一種新型水質(zhì)自循環(huán)凈化裝置設(shè)計(jì)

許娜芬　江武志

摘 要：為抑制水中藻類生物大量繁殖，殺死有害細(xì)菌，本文設(shè)計(jì)一款集超聲波、臭氧和紫外線的自循環(huán)水質(zhì)凈化器裝置。該裝置可以為水族箱構(gòu)建一個優(yōu)質(zhì)的水環(huán)境，滿足水生物對封閉的健康水環(huán)境的需求。文中主要介紹了裝置系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖和軟件設(shè)計(jì)流程圖，并詳細(xì)介紹水質(zhì)凈化原理過程，并給出了裝置的優(yōu)缺點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：自循環(huán)；凈化器；系統(tǒng)設(shè)計(jì)；軟件設(shè)計(jì)

隨著經(jīng)濟(jì)的的發(fā)展和生活水平的提高，水族愛好者越來越多。水族箱有很多種，從小魚缸到自循環(huán)凈化生態(tài)模擬水族箱。而可實(shí)現(xiàn)自循環(huán)凈化生態(tài)模擬水族箱越來越受水族愛好者的青睞。一個好的水族箱，可以為生物提供一個好的水質(zhì)環(huán)境，使生物長期存活。隨著電子產(chǎn)品集成化的發(fā)展，水質(zhì)凈化一體化裝置成為趨勢。并利用多種技術(shù)如物理、生物和化學(xué)等為水族生物提供一個良好的生存環(huán)境[ 1 ]。本文設(shè)計(jì)的一種自循環(huán)的超聲波紫外臭氧水族箱殺菌裝置，可以為水族箱構(gòu)建一個優(yōu)質(zhì)的水環(huán)境。

一、系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理

如下圖1所示，本裝置由外置超聲波清洗頭、水質(zhì)凈化控制主板、直流功率抽水機(jī)、凈化過濾盒（固體過濾區(qū)和水質(zhì)凈化處理區(qū)）、水質(zhì)檢測頭、紫外線功率燈、超聲殺菌頭、電解臭氧板和出水控制閥組成。

第1步，由水質(zhì)凈化主控板交替產(chǎn)生20khz和40khz的變功率方波，直接驅(qū)動外置超聲波清洗頭。水族養(yǎng)殖箱污垢周圍的微小氣泡核在交替變頻變功率超聲波的作用下產(chǎn)生振動，會不斷地膨脹和收縮，當(dāng)經(jīng)過一定次數(shù)的膨脹和收縮之后，氣泡在聲力的作用下產(chǎn)生爆破。微小氣泡的巨大爆破力將微小的污垢炸成微小的顆粒并使污垢脫離黏壁溶解在水中，同時也可以將部分有害的微生物殺死。本步驟持續(xù)時間在幾分鐘內(nèi)，可以達(dá)到初次物理凈化效果。第2步，污水主控板直接驅(qū)動直流功率抽水機(jī)，讓水族養(yǎng)殖箱的污水從裝置的污水進(jìn)水口流入到凈化過濾盒的固體過濾區(qū)。第3步，固體過濾區(qū)的污水在地球重力的作用下經(jīng)過多層固體過濾網(wǎng)流入水質(zhì)凈化處理區(qū)。多層固體過濾網(wǎng)可以將水族養(yǎng)殖箱的灰塵、魚類排泄物等微小顆粒留在固體過濾區(qū)。第4步，水質(zhì)凈化區(qū)水中的微生物和有害細(xì)菌被功率紫外線線輻射下而死亡；當(dāng)臭氧電解板將水中的2個O的氧氣被高壓磁場的快速電子流擊成3個O的臭氧離子時，臭氧離子可以和微生物、有害細(xì)菌的細(xì)胞發(fā)生氧化作用，從而已達(dá)到除菌消毒的效果，同時臭氧對水族箱內(nèi)的藻類起到明顯的抑制效果。水質(zhì)凈化區(qū)的超聲殺菌頭與水族箱內(nèi)的外置超聲波清洗頭不同的地方是，它的功率較大持續(xù)時間更長，氣泡爆破時產(chǎn)生了更高溫更高壓的局部區(qū)（有害細(xì)菌、藻類將迅速被殺死），同時不會傷害到水族箱內(nèi)的養(yǎng)殖物。第5步，主控板通過檢查水質(zhì)監(jiān)測頭確定水的品質(zhì)后，控制水閥的出水量和抽水機(jī)的污水進(jìn)水量。

二、軟件設(shè)計(jì)流程圖

接通電源，系統(tǒng)將初始化所有模塊。檢測水質(zhì)是否達(dá)標(biāo)，如果水質(zhì)沒有達(dá)標(biāo)，關(guān)閉水閥，啟動超聲波清潔，啟動臭氧電解板殺菌，啟動紫外光，延時10s，抽水，打開水閥，再進(jìn)行水質(zhì)檢測，以此循環(huán)。

三、裝置優(yōu)點(diǎn)

1）本裝置幾乎對所有細(xì)菌、病毒微生物和藻類都起作用；它體現(xiàn)了力的、熱的、光的物理作用和臭氧的氧化化學(xué)作用（臭氧及其氧化作用對環(huán)境不造成任何污染）的結(jié)合，因此它反應(yīng)時間短，殺菌速度快，滅菌率高。

2）超聲波紫外線臭氧殺菌器不需要額外使用化學(xué)添加劑，環(huán)保安全、無二次污染、純物理殺菌不產(chǎn)生任何毒副作用。

3）超聲波紫外線臭氧殺菌裝置不受其有機(jī)污染物的性質(zhì)限制，是一種適應(yīng)性很強(qiáng)的水處理殺菌裝置。

4）超聲波紫外線臭氧殺菌器可長時間連續(xù)大流量消毒、操作簡單方便、能耗低、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低、結(jié)構(gòu)緊湊、占地空間小，經(jīng)濟(jì)方便。

四、小結(jié)

本裝置的造價成本低、性能好，應(yīng)用可以廣泛應(yīng)用在家用和養(yǎng)殖業(yè)，具有非常的高應(yīng)用價值和轉(zhuǎn)化前景。電路小型化、成本繼續(xù)有壓縮的空間、臭氧電解效率功率點(diǎn)研究不足。

參考文獻(xiàn)：

[1] 施鯤.水族箱水質(zhì)凈化和觀賞魚飼料[J].漁業(yè)現(xiàn)代，2000（5）：26-27.

基金項(xiàng)目：

項(xiàng)目受中山市科技計(jì)劃項(xiàng)目支持，項(xiàng)目編號（2015B2311）

作者簡介：

許娜芬，女，碩士研究生，研究方向：電子。