本發(fā)明的涉及一種用于循環(huán)水養(yǎng)殖的水處理系統(tǒng)及方法，屬于循環(huán)水養(yǎng)殖水處理技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)因其具有高效、可控、節(jié)水省地、對環(huán)境污染小等特點(diǎn)，正逐漸在世界各國水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)中得到重視和應(yīng)用，它匯集水產(chǎn)養(yǎng)殖學(xué)、微生物學(xué)、環(huán)境科學(xué)、信息與計算機(jī)科學(xué)等眾多學(xué)科知識于一體，是未來水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主要方向之一。在循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中，生物濾器是核心的水處理單元，利用濾器中填料表面的微生物通過硝化反應(yīng)來降解養(yǎng)殖水體中氨氮、亞硝氮、化學(xué)需氧量等營養(yǎng)鹽或有機(jī)物，進(jìn)而達(dá)到凈化水質(zhì)的目的，以確保魚的正常生長。

生物濾器中生物膜的培養(yǎng)與維護(hù)是整個系統(tǒng)有效運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)，也是水處理研究中的難點(diǎn)和熱點(diǎn)。目前國內(nèi)用于循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中的生物濾器主要有固定床生物濾器和移動床生物濾器兩類，采用的填料有立體彈性纖維，生化氈、改性懸浮填料和活性碳等，常采用自然掛膜法進(jìn)行生物掛膜培養(yǎng)，即采用循環(huán)水系統(tǒng)中本身的微生物進(jìn)行掛膜，其生物濾器的啟動時間普遍較長，特別是在低溫工況下，一般的生物濾器普遍存在啟動周期長，處理效果不理想等問題。在系統(tǒng)正常運(yùn)行過程中，生物濾器基本處于“放養(yǎng)”狀態(tài)，即對其進(jìn)行的維護(hù)與管理較少，影響了生物濾器水處理性能的穩(wěn)定性及可控性。而養(yǎng)殖水質(zhì)對養(yǎng)殖品種的生長影響很大，若魚類長時間生長在高氨氮的環(huán)境中，將減弱魚類自身的抵抗力，容易發(fā)病，進(jìn)而影響了養(yǎng)殖效益。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是：

1)循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中生物過濾環(huán)節(jié)只采用生物濾器方式，該裝置需額外的能耗，而且其體積所占比例較大，投資建設(shè)成本普遍較高，影響了該養(yǎng)殖模式的大規(guī)模推廣與應(yīng)用。

2)循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中生物濾器常采用自然掛膜方式進(jìn)行濾器的啟動，該方法存在啟動時間長，不易接種成功等問題，造成濾器處理效率低，運(yùn)行效果不穩(wěn)定等問題，進(jìn)而影響了循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)運(yùn)行的效率。

3)在實(shí)際運(yùn)行中，生物濾器的性能受外界環(huán)境的影響較大，抗氨氮沖擊負(fù)荷及可控性能力較弱，進(jìn)而影響了生物濾器水處理性能的穩(wěn)定性。

4)在養(yǎng)殖過程中，隨著養(yǎng)殖品種的生長，對循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)的水處理能力提出了更高的要求，而傳統(tǒng)養(yǎng)殖模式無法再提升系統(tǒng)的水處理能力，故不可避免地需對養(yǎng)殖品種進(jìn)行分池，影響了養(yǎng)殖品種的生長。

5)傳統(tǒng)的循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中生物過濾環(huán)節(jié)可調(diào)節(jié)性較差，無法根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行有效的、自動化的調(diào)節(jié)。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種用于循環(huán)水養(yǎng)殖的水處理系統(tǒng)，包括相互信號連接的工控機(jī)11、電氣控制柜10；還包括養(yǎng)殖池5、細(xì)菌培養(yǎng)池2、調(diào)節(jié)池3、一體化水處理設(shè)備9、小型生物過濾器6；所述細(xì)菌培養(yǎng)池2通過計量泵12與調(diào)節(jié)池3連接，將調(diào)制完成/中的細(xì)菌培養(yǎng)液泵送至調(diào)節(jié)池3；所述調(diào)節(jié)池3通過蠕動泵13與細(xì)菌培養(yǎng)池2連接，將調(diào)節(jié)池3中的水體泵送至細(xì)菌培養(yǎng)池2，為細(xì)菌培養(yǎng)池2補(bǔ)充液體；所述調(diào)節(jié)池3通過離心泵4與一體化水處理設(shè)備9連接，所述一體化水處理設(shè)備9與養(yǎng)殖池5連接；所述一體化水處理設(shè)備9還通過電磁閥7與小型生物過濾器6連接，所述小型生物過濾器6與養(yǎng)殖池5連接；所述養(yǎng)殖池5內(nèi)設(shè)置氨氮傳感器8，所述細(xì)菌培養(yǎng)池2內(nèi)設(shè)置液位開關(guān)1；所述氨氮傳感器8、液位開關(guān)1、計量泵12、蠕動泵13、電磁閥7分別與電氣控制柜10信號連接；當(dāng)氨氮傳感器8檢測數(shù)據(jù)達(dá)到第一臨界點(diǎn)時，所述計量泵12開啟/關(guān)閉，當(dāng)氨氮傳感器8檢測數(shù)據(jù)達(dá)到第二臨界點(diǎn)時，所述電磁閥7開啟/關(guān)閉；當(dāng)液位開關(guān)1檢測的液位數(shù)據(jù)下降至臨界點(diǎn)時，所述蠕動泵13開啟，反之蠕動泵13關(guān)閉。

本技術(shù)方案中，小型生物過濾器的體積遠(yuǎn)小于通常的生物過濾器(如生物床過濾器)，因此占地較小，成本也大幅降低。

進(jìn)一步的，所述調(diào)節(jié)池3的容量遠(yuǎn)大于所述細(xì)菌培養(yǎng)池2的容量。

進(jìn)一步的，氨氮傳感器8對于養(yǎng)殖水體的氨氮濃度維持在第一臨界點(diǎn)附近±0.1mg/L的范圍內(nèi)。

一種上述用于循環(huán)水養(yǎng)殖的水處理系統(tǒng)的水處理方法，包括以下步驟：將功能性細(xì)菌放入細(xì)菌培養(yǎng)池2中，引入調(diào)節(jié)池3中的水，并投加適量的營養(yǎng)鹽，對功能性細(xì)菌進(jìn)行培養(yǎng)；在工作狀態(tài)，細(xì)菌培養(yǎng)池2中的液體逐漸減少，液位開關(guān)1發(fā)出信號，傳至工控機(jī)11，工控機(jī)11控制蠕動泵13開啟，從調(diào)節(jié)池抽水補(bǔ)充至細(xì)菌培養(yǎng)池2中，并定期根據(jù)所補(bǔ)充的水增加一定量的功能性細(xì)菌及營養(yǎng)鹽；通過氨氮傳感器8把采集到的氨氮參數(shù)傳輸給工控機(jī)11，通過軟件進(jìn)行處理，發(fā)布命令給計量泵12進(jìn)行調(diào)節(jié)，將細(xì)菌培養(yǎng)池2中的菌液加至調(diào)節(jié)池3后，功能性細(xì)菌快速分解養(yǎng)殖水體中的氨氮；功能性細(xì)菌隨離心泵4的抽取，轉(zhuǎn)移至一體化水處理設(shè)備9及養(yǎng)殖池5中，電磁閥7根據(jù)氨氮傳感器8的檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行開啟或關(guān)閉，進(jìn)而完成整個系統(tǒng)中養(yǎng)殖水體的凈化。

本發(fā)明的有益效果在于：

1.循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中在無生物濾器裝置下，本方法可實(shí)現(xiàn)氨氮的連續(xù)降解，并將其控制在合理范圍，是養(yǎng)殖水處理方式的一種突破。

2.本發(fā)明可實(shí)時監(jiān)控養(yǎng)殖水體氨氮變化，并自動判斷，將養(yǎng)殖水體的氨氮濃度維持在設(shè)定值附近±0.1mg/L的范圍內(nèi)，解決了常規(guī)生物濾器無法精準(zhǔn)控制養(yǎng)殖水體中氨氮濃度問題。

3.本水處理模式在無生物濾器工作時，可顯著降低系統(tǒng)的能耗，節(jié)約了養(yǎng)殖的生長成本。

4.本水處理模式可提升細(xì)菌的活性，并實(shí)現(xiàn)了功能性細(xì)菌的穩(wěn)定培養(yǎng)，解決了直接投加細(xì)菌效果不顯著的問題。

5.本水處理模式可顯著降低投資成本，并節(jié)約了占地空間，有利于循環(huán)水養(yǎng)殖模式的應(yīng)用與推廣。

6.本發(fā)明將循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中的氨氮長期維持在設(shè)定值附近，沒有過大的波動，有利于養(yǎng)殖對象的生長發(fā)育，可顯著提升養(yǎng)殖效益。

7.本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖對象的連續(xù)飼養(yǎng)，即可從幼魚直接養(yǎng)至成魚，減少了傳統(tǒng)養(yǎng)殖過程中分池帶來的麻煩及對魚的損傷，實(shí)現(xiàn)了養(yǎng)殖效益的最大化。

8.有巨大的市場前景及應(yīng)用推廣價值。

附圖說明

圖1是本發(fā)明用于循環(huán)水養(yǎng)殖的水處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明用于循環(huán)水養(yǎng)殖的水處理系統(tǒng)的控制流程圖。

圖中，1：液位開關(guān)；2：細(xì)菌培養(yǎng)池；3：調(diào)節(jié)池；4：離心泵；5：養(yǎng)殖池；6：小型生物過濾器；7：電磁閥；8：氨氮傳感器；9：一體化水處理設(shè)備；10：電控柜；11：工控機(jī)；12：計量泵；13：蠕動泵。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。

本水處理模式主要采用向養(yǎng)殖水體定量添加功能性細(xì)菌的方式調(diào)控養(yǎng)殖水質(zhì)，并輔以生物濾器提升水處理效果。

以下先對硬件系統(tǒng)進(jìn)行說明：

參見圖1，一種用于循環(huán)水養(yǎng)殖的水處理系統(tǒng)，包括相互信號連接的工控機(jī)11、電氣控制柜10；還包括養(yǎng)殖池5、細(xì)菌培養(yǎng)池2、調(diào)節(jié)池3、一體化水處理設(shè)備9、小型生物過濾器6；所述細(xì)菌培養(yǎng)池2通過計量泵12與調(diào)節(jié)池3連接，將調(diào)制完成/中的細(xì)菌培養(yǎng)液泵送至調(diào)節(jié)池3；所述調(diào)節(jié)池3通過蠕動泵13與細(xì)菌培養(yǎng)池2連接，將調(diào)節(jié)池3中的水體泵送至細(xì)菌培養(yǎng)池2，為細(xì)菌培養(yǎng)池2補(bǔ)充液體；所述調(diào)節(jié)池3通過離心泵4與一體化水處理設(shè)備9連接，所述一體化水處理設(shè)備9與養(yǎng)殖池5連接；所述一體化水處理設(shè)備9還通過電磁閥7與小型生物過濾器6連接，所述小型生物過濾器6與養(yǎng)殖池5連接；所述養(yǎng)殖池5內(nèi)設(shè)置氨氮傳感器8，所述細(xì)菌培養(yǎng)池2內(nèi)設(shè)置液位開關(guān)1；所述氨氮傳感器8、液位開關(guān)1、計量泵12、蠕動泵13、電磁閥7分別與電氣控制柜10信號連接；當(dāng)氨氮傳感器8檢測數(shù)據(jù)達(dá)到第一臨界點(diǎn)時，所述計量泵12開啟/關(guān)閉，當(dāng)氨氮傳感器8檢測數(shù)據(jù)達(dá)到第二臨界點(diǎn)時，所述電磁閥7開啟/關(guān)閉；當(dāng)液位開關(guān)1檢測的液位數(shù)據(jù)下降至臨界點(diǎn)時，所述蠕動泵13開啟，反之蠕動泵13關(guān)閉。

參見圖1，所述調(diào)節(jié)池3的容量遠(yuǎn)大于所述細(xì)菌培養(yǎng)池2的容量。

氨氮傳感器8對于養(yǎng)殖水體的氨氮濃度維持在第一臨界點(diǎn)附近±0.1mg/L的范圍內(nèi)。

以下對處理和控制過程進(jìn)行說明：

功能性細(xì)菌以溶液方式暫放于培養(yǎng)池中，溶液通過自動補(bǔ)水裝置向養(yǎng)殖池中抽取，并根據(jù)向培養(yǎng)池中加入的水體量定量添加一定的營養(yǎng)鹽及細(xì)菌，以使細(xì)菌保持較高的活性以及穩(wěn)定的菌群數(shù)量。在養(yǎng)殖池內(nèi)置入氨氮傳感器，氨氮傳感器通過電氣控制柜連接到工控機(jī)，工控機(jī)通過電氣控制柜連接計量泵，控制計量泵的輸出流量。計量泵的輸入端連接細(xì)菌培養(yǎng)池，計量泵的輸出端由管路接至調(diào)節(jié)池。工作時，氨氮傳感器將測得的氨氮濃度輸入給工控機(jī)，工控機(jī)將信號與初始設(shè)定氨氮濃度進(jìn)行對比，分析判斷養(yǎng)殖池氨氮濃度的變化，將養(yǎng)殖水體的氨氮濃度維持在設(shè)定值附近±0.1mg/L的范圍內(nèi)。根據(jù)要求，控制計量泵流量，使計量泵將一定量的功能性細(xì)菌溶液加入至調(diào)節(jié)池，功能性細(xì)菌加入至養(yǎng)殖水體中后，以水體中的營養(yǎng)鹽為基質(zhì)迅速生長與繁殖，同時，分解養(yǎng)殖水質(zhì)中的氨氮等營養(yǎng)鹽，進(jìn)而降低養(yǎng)殖水體中的氨氮濃度。由于細(xì)菌的生長與繁殖有一定的周期，故分解養(yǎng)殖水體中的氨氮具有一定的延時性。氨氮傳感器隔2小時測定一次氨氮濃度，根據(jù)所測值不斷修正細(xì)菌的投加量，直至將循環(huán)水養(yǎng)殖池中的氨氮濃度維持在設(shè)定值范圍內(nèi)。

隨著養(yǎng)殖品種的生長，對系統(tǒng)的水處理性能提出了更高的要求，此時，若氨氮傳感器所測值超過設(shè)定的允許最大偏差值，可定時開啟小型生物濾器支路，為細(xì)菌的附著與繁殖創(chuàng)造更大的場所，以提升系統(tǒng)的水處理效率，直至將循環(huán)水養(yǎng)殖池中的氨氮濃度維持在設(shè)定值范圍內(nèi)。

通過氨氮傳感器采集到氨氮濃度進(jìn)行處理使得程序能夠識別出，然后參照設(shè)定的值來判斷氨氮濃度是否符合系統(tǒng)的要求，并結(jié)合投飼、換水時間、細(xì)菌作用時間等參數(shù)，摸清投加一定量菌液后養(yǎng)殖水體中氨氮濃度的歷史變化規(guī)律，進(jìn)而給計量泵一個合適的輸出值，從而控制整個系統(tǒng)的氨氮變化。

定期檢測培養(yǎng)池中功能性細(xì)菌的濃度，若發(fā)生變化，及時做出調(diào)整，以確保功能性細(xì)菌的活性及數(shù)量穩(wěn)定。

本發(fā)明可以采用如下方法進(jìn)行控制：①對工控機(jī)11輸入包括養(yǎng)殖池水體體積、換水率、投餌量等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；②輸入設(shè)定的氨氮濃度值及允許的最大偏差值；③在養(yǎng)殖池5內(nèi)置入氨氮傳感器8，測量氨氮值；④工控機(jī)12對設(shè)定值與測量值進(jìn)行比較分析；⑤工控機(jī)11對比較的結(jié)果進(jìn)行預(yù)判；若超過允許設(shè)定偏差值，開啟電磁閥7，啟動小型生濾過濾器6，工控機(jī)11按程序計算控制值，并向計量泵12輸出控制值；⑥若沒超過允許設(shè)定偏差值，工控機(jī)11直接按程序計算控制值，并向計量泵12輸出控制值；⑦計量泵12按控制值運(yùn)行，以改變流量大小連續(xù)方式添加菌液；⑧工控機(jī)11再對設(shè)定值與測量值進(jìn)行比較分析，過程與上述一樣，直至將養(yǎng)殖水體中的氨氮濃度控制在設(shè)定值。

以上是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員還可以進(jìn)行各種簡單的變換，這些變換應(yīng)當(dāng)視為與本發(fā)明要求保護(hù)的技術(shù)方案等同。

本發(fā)明改變傳統(tǒng)循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中以生物濾器為核心的生物膜法水處理方式，提供了一種作用于養(yǎng)殖水體污染物的高效去除的高精度，可控，高效，成本低的水處理模式。