先提一個大概念：水質處理；可能您第一個概念是汙水處理，這個是很寬泛的概念，大到水產養殖水處理，畢竟中國水產養殖產量多年來持續蟬聯全球第一的；小到家裡魚缸、戶外的魚池、甚至小溪流無時無刻都在發生著水體和水質處理的過程；近些年發展出工廠化循環水養殖模式，成為集現代化、集約化的新模式，可以解決養殖水日益增長和水資源枯竭及汙染問題的一種新的方式。
魚池的過濾系統是我們的主題，內容涉及：
- 我們過濾什麼，從固體、氣體、殺菌消毒等角度入手
- 水體中氮循環和安全參數
- 常見的過濾材料，各自的特點及作用對比
- 六角過濾器原理和設計原理
- 案例分享，四天水變清的實例見證及水體設計思路
相信您看完可以對魚池過濾有一個更清楚的認識。
二：養殖水體過濾到底“過濾”什麼
追根溯源，不論是自然狀態還是現代化“過濾”模式，都是利用各種方式進行水體處理的過程，水處理的圍繞著，去除養殖汙水中的固體物、控制養殖水中的氣體、殺菌消毒、溶解性有機物的去除 進行。
2.1 固體物處理
養殖生物的新陳代謝和投入養殖池中過量餌料、魚蝦的糞便和部分漁藥是固體物的主要來源。
養殖池中的固體物分為：沉澱性固體物、懸浮固體顆粒物和可溶解態顆粒物。
2.1.1 沉澱性固體
沉澱性固體一般比較大，肉眼看上去很明顯，也是比較容易去除，一般處於養殖槽的底部，這類沉澱物需儘快排出系統中，否則會在微生物作用下轉換為氨氮和硝酸鹽等有害物質，同時還會消耗水體中的溶氧導致養殖動物缺氧甚至死亡，帶來損失。
目前採用的處理方式主要是利用沉澱、連通器和虹吸等物理方法去除；即設置沉澱池或底排汙系統。
舉個倒管式的例子，倒管式結構和操作較為簡單，限制因素少，適用性廣泛；不過需要大量勞動力、費時費力，且來水端水位一定要高於出水端水位。
2.1.2 懸浮和可溶性顆粒廢物
固體顆粒物顆粒小、不易沉澱、加大了處理難度，目前採用的主要是機械過濾、微濾膜過濾和一些吸附方式去除。
可溶性目前主要採用的是蛋白分離器，利用水中氣泡表面可以吸附混雜在水中的各種顆粒狀汙垢及可溶性有機物原理，採用充氧設備產生大量的氣泡泡沫，收集在水面容器中，變成黃色的液體被排出，實際生產中，正常分離率只能達到約30-50%。
懸浮及可溶性顆粒廢物處理方式想比沉澱式需採用專業設備，除造價成本高昂外，運行電費成本都是不小的開支，比如僅一臺蛋白分離器動輒上萬，這些都是工廠化養殖常用的方式。
2.1.3 固體物處理
從固體物的來源可知，如何及時處理魚糞，使魚糞及殘渣最短時間處理掉是整個系統效率和安全的先決條件。
比如水體快速循環、魚池形狀設計、推水和水流路線及方向、魚池過濾系統設計均會影響到固體物處理效率。
2.2 養殖用氣體的控制
氣體的控制主要以保障養殖動物呼吸作用的溶氧及時去除水體中CO2為目的。一般養殖用水要求DO（溶解氧）的含量在4mg/L以上，CO2的含量在25mg/L以下。通常水體中溶氧含量高，溫度比較高的情況下，生長髮育速度快。工廠化循環水養殖一般往養殖水體充純氧，而不用空氣中的氧氣，因為純氧是百分之百的氧氣，而空氣中的氧氣僅佔大約21%左右。如果直接把空氣中的氧氣添加到養殖水體中，這樣大大降低了養殖水體中的溶解氧。去除養殖水體中的CO2，則普遍採用曝氣的方法，常用的曝氣方法主要有氣石曝氣。
曝氣可以同步解決溶氧和CO2排出，曝氣方式和效率決定了整個養殖環節的成本、比如曝氣設備投入及運行是耗電投入。
2.3 養殖用水的殺菌與消毒
養殖水體是一個複雜的系統，系統平衡時有益菌與有害菌相安無事，一旦環境突變或者水體發生改變，水體中的有害菌會大量繁殖，增加了水產病害爆發頻率和風險。這時候我們需要用一些措施進行去除水體中的有害微生物，或者說是消毒，目前主要的採取措施有紫外線和臭氧消毒兩種方式。
紫外線消毒
紫外線是利用紫外波長的光，可以破壞細胞的DNA，阻止細胞再生能力是細菌變得無害，特點是運行成本低、安全可靠。同時紫外線也是抑制水體中藻類爆發一個很重要的手段。
臭氧消毒
臭氧消毒是利用臭氧強氧化劑的特性，其殺菌能力比氯強600-3000倍。臭氧和養殖水體中的微生物作用時間很短。只要在養殖水體中臭氧濃度0.3-2mg/L，臭氧和養殖水體接觸0.5-1min內，臭氧就可以致死微生物。臭氧消毒處理汙水量大，見效快、效果好；但成本高，水中的殘餘臭氧不易檢測，且容易對水產品造成傷害。
生石灰和漂白粉
生石灰它不僅能夠殺滅養殖水體中的有害微生物，它還能夠增加養殖汙水中的PH值，增加養殖水體中的Ca+離子，利於養殖動物生長繁殖。一般在使用養殖池前10天左右，全池潑灑生石灰，每畝用量為100-150kg。如果急需投放水產動物到養殖池塘中，我們可以往養殖池中潑灑漂白粉。一般漂白粉在投放水產動物前7天潑灑，漂白粉的用量致使養殖池中的漂白粉濃度為20ml/L。漂白粉它可以殺滅養殖池中的有害微生物，但他不具備調節養殖水的PH值。但它和生石灰相比，具有藥效期短等優點，所以在水產生產中被廣泛應用。
小結
有沒有一種方式可以同步解決溶氧和CO2，我們可以引入植物呼吸作用的模式，植物葉綠體可以通過呼吸作用吸收環境中的二氧化碳，轉化成氧氣，氧氣曝氣進入水體給魚提供呼吸。
想必您肯定猜到了，這不就是“魚菜共生”嗎？是的！魚菜共生不僅可以實現氣體循環，植物根系還可吸收水體中的氮元素，這有跟我們將要闡述的溶解性有機物和氮循環非常密切了。
2.4 溶解性有機物與氮循環
2.4.1 氮循環與“魚菜共生”
微觀上說， 一個完整的氮循環模式是：生物（有機物）—>氨—>亞硝酸鹽—>硝酸鹽—>生物（有機物）。整個氮循環，硝化細菌至關重要。
在水產養殖系統中，經過長期的大量積累，水生生物排洩物等有機汙染物甚至動物屍體較多，在異養性細菌的分解作用下，其中的蛋白質及核酸會慢慢分解，產生大量的氨氮等對水產養殖動物有毒有害物質。氨在亞硝化菌或光合細菌作用下轉化為亞硝酸鹽，亞硝酸與一些金屬離子結合後形成亞硝酸鹽；而亞硝酸鹽又可和胺等物質結合，形成具有強烈致癌作用的亞硝酸胺。因此，亞硝酸鹽常與氨相提並論。由於亞硝酸鹽長期蓄積，致使養殖水生動物中毒，導致魚、蝦等抗病能力下降而受到各種病原體的侵襲。但亞硝酸鹽在硝化細菌的作用下，可轉化為硝酸後，很容易形成硝酸鹽，從而成為可以被植物吸收利用的營養物質。
魚菜共生是魚、菜、微生物共生系統
硝化細菌可以生活在不同的環境中，如土壤、砂石、水和空氣中，是硝化過程的一個基本組成部分。在硝化過程中，有兩類細菌參與其中：氨氧化菌、亞鹽氧化菌。它們以下列順序代謝氨。
1. 亞硝化細菌將氨(NH₃)轉化成亞硝酸鹽(NO₂-)。
2. 硝化細菌將亞硝酸鹽(NO₂-)轉化成硝酸鹽(NO₃-)。
2.4.2 水體中溶解性有機物
三：“過濾”都有什麼材料？
“過濾”從原理上分為兩種，一種是物理過濾，常見的比如通過吸附、沉澱、負壓等原理進行，另一種更為重要的是生化過濾，利用一些材料附著的微生物形成“生物膜”對水體中的“營養物質”進行生化處理。
兩種方式缺一不可，有的是兩種結合一起使用，我們先來重點了解一下“生化”處理方式，專業概念叫“生物掛膜”。
生物膜技術是利用附著生長某些固體物表面的微生物（即生物膜）進行有機汙染水處理的方法。
有三個必要條件：
其一，掛膜材料或填料，它是微生物存在的載體；掛膜材料可分自然掛膜材料和人工掛膜材料。自然掛膜材料是沒有經過人工的加工處理的材料，它廣泛存在於大自然當中，包括沙粒、石灰岩、大理岩、珊瑚石、火山石。人工材料包括陶瓷環，毛刷、過濾球、藤棉等；
其二，營養物質，它包括養殖汙水中的N、P等元素；
其三，微生物，它是生物掛膜的主體，它們主要是由細菌、真菌、藻類、原生動物、後生動物和其他一些肉眼可見的生物群落組成。
通俗的理解，首先要有微生物等等生物群落、營養物質是微生物的“食物”、過膜材料是微生物居住的“家”。
3.1 自然掛膜材料
通過上表我們可知，自然材料中我們可以就地取材使用很多，每種材料都有自己的特色和缺點。
1. 珊瑚石，可調節酸鹼度，附著菌群，自然狀態下珊瑚是呈立體的一層一層結構，且海中表面積大，水體接觸面積大，人工模擬出自然狀態下成本會非常高，通常一袋一袋堆放在過濾槽中，如果水流設計無法實現最大程度水體通過材料，效果受很大的影響。
2. 沙粒主要利用顆粒之間的縫隙進行過濾；自然界中流動的沙粒可以起到很好的作用，也不需要清洗；貝殼主要是起到釋放鈣離子與水體中磷酸根產生沉澱；二者取材方便，使用起來侷限性也很大，需要足夠大的體積，在自然界中可以作為一個輔助，包括石頭、枯枝腐木也可以起到附著作用。
3. 火山石是一種很好的礦物基質，大水體時可以作為無土基質，火山石資源豐富的地區用來作為基質來種菜也是一種不錯的選擇，當然前提是材料獲取成本和人工改造成本低，且需要設計好水體循環和對應的體積。
3.2 人工掛膜材料
人工掛膜材料是借鑑了自然掛膜的原理和特點，常見的有陶瓷環、毛刷、過濾球、藤棉等。
①陶瓷是高溫燒製而成，酸鹼性中性；主要作用是起到吸附和培菌作用，使用一段時間後容易被淤堵需要進行清洗維護，且重量比較沉多處於水體底部，水體循環比較困難。
②毛刷利用纖維的表面進行菌膜吸附，佔用體積大，多為配套的毛刷池，且需要嚴格控制水流方向才可使整套系統均勻掛膜，從而增大水體的反應接觸面積；主要用在汙水處理或大規模工廠化循環水養殖中。
③過濾球是新型的過濾材料，可以切割改變水流方向，配合合理的水流設計和反衝洗可以充分利用水流量起到很好的過濾效果，過濾球也需要注意幾個問題：材料需是新料、無毒、包括直徑和水流設計都需要特別注意。
④藤棉，多孔材質可以進行過濾和附著硝化菌。
小結
人工掛膜材料與自然掛膜材料均作為微生物固化的載體，每種載體都有自己的特色和適用範圍，然而，所有的掛膜材料都應該有以下的特點。
（1）應具有足夠的穩定性，包括物理、化學和機械的穩定性，應抗水解、耐酸鹼、抗氧化和抗紫外線照射，同時，載體應能承受一定的機械壓力、耐磨損。
（2）傳質性能良好，系統中底物、產物和其他代謝產物應能夠自由擴散。
（3）應具有良好的生物相容性和惰性，既不會損傷細胞又不易生物降解。
（4）應具備較大比表面積、良好的形態結構，多孔、可以結合足夠的生物活性分子及菌膜，提高生物降解效率，增大容積負荷。
（5）材料價廉易得，製作過程簡單易行，投資及運行成本低。
人工掛膜往往採用表面積大、多孔、生物相容性好、惰性材料、耐酸耐鹼，不易被微生物分解的材料加工而成。人工掛膜材料比起自然掛膜材料具有產量大、運輸成本低、生產成本低、且易宜購買等特點。
每種材料都有自己的特色，我們在闡述每種材料時都特別強調了水流設計和循環模式，那麼有沒有一種產品可以融合過濾材料的特長又可以高效率？水流改如何合理的設計？
四：六角過濾器—集物理與生化過濾於一身的過濾神器
“六角過濾器”是小川團隊研發的一套高效養殖水體的過濾生化處理裝置，通過獨特的系統設計配合水體氮循環實現水體的的物理過濾、發酵分解、硝化作用，對養殖水體的快速淨化，為養殖對象提供優良的生長水環境。
“六角過濾器”與傳統過濾產品相比具有佔地面積小、安裝移動方便、維護簡單、生化效率高等優點，是集約化養殖、生態農場、魚菜景觀水體淨化最佳選擇。
六角過濾器示意圖
本過濾器外部配套有流量泵、進水管、流量調節閥、回水管、零耗能造浪混氧器；內部配置包括過發酵分解過濾袋、導流板、硝化倉、溢水口。
工作原理：
1.流量泵通過進水管將養殖生產廢水輸送至發酵分解過濾袋，殘餌、魚糞等有機物進行物理過濾和有壓厭氧發酵，發酵後小分子隨水流由過濾袋網孔而出。
1. 濾水經上口導流板反向導流，自下而上反向湧水。
2. 濾水經設備柱體下部硝化區反流硝化。
3. 硝化區滿水經中部排水溢流口溢水迴流。
4. 回水管內配套有紫外線殺菌燈，可以有效抑制藻類生長。
5. 回水管末端配有零耗能造浪增氧裝置可以實現增氧和造浪增加水體循環。
4.2.1發酵分解過濾袋
4.2.2硝化倉與生化球
六角過濾器與傳統過濾方式對比
小結
六角過濾器採用合理的結構和水流設計，充分發揮了發酵分解過濾袋和生化球、藤棉物理和生化過濾作用，實現不足一平米的平面空間，處理大水體的作用，且成本低廉、安裝簡單、經濟實用。
2018年7月29日 系統運行18天水體情況
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困擾多年的別墅魚池，三臺六角過濾器四天大變樣
延伸：過濾材料和方式如何選擇
- 選擇合適的過濾材料，並通過設計最大程度發揮出材料的特點
- 選擇水體的要達到的效果，如何評判
- 成本考慮：整體成本、改造成本、維護成本、安裝成本
- 六角過濾器是別墅魚池、陽臺、景觀農場、高密度養殖不二選擇
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