养殖工程学考试复习

1、第一部分 天然水生环境系统第二章 水的特性一、化学结构二、硬度：大多数水源中，硬度几乎完全是由于有钙或镁存在：硬度的定义是，以碳酸钙表示的这些离子的总浓度。三、盐度：定义：当碳酸盐全部转化为氧化物，溴和碘已为氯所取代，所有有机物已完全被氧化时，一千克海水中所含有的固体物质的总克数。海水盐度一般的变化为3337，平均盐度约为35四、汽化潜热：汽化潜热是在恒温下，单位量的物质汽化必须增加的热能。海水的汽化潜热与纯水相同。五、溶解潜热：溶解潜热是一种物质在恒温情况下，由固态变成液态时所吸收的能量。六、比热：水环境比较稳定的原因，比热高七、密度：温度过高过低，密度较小，海水在冰点时密度最大八、粘滞度：

2、粘滞度随温度增加而降低九、热导率：水生系统的热导率较低十、 表面张力： 液相和气相或液相和液相交界面上的分子受不同等的吸引力，称为表面张力。 海水的表面张力取决于温度和盐度，即随着盐度提高而增加，随着温度的上升而减低。十一：pH十二、蒸汽压：蒸汽压是在物质气相与它的固相或液相平衡时，气相产生的压力。十三、渗透压十四、透明度十五、水色第三部分 温度和水生生物的相互作用 影响耗氧量 影响生长 l 水体中溶解氧的浓度随温度和盐度的增加而降低l 氧常常是水系中的一个限制因素l 含氧量低于3个PPM，鱼类基本不能生存l 含氧量高于5个PPM，绝大多数水生生物能长期生存l 温度和活动量影响鱼类的耗氧量鱼类

3、呼吸关系原理图 第二部分 水产养殖系统设计 第七章 改进的养殖系统调整水系生产力大致分为三种系统：l 天然系统l 半封闭系统l 封闭系统一、天然系统l 天然系统一定要注意过度捕捞问题l 努力提高产量： 防治敌害（药、改变池底结构、石灰） 垂养（筏式养殖等） 施肥 防治病害天然系统的管理充分了解养殖对象和水域的情况：l 鱼的生活周期l 对环境的要求l 繁殖能力l 存活率l 饵料和饵料周期l 影响饵料的环境要素l 捕获量的多少二、半封闭系统特点：只让水流通过一次的系统优点：可以控制环境因素 有利于病害防止 控制生长周期缺点：需专业管理 基础投资高 生产费用高 三、封闭系统l 封闭系统即循环水养殖系

4、统l 特点：可以节省加热或制冷费用 更易于病害防治 投资和生产及管理费用更高第三部分第九章 流体第十章 流量和液位检测仪器一、液位传感测量液体位置，通过传感器来：l 发出警报l 自动控制液位1、浮力传感2、称重传感3、电导传感4、光学传感5、热传导传感6、压力传感7、电介质传感8、振动阻尼传感l 原理：振动臂杆在水中和空气中的振动频率差异l 一般利用两个，一个在水中，一个在空气中9、声学传感小 结液位传感器种类繁多l 了解特性和外用电路l 了解厂家标定的特性精度耐腐蚀性操作易于性液体流量测定n 流量测定直接关系到输水费用n 通过流速测定流量的方法：l 直接测定法l 压差式流量计l 恒力-可变面

5、积流量计l 明渠流量计l 其它流量计直接测定法n 利用已知容积的容器和秒表l 简易方便l 精度较高n 位移流量计 翻斗流量计活塞流量计摆盘式流量计旋转滑板流量计压差式流量计 原理：测量液体管道内收缩段上的压力差，这个压差与流量成正比。文丘里流量计喷嘴流量计薄空板流量计离心式流量计皮托管流量计可变面积流量计n 原理：流量计内的压降和流量 的平方成正比l 精度较低l 流速低时不适用转子流量计筒式活塞流量计涡轮式流量计工作原理商用涡轮式流量计电磁式流量计明渠流量计明渠水流量常用的流量计l 量水堰l 量水槽l 涡轮式流量计量水堰量水堰种类n 矩形 三角形 圆形 不规则形状量水堰优缺点n 优点l 精度较

6、高l 建造维修容易l 耐用n 缺点l 水头损失大l 受上游渠道和水流改变的影响l 必须维持自由溢流状态第四部分 水 泵泵的分类n 离心泵 回转泵 往复泵 空气扬液泵具体分类离心泵n 养殖场90%以上用离心泵n 工作原理：电动机之类的动力装置驱动泵轴，使叶轮旋转。叶轮上的叶片推动水流，并给它能量。叶轮旋转时产生的离心力使叶轮上任一质点都得到一个向外的加速度。若吸水管和泵壳内都灌满水，叶轮上的水朝轮外流动时，叶轮中心的压力降低，于是有更多的水吸入进水口。n 运行特性n 适用性蜗壳式离心泵：蜗壳式离心泵之所以被广泛采用，是因为它的结构简单，而且能抽含有适量的固体颗粒的液体。扩散式离心泵：常用在高扬程

7、，而且液体内几乎不含颗粒的场合，它很容易被液体携带的固体颗粒堵塞。叶轮设计n 叶轮的设计直接决定泵的特性n 主要有三种类型开敞式、封闭式、半封闭式特性曲线深井涡轮泵：是多级离心泵喷射泵：是由离心泵与喷射器组合成的回转泵n 有壳体和旋转部分组成n 除轴流泵和再生涡轮泵外均为定量泵类型：速度和流量成正比轴流泵再生涡轮泵刮板泵挠性叶轮泵齿轮泵叶形泵螺杆泵挠性软管泵往复泵n 通过活塞或阀门的往复开闭而工作的泵活塞泵膜片泵空气扬液泵泵的选配依据泵的特性、扬程、水量、水质、效率第五部分养殖系统中固体颗粒的控制 固体颗粒的不良影响Ø 直接损害鱼鳃Ø 对生物过滤器的堵塞Ø 腐化产

8、生氨Ø 腐烂而增加氧的需求Ø 限制循环水系统的容量第二部分固体颗粒的产生和特征 固体颗粒的产生Ø 排泄的粪便Ø 残饵Ø 微生物聚合体建议养殖系统中的固体颗粒浓度40 mg/L；集约化养殖系统中的建议阀量值15 mg/L固体颗粒的分类 n 固体颗粒依据大小可以分为 溶解固体颗粒 （ 1 µm） 悬浮固体颗粒 （ 1 µm）n 悬浮颗粒根据沉淀特性可以分为 会沉淀的固体颗粒（100 µm） 不沉淀固体颗粒 （100 µm）固体颗粒的概念 n 总悬浮固体n 总溶解固体：将经过过滤的水样蒸发至干，烘干至恒重后留下

9、的干物质总量n 挥发性固体：是指在总固体中能在550度高温下挥发的那部分固体n 固定性固体水中除了溶解气体之外的一切杂质称为固体。而水中的固体又可分为溶解固体和悬浮固体。这二者的总和即称为水的总固体。溶解固体是指水经过过滤之后，那些仍然溶于水中的各种无机盐类、有机物等。悬浮固体是指那些不溶于水中的泥砂、粘土、有机物、微生物等悬浮物质。固体颗粒的化学特征 Ø 无机成分：产生淤泥堆积和对生物生存环境产生负面影响 Ø 有机成分：主要为耗氧和产生生物堵塞的挥发性悬浮固体固体颗粒的物理特征 n 最主要的物理特征 比重 大小组成n 固体颗粒的比重：湿颗粒物密度与水的密度的比值n 悬浮固

10、体在水中的悬浮行为主要是由于它自身的比重。固体颗粒物之的平均比重为1.19Ø 固体颗粒的大小组成比例取决于 固体颗粒的来源 鱼的规格 温度 水流等Ø 针对养殖系统中悬浮固体颗粒粒径大小的研究主要是通过饲料试验第三部分 固体颗粒清除标准 n 在水产养殖系统中固体颗粒浓度标准还没有建立n 固体悬浮物浓度小于25mg/L对鱼类的危害不明显。n 高密度养殖，建议总悬浮固体颗粒浓度小于15 mg/L作为安全标准。但是也有人建议限制在20¡ª40 mg/L之间n 微细固体颗粒有更多决定性的影响，只用浓度作标准不妥当。不同的鱼的种类对固体浓度的承受水平大不相同固体颗粒

11、去除机理 n 对悬浮固体颗粒的去除是一个固/液分离的过程，所有的分离过程都是由固体颗粒向界面迁移完成的，沉淀池底部、过滤滤料颗粒以及气泡等构成了它们与水的界面n 固体颗粒的去除可以分为 重力分离（gravity separation) 过滤分离（Filtration) 浮选分离 (flotation）固体颗粒的去除机理具体包括 重力分离的原理是 沉淀作用（Sedimentation) 过滤分离的原理是 拦截（interception） 滤出 (straining) 布朗扩散(Brownian diffusion) 沉淀作用（Sedimentation) 浮选分离的原理是 拦截（intercep

12、tion） 布朗扩散(Brownian diffusion) 沉淀作用（Sedimentation)沉 淀n 沉淀的发生是由于固体颗粒和水的密度不同。假设一个固体颗粒比水重，它将在重力的作用下下降n 依靠粒子的大小和密度，固体颗粒的组成特性和载体媒介水的特性，沉淀的类型可以分为自由沉淀、凝絮沉淀、区域沉淀和压缩沉淀n 当总悬浮固体颗粒浓度低于于500 mg/L，沉淀过程是典型的自由沉淀，在这个过程中，悬浮固体颗粒之间互不干扰，各自沉淀。每个分离的悬浮颗粒，在重力的驱动和流体对粒子的拉力下，形成一个平衡稳定的下降速度，沉淀过程中的沉淀效率取决于这个沉淀速率 固体颗粒去除装置评价指标 （1）水力负

13、荷率 （2）去除微小颗粒的能力 （3）水头（Head）的损耗 （4）在反冲过程中水的损耗 (5) 阻止生物附着污染的能力 沉 淀 池n 优点： 1. 沉淀池需要少量的能源 2. 操作和建造并不昂贵 3. 不需要专门的操作技术 4. 能够比较容易与新的或者现存的水处理装置和并在一起n 缺点： 1. 低的水压负荷率 2. 对微细悬浮颗粒的去除效率非常低所有连续流动型沉淀池根据功能来分,在概念上可 以分成四个区域 入口区 沉淀区 淤泥区 出口区 入口区的主要作用让水流均匀流过沉淀池的横截面 沉淀发生在沉降区 随着水流移动,固体颗粒在污泥区累积 清澈的水流在出口区被收集并被排放出去溢流速率 n 溢流速

14、率（Vo） 所有具有相同沉降速度的粒子将会在平行的轨迹上移动,在理想的条件下,一个固体离子从入口区进入沉淀池,在理论停留时间内，沉淀于和出口区接近的池底。单位沉降池面积的水流量被定义为沉淀池溢流速率（Vo）n 沉淀池设计的关键点就是溢流速率，它代表沉淀池的平均流速， Vo=Q/A Q为流量 A为沉淀池的表面积 任何具有沉淀速度(Vs)高于溢流速率的固体颗粒将沉淀。如果Vs<Vo，不能沉淀的的概率是Vs/Vo理想的沉淀池的总固体颗粒的去除率为沉降速率大于和小于溢流速率的固体颗粒的总和。在一个理想的沉淀池中，固体颗粒的去除和沉淀池的表面积有关 与沉淀池的深度没有关系。太浅的沉淀池会产生扰流，

15、影响沉淀斜管沉淀池斜管沉淀池可以减小沉淀池的面积，提高效率Ø 一堆斜管可以提供更多的沉降面Ø 微小半径的斜管内水流为层流，保证了水流的一致性Ø 在狭窄容量的斜管中，固体颗粒的移动和水流动的方向相反，更利于沉淀。有报道称，斜管沉淀池可以去除80%以上的大于70 um的固体颗粒和55%以上的大于1.5 um的固体颗粒水力旋流器Ø 旋流器利用的是离心沉降原理。也就是说悬浮固体颗粒被离心力加速从而使它们从液体中分离出来。水力旋流器可分离几个微米以上的固体颗粒Ø 它的工作方式为为水流沿切向进入旋流器，在圆柱内产生高速旋转流场，混合物中密度大的组分在旋转流

16、场的作用下同时沿轴向向下运动、沿径向向外运动，在到达锥体段沿器壁向下运动，并由底流口排出；这就形成了外旋涡流场；密度小的组分向中心轴线调和运动，并在轴线中心形成一向上运动的内旋涡，然后由溢流口排出，这就达到了两相分离的目的微筛过滤装置 n 微筛过滤装置的水头损失比较小n 微筛过滤装置是纯粹的物理过滤，只有大于滤网空隙的固体颗粒可以被除去。当然，一些小的颗粒可以聚合在一起而被过滤掉，或者由于流速过快，一些大的固体颗粒被粉碎可以通过滤网。但是，这两种情况的影响比较小。n 滤网的空隙大小决定了可以被过滤掉的固体颗粒的尺寸。理论上，只要是比滤网空隙大的固体颗粒都可以被过滤掉。所以滤网的空隙越小，过滤的

17、微细颗粒越多。但是，空隙率小的滤网会产生更大的水头损失和频繁的反冲n 根据运转方式，微筛过滤装置可以被分成 静止微筛 转动微筛n 静止微筛就是将微筛放置于水流的横断面上拦截固体颗粒的方式。n 转动微筛的主要优点是可以减少滤网的阻塞作用。现在常用的名称为微滤机微滤机微滤机设计参数Ø 设计参数包括滤网孔径、水力负荷率、转速和反冲压力Ø 水产养殖中通常使用的滤网孔径大于60µmØ 水力负荷率是由滤网孔径和固体颗粒的浓度决定。滤网孔径越小，固体颗粒浓度越高，水力负荷率就越小Ø 转动速度是由允许的水头损失决定的Ø 反冲压力从103KPa升高到3

18、45KPa流量增加了30%，反冲回流水中固体颗粒的浓度增加了63%，反冲水的耗水量减少了60%微滤机设计标准设计标准缺乏，城市污水的处理标准作为参考 1在最好的工作条件下，固体颗粒浓度降低到5 mg/L 2尽管悬浮固体颗粒的移动通常是不规则的，但是在低水力负荷率下处理效果更好 3微筛比较适宜固体颗粒凝絮性好和浓度低的污水粒状滤材过滤器 n 粒状滤材过滤指的是污水流经由颗粒状的滤材组成的滤床，水中的固体颗粒停留在滤床层中的过滤方式。 n 水产养殖中常用的有三种粒状滤材过滤器 降流式压力砂滤罐 上流式砂滤罐时 微颗粒滤材过滤器第六部分 硝化反应与生物滤池 水产养殖系统中的氮鱼类氮的排泄途径 1.

19、鳃的渗透 2. 鳃的离子交换作用 3. 尿 4. 粪便氮在养殖系统中的循环 TANNO2NO3NO2N2 氨氮的产生 Ø 外源氨氮：肥料，工业渗漏等Ø 鱼类直接排泄Ø 有机物分解氨氮的排泄氨氮排泄计算公式 Kg TAN=WT×RF×ND×NM×NE影响因素Ø 饲料组成Ø 投喂措施Ø 消化吸收率Ø 水温和溶解氧Ø 其它因素氨氮的毒性表现n 损坏鱼鳃n 降低生长速度n 引起死亡氨氮的毒性原理n 渗透压失衡 ，导致肾功能丧失n 内源氨氮排泄不畅，导致细胞功 能和神经系统受损n 鳃丝

20、受损，引起窒息影响氨氮毒性的因素n pH 的影响 通常认为NH3的毒性大。所以pH 越高， NH3的比例越高，TAN 的毒性越大。 相反的观点，NH4+和TAN都有毒性。n 溶解氧的影响 氨氮的毒性和溶解氧的浓度成反比关系n 温度的影响 低温增加氨氮的毒性，但是也有相反的观点n 二氧化碳浓度的影响 浓度越高，引起窒息的概率越大n 离子浓度的影响 1. 增加或者降低盐度增加毒性。 2. 增加钙，钠粒子浓度降低毒性， 由于离子交换原因n 鱼类自身的影响 1. 幼鱼对氨氮浓度更加敏感。 2. 大鱼对氨氮的抵抗力更强。亚硝酸（Nitrite)的产生Ø 外源亚硝酸：污水等Ø 氨氮代谢

21、的中间产物Ø 反硝化过程的不完善亚硝酸在鱼体内的累积Ø 以NO2-,透过鳃的吸收，血液中亚硝酸的浓度可以达到周围环境的10倍Ø 以HNO2，溶解于脂类中进入鱼体亚硝酸毒性原理Ø 亚硝酸从血浆进入血红细胞Ø 氧化铁到三价铁，形成氧化血红素Ø 氧化血红素不能运输氧亚硝酸毒性表现n 可以引起组织机理的改变，肝功能损伤n 增加氧化血红素含量，引起氧运输困难n 使鱼类生长速度减慢n 引起窒息死亡影响亚硝酸毒性的因素n 氯离子 氯离子的浓度越高，亚硝酸的毒性越低； 1 mg/L的氯离子可以补偿0.37 mg/L的NO2-Nn 其它阴离子 溴粒子，

22、碳酸氢根离子，硝酸根离子 两价和三价粒子的影响比较小n 阳离子 钙、钾、钠和镁离子等可以降低毒性； 阻止氯离子的流失，阻止吸收亚硝酸n 酸度 在正常的pH 范围内，酸度对毒性的影响很小n 溶解氧 低溶解氧浓度可以增加毒性n 温度 低温可以降低毒性n 鱼的规格 鱼的规格越小，抵抗力越强， 但是差异不明显n 鱼种差异 不同鱼种对亚硝酸的抵抗力差异很大硝化反应公式 NH4+ + 1.5O2 2H+ + H2O + NO2 NO2+ 0.5O2 NO3 NH4+ + 1.83O2 + 1.98HCO3 0.021C5H7O2N + 0.98NO3+ 1.041H2O + 1.88H2CO3 1 克氨氮

23、转化为硝酸， 需要4.18克氧气，7.14克碱度（CaCO3), 产生8.59克碳酸，0.17克生物细胞。 硝化细菌的分类1.亚硝化细菌（Nitosomonas） 把氨氮转化为亚硝酸的细菌总称2.硝化细菌（Nitrobacter) 把亚硝酸转化为硝酸的细菌总称硝化细菌特性n 硝化细菌特征 长杆状，也有一些带有一到两个鞭毛，细胞凹陷，富含细胞色素，大量繁殖时，呈现铁锈色n 硝化细菌活性 1. 具有顽强的生命力，可以存活在陆地和水中 2. 作为自养细菌，可以独立完成生物合成过程 3. 在饥饿和厌氧条件下，可以存活很长时间n 消化细菌的弱点 1. 具有光抑性 2. 生长和活力在酸性和碱性环境下低下

24、3. 在5度以下和42度以上活力低下 4. 特定生长率较低 理想状态下，7-8小时可以翻一番； 亚硝化细菌需要26小时以上； 硝化细菌需要60小时以上n 硝化细菌的附着性 1. 硝化细菌分泌脂多糖用于附着，形成生物膜。 生物膜的密度为1.14克/立方厘米 2. 70-95%的游离硝化细菌可以在30分钟内附着 3. 附着的硝化细菌具有更强的省生命力影响生物过滤效果的因素 n 生物滤池的形状和滤材多式多样n 生物膜的组成不同n 各种化学和物理因素的影响影响生物过滤效果的化学因素n pH的影响Ø pH值最佳范围是69Ø 细菌逐渐适应，其pH范围可以从5到10Ø 硝化过程

25、在pH值低于6时有明显的下降趋势，达到pH为5时完全停止Ø PH值水平应保持在6以上 Ø 氨的含量随pH值的升高而升高, pH值应尽量保持在较低的水平Ø pH值变化迅速，大大降低细菌的过滤效果 直到它们适应新的环境n 碱度的影响Ø TAN在向硝酸盐转化的过程中要消耗到碱Ø 碳酸盐对硝化细菌的生长非常关键， 是一种营养元素。Ø 有助于保持pH值的稳定性。Ø 碱度至少要保持在1.5 meq/L才能确保它的 最大硝化率保持不变n 溶解氧的影响Ø 氧气供应不足，硝化速率下降Ø 生物过滤器的设计构造就决定了氧气首先

26、被异养物利用，然后才是亚硝化细菌和硝化细菌。在氧气只能由水流来提供的过滤器中，硝化反应常常处在缺氧状态下Ø 一般认为，氧气含量在1 mg/L以上就能达到要求，若含量高于2 mg/L就保证没问题Ø 生物膜外有一层薄而浊的界面层。像其它几种细胞所必要的化学元素一样，氧气必须穿过界面层，需要较高的溶解氧浓度n 氨氮和亚硝酸盐浓度的影响Ø 过高浓度的氨氮和亚硝酸有害Ø 游离氨氮对亚硝化细菌的有害浓度高于对硝化细菌的有害浓度 （前者是10150 mg/L, 后者是0.1-1.0 mg/L） 亚硝酸的限制浓度在0.222.8 mg/L之间Ø 养殖水体中氨氮

27、和亚硝酸盐的含量一般较低。氨和/或亚硝酸盐往往比氧气更能起到限制作用。n 固体颗粒的影响Ø 阻塞生物过滤器，导致厌氧生物的形成Ø 固体颗粒直径范围从0.2到5.0微米的颗粒比1.4到2.7微米的颗粒能带来最优硝化效果。固体颗粒尺寸越小其所提供的特定表面积越大Ø 为异养细菌提供基质促使其与硝化细菌争夺生长空间n 溶解有机物的影响Ø 当有机物含量升高时氨氮的去除率就低Ø 当BOD5/TKN比率为0.25时，硝化速率达到最大，而比率升高硝化速率下降n 盐度的影响Ø 几乎可以在任何盐度条件下工作。Ø 淡水硝化细菌在海水条件下会受严重

28、影响。盐度的突然变化会使硝化剂受到打击并降低硝化速率。 稳定的盐度是保证硝化速率最大的前提。n 气体扩散速度的影响Ø 过滤器中的滤材介质表面有一层生物膜。而细菌细胞就生长在其中。在这层生物膜外面还有一层浑浊不流动的水层。因此氧气、氨氮以及亚硝酸盐必须能渗透进去Ø 在一些情况下，气体扩散也就成了限制硝化速率的因素。扩散速率随温度升高而升高 n 其它化学无机物的影响Ø 对硝化过程起积极作用的元素： Ca、磷酸盐、Mg、Mn、Fe、Ca、Na。Ø 起消极作用的元素： Ca(浓度超过0.5mg/L)、铬、镍，Zn、Cu、Hg，AgØ 有机化合物包括：维

29、生素、氨基酸及其它元素Ø 福尔马林，CuSO4，KMnO4，以及NaCl溶液没有影响，但其它溶液有一定的影响（或限制或促进）影响生物过滤效果的物理因素 n 温度的影响Ø 发现当细菌在5条件下时它的最适生长温度是22，而所能承受的最高极限温度为29。 但当细菌适应25条件时它的最适生长温度却是30，最高极限温度为38。 充足的时间，硝化细菌所能适应的温度范围是很大的Ø 氨氮的氧化率与温度之间呈线性比例关系。虽然温度超出735的范围外线性关系不再存在,但在这一范围内基本保持线性关系。Ø 生物滚筒中硝化反应和温度的关系 AMR=140+8.5T NRTP=63

30、+9.9T AMR：氨氮去除率 NRTP：硝酸盐的生成率 T：温度（）Ø 浸没式过滤器中氨的去除率和温度的关系 ACR（0.11T0.2）(S/10) ACR：氨氮的消耗速率 S：氨的浓度n RBC（生物转盘）转动速度的影响Ø RBC转动速度会影响到生物薄膜的脱落，以及基质和硝化细菌之间的接触情况Ø 转动速度在一定范围内（不超过0.355m/sec）增加会加强BOD和氨氮的去除率Ø 转动速率超过这一水平不再提高BOD和氨氮的去除率n 空隙率的影响Ø 空隙率指的是生物滤池装上滤材以后 剩余的空间容量与滤池容积的比值Ø 空隙率大可以减少阻

31、塞。固体颗粒可以更容易的穿过生物滤池，不易阻塞n 滤材类型和尺寸的影响Ø 滤材的选择主要依据颗粒大小，比表面积，成本，有效性以及每单位体积的重量Ø 沙粒和石子的比重大，单位体积量的价格便宜。像石灰石及大理石等碳酸盐类石头，有缓冲作用Ø 塑料质的过滤介质常具有较高的空隙率，重量小，单位体积的价格高，无缓冲作用Ø 流化床需要相对较小、较重的滤材，沙子是相当好的选择Ø 对生物圆筒式和生物圆盘，滤材的重量非常重要。它一般使用塑料环塑料球及其它类型的塑料滤材Ø 由于滤材的尺寸减小会增加阻塞率以及压头损失，所以就限制了滤材的尺寸不能太小n 比表面

32、积的影响Ø 比表面积即单位容积内滤材的总表面积Ø 滤材颗粒大小，空隙率和比表面积三者相互联系。滤材尺寸越小，通常比表面积越大，而空隙率越小。比表面积越大，每单位容积内能附着在率材表面生长的细菌就越多，单位容积内氨的总去除量就高n 水力负荷的影响Ø 在浸没式、滴流式以及流化床生物滤器中，单位时间内，生物滤池单位表面积的水流量； 生物转盘或生物滚筒，通过单位滤材表面积的水流量Ø 水力负荷最小量必须保证能保持硝化细菌的湿润。 Ø 滴流式生物虑池中的用Norton Actifil滤材，它对最小流量的要求是29 m3/m2·d。若滤材为塑料环，

33、对水流量的需求为3255 m3/m2·d。Ø 所允许的最大水力负荷取决于水流速度是否会冲掉滤材上的细菌或产生过多压头损失。最大水流速度在流化床生物滤池中须保证介质不被冲出过滤容器。在滴流式过滤器中，最大水力负荷为72350 m3/m2·d。Ø 无论最小还是最大水力负荷都与滤材大小、生物滤池类型、材料及其它因素有关。而生物滤池类型对水流大小影响最为显著。Ø 硝化细菌的生长速度和硝化速度与基质的浓度无关，而与供应的基质的量有关。对滴流式过滤器的研究中有类似的发现，COD的去除效率依赖于COD的总供应量而非单位容积中COD的浓度。n 生物滤池深度的影

34、响Ø 深度对浸没式和滴流式过滤器非常重要。而圆盘式和圆桶式过滤器的浸水深度则比较重要，3550之间合理Ø 需要有足够的深度保证完整的硝化反应Ø 有机物被异养细菌氧化是所有硝化过程必不可少的过程。以沙粒为滤材完成所以这些转变过程只需几厘米的深度，以8厘米直径的塑料环为滤材的滴流式过滤器则需45m深度n 反应阶段的影响 Ø 利用分阶段的生物过滤模式可以提高效率Ø 使不同的细菌生长在不同的处理阶段上，有利于达到更为理想的处理效果n 横断面积的影响Ø 横断面积指的是滤池的表面积Ø 横断面积是决定水力负荷率的要素n 生物膜和界面层厚度

35、的影响Ø 生物膜过厚影响基质渗透Ø 界面厚度为1.0100微米，影响渗透n 光照的影响Ø 硝化过滤器比较适合于在黑暗环境中生活。低于阳光强度1%的光照强度也会抑制硝化细菌的生长Ø 光照能氧化亚硝化单细胞和硝化细菌内的细胞色素CØ 硝化细菌比亚硝化单细胞对光照更敏感Ø 完全黑暗的环境比白天的强光照射更合适生物过滤装置的生物参数 n 生物量密度 Ø 生物量密度指每单位体积的生物层内所含细菌细胞的数量Ø 生物量密度与营养利用率、水流速度、细胞性质及其它一些因素有关Ø 在同一个过滤器中不同的位置其生物量密度各不相

36、同，而且不同的过滤器之间的生物量密度差距更大Ø 在商业过滤器中，生物量密度的值为886g/m3n 细胞产量( Cell Yield)1. 细胞产量指的是平均每单位数量的氨转化成硝酸盐所产生的细胞量2. 每g氨氮被氧化成硝酸盐便产生0.17g的细胞。相对其它细菌体系（如，异养型细胞）这种细胞产生方式显得慢了些。生长速度慢的好处，就是不易阻塞硝化过滤器。但是生长速度慢也意味着生长周期长，过滤器作用效果缓慢第七部分生物过滤装置的设计 生物过滤装置的设计方法生物过滤装置的设计 合理运用生物、化学、物理的数据量化的去描述鱼类和细菌代谢物质在生物过滤装置中被除去的过程； 简单讲，就是一定数量转氨

37、细菌转化已知养殖对象排泄的含氮废料的能力设计包括： 实际数据（代谢废物量） 推测和设想 设计者的经验 创造力 设计的特殊要求（从未涉及的概念和装置）设计是固有的创造性的过程。设计不同于科学调查，在科学调查中最后结果通常是已知的或阐明一个自然界中已经存在的道理或概念设计生物过滤装置因此需要设计者的创新能力和对各个行业的了解 机械 生物 经济Ø 基于生物过滤过滤设计的数据，特别是在农业应用上的数据非常的有限。例如，对于特定鱼类排氨的数值就有十种或是更多Ø 换个方面说，废物中氨的含量随着鱼在不同的生长状态及生存环境中是不同的，如果没有了这些数据那么设计者就只能用其它种的相关数据去

38、尽可能准确的估计和判断。一些设计中的重大错误也许就来自于对一些数据的判断失误Ø 一种不仅能判断装置能否正常工作，还能判断装置能够经济，有效工作的能力,设计需要相当强的机械判断能力影响设计的变量Ø 各种物理化学因素 Ø 不同的过滤装置构造生物过滤装置的设计过程简单的设计步骤Ø 有哪些废物产生了Ø 需要多大的过滤装置能有效的进行净化Ø 装置的制造废物的产生率和净化率随着时间，投喂策略等变化,过滤装置的设计并没有想像的简单 生物过滤装置的设计不是一门精确的科学Ø 生物过滤装置的设计数据是在变化的多种数据的基础上的Ø 设计

39、时应当充分考虑到设计的细节问题，以使该装置能满足不同环境的需要，特别是在一些特殊条件下，需要大量的改进以便能满足需要生物过滤装置的设计步骤.确定污染物的数量 代谢测定和实际数据.确定鱼类的耐受水平 氨 亚硝酸盐 硝酸盐 固体颗粒.计算鱼类的氧气消耗量 静水法和流水法.计算养殖系统的承载能力 系统能养殖的鱼类最大数量.计算系统的流速 整个系统的水流量.计算水流一次通过后的氨氮浓度 一次去除率.计算多次循环后的氨氮浓度 每天的去除量.计算过滤装置的氨氮净化效率 以百分比、单位体积或单比表面积表示.确定过滤装置中总的氨氨负荷 每天的氨氮负荷.计算需要过滤装置工作的时间 反冲、清理时间.确定过滤装置的

40、容量特别是它的表面积 水利负荷率.确定装置的尺寸.确定装置的氧气供给量.修改装置以确保氧气供给Ø 程序设计比较直接，只有很少的情况有充足的数据，而且，数据也许只适应某些阶段Ø 废物的排泄与鱼的大小，摄食的情况，温度和其它因素有关。废物的去除受温度，流速和氨氮的负荷和其它一些因素的影响。设计者依据环境排污的最大值去设计过滤装置Ø 需要知道过滤装置的操作措施 当人们尝试在一定水体中放养一定重量的鱼时，如果个体是小鱼就要充分考虑到鱼对毒性物质的耐受作用，其他情况下还应当计算鱼体最大时的废物量生物过滤装置的简单设计步骤Ø 计算最大氨氮等负荷Ø 试验确定

41、滤材的氨氮去除效率Ø 确定耗氧量 Ø 确定生物滤池构造生物转盘的设计应用生物转盘的优势 1. 自我清洗，自我充氧 2. 压头损失低 3. 无阻塞，硝化反应好 4. 运行稳定生物转盘的特殊结构决定了它的设计生物转盘的理论模型理论设计条件1. 生物膜的生长和脱落是平衡的2. 脱落的生物膜是悬浮的3. 附着和脱落的生物膜都可以去除基质， 但是悬浮生物膜的作用可以忽略不计4. 氧气和其它基质没有浓度上的限制作用5. 生物膜的厚度是均匀的6. 水流速度是均衡的第八部分泡沫分离装置泡沫分离现象n 泡沫分离是一种水处理技术，它能被容易地增加到水处理系统中，以一个直接的方式，清除溶解和悬浮

42、的固体颗粒。n 泡沫分离是一个水/气的界面现象，它是通过气泡带走水中的固体颗粒并从这个系统中清除。n 发生泡沫分离所需要的关键组成部分是表面活性剂。它的分子至少含有一个极性和一个非极性部分。由于一个水分子有一个极性结构，这样，一个表面活性剂非极性末端成为疏水性的，趋向于吸附于水的外部，也就是进入气泡。结果，在任何时候，发现表面活性剂聚集于水/气的分界面。在分离期间，在分界面附近的表面活性剂将集中于气泡表面。这些表面已经吸附了表面活性剂的气泡，一但从一个泡沫分馏器的水表面出现，他们将被收集，然后以泡沫的形式被除去。n 使用泡沫分离去除细小的悬浮固体和高浓度的营养物质已经取得了一些成功。1976年

43、，Lomax比较了鱼的培养系统，这个培养系统使用一个沉淀池与泡沫分离器或者与机械过滤结合，Lomax的观点是，按代价和有效性而言，泡沫分离器和生物滤池的结合是最好的设计。n Dwivedy发现泡沫分离器从牡蛎培养液中清除悬浮和溶解的有机物。他也发现泡沫分馏器通过清除有机酸和从水中清除细菌帮助维持培养液的PH。泡沫特性n 在清除细小颗粒方面，泡沫分离器是非常有效的，Chen 在1992年发现，泡沫分离器可以减少固体颗粒含量，从4.1×106到2.1×106。泡沫中颗粒浓度为55.2×106。颗粒的平均直径是10.6微米。显然，通过泡沫分馏清除的颗粒比较微小。n 一种

44、预测是在水体中偏重的固体颗粒在到达水面以前，由于剪切力的作用，更大的固体颗粒脱落了。通过泡沫分离被清除的颗粒直径一般不超过30微米。n 尽管脂肪酸是另一种可能的表面活性剂，Chen et al测出了在泡沫浓缩液中与蛋白质浓度相比，可以忽略脂肪酸的浓度。n 包含在鱼类培养液中一个试样的全部蛋白质，只有11%能被泡沫分馏清除。结论是蛋白质中的11%能作为表面活性剂的材料。全部固体颗粒中，94%是由于易发散固体颗粒在泡沫浓缩液中的增加。n Weeks et al在1992年分析了来自泡沫分离器的浓缩液中固体颗粒浓度变浓几乎完全来自挥发性固体颗粒的增加，因为在水样和浓缩液中，较大颗粒的固形物的含量相同

45、。n Weeks et al在1992年提供了泡沫浓缩液中的易挥发固体颗粒（VS）、总悬浮的固体颗粒（TSS）和氮（TKN）之间的关系，这些关系如下： TSS（mg/l）=0.27VS（mg/l） TKN（mg/l）=0.038VS（mg/l） n Weeks et al（1922年）用数量表示了水样和泡沫浓缩液之间的变浓因素， VS：2.7（307mg/l变浓到816mg/l） TSS：25（10mg/l变浓到251mg/l） TKN：44（0.8mg/l变浓到34.6mg/l）n 数据非常清晰地表明了TKN、TSS与VS浓度之间的关系，这表明能用vs对其他参数的浓度进行评估。但是只有在相类

46、似的循环水系统条件下这些联系才适应n 有关氮的数据乘以6.25能转化为蛋白质的最初粗略估计的数据，被清除的悬浮固体颗粒是由50%的蛋白质和50%的含碳物质组成的 泡沫分离器的性能和操作特性 n 影响泡沫分离器效率的主要因素是 1. 气液接触时间（与沉没深度、气流速率和气泡大小有关） 2. 气泡大小。 3. 泡沫溢流高度n 泡沫分离器的操作和设计参数是： 1. 气泡大小 2. 气体扩散装置的沉没深度 3. 气体流速 4. 水流速率 5. 泡沫溢出高度n 一旦设计定型，影响泡沫分离的操作参数变为：气体流速、水流速率和泡沫溢出高度固体颗粒去除率影响参数n 表面气体速率（Ug） 表示通过一个分离器柱体

47、的气流速率与横截面积的比率。： Ug=Q/A Ug=表面气体速率，m/s， Q=通过柱体的气流率，m3/s A=分馏器柱体切面面积，m2n 一般来讲，表面气体流速越打越好。但是，Ug存在一个实际的范围，过大最后将导致出现气体柱流现象，这是不适宜分离的。气体空隙率超过25%时，将开始形成柱流现象。讨 论n 水的流速对挥发性固体颗粒产生很小的影响，水流速度的确定应该取决于其他的因素。泡沫分离器的运行情况主要依赖于气流速率和泡沫的溢流高度。n 高的气流速率产生高的去除率，这是因为高的气流速率可以带走更多的固体颗粒。同时，可以快速去除上部堆积的泡沫。n 泡沫溢流高度越低，水面上形成的泡沫可以快速去除，

48、而不会从气泡中释放过多的水。但是，高的泡沫溢流高度可能会产生很高浓度的泡沫浓缩武，但是产量很低。两方面的因素的联合影响表明，VS的去除率与空气流动速率成正比，与泡沫溢流高度成反比。n 引入臭氧到泡沫分离器是系统变得更方便。臭氧随着用过的空气排除体系外面，可以收集在利用。但是，应用臭氧可以破坏有机物包括蛋白质，所以蛋白质含量的降低，预示着泡沫分离器效率的降低。也有人认为，臭氧带正电荷，而水中的悬浮物带负电，从而更有效的吸附水中的杂质。第九部分臭氧及其应用臭氧产生技术Ø 常用的臭氧产生技术 电晕放电法 紫外线法 电解法Ø 电晕放电法定义 干燥的含氧气体流过电晕放电区产生臭氧&#

49、216; 电晕放电法原理 利用高速电子轰击氧气，使其分解成氧原子，接着通过三提碰撞生成臭氧 n 臭氧的产生率 单位耗电量下臭氧的产量（kgO3/kwh)紫外线辐射式臭氧发生器n 工作原理： 一般采用C波段紫外线，使一个处于基态的氧分子理解为两个氧原子，然后一个氧原子与氧分子结合形成臭氧。n 紫外线消毒设备 包括紫外线灯管、外壳和清洗装置n 优缺点：不能大量产生臭氧，但是对湿度不敏感实用臭氧接触系统 n 多孔管鼓泡器n 涡流扩散器n 重复扩散器n 托里拆利接触池 n 超声混合器n 喷射器n 填料塔n 填料塔内液体接触面积可以达到200-250m2/m3,提高了气体交换速度。高度相对可以较矮。n

50、填料塔也可以作为淹没接触器，或者鼓泡塔n 填料塔可以达到较高浓度，接近饱和浓度，所以可以作为旁路使用。n 总体来看，填料塔系统的费用还是比较高的。臭氧接触装置尾气处理方法n 预臭氧化n 尾气循环到臭氧发生器n 稀释后排放n 淋洗和化学捕获n 热分解n 在可燃载体上吸附和反应n 催化分解n 兼有分解和随后分解的吸收 预臭氧化法n 从接触室排出的气体再重新喷射到尚未抽样处理过的水里的尾气处理方式。n 用富氧气体发生臭氧时，尾气循环回到臭氧发生器的处理方式n 额外消耗主要是气体的加压以及防腐材料的附加费用。稀释法n 用通风系统稀释臭氧尾气是一项实用方法。n 运行成本很低，但是此项技术应用较少， 一是

51、噪音问题， 一是可能干扰臭氧接触的进行。洗涤法n 在喷淋塔内用水来洗涤尾气的方式。n 不是一种有效的方法，臭氧浓度可以降到50%左右。n 可以使用还原剂消除臭氧，但是实用性也不强。热分解法n 空气中臭氧的热分解在30度开始，40-50度时显著； 在200度时一分钟可以分解70%，230度时，达到92-95%； 在300度或以上时，1-2秒可以达到100% 分解。n 主要工艺：单通道电阻加热；通过热交换器加热；加热并过热燃烧。吸附法n 通过吸附在可燃载体上破坏臭氧n 通常使用的载体为活性炭n 此种方法能耗低，但是有爆炸的危险，所以通常在载体上喷水。催化分解法n 利用氧化锰，氧化镍和钯金属等催化分

52、解臭氧n 臭氧分解速度快，但是催化剂需要在干燥的环境下工作，所以持续加热是必要的。n 利用催化剂破坏臭氧的费用和运行特性需要进一步研究。吸附分解法n 吸附分解法指的是首先吸附，然后分解的方法。n 一般利用硅胶，活化时可以吸附需氧，同时硅胶逐步失效，热再生以后可以再次利用。n 关于吸附分解技术的严格条件需要进一步研究臭氧的应用n 臭氧的用途 强氧化剂(印染、脱色、漂白等） 消毒剂 （水体、器具、医院消毒等） 精制剂（制药、香料等） 催化剂 （化工、石油）n 按应用分类 水处理 化学氧化 食品加工 医疗卫生水处理应用n 自来水消毒：对细菌杀灭率高，速度快n 瓶装水: 大多使用臭氧设备n 污水处理：

53、脱色除味，消毒n 游泳池：消除刺激，减少设备发黄臭氧消毒的原理和应用消毒机理n 臭氧可以氧化分解细菌内部氧化葡萄糖所必需的葡萄糖氧化酶，并直接与细菌和病毒发生作用，破坏细胞器和核糖核酸，分解大分子聚合物，使细菌的物质代谢生长和繁殖过程遇到破坏。n 臭氧可以渗透细胞膜组织，侵入细胞膜内作用于脂蛋白和脂多糖，导致细胞溶解死亡。n 无菌技术综合讲包括: 抑菌、杀菌和溶菌，臭氧属于溶菌，可以达到彻底和永久消灭微生物。臭氧消毒的特点n 高效性 可以达到全方位快速消毒，灭菌谱广，可以杀死细菌和病毒，并且可以去除异味。n 高洁净性 臭氧消毒以后，可以自然分解为氧气，不存在任何残留物，没有二次污染。n 方便性 可以安装在室内或灭菌设备内，定时开关，使用方便。n 经济性 与其他方法相比，有很大的经济效益和社会效益，没有环保问题。臭氧消毒设备n 臭氧发生器选型：一般使用电晕放电法n 臭氧发生器的安装： 安装在单独的房间内 安装在空调机组内 在总送凤管道内 单独设置，只把排气口送入 臭氧水处理系统设计 1. 选择臭氧接触系统的工艺流程。 2. 选择臭氧加注和接触装置，确定接触池尺寸。 3. 选择臭氧发生器，确定台数 4. 臭氧发生器气源的除湿计