一种新型水质自循环净化装置设计

许娜芬　江武志

摘 要：为抑制水中藻类生物大量繁殖，杀死有害细菌，本文设计一款集超声波、臭氧和紫外线的自循环水质净化器装置。该装置可以为水族箱构建一个优质的水环境，满足水生物对封闭的健康水环境的需求。文中主要介绍了装置系统设计框图和软件设计流程图，并详细介绍水质净化原理过程，并给出了装置的优缺点。

关键词：自循环；净化器；系统设计；软件设计

随着经济的的发展和生活水平的提高，水族爱好者越来越多。水族箱有很多种，从小鱼缸到自循环净化生态模拟水族箱。而可实现自循环净化生态模拟水族箱越来越受水族爱好者的青睐。一个好的水族箱，可以为生物提供一个好的水质环境，使生物长期存活。随着电子产品集成化的发展，水质净化一体化装置成为趋势。并利用多种技术如物理、生物和化学等为水族生物提供一个良好的生存环境[ 1 ]。本文设计的一种自循环的超声波紫外臭氧水族箱杀菌装置，可以为水族箱构建一个优质的水环境。

一、系统设计原理

如下图1所示，本装置由外置超声波清洗头、水质净化控制主板、直流功率抽水机、净化过滤盒（固体过滤区和水质净化处理区）、水质检测头、紫外线功率灯、超声杀菌头、电解臭氧板和出水控制阀组成。

第1步，由水质净化主控板交替产生20khz和40khz的变功率方波，直接驱动外置超声波清洗头。水族养殖箱污垢周围的微小气泡核在交替变频变功率超声波的作用下产生振动，会不断地膨胀和收缩，当经过一定次数的膨胀和收缩之后，气泡在声力的作用下产生爆破。微小气泡的巨大爆破力将微小的污垢炸成微小的颗粒并使污垢脱离黏壁溶解在水中，同时也可以将部分有害的微生物杀死。本步骤持续时间在几分钟内，可以达到初次物理净化效果。第2步，污水主控板直接驱动直流功率抽水机，让水族养殖箱的污水从装置的污水进水口流入到净化过滤盒的固体过滤区。第3步，固体过滤区的污水在地球重力的作用下经过多层固体过滤网流入水质净化处理区。多层固体过滤网可以将水族养殖箱的灰尘、鱼类排泄物等微小颗粒留在固体过滤区。第4步，水质净化区水中的微生物和有害细菌被功率紫外线线辐射下而死亡；当臭氧电解板将水中的2个O的氧气被高压磁场的快速电子流击成3个O的臭氧离子时，臭氧离子可以和微生物、有害细菌的细胞发生氧化作用，从而已达到除菌消毒的效果，同时臭氧对水族箱内的藻类起到明显的抑制效果。水质净化区的超声杀菌头与水族箱内的外置超声波清洗头不同的地方是，它的功率较大持续时间更长，气泡爆破时产生了更高温更高压的局部区（有害细菌、藻类将迅速被杀死），同时不会伤害到水族箱內的养殖物。第5步，主控板通过检查水质监测头确定水的品质后，控制水阀的出水量和抽水机的污水进水量。

二、软件设计流程图

接通电源，系统将初始化所有模块。检测水质是否达标，如果水质没有达标，关闭水阀，启动超声波清洁，启动臭氧电解板杀菌，启动紫外光，延时10s，抽水，打开水阀，再进行水质检测，以此循环。

三、装置优点

1）本装置几乎对所有细菌、病毒微生物和藻类都起作用；它体现了力的、热的、光的物理作用和臭氧的氧化化学作用（臭氧及其氧化作用对环境不造成任何污染）的结合，因此它反应时间短，杀菌速度快，灭菌率高。

2）超声波紫外线臭氧杀菌器不需要额外使用化学添加剂，环保安全、无二次污染、纯物理杀菌不产生任何毒副作用。

3）超声波紫外线臭氧杀菌装置不受其有机污染物的性质限制，是一种适应性很强的水处理杀菌装置。

4）超声波紫外线臭氧杀菌器可长时间连续大流量消毒、操作简单方便、能耗低、运行维护费用低、结构紧凑、占地空间小，经济方便。

四、小结

本装置的造价成本低、性能好，应用可以广泛应用在家用和养殖业，具有非常的高应用价值和转化前景。电路小型化、成本继续有压缩的空间、臭氧电解效率功率点研究不足。

参考文献：

[1] 施鲲.水族箱水质净化和观赏鱼饲料[J].渔业现代，2000（5）：26-27.

基金项目：

项目受中山市科技计划项目支持，项目编号（2015B2311）

作者简介：

许娜芬，女，硕士研究生，研究方向：电子。