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Johnson:过滤器要求和计算Filter requirements and calculations [复制链接]

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发表于 2015-11-20 11:56:54 |显示全部楼层
以下是一段译自Johnson博士网站上的内容,去年元月上传到锦巅上。最近大家在讨论生化仓是否有效,把这些内容上传,供大家参考。$ Z* D* A% j) |5 `1 r: z3 a
8 T' Y+ W9 b' z3 t' d
摘要:% G8 m3 a2 z+ _$ h6 `
水在生化过滤仓停留时间越长,水的流速越快,锦鲤池水的生化过滤效果就越好。1 e( e( H6 P% \; ~
停留时间和流速是一个相互矛盾的关键参数。
: p8 E( r# e& b. H  H& b& h可推荐的数据是:  Q. v' z1 m( I4 Z/ g* f
(1)池水在生化过滤仓的停留时间在10(8到15)分钟,过滤仓停留时间=过滤仓去掉滤材后的尺寸/泵流量;6 o, m8 f, M0 W1 T
(2)30吨以下的池,池水每小时循环一次;30吨以上的池,池水每2到3小时循环一次。
9 N  J, G9 h3 D8 U(3)目前国内通常的池滤比是主池:过滤仓=3:1,如果因为空间局限或想要给鱼尽量大的空间而主池:过滤仓>3:1时,就需要通过增加滴漏、水道或/和跌水的方式提高生化过滤能力。, u( E% J: F8 H* M" }/ L! y' j
(4)滤材要选用轻质、表面积/体积比大的。
. C  L! F0 V) b5 {3 X% _5 ]. A$ l(5)随着饲养密度和/或投喂密度的增加,对过滤系统的过滤能力的要求也会更高。
+ H0 u, U! ~. @' C8 w) w4 j(6)过滤仓底部要设计排污管,底部形状要做成向排污管的倾斜状。
7 A6 h9 v6 m& P  I$ R* z2 ?2 r9 n, V2 e; _- \: w
Johnson博士把生化过滤的原理做了详尽的分析,只想要结论,不想知道为什么的鱼友,可以看到这里为止。, k6 x0 G7 T7 G2 J- i; P& V) A* X5 O

! v6 c( X9 U: M6 {引言; }( l+ ?0 y( G/ x
2014年第1天已通过邮件获得了Erik Johnson博士的许可,可以将其网站www.drjohnson.com内容翻译介绍给中国的锦鲤迷。* f  ^  K5 R# q7 V9 |
限于个人英文水平一般,饲养锦鲤时间很短,译文中难免出错,有鱼友一旦发现错误,请通知我,好作修正勘误。
7 J* @1 c6 G, J% U1 m5 g下面的译文内容版权属于Erik Johnson博士,有鱼友将来引用其中内容,请注明出处。以示对原作者工作成果的敬意。谢谢。; p6 `. q' U& |
+ P- {# D: E4 ?5 J' d; ?6 L
过滤器要求和计算
* f" z8 j, r7 E  `4 `$ R& e计算锦鲤鱼池过滤系统中理想的流速和过滤仓的停留时间有时会矛盾,而对于保持适度的饲养量的普通锦鲤迷,计算出一个合理的过滤仓不是个问题。但是有很多过滤系统很差而饲养过密的锦鲤池存在- 让我们来找出原因。
1 {" X4 a8 D6 h0 T6 d$ n& M! ^- c, }6 D3 v$ W
深入探讨
' k0 g8 M  w# O5 p* t当谈到过滤尺寸,生活就显得复杂起来。如我之前所述,如果我们只是想要个简单的硝化作用,可以是一个小的过滤尺寸。无论如何,锦鲤迷想要的硝化作用是:
4 L. \9 \- M5 a6 w0 h

*杜松子酒一样清亮的水

*分解和去除溶解性有机物

(dissolved organic carbon 溶解性有机碳. 在环境科学领域,DOC指用规定的过滤方法,不能从水中去除溶存的那一部分有机碳。)

*阻止丝状藻的环境

*鱼生活最佳的环境$ n8 B1 A' ]' D) H& T/ q

试图达到这些宽泛的要求,过滤要做的比仅仅用滤材的基本过滤要大。

# W$ _& J0 D5 y

越长越好

( t+ D8 s7 @0 N0 o8 }  Z

广义地说,“污水”通过越长的过滤仓,生化过滤的效果就越好 – 也即:更长的停留时间。过滤过程中最耗时的过程是将溶解性有机物分解成简单的无机物。这些化合物最终会被生物有机体吸收。

这种复杂的流程链不是瞬间发生的,即使在理想的情况下,需要一定的时间。如果过滤时间不充分,中间产品将被抽出过滤泵回池塘。这显然不是希望的结果,而违背了建造一个过滤系统的初衷。事实上,这可能是为什么有些池塘会出现过多的藻类生长,与过滤仓只产生植物养分源源不绝的理由!

那么,水应停留在生化过滤器中多长时间呢?这首先取决于水的被污染程度。当然,工业污水处理厂 - 处理污染程度更高的生活和工业废水等 - 废水停留在工厂几个小时,直到其被认为处理的足够干净,返回到最近的河道中。鉴于池塘水很可能仅仅是轻度污染水,在生化过滤中停留10分钟,可能的话更长些时间,通常就足够了。

水的污染程度越严重,在过滤仓中通过的时间就要越长,大多数锦鲤池塘至少需要几分钟的停留时间。

那么,你如何计算你的过滤的保留时间?这是通过流率和水在过滤中的体积来确定。如果从过滤输出的水是2000加仑/小时,过滤包含500个加仑(填满滤材时)的水:

过滤停留时间=过滤尺寸/泵速

所以,在我们的例子里:

停留时间=500(升)/2000(升/小时流量)= 0.25小时(即15分钟)。

这个例子里,水需要15分钟通过过滤仓回流到池塘。

* H- p" O) v9 w2 y

在上述讨论中,过滤仓容量是指水在过滤仓中的量 - 不是过滤仓的物理尺寸,这将更大。水的停留时间或过滤仓的大小在相当大程度上将取决于所用的滤材的类型。一种固体介质具有低的空隙空间,如砾石将占用比大孔径,轻质滤材多得多的过滤仓空间,因此导致较低的停留时间。

更多的计算!使用我们的同一个500加仑过滤仓的例子。如果我们现在几乎用碎石填充它,水的体积将大幅减少 - 或许到只有150到200加仑。使用上面的例子,这样的过滤仓中的停留时间现在将成为;

200/2000= 0.1小时(6分钟)或更少

这个结果与前面计算的15分钟的停留时间形成了鲜明地对比。

3 p/ h  R( X. R) O
相比之下,如果同样的过滤仓,几乎没有任何滤材可以替代藤棉或毛刷,可能仍然有超过450加仑生化过滤空间使得水的停留时间超过砾石做滤材的一倍。所以用一个高密度,低孔隙介质,如砾石,做滤材的过滤仓显然需要用轻质的滤材过滤仓一倍以上的空间,以达到相同的保留时间,这解释了为什么传统的锦鲤过滤仓会非常之大。) b8 Y6 l5 T( D: ^& \2 L7 W, `# T% W

因此,过滤仓的大小将取决于所使用的滤材。便宜,密集的滤材如砾石将需要更大的过滤仓,以达到采用轻质滤材过滤仓相同的效率。


% ]/ W, s8 w0 A+ [) x

越快越好吗


+ o$ t- p3 D! i4 ~0 J: [9 K

当一切都刚开始变得有意思时,随之而来的是情况变复杂了。较长的过滤仓停留时间会产生更好的水质,我们同时还必须考虑池水的处理能力。为什么呢?由于受污染的水是产生于鱼池,那么,如果过滤仓的水处理能力过小,鱼池水被过滤仓处理一遍就需要更长的时间。


/ r' Z% R& H: i5 @/ q% U) |

将锦鲤类比成是一个生产废水的机器,对考虑池水的循环次数是有帮助的:昂贵的食物在一端入口而从另一端转变成污水排出。我们看似不可能的目标应该是尽可能快地产生消除这种污染。如果我们能够达到这个目标的话,大部分时间里就有完善的水质条件了。

当我们考虑污染时,不但要特别关注水量的局限性,而且要考虑鱼和食物,我们喂食量的多少 - 因为这是决定代谢氨的总量及固体废物的数量和质量。有几种方法来计算一个锦鲤池氨的生产。粗略的估算可以根据食物的每一天投喂量进行。

: y/ \/ k7 S% b/ n7 ?! K, F  N

鱼食每公斤将转化成平均37克氨,再加上大量的粪便,以及其它有机废料,例如,藻类和微生物,分解出来的氨。重要的一点是,由于饲养密度和投喂量的增加,要想保持水质,池水就需要以前所未有更快的速度被处理。

如果,例如,我们有20000升(4,500加仑)一个鱼池和每天喂给鱼200克的食物,每天将产生氨约7.5克(7,500毫克),平均来说每小时300毫克。(在现实中一天的氨含量会波动,即投喂鱼食后不久最高)。

以这种投喂速率,如果没有去氨硝化作用,在一天结束时,水的氨含量将是24×300毫克的氨=7200毫克。对于20000升鱼池来讲,氨浓度达到了0.37毫克/升,这太高了。

& @: ]9 |& B" e3 Y! J  {  C( a

反之,如果有可能以氨产生相同的速度除去氨 - 即,300毫克每小时 - 稳态氨水平将是零。要如此快速去除氨,我们将不得不使全部池水每隔一小时通过过滤仓一次,就水流量是20000升/小时,否则总是会有一些残留的氨存在。


7 p$ C7 _) F6 o) J; }4 h  X% j

深呼吸!- 如果流量不是20000升/小时,而是按每两小时的流量全池水循环一遍 - 或每小时有一半的池塘水通过过滤仓(同一件事),一个过于简单化的计算将得出的结论是:

每小时可以消除的氨是300毫克的氨/20000升(池容积)×10000(流量升/小时=150毫克,还有150毫克残留在鱼池里,或池水中就稳定增加>0.01毫克/升的氨浓度。 (这使用了简化假设,假设在主池没有发生硝化作用。)

. A* C6 k* A. \" X1 \! M0 f

我们可以看到,饲养密度和/或投喂量的影响,如果我们采取一个夸张的例子中,我们每天以3倍600克的投喂量喂鱼,每天

600克的食物会产生每小时约900毫克的氨。用同样的流量,消除900毫克氨/20000升(池容积)×10000(流量升/小时)= 每小时消除450毫克的氨,还剩450毫克存留在了池塘里,或每小时0.02毫克/升的浓度上升,一个越来越不可接受的程度。


3 M6 S5 p" \: K2 }. e) q; z: d

显然,为了平衡氨产生量的增加的唯一途径是“供”过滤仓氨的流量要增加。

我要强调的是,上述例子是一个过度简单的例子,因为其他的因素,如在鱼池中而不是在过滤仓中发生的硝化作用,也是必须考虑的实际发生的事情。的确,这里的流量或过滤仓的停留时间均小于最佳值,越来越高比例的氨硝化作用将发生在池塘,而不是该过滤仓。虽然硝化系统在什么地方发生作用不能马上显出其重要性 - 它确实有助于解释为什么对有些鱼池中鱼进行疾病治疗的效果更比别人难得多。然而,如果流量保持稳定而投喂量增加时,氨的浓度会稳定增长。

这里没有必要进一步作计算,重要的一点是,当处于高投喂/高密度时,流量是在确定氨的去除率的重要因素。

5 c. f+ o* r( U( _; b: t, m

足够的流量


1 ]9 K9 I, ?% ?$ b  {

那么,什么是足够的流量?如上所述,这取决于投喂量。最普遍引用的忠告是:池水每天要流转8到12次。但重要的是要记住这是一个经验法则,而流量很可能需要随着更高的投喂量和/或饲养密度而增加。当然,每天投喂超过0.25千克的食物的锦鲤饲养者可能要考虑增加流量,尤其是如果有一个周期性的氨的问题。相反,当投喂量减少时,水量量可以降低,比如在冬季。


5 \1 S$ m9 A9 ~4 [4 Q+ Y

鱼池流量依赖于系统内产生的总氨,具有较高的饲养密度,流量也必须相应增加。对于一般密度的鱼池,每小时1/2至1/3池体积的流量应该是足够了。


1 l* t# G- M0 x" ^9 B

过滤尺寸


+ }% E: I. L7 W6 `4 `( u

以停留时间和流量考虑,当谈到选择合适的过滤仓的大小,有两个重要的但相互矛盾的因素:

合适的过滤仓停留时间,从而确保所有必需生化作用的发生,

快的水流,防止鱼池中存在高的氨浓度。

如果我们确定了流量是10000升每小时(2,200加仑/小时),并须在过滤仓滞留时间是10分钟的,那么过滤仓内与滤材接触的水量就需要

有:10,000升每小时 / 60 (分钟)×10 (分钟保留时间) = 1666升或1.6立方米。

水需要在任何时间与滤材接触;这意味着该过滤仓在充满了滤材后应该能够容纳1.6立方米水。这是还需要扣除承托滤材的物体。过滤仓所需要的尺寸,将取决于所使用的滤材。采用高孔隙滤材中,如表面毛糙或塑料滤材,我们需要超过超过1.6立方米一点点的过滤仓填充滤材,这只挤掉的很少水量,而对于固体滤材,我们可能至少需要3立方米以确保相同的水与滤材接触。

水在通过过滤仓的任何时间需要与滤料有接触。

1 Q! H* J6 ~% B4 _  q  K; o

虽然这可能看起来很复杂,这些都需要加以考虑,以避免一些经常困扰锦鲤饲养者最常见的过滤问题的因素 - 即水质波动,高几率的微生物和藻类过度生长。

水在通过过滤仓的任何时间需要与滤料有接触;过滤系统的尺寸变得在饲养密度提高,投喂量增加是显得更加的关键。即使不加入新的鱼,现有鱼池中的锦鲤的持续增长将逐步增加对过滤仓过滤能力的要求。

理想情况下,我们要的是一个相当快的流量,能使鱼池的水每1到3小时循环1次(视投喂量和饲养密度),但同时,水流慢得以几乎无法察觉的状态流过过滤仓,提供发生各种重要的生物过程所需的足够的时间。水通过过滤仓应与滤材伤得生物膜接触至少十分钟,尽可能更长。

5 }+ E6 I+ }# w( ]2 x) h

其他考虑因素

6 `, Q1 O6 y1 R+ u

经过对停留时间,流量和滤材的所有这些讨论,设计过滤还有值得考虑的一些其他重要方面。大多数特制,零售的过滤装置是切实可行的和精心设计的,但我不得不说,有些是相当差,原因如下。

除了整体的过滤仓的大小,这是我们已经讨论过,另一个重要的方面是形状和腔室之间的水流动。即使是填有几个立方米滤材的过滤仓,如果没有很好地使用,也是没有用的。一个过滤仓系统的设计应该是这样的水均匀地通过所有的滤材,而不是仅仅在一边或从中间通过。

4 J  N* H1 V% N: R$ W4 C

理想情况下,水流出入口应和过滤仓同宽,否则会出现一种倾向,造成水流通过一个窄的通道进入下一个仓,导致该仓之内“死”点。方形仓不是最有效的,在拐角产生小水流。这个缺点在某些情况下已被克服,通过使用弧形的或圆形的过滤仓,该仓中提供一个更有效的“工作”区域。通过仔细设计,水从一个仓流到下一个仓时形成旋涡运动。这有助于避免盲点,使水平缓流过滤材,在较小的程度上,将有助于拦截一些较细的固体。

0 B* M+ u5 H! g/ f0 L

在过滤仓的设计同样重要的是维修的便利性和效率。最佳的设计是每个过滤仓底部有排污管便于清洗,而且底部需要向排污管倾斜。每个仓底部定期排污和冲洗将有助于清出细颗粒物,而周期地排空过滤仓和用池水清洗滤材,可以防止有害的污物和其他有机碎屑的积聚。

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养鲤养性、陶冶心情、感悟人生、快乐随行

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