁反应，生成硫化铁使水体发黑。得不到及时分解的有机物沉积在水底，形成黑色淤泥，致使有害菌异常繁殖，藻类异常增长，溶解氧降低，蚊虫孳生，失去景观效果。
为了制定科学、经济、合理的净化建议方案，客户服务中心组织相关人员对现场进行了多次勘查，在查阅大量技术资料的同时，请教相关技术人员，在充分考虑到后期物业管理的成本运行的需要同时，特对该项目制定了经济、合理的湖水净化建议方案，以大幅度的降低工程造价、工期以及净化系统的运行成本，仅供参考。水体净化建议方案
2.1方案制定依据
2.1.1依据
《中华人民共和国地表水环境质量标准》（GB3838-2002） 《景观娱乐用水水质标准》（GB12941-91）
1深圳市塞纳河水务有限公司
城市区域环境噪声标准（GB3096-93）
《给水排水设计手册》
2.2工程建议方案
建议方案的核心工艺：湖水整体循环系统＋人工造流曝气辅助循环系统+高效光催化水质净化系统＋水生动植物系列＝高效综合自净系统。
(一)湖水整体循环系统
流水不腐，利用循环水泵使湖水流动起来，整体循环，循环强度达到每三天全湖水量循环一次。湖水整体循环系统可设置两台高流量、低扬程的潜水泵及管路系统组成，为了防止水流短流，吸水管路可采用交叉吸水循环的方式布置。
(二)人工造流曝气辅助循环系统
人工造流曝气辅助循环系统是一种大流量人工造流爆气系统，该系统可以高效快速提升溶解氧。要治理湖泊中有机污染物超标造成的水体污浊、黑臭污染，首先必须运用人工方法提高湖泊水体的自净能力，而最有效的方法就是对严重缺氧湖泊人工造流并进行高效曝气，将严重缺氧的死水区变成富含氧气、充分流动交换的活水区。由于在湖泊中铺设遍布全区的曝气管网是不现实的，而且氧气自身在水中的传递速度很慢，在20°C时的水中氧的溶解度仅为0.00917g/l，曝气时水体必须流动，才能将曝气点处的富氧水块与远离曝气点的贫氧水块充分交换，实现全水域曝气。对于人工湖水体基本为非流动的死水，必须在曝气的同时进行人工造流，实现全
水域曝气，才能让富氧水与贫氧水进行迅速交换。由于水量庞大，传统工艺曝气造流的电耗大得惊人，根本很难实现，建议此处采用“超大流量造流曝气灭藻机”用以解决了低成本造流和全流域曝气这个问题。需要特别说明的是，该系统在处理人工湖等微污染水体时，不需经常开动，只是在夏季温度高、气压低、日照强烈适宜藻类繁殖生长的时候，或水体感官不佳的时候才需要开启系统。
(三)高效光催化水质净化系统（含高精度叠片式自动冲洗过滤器）
高效率光催化水质净化系统，是利用紫外光催化水质净化技术去除水中的有机污染物和有害菌，处理后的水质清澈透明、透明度大于1m，水体生态平衡，并可饲养观赏鱼（相见后附的各个工程案例彩色照片）。各项指标均达到国家《景观娱乐用水水质标准》A类水质标准，优于地表水环境质量标准GB 3838-2003中III类标准。
紫外光催化技术是在现代防疫学、光学、生物学及物理化学的基础上，利用特殊设计的高效率、高强度和长寿命的C波段紫外光照射在流过式不锈钢装置内壁的纳米材料涂层产生的大量具有很强氧化还原能力的电子和空穴对，在光催化作用下产生羟基(·OH)和超氧化物离子。·OH基是强氧化剂（E0=+3.07V），他们与附着在水中的有机物或微生物产生化学反应，各种细菌、病毒、寄生虫、水藻以及其他病原体受到一定剂量的羟基(·OH)后，其细胞中的DNA结构受到破坏（键断裂，或光化学反应，如使DNA中THYMINE二聚等），从而在不使用任何化学药物的情况下将水中的细菌、病毒以及其它致病体和
有机物完全氧化成二氧化碳、水和无机小分子，达到了消毒和净化的目的。
(四)水生动植物系列
水生植物根据生长部位的不同分为沉水植物、浮叶植物、漂浮植物、挺水植物、湿地植物等。工程费用估算
吨水投资额约为100元，吨水运行费用约为0.5元。
济南恒大绿洲客服中心工程维修部