一種新型水質自循環凈化裝置設計

許娜芬　江武志

摘 要：為抑制水中藻類生物大量繁殖，殺死有害細菌，本文設計一款集超聲波、臭氧和紫外線的自循環水質凈化器裝置。該裝置可以為水族箱構建一個優質的水環境，滿足水生物對封閉的健康水環境的需求。文中主要介紹了裝置系統設計框圖和軟件設計流程圖，并詳細介紹水質凈化原理過程，并給出了裝置的優缺點。

關鍵詞：自循環；凈化器；系統設計；軟件設計

隨著經濟的的發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，從小魚缸到自循環凈化生態模擬水族箱。而可實現自循環凈化生態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環境，使生物長期存活。隨著電子產品集成化的發展，水質凈化一體化裝置成為趨勢。并利用多種技術如物理、生物和化學等為水族生物提供一個良好的生存環境[ 1 ]。本文設計的一種自循環的超聲波紫外臭氧水族箱殺菌裝置，可以為水族箱構建一個優質的水環境。

一、系統設計原理

如下圖1所示，本裝置由外置超聲波清洗頭、水質凈化控制主板、直流功率抽水機、凈化過濾盒（固體過濾區和水質凈化處理區）、水質檢測頭、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，由水質凈化主控板交替產生20khz和40khz的變功率方波，直接驅動外置超聲波清洗頭。水族養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生振動，會不斷地膨脹和收縮，當經過一定次數的膨脹和收縮之后，氣泡在聲力的作用下產生爆破。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。本步驟持續時間在幾分鐘內，可以達到初次物理凈化效果。第2步，污水主控板直接驅動直流功率抽水機，讓水族養殖箱的污水從裝置的污水進水口流入到凈化過濾盒的固體過濾區。第3步，固體過濾區的污水在地球重力的作用下經過多層固體過濾網流入水質凈化處理區。多層固體過濾網可以將水族養殖箱的灰塵、魚類排泄物等微小顆粒留在固體過濾區。第4步，水質凈化區水中的微生物和有害細菌被功率紫外線線輻射下而死亡；當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、有害細菌的細胞發生氧化作用，從而已達到除菌消毒的效果，同時臭氧對水族箱內的藻類起到明顯的抑制效果。水質凈化區的超聲殺菌頭與水族箱內的外置超聲波清洗頭不同的地方是，它的功率較大持續時間更長，氣泡爆破時產生了更高溫更高壓的局部區（有害細菌、藻類將迅速被殺死），同時不會傷害到水族箱內的養殖物。第5步，主控板通過檢查水質監測頭確定水的品質后，控制水閥的出水量和抽水機的污水進水量。

二、軟件設計流程圖

接通電源，系統將初始化所有模塊。檢測水質是否達標，如果水質沒有達標，關閉水閥，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，再進行水質檢測，以此循環。

三、裝置優點

1）本裝置幾乎對所有細菌、病毒微生物和藻類都起作用；它體現了力的、熱的、光的物理作用和臭氧的氧化化學作用（臭氧及其氧化作用對環境不造成任何污染）的結合，因此它反應時間短，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添加劑，環保安全、無二次污染、純物理殺菌不產生任何毒副作用。

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

4）超聲波紫外線臭氧殺菌器可長時間連續大流量消毒、操作簡單方便、能耗低、運行維護費用低、結構緊湊、占地空間小，經濟方便。

四、小結

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

參考文獻：

[1] 施鯤.水族箱水質凈化和觀賞魚飼料[J].漁業現代，2000（5）：26-27.

基金項目：

項目受中山市科技計劃項目支持，項目編號（2015B2311）

作者簡介：

許娜芬，女，碩士研究生，研究方向：電子。