维生系统专项施工方案知识分享

维生系统专项施工方
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维生系统专项施工方案
目录
1. 维生系统设计综述 0
1.1. 维生系统介绍 0
1.2. 维生系统设计概况 0
2. 维生系统设计重点分析 0
3. 主要维生设备功能简介及安装施工要点 (3)
3.1. 化学过滤系统 (3)
3.2. 生物过滤系统 (6)
3.3. 循环系统 (7)
3.4. 温控系统 (12)
3.5. 消毒杀菌系统 (15)
3.5.1. 臭氧系统 (15)
3.5.2. 充氧系统 (17)
3.6. 照明系统 (19)
1.维生系统设计综述
1.1. 维生系统介绍
能否为海洋生物营造一个适于生存和健康的生命维护系统（简称维生系统），是极地海洋馆能否成功运营的关键技术之一。

维生系统顾名思义指的是维持生物生存﹑延续生命的一套设备，该系统要提供足够的氧气、适宜的温度和水质。

维生技术是海洋馆的核心技术之一，它集海洋生物学、海洋化学、物理学、材料学和水处理技术于一身，是多学科综合交叉集成的一项专门技术。

1.2. 维生系统设计概况
海洋馆维生系统（life Support System——LSS）的建造依据海水来源，可分为沿海型（使用天然海水）和内陆型（使用人工海盐）两类，三亚海棠湾项目的海洋馆的维生系统为沿海型维生系统。

沿海型海洋馆只需抽取远无污染的当地海水，做简单的过滤、控温、杀菌处理后即可满足要求。

2.维生系统设计重点分析
维生系统一般包括过滤槽﹑热交换设备﹑杀菌系统及其连接的管路等。

维生系统的设计成功与否，关系到水族馆展示的成败及未来整个馆维护和管理的大局。

在硬件设计方面，应注意以下六项。

1 展示池聚污和排污的收集和排放系统
不论是一般家庭的小水族箱或大型水族馆，在设计或装配阶段一定要注意重的悬浮物﹑粪便﹑残饵等的排除。

绝不可将这些物质累积在展示水体的某个角落，造成部份的缺氧并产生还原作用生成硫化氢等有害物质。

设计重点有三：
1）注水管的设计：大型水族馆应注意如何利用水流造成聚污的效果；小型水族箱则是利用水流排污；
2）溢流口的设计：在大型水族馆其目的是用来除沫、排除轻的悬浮物及水面油层，更具有曝气之效果；
3）排污管的设计：排污管的设计位置必须是污物聚集的场所，以利于污物的排出。

该点正是设计上成功与否的关键，关系到未来的维持管理，甚至连维生系统的效率及生物容量问题都与此息息相关。

2 管路设计
管路设计的优劣关系到日后维修和管理的方便与否，甚至与日后的经营成本息息相关。

一般设计上采用的方式有：上悬式﹑上蔽式和下蔽式三种，早期设计强调美观，以上蔽式设计为主，近年的设计强调以实用为主，维修容易，节省成本及满足人类的好奇心，同时让人们了解幕后区维生系统的庞大，亦是展示一景的理念下，产生了上悬式的设计，不刻意掩蔽管路。

管路在维生系统上的设计原则一般而言是越短越好，稍微粗一些会更好，然而在实际应用中有困难，因此必须考虑空间﹑施工与操作成本等因素。

3 过滤设备的选择﹑配置及设计
一个维生系统会采用几种过滤方式，如：机械式过滤﹑生物过滤﹑物理过滤及化学过滤等，再由其中选择必须的方式进行设计。

机械式过滤及物理过滤的方
式有：砂过滤﹑滤网式过滤﹑活性碳过滤。

生物过滤的方式有：砂过滤﹑滴流式过滤﹑生物网法过滤﹑活性污泥法过滤﹑去氮过滤等。

其中设备变化较大者为砂过滤：其设备可分为直立式砂过滤槽及横卧式砂过滤槽。

通常直立式砂过滤槽具有两种以上尺寸的砂粒，兼具机械式过滤及生物过滤之功能，砂的材质种类繁多，设计者及使手者应对其特性有相当了解后才能应用。

而一般用横卧式砂过滤槽的直径较小，所用砂的尺寸只有一种，其机械式过滤的功能大于生物过滤。

过滤系统是整个维生系统的核心，主要的功能在于保持展示水体的透明度，给展示生物所在水体提供一个良好的水质环境，如何设计将是一个因环境仁者见仁智者见智的专题。

4 热交换设计
热交换的设计，必须首先考虑到该水族馆所取水源一年四季的水温上下限及季节变化﹑换水的方式﹑生物蓄养量和生物过滤的能力等，然后决定冷却加温设备的设计。

一般而言在热带的水族馆，通常只考虑冷却；温带的水族馆加温比较重要，方式由环境决定。

如何取得低成本的冷源及利用废热等变成热交换是重点考虑的一环。

5 杀菌系统
在水族槽中考虑到废弃物、残饵等及其溶出物在生物过滤系统中滋养了一大批的细菌，随着水体再次进入展示池，故必须将其中的细菌数予以减少，以保护展示生物的安全。

一般而言杀菌系统有两种，一种为UV杀菌系统，另一为O3杀菌系统。

大型水族馆考虑到空间及效率问题，近年来都偏向采取O3杀菌系
统。

而且从早期的多槽式接触演变为今日的双槽式或单槽式接触；脱气槽也分联接式及分离式。

3.主要维生设备功能简介及安装施工要点
3.1. 化学过滤系统
蛋白分离器（Protein Skimmer）：又称蛋分器，化蛋、化氮器，蛋白质除沫器，蛋白质分馏器和泡沫分馏器。

它是利用水中的气泡表面可以吸附混杂在水中的各种颗粒状的污垢以及可溶性的有机物的原理，采用“文丘里器”等设备或旋涡泵产生大量的气泡，使通过蛋白质分离器的海水净化，这些气泡全部集中在水面形成泡沫，泡沫堆泡沫最后收集在水面上的容器中（收集杯），就会变为黄色（垃圾多了后变成深色）的液体被排除。

大水体中，则是将鱼只排泄废物或残饵等分解成大分子蛋白眎、蛋白肽，并从水中分离出来。

蛋白分离器可以有效地清除水中的有机物颗粒、蛋白质、有害金属离子等，水质净化效果较好。

减轻水体有害物质的含量。

使用蛋白分离器的副作用是也会同时将水体中的微量元素分解一部分。

蛋白分离器是化学过滤最有效的方式。

蛋白分离器的优点：
1 完全单独使用，根据水体饲养量增加过滤器数量；
2 它能在有机物分解成有毒废物（氨氮）前将它分离，减轻了生化系统的负担；
3 增加水中的溶氧量。

蛋白分离器的缺点：
1 会氧化水中的微量元素，如铁、钼、锰、碘等重要的微量元素；
2 会造成盐分的丧失；
3 海水被雾化后会无孔不入，且腐蚀性很强。

虽然蛋白分离器有许多优点，但它最多只能清除水循环中80%的有机新陈代谢产物。

为了达到更佳的效果，蛋白分离器必须同时配合使用臭氧机使用。

水中也含有一些蛋白质分离器所不能分解的物质，包括血浆蛋白之类的蛋白质，以及氨基酸中蛋白素的某些成分。

通常蛋白质分离器只能清除30%到50%的物质。

若要蛋白质分离器愈活跃，它所需要的动力就愈多。

有了动力的输入及表面的扩大，除了蛋白素的结合之外，还可产生其他的作用。

首先，一个非常有利的因素，就是大量的氧气会注入水中，这些氧气可以促进细菌分解残渣。

但是，这项作用也会除去水族箱中的二氧化碳，因为使碳酸盐硬度下降，pH值升高。

由于不同气体，也就是二氧化碳和氧气的密集交换，使得反应接触点部分的氧气含量极高，因而导致铁、钼和锰之类的主要微量元素在水面之外被氧化掉。

此外，对于单细胞虫黄藻的影响也十分重大，其用来保存微量元素的凝胶，会因为这种反应而解体。

而蛋白质分离器所排放的净水充满了丰富的氧气，只含有少量的二氧化碳、微量元素和维生素，所以在使用蛋白质分离器，必须适当地添加这些物质。

然而，这也可能会产生特殊的困难，尤其当蛋白质分离器必须额外地依靠臭氧来工作时，则上述反应都会更加增强。

1 蛋白分离器安装及操作要点：
安装蛋白质分离器安装仅仅需要简单的工具 (螺丝起子和扳手)，塑料胶加管道密封剂。

1）蛋白质分离器选位应考虑管系连接，操作方便和可维护性，并水平放置，选位后放置在混凝土板上，或非常坚固的地上，相对高度应高于池水水面；
2）安装前应检查各部分有无松动、脱落；
3）连接抽水机管道到标志“进水口”的法兰，并在管道中设置阀门，前端推荐使用“海水专用砂滤罐”作为物理过滤，或设置微滤机等过滤设备，以提高蛋白质分离器的工作效率；
4）连接水池管道到标志“出水口”的法兰，并使管道保持畅通；
5）连接排水管道到标志“排污口”的开口；
6）如果有臭氧机，将臭氧机的出气口连接在本机的进气口；
7）确认所有管道连接是否紧密；
8）连接水泵的电源及开关，但不要开启水泵！（注意：水泵使用AC220V电源，应可靠接地；建议把开关安装在便于操作的位置）。

2 安装并启动蛋白质分离器
1）确认所有管道及电源连接已经安装牢固；
2）打开进水阀门，让蛋白质分离器内部充满水；
3）打开水泵电源开关，水泵开始工作；
4）如果有臭氧机，打开臭氧机的开关；
5）一段时间后，蛋白质分离器顶部的透明部分可见到泡沫堆积（视乎水体所含蛋白质的多少，时间一般为30 分钟左右，新的设备由于本身内部需要一个自洁过程，时间会相应延长），待泡沫高度稳定后，调节出水口的调节阀门，使泡沫高度在蛋白质顶部透明部分的一半高度偏上位置，不久就可以看到有黄色或黑色的脏水被分离出来。

3 注意事项
1）确认所有管道连接是否紧密；
2）平时排水阀门保持关闭，排污阀门保持开启；
3）水泵不可空转，必须使蛋白分离器内部注满水后，再开启水泵电源。

4 关于保养
1）定期检查水泵的工作状况，其工作效率直接影响到整个蛋白分离器的效率。

2）定期清理透明管里的污迹，观察泡沫高度；
3）消音器内定期补充淡水；
3.2. 生物过滤系统
过滤系统中负责生物过滤的部分，包括：
1 重力过滤池
如果缺少前置过滤，将增加生物过滤的负担。

生物过滤的滤材要求表面积尽量大，内部多孔的φ2～5m小规格珊瑚砂是最佳材料，其次φ1～2mm的小规格石英砂也是常用的滤材。

另外常用的生物过滤的材料还有：多孔的陶瓷环、多孔的生物过滤球（塑料材质）、多孔的沸石，表面粗糙的多层尼龙面。

正常的生物过滤是耗氧反应，只有重力池能满足条件。

砂缸由于是密闭容器，不会产生生物过滤。

2 滴流式过滤器
通常在小水体中使用，是将塑料割成的多页片式的生化球置于上端开口的容器内，在底部有一个水泵。

污水淋入容器内，生化球并非浸泡在水中，而是裸露在空气中，当污水由上面进入容器内，沿着生化球表面流至容器底部然后由水泵抽走。

由于生化球是裸露在窄气中的，故氧气的供应不成问题。

污水沿生化球表面流过源源不断的为附着在其表面上的硝化细菌提供丰富的营养盐（污垢中含有的氮化合物）。

因此硝化细菌十分活跃，硝化反应十分的强烈。

一旦发
生动力停止运转，水流停止，因为生化球是裸露于空气中，氧气仍然是相当的充足，既使暂时缺少了硝化细菌生长所必须的营养盐，硝化细菌也仍然可以存活2天～3天。

当动力恢复水流又重新流经生化球，硝化细菌又立即吸收营养盐硝化工作又正常进行了。

只要生化球表面保持一定的湿度，硝化细菌就不会死亡，这是滴流式过滤器的最大优点。

流水不断流经生化球并不断的冲刷生化球表面，将已老化死亡的菌冲到容器的底层，使新的菌层迅速生长，使硝化作用一直保持着很高的效率。

3 海藻过滤器
通常使用鹿角藻等大型藻，它们直接以硝酸盐和磷酸盐为营养盐，可以减少换水量，降低海盐成本。

但是海藻的饲养难度比较大，对光照、水流、温度、微量元素的要求比较高，不易控制，不易大面积推广。

3.3. 循环系统
循环系统是维生系统的重要组成部分，主要有水泵、连接管材、阀门、砂缸组成，占地面积较大，管口的预留预埋、管路的安装顺序、选用水泵的流量、扬程、吸程、进出口口径、水泵的材质都是施工的重点。

1 管道安装
1）管材，管件，接口密封材料的性能要求
（1）管件的规格品种，公差，物理学性能对保证工程质量是至关重要的。

管材、管件的公差的物理力学性能应符合国家现行产品质量标准的规定，并应有出厂合格证。

规格品种应符合设计的要求。

管材、管件的外观质量还应符合下列标准：
①管材、管件的颜色应一致，无色泽不均及分解变色现象；
②管件的内外壁应光滑，平整，无气泡，无裂口，无明显的痕纹和凹陷；
③管材端面应平整，并垂直于轴线；
④管材不得有异向弯曲，直线度公差应小于3‰；
⑤管件应完整无损、浇口、溢边应修平整，内外表面光滑、无明显裂纹。

（2）粘结剂：与管材配套供应，其卫生性能，不得影响海洋生物的水质。

粘接接头的剪切强度不得小于5Mpa。

不同型号的粘结剂应分开存放，防止混用，超过有效期的粘结剂不能使用，发现粘结剂含有块状、絮状物或分层时都不得使用。

2）管道安装铺设的一般要求
（1）管道铺设应在标高和管道基础质量检查合格后进行，在铺设管道前要对管材管件均不得采用。

管件等重新做一次外观检查，发现有问题的管材、及时处理。

（2）管道应由进水方向依次安装。

承口朝向水流方向，插口顺水流方向安装。

（3）塑料管道穿墙处，应设预留孔或安装套管，在套管范围内管道不得有接口。

（4）塑料管连接的工序为：划线→按规定的尺寸切割管段→管子连接部位的预加工→对接。

塑料管划线应用软铅笔，不能使用破坏塑料管表面的划线工具。

（5）连接部位的管子表面距接口50～100mm一段不得有毛刺、污垢及凸疤。

（6）管口各部尺寸、公差应符合国家标准的规定；管身不得有划伤。

塑料管材切口效应十分敏感，划伤是管道投入运营后的隐患不可忽视。

（7）接口安装时，应预留接口伸缩量，伸缩量应按施工时的闭合温差计算确定。

（8）管材在施工中被切断时，须在插口端加工出倒角，并应划出插入长度标线，然后再进行连接。

（9）接口安装可按下列程序进行：
①先将承口的内工作面和插口外工作面用棉纱清理干净。

②将连接管道的插口对准承口，保持插入管段的平直，用手动葫芦或其他拉力机械将管依次插入至标线。

若插入阻力过大，切勿强行插入。

（10）承插式粘结接口适用于PVC-U塑料管，不适用于高密度聚乙烯塑料管。

（11）承插口各部尺寸应符合国家标准的规定；管身不得有划伤。

（12）粘结接口不得在雨中或水中施工，不宜在5℃以下施工。

粘结连接接头剪切强度不得低于5Mpa，不得使用含有块状、絮状物、离析分层的、过期的粘结剂。

（13）管道在施工中被切断时，须将插口处，挫成坡口式倒角后再进行连接。

切断管材时，应保证断口平整且垂直管轴线。

加工成的坡口应符合下列要求：坡口长度一般不小于3mm；坡口厚度约为管壁厚度的1/3～1/2。

坡口完成后，应将残屑清除干净。

（14）承插式粘结接口连接应按以下程序进行：
①管材或管件在粘合前，应用棉纱或干布将承口内侧和插口外侧擦拭干净，使被粘结面保持清洁，无尘砂与水迹。

当表面粘有油污时，需用棉纱蘸丙酮等清洁剂擦净。

用50-60#纱布打毛处理，用丙酮溶液擦洗干净后，进行粘接。

②粘接前应将两管试插一次，使插入深度及配合情况符合要求，并在插入端表面划出插入承口深度的标线。

③用毛刷将粘接剂迅速涂刷在插口外侧及承口内侧结合面上时，宜先涂承口，后涂插口，宜轴向涂刷，涂刷均匀适量。

④承插口涂刷粘接剂后，应立即找正方向将管端插入承口，用力挤压，使管端插入的深度至所划标线，并保证承插接口的直度和接口位置正确，同时必须保持规定的时间，以防止接口脱滑。

⑤承插口连接完毕后，应及时将挤出的粘接剂擦拭干净。

粘接后，不得立即对结合部位强行加载，其静置固化养护时间不应低于90秒。

（15）压力试验和方法
分段预埋管道，在完成每段管道施工后用压力检测设备进行现场试压。

实验压力2公斤保持压力2小时。

3）管道阀门施工标准及要求
严格执行施工规范，按施工图，施工手册进行施工。

对施工完成部分要做好成品保护。

管道施工必须横平竖直。

吊线、格墨、打水平、拉直线（预埋管道除外）。

垂直敷设的管道必须按底架安装，水平部分用支架固定。

固定支点之间的距离要根据管道具体的负载量在1.5至2米之间。

4）管道桥架的安装
管道桥架必须根据图纸走向及现场建筑特性设计。

管道桥架安装必须横平竖直。

管道桥架安装必须根据桥架大小，精确计算出承托点受力情况。

要求均匀、整齐美观及牢固可靠。

管道支架形势有多种，其中包括：龙门支架、吊架、Z型支架等。

根据具体情况使用不同固定方式。

严格把好质量关，水平间距不超过2米，垂直间距不超过3米。

2 水泵安装要点
1）水泵开箱检验应注意应检查泵浦是否是完好及机组紧固件有无松动现象，泵体流道有无异物阻塞，以免水泵运行时损坏叶轮和泵体。

2）水泵安装时必须注意支撑台的水平，使用水平仪准确校准。

泵浦应安装在水平水泥平台上，平台表面各边泵距泵浦至少100mm，平台厚度至少为20倍地角螺栓线直径。

3）安装时必须拧紧地脚螺栓，以免启动时振动对泵性能产生影响。

4）泵浦出水管上装止回阀，入水管上装底阀（吸上式）；前者防止停车时所产生之逆流加害于泵浦回转体，后者防止停车时泵内液体从入水管中流出，以免于下次启动前灌引水，入水管处应安装滤网或隔栅以免异物进入泵内损坏泵浦。

5）沙缸、水泵等开箱检验应注意应检其是否是完好及紧固件有无松动现象，液体流道有无异物阻塞，以免设备运行时损设备和管道。

6）沙缸、蛋白分离器等设备安装时应做到与地面水平，间隔距离合理，既做到美观大方又尽量节省占地空间，真正做到合理实用。

7）安装后拨动泵轴，叶轮应无摩擦声或卡死现象，否则应将泵拆开检查原因。

8）水泵的安装，考虑扬程和吸程选择合适的安装位置。

3 系统测试与调试
待全部设备安装完成后，检查管路敷设和各系统之间的接口情况是否全部符合有关规范及设计要求。

各设备按系统检查，进行单机运行试验，确保无误后与各系统联动。

确认系统运转的各项指标达到设计标准要求后系统投入自运行。

系统各管路安装完毕后按照以下步骤作系统监测和调试
1）将各系统进行试水效果试验，保证各系统的密闭性。

2）将主表演池等水池首先灌满水然后启动水泵等设备，测好下降水位，做出标记，以确定系统注水量上限。

3）确定所有液位传感器高度，并确认灵活性和功能的正确性。

4）检查各系统的连锁关系的正确性。

5）检查蛋白分离器和文丘里系统的连接关系。

6）检查臭氧系统与文丘里系统的连锁和保护关系。

7）在上述系统检查正确无误后系统进行整体运转实验。

8）在系统整体运转4 ～ 6周后按照设计依据标准进行检验。

9）以上各项均按照标准检验合格后进行实际生物侍养。

4 造景和水池内管路布置
在各水池的建设工程完成后，要进行水池的防水工作，在造景的同时充分考虑到池内水管的布置以期达到最佳流速、流向并减少死角等不利因素。

5 培养水及系统调整
全部整体工程完工后，整个循环系统需在无鱼条件下进行为期一个月的运转测试。

需经测试证明，确认系统运转的各项指标达到设计标准的要求后，方可进行正式养殖。

3.4. 温控系统
控温主要使用板式换热器，简称板换。

板式换热器是由一系列具有一定波纹形状的金属片（多使用钛合金）叠装而成的一种新型高效换热器。

各种板片之间形成薄矩形通道，通过半片进行热量交
换。

它与常规的管壳式换热器相比，在相同的流动阻力和泵功率消耗情况下，其传热系数要高出很多，在海洋馆大面积使用。

1 板式换热器的优点：
1）传热系数高：由于不同的波纹板相互倒置，构成复杂的流道，使流体在波纹板间流道内呈旋转三维流动，能在较低的雷诺数（一般Re=50～200）下产生紊流，所以传热系数高，其换热系数在3000～4500kcal/m2·°C·h，一般认为是管壳式的3～5倍。

2）对数平均温差大，末端温差小：在管壳式换热器中，两种流体分别在管程和壳程内流动，总体上是错流流动，对数平均温差修正系数小，而板式换热器多是并流或逆流流动方式，其修正系数也通常在0.95左右，此外，冷、热流体在板式换热器内的流动平行于换热面、无旁流，因此使得板式换热器的末端温差小，对水换热可低于1℃，而管壳式换热器一般为5℃。

3）占地面积小：板式换热器结构紧凑，单位体积内的换热面积为管壳式的2～5倍，也不像管壳式那样要预留抽出管束的检修场所，因此实现同样的换热量，板式换热器占地面积约为管壳式换热器的1/5～1/10。

4）容易改变换热面积或流程组合，只要增加或减少几张板，即可达到增加或减少换热面积的目的；改变板片排列或更换几张板片，即可达到所要求的流程组合，适应新的换热工况，而管壳式换热器的传热面积几乎不可能增加。

5）重量轻：板式换热器的板片厚度仅为0.4～0.8mm，而管壳式换热器的换热管的厚度为2.0～2.5mm，管壳式的壳体比板式换热器的框架重得多，板式换热器一般只有管壳式重量的1/5左右。

6）价格低：采用相同材料，在相同换热面积下，板式换热器价格比管壳式约低40%～60%。

7）制作方便：板式换热器的传热板是采用冲压加工，标准化程度高，并可大批生产，管壳式换热器一般采用手工制作。

8）容易清洗：框架式板式换热器只要松动压紧螺栓，即可松开板束，卸下板片进行机械清洗，这对需要经常清洗设备的换热过程十分方便。

9）热损失小：板式换热器只有传热板的外壳板暴露在大气中，因此散热损失可以忽略不计，也不需要保温措施。

而管壳式换热器热损失大，需要隔热层。

10）不串液：板式换热器密封槽设置泄液液道，各种介质不会串通，即使出现泄露，介质总是向外排出。

11）不易结垢：由于内部充分湍动，所以不易结垢，其结垢系数仅为管壳式换热器的1/3～1/10。

2 板式换热器的缺点
1）容量较小：是管壳式换热器的10%～20%。

2）单位长度的压力损失大：由于传热面之间的间隙较小，传热面上有凹凸，因此比传统的光滑管的压力损失大。

3）工作压力不宜过大，介质温度不宜过高：板式换热器采用密封垫密封，工作压力一般不宜超过2.5MPa，介质温度应在低于250℃以下，否则有可能泄露。

4）易堵塞：由于板片间通道很窄，一般只有2～5mm，当换热介质含有较大颗粒或纤维物质时，容易堵塞板间通道。

3 施工、安装要点
1）换热器不应有变形，紧固件不应有松动或其它机械损伤。