專利名稱：自動化的閉路循環(huán)水產(chǎn)養(yǎng)殖過濾系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及供水產(chǎn)養(yǎng)殖之用的自動化的水產(chǎn)系統(tǒng)。
慣用的水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)為了使要養(yǎng)殖的物種能得到培養(yǎng)、長大，一般需要大量人工干預(yù)。此種系統(tǒng)不是“閉路式”的，而需部分換水等等。在大型系統(tǒng)中，可能需要使用并處理大量的水。使用自動化的而且是真正閉路的系統(tǒng)會有很多優(yōu)點(diǎn)。
本發(fā)明提供了解決上述一個(gè)或若干個(gè)問題或缺陷的方法。
按照本發(fā)明一方面，提供了一種自動化的水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)一個(gè)水箱；一個(gè)與水箱連結(jié)并包含顆粒過濾器、泡沫分離器和碳過濾器的預(yù)過濾系統(tǒng)；一個(gè)需氧生物過濾器；一個(gè)把預(yù)過濾系統(tǒng)流出的水泵到需氧生物過濾器的水泵；一個(gè)與需氧生物過濾器配合處理需氧生物過濾器流出的水的紫外線光源，其中紫外光源又與水箱連結(jié)使處理過的水流回水箱；一個(gè)與接納廢水的需氧生物過濾器相連結(jié)又與預(yù)過濾系統(tǒng)相連結(jié)，用于把廢水引入預(yù)過濾系統(tǒng)的厭氧生物過濾器；一個(gè)對向水箱用于收集資料的攝像機(jī)；一臺收集所述攝像機(jī)的及系統(tǒng)內(nèi)的其他傳感器的信息并對系統(tǒng)的運(yùn)行予以控制的計(jì)算機(jī)。
按照本發(fā)明另一方面，提供了一種用于對水產(chǎn)物種養(yǎng)殖的方法，它包含以下步驟把水產(chǎn)物種放入盛有水的水箱內(nèi)；把水從水箱引入顆粒過濾器；把廢水從顆粒過濾器引入泡沫分離器；把廢水從泡末分離器引入碳過濾器；把廢水從碳過濾器泵到需氧生物過濾器；用紫外光照射從需氧生物過濾器流出的廢水；對從需氧生物過濾器流出位于厭氧生物過濾器中的廢水進(jìn)行處理并使從厭氧生物過濾器流出的水回到系統(tǒng)；
把經(jīng)照射步驟流出的水引入水箱。


圖1顯示的是一個(gè)封閉的水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)，包含一個(gè)養(yǎng)殖水道(水箱)，預(yù)過濾系統(tǒng)，泵裝置，需氧生物過濾器，厭氧生物過濾器，與厭氧生物過濾器連接的機(jī)械泵，紫外線光源和以箭頭線示出的在各部件之間的連接。
圖2A是養(yǎng)殖水箱的端視圖，顯示一個(gè)縱向延伸在水箱中部的槽，還顯示了水箱底面有坡度，當(dāng)水箱被適當(dāng)攪動時(shí)，殘?jiān)鼤蛳铝鳌?br> 圖2B是水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)的側(cè)視圖。
圖3顯示的是浸沒深度(S)的一實(shí)例。垂直的空氣升液器(AL)的頂部是泄流孔。上面的虛線是水平面(WL)。下面的虛線是注入的空氣(IA)。空氣升液器的底部有注射器(I)。從水平面(WL)到泄液孔(DO)的距離為Z1。從水平面(WL)到注入的空氣(IA)的距離為Zs。浸入深度的公式是S＝Zs/(Zs+Z1)。
圖4示出把空氣放進(jìn)水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)的空氣升液器的開口的形狀。
圖5示出泡沫分離器。
圖6示出沉入或需氧生物過濾器。
圖7示出自動需氧上流式圓珠過濾器。
圖8A-圖8D示出圖1的系統(tǒng)的水質(zhì)量的歷史記錄，顯示了從孵化處(1-100天)和水道(101-242天)處測量的具有代表性的結(jié)果。生物量從第一天小于每立方米10克增加到養(yǎng)殖期倒數(shù)第三天大于每立方米200克。
圖8A示出養(yǎng)殖期內(nèi)測定的pH值。水平線表示要求的標(biāo)準(zhǔn)大于8.0。
圖8B示出養(yǎng)殖期內(nèi)測定的氨值。水平線表示可接受的上限。
圖8C示出養(yǎng)殖期內(nèi)測定的亞硝酸鹽值。水平線表示可接受的上限。
圖8D示出養(yǎng)殖期內(nèi)測定的硝酸鹽值。水平線表示可接受的上限。
圖9示出包含養(yǎng)殖箱、預(yù)過濾裝置、泵裝置、自動化需氧生物過濾器、紫外線光源和各組件之間的連接等在內(nèi)的閉路養(yǎng)殖系統(tǒng)。
圖10A-圖10C示出圖9系統(tǒng)的水質(zhì)量的歷史記錄。
圖10A示出硝酸鹽濃度，顯示加入脫硝生物反應(yīng)器后硝酸鹽被清除。三角形表示流入，正方形表示流出。
圖10B示出亞硝酸鹽的濃度，顯示加入脫硝生物反應(yīng)器后亞硝酸鹽被消除。三角形表示流入，正方形表示流出。
圖10C示出硫化氫的濃度，顯示添加脫硝生物反應(yīng)器后硫化氫被消除。三角形表示流入，正方形表示流出。
圖11示出閉路水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)功能的模型圖。
圖12是以框圖形式繪制的供水產(chǎn)養(yǎng)殖之用的自適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)基的模糊推理驅(qū)動的機(jī)視分類系統(tǒng)。
圖13A-圖13D示出本發(fā)明的機(jī)視子系統(tǒng)的成像設(shè)備。
圖14示出本發(fā)明機(jī)視子系統(tǒng)的圖像數(shù)字化和處理。
圖15是在方框內(nèi)以框圖方式繪制的本發(fā)明的機(jī)視子系統(tǒng)的軟件使用與開發(fā)。
圖16示出包含于訓(xùn)練一種傳統(tǒng)的機(jī)視系統(tǒng)的誤差。方塊表示訓(xùn)練誤差，圓圈表示檢查誤差。
圖17示出包含于訓(xùn)練自適應(yīng)神經(jīng)模糊推論系統(tǒng)的機(jī)視系統(tǒng)內(nèi)的誤差。X表示檢查誤差，圓圈表示訓(xùn)練誤差。
本發(fā)明是人工智能程控技術(shù)與水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)相結(jié)合的產(chǎn)物，旨在為水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)或水池產(chǎn)業(yè)提供閉路循環(huán)水過濾系統(tǒng)。閉路的循環(huán)水產(chǎn)養(yǎng)殖過濾系統(tǒng)是為水生生物提供完備的生態(tài)存活保障，無需精心換水而又保持水質(zhì)在可接受的程度之內(nèi)的各個(gè)子系統(tǒng)的集合。上述定義意思指徹底清除生物生成的可溶性的和懸浮的污染物和保護(hù)水資源。此定義不包含蒸發(fā)造成的水損失?？梢哉J(rèn)為水的蒸發(fā)不產(chǎn)生環(huán)境污染，補(bǔ)充也不會引起大量的資源消耗。本發(fā)明涉及使用機(jī)器/計(jì)算機(jī)對水生生物在“閉合回路”式的生物過濾系統(tǒng)中最佳成長和繁殖的各種過程進(jìn)行控制。本發(fā)明是靠不斷地對影響?zhàn)B殖生物的生理需求的物理因素進(jìn)行監(jiān)測并不斷地作出必要的調(diào)整以滿足這些需求而起作用的；有些因素(例如溶解的氧、pH值、代謝物和鹽分)會保持于臨界極限之內(nèi)而其他因素(例如溫度和光的周期變化)可能會改變以改變成長特性和/或繁殖周期。
閉路循環(huán)水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)是水箱、管道、過濾裝置和泵的組合(圖1和圖2)。養(yǎng)殖水箱可以用適于養(yǎng)殖中的生物的任何尺寸、形狀或材料。管道可以采用與水箱總的設(shè)計(jì)相配的尺寸、形狀和材料。用于水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)的過濾器一般分為五種，而且可以使用其中幾種相結(jié)合的辦法以適應(yīng)養(yǎng)殖的品種。五種過濾器是(1)顆粒清除網(wǎng)，沉淀盒，填有介質(zhì)的收集器，以及在某種程度上，使用物理/化學(xué)吸附裝置(泡沫分離器和活性炭)；(2)物理吸附-各種泡沫分餾器(即蛋白質(zhì)分離器)；(3)化學(xué)吸附-用于根據(jù)分子的尺寸或電荷捕捉分子的活性炭、沸石和其他合成介質(zhì)和薄膜；(4)保證細(xì)菌氧化有機(jī)廢物并將最后生成物變?yōu)槎趸己偷氐纳?介質(zhì)床。此外，脫硝(把硝酸鹽轉(zhuǎn)化為氮?dú)?可以在厭氧的情況下在生物過濾床內(nèi)發(fā)生；(5)照射/氧化-一組產(chǎn)生紫外光或臭氧或產(chǎn)生這兩者的裝置。
泵可以是能適合水箱總的設(shè)計(jì)和養(yǎng)殖物的需要以一定速度在系統(tǒng)內(nèi)移動水的裝置。此類裝置包含水泵、鼓風(fēng)機(jī)和空氣壓縮機(jī)。在過濾器的設(shè)計(jì)中考慮使用機(jī)械的泵-驅(qū)動系統(tǒng)還是使用空氣升液器-驅(qū)動系統(tǒng)。空氣升液器-驅(qū)動系統(tǒng)在很低的壓差下運(yùn)行，但流量與在高壓差下運(yùn)行的泵驅(qū)動系統(tǒng)的流量相等。有許多理由(例如經(jīng)濟(jì)性，簡單，耐用)驅(qū)使人們在水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)中使用空氣升液器。然而，在水產(chǎn)養(yǎng)殖過濾系統(tǒng)中通常使用泵-驅(qū)動式的。用于高壓泵送的過濾器，唾手可得，而且完全適合本發(fā)明的要求，但不很適合于空氣升液器-驅(qū)動系統(tǒng)。因此，作為本實(shí)施例的一部分說明的過濾器是低壓類的，是為空氣升液器-驅(qū)動系統(tǒng)開發(fā)的，但也適合于泵-驅(qū)動的運(yùn)用。
所有系統(tǒng)和子系統(tǒng)都與包括傳感器、通信裝置、計(jì)算機(jī)硬件、軟件界面和專家系統(tǒng)在內(nèi)的智能控制系統(tǒng)結(jié)合在一起。這些控制系統(tǒng)；(1)直接從生產(chǎn)系統(tǒng)獲取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；(2)把輸入的數(shù)據(jù)以數(shù)學(xué)方法轉(zhuǎn)換成過程模型；(3)有充當(dāng)專家角色的專家系統(tǒng)與這些模型對接；(4)把專家系統(tǒng)的決策運(yùn)用于控制重要的過程。因此高級水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)的發(fā)展和價(jià)格能承受的過程控制的硬、軟件的日益普及應(yīng)會推動自動水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)的發(fā)展。在設(shè)計(jì)可程序控制的價(jià)格可承受的自動控制系統(tǒng)方面取得的成功會得到廣泛運(yùn)用，因?yàn)樗鼤蟠筇岣咚芾淼乃?，降低由人工監(jiān)控的費(fèi)用，大大減少系統(tǒng)重大故障的概率?，F(xiàn)代商業(yè)性的水產(chǎn)養(yǎng)殖設(shè)施已經(jīng)成為要把原料(例如氧、熱、飼料和水)高速轉(zhuǎn)變?yōu)楦哔|(zhì)量的最終產(chǎn)品(食用高蛋白肌肉)的互相聯(lián)系的過程、子過程的先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)。這些過程可以比得上制造業(yè)的實(shí)際過程。為了使產(chǎn)出最大而故障最少，要求把許多簡單的(逐步的)和復(fù)雜的(側(cè)回路)過程在空間上和時(shí)間上結(jié)合起來。高級水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)的自動化會使美國各公司(1)依靠使生產(chǎn)地點(diǎn)更靠近市場而與世界商品市場競爭；(2)改善環(huán)境管理；(3)減輕災(zāi)害損失；(4)避免與廢水有關(guān)的環(huán)境控制的問題；(5)大大減少管理與勞動力方面的開支；(6)提高產(chǎn)品質(zhì)量和穩(wěn)定性。程控技術(shù)的應(yīng)用而又需要水產(chǎn)養(yǎng)殖專用的專家系統(tǒng)(根據(jù)可用信息，用復(fù)制人的思維過程的方法提供答復(fù)或解決辦法的計(jì)算機(jī)程序)，這對繼續(xù)提高水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)是很重要的。
另外，本發(fā)明還包括機(jī)視子系統(tǒng)，也就是，為了檢測、監(jiān)視、測定和質(zhì)量評估的目的在機(jī)視系統(tǒng)內(nèi)可以模仿生物體的過程。機(jī)視子系統(tǒng)是把自適應(yīng)神經(jīng)模糊推理系統(tǒng)運(yùn)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)或農(nóng)用系統(tǒng)內(nèi)的挑選(在某一框架內(nèi)識別某一個(gè)對象)與分開(把某一物體與背景分開)以及智能連續(xù)監(jiān)控的問題。
在自動化水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)里，機(jī)視子系統(tǒng)可以用于把動物數(shù)據(jù)結(jié)合成系統(tǒng)的控制參數(shù)。這種動物數(shù)據(jù)可以包括尺寸、生長速率、活性水平、活性分類，(例如交尾、產(chǎn)卵、脫皮)。動物數(shù)據(jù)可以用作環(huán)境指示器(例如水質(zhì)量告警信號)或者用作自動系統(tǒng)的控制變量(例如交尾行為引起喂給飼料次數(shù)增加)。機(jī)視子系統(tǒng)是水產(chǎn)養(yǎng)殖中機(jī)視的理論使用和在任何生產(chǎn)設(shè)備中應(yīng)用機(jī)視技術(shù)的能力之間必要的卻又是缺少的一環(huán)。因?yàn)楸景l(fā)明使得機(jī)視可能用于不規(guī)則的和復(fù)雜的情景和目標(biāo)物，使生產(chǎn)生物的設(shè)備或生產(chǎn)者(農(nóng)業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)和生物工藝)會得到最大的收益。
機(jī)視子系統(tǒng)包含一種據(jù)之把特征(這些特征是為了認(rèn)識目標(biāo)對象和對其分類的對目標(biāo)物結(jié)構(gòu)的已有知識的一部分，連續(xù)地對活動監(jiān)視結(jié)果或者是對動物或產(chǎn)品銷路的測試)用監(jiān)控知識(神經(jīng)網(wǎng)絡(luò))和模糊推論系統(tǒng)相配合進(jìn)行分類的方法(算法)。所述監(jiān)控知識可能分批產(chǎn)生，最終產(chǎn)品是不用不斷運(yùn)用機(jī)器知識就會運(yùn)行(作決策)的模糊推論系統(tǒng)；或者監(jiān)控知識可能在線產(chǎn)生，使神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)會在預(yù)定參數(shù)范圍內(nèi)繼續(xù)修改模糊推理系統(tǒng)，從而通過非監(jiān)控知識提高性能和識別能力。
本發(fā)明，即計(jì)算機(jī)自動控制的閉路的循環(huán)水產(chǎn)養(yǎng)殖過濾系統(tǒng)，被認(rèn)為對此產(chǎn)業(yè)是有用的，對于環(huán)境是必要的。這在過去是做不到的，因?yàn)檫^去沒有能對控制的生物過濾作出復(fù)雜的“決策”的人工智能。對水產(chǎn)養(yǎng)殖用水進(jìn)行生物過濾，對水生動物的生存和健康是至關(guān)重要的。脫硝次過程的自動控制已經(jīng)開發(fā)出來，并獲得美國專利，專利號為5482630，這里結(jié)合作為參考。最后部分由機(jī)視子系統(tǒng)提供。過濾子系統(tǒng)各過濾器(圖1)排列成次序使得廢水限定成下述塞-流順序處理；(1)機(jī)械或微粒過濾(例如沉入式床、上流式砂或床這濾器、流砂過濾器、半滲透膜、沖洗過濾器和細(xì)流過濾器)；(2)物理吸附或泡沫分離(例如蛋白質(zhì)分離器)；(3)化學(xué)處理(例如活性炭，沸石或任何螯合物或多價(jià)螯合物)；(4)生物的(例如起異養(yǎng)或化學(xué)增加營養(yǎng)的細(xì)菌組合作用的需氧或厭氧細(xì)菌床)；(5)殺菌(例如紫外光、臭氧、氯或其他的化學(xué)氧化劑)。
上列順序?qū)τ谒行问降乃a(chǎn)養(yǎng)殖過濾組件都是適合的。這種系統(tǒng)的典型安排示于圖2B中，其中預(yù)過濾箱22(包括微粒過濾器，泡沫分離器和活性炭)的尺寸為4英尺寬、8英尺長、4英尺高；養(yǎng)殖箱10的尺寸為12英尺寬、20英尺長、4英尺高；空氣升液器筒55的尺寸為直徑24英尺、高13英尺；生物過濾器60的尺寸為8英尺寬、18英尺長、3英尺高。高位水箱52的尺寸為2英尺寬、4英尺長、2英尺高。圖2B中還顯示了兩個(gè)紫外光殺菌器80。
過濾效率由分布控制系統(tǒng)DCS(使用人工智能)管理，從而水的質(zhì)量保持于養(yǎng)殖的任何水產(chǎn)品種都可接受的標(biāo)準(zhǔn)。前述五種過濾器以下述方式自動化(1)機(jī)械或微粒過濾的效率可以通過對穿過過濾器的壓差，穿過過濾器的水流，氧化-還原潛能，溶解的氧和過濾器床體積膨脹的監(jiān)測，然后再通過控制水流速率或滯留時(shí)間，回沖頻率或持續(xù)時(shí)間而改進(jìn)；(2)物理吸附的效率可以通過對通過過濾器的水流，廢水中的總氣壓，氣體注射和氣泡的高度的監(jiān)測，然后再通過控制水流速率或滯留時(shí)間，周期時(shí)間，氣流(例如鼓入的空氣，壓縮氣體或臭氧)和氣體注入速度而改善；(3)化學(xué)過濾的效率可以通過對通過過濾器的水流，穿過過濾器的壓差的監(jiān)測，然后再通過控制水流速率或滯留時(shí)間而得到改進(jìn)；(4)生物過濾(例如需氧的或厭氧的)的效率可以通過對穿過過濾器的水流，通過過濾器的壓差、溶解的氧、pH值、氧化-還原的潛能、二氧化碳和根據(jù)所使用的生物過濾器的種類(例如浸入的、向上流的、流態(tài)的、細(xì)流的或沖洗的)而定的水位變化的監(jiān)測然后再通過控制水流速率或滯留時(shí)間，注射溶解的氧，注射緩沖溶液，回沖頻率和持續(xù)時(shí)間而得到改進(jìn)；(5)殺菌的效率可以通過對穿過過濾器的水流，光強(qiáng)和波長(紫外)和氧化-還原的潛能(臭氧和化學(xué)氧化劑)的監(jiān)測，然后再通過控制水流速率或滯留時(shí)間和化學(xué)注入(臭氧和化學(xué)氧化劑)而得到改進(jìn)。
空氣升液泵的設(shè)計(jì)和運(yùn)行通過以下兩方面而獲得改善(a)空氣升液注射器的設(shè)計(jì)，空氣泡的尺寸形狀影響空氣升液的效率，擴(kuò)散孔是修改的淚滴狀，開始于頂部是一細(xì)縫生成較小(小于1-10mm內(nèi)徑)的上升較慢的氣泡，該孔然后擴(kuò)大到基部成圓形，生成較大的氣泡(10-30mm內(nèi)徑)(圖4)；(b)離開空氣升液管的頂端的空氣-水混合液由于有錐形結(jié)構(gòu)而偏離該管的頂部。錐形結(jié)構(gòu)使水偏離空氣升液管的頂端而不向下直落，阻礙水流。
在圖1中示出了一個(gè)包含水道(養(yǎng)殖箱)10的系統(tǒng)。養(yǎng)殖箱10的外形可以如圖2所示的那樣，包含1個(gè)槽12和傾斜的底面14。在圖1中廢水從養(yǎng)殖箱10進(jìn)入預(yù)過濾系統(tǒng)22，該系統(tǒng)包括顆粒過濾器20、泡沫分離器30和碳過濾器40。養(yǎng)殖箱10通過水管與預(yù)過濾系統(tǒng)聯(lián)接，所述水管以箭頭線16示出。微粒過濾器20用于過濾從養(yǎng)殖箱流出的較大的有機(jī)物殘?jiān)?。廢水從微粒過濾器20流入泡沫分離器30清除泡沫。泡沫分離器30可以是圖5所示的結(jié)構(gòu)。廢水從泡沫分離器30進(jìn)入碳過濾器40，進(jìn)行附加的預(yù)過濾。從碳過濾器40流出的廢水然后經(jīng)過以箭頭線42示出的水管流到空氣升液器50。空氣升液器在圖5以及圖4中作更詳細(xì)的示出，圖4顯示將空氣排入空氣升液器的開口的形狀?？諝馍浩?0包含一個(gè)空氣升液箱54和一垂直管55，其尺寸根據(jù)系統(tǒng)的大小而變化。在空氣升液器的管55的基底，空氣注射器53引入空氣，空氣上升，從而把水從空氣升液器上引，因而起泵的作用，促使水循環(huán)。水從空氣升液器50進(jìn)入高位水箱52，然后澆入需氧生物過濾器60。需氧生物過濾器60內(nèi)可以盛放石子，這些石子用于支承微生物，而微生物用于起需氧生物過濾的作用。從需氧生物過濾器60流出的廢水通過軟管62流向紫外線光源80。紫外光源80照射水，殺死水中可能存在的微生物和病菌。從紫外線光源80出來的水經(jīng)水管82回到養(yǎng)殖箱10。從需氧生物過濾器流出的水?dāng)嗬m(xù)地通過水管64被送到厭氧生物過濾器70。厭氧生物過濾器70可以采用美國專利第5482630號所說明的那種結(jié)構(gòu)。從厭氧生物過濾器70流出的水用機(jī)械泵72經(jīng)水管74泵入微粒過濾器20。厭氧生物過濾器70用于消除系統(tǒng)的硝酸鹽。
泡沫分離器30(蛋白質(zhì)分離器)有位于接觸室32上低于容器內(nèi)水面數(shù)厘米的百葉窗式細(xì)縫31(圖5)。百葉窗式細(xì)縫方向向內(nèi)使進(jìn)入接觸室32的水在向下流向出口的過程中方向偏轉(zhuǎn)，形成環(huán)流形。這種結(jié)構(gòu)(1)增加了水滯留時(shí)間，可以更有效地清除有機(jī)物；(2)讓小空氣泡聚結(jié)成大氣泡，大氣泡可以更快地逆水流方向上升；(3)把大量氣泡集中于圓筒的中央使得不會從百葉窗選出。
浸入式生物過濾器床(圖6)的結(jié)構(gòu)在若干重要特征上不同于一般的浸入式床(1)床61是高架的，剛剛浸于水面之下；(2)進(jìn)入的(未處理)的水注于床下并上升穿過它(圖6)。這種結(jié)構(gòu)(a)減少了床的壓縮及隨之而來的流量減少，(b)迫使含有機(jī)物的水與床的暗面接觸從而限制異養(yǎng)生物的生長；(c)使床底接觸富含氧的水從而防止床下形成厭氧區(qū)。自動上流式圓珠過濾器90(圖7)的結(jié)構(gòu)也很獨(dú)特，因?yàn)樵诂F(xiàn)場的傳感器監(jiān)測床92內(nèi)的細(xì)菌代謝，并被用于控制環(huán)境參數(shù)，滯留時(shí)間和回沖時(shí)間。圖7中顯示的實(shí)施例包含一個(gè)用螺旋槳電動機(jī)96驅(qū)動的螺旋槳94。閥98控制流入，設(shè)置分隔開的管道用于加氧100和緩沖液102。另一個(gè)閥110控制流出。安裝于現(xiàn)場的傳感器監(jiān)測床92內(nèi)的溶解的氧112、壓差114、流量116、pH值118，和床92內(nèi)和過濾器90底部的氧化-還原潛能。還安裝了泄水管122。這種結(jié)構(gòu)使上流式圓珠過濾器進(jìn)行顆粒過濾和脫硝過濾的雙重作用達(dá)到最佳水平。
放養(yǎng)生物的水產(chǎn)養(yǎng)殖箱可以自潔。箱14的底面經(jīng)改進(jìn)向中央傾斜(例如2英寸/1英尺)，中央有(例如4英寸的)槽12。該箱的出口位于所述槽的一端，收集的廢液流向微粒過濾器。廢液在槽內(nèi)集中，集中起來的廢液流向微粒過濾器。廢液在所述槽內(nèi)的集中通過使用位于排出管正上方的氣泡過濾網(wǎng)(充氣注射器)也變得更方便。因此大部分為液被沖出箱外，無需勞力。分布控制系統(tǒng)綜合過程控制系統(tǒng)用于對水產(chǎn)養(yǎng)殖生產(chǎn)子系統(tǒng)和過濾子系統(tǒng)進(jìn)行分布控制。分布控制系統(tǒng)包含把環(huán)境狀況轉(zhuǎn)換成電信號的多個(gè)傳感器/轉(zhuǎn)換器，把傳感器的電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)碼的通信多路轉(zhuǎn)換器，能接受并向通信多路轉(zhuǎn)換器輸入輸出信號的計(jì)算機(jī)硬件，具有與用戶人聯(lián)系的計(jì)算機(jī)硬件和提供描繪平面配置圖，評價(jià)輸入數(shù)據(jù)的趨勢和歷史數(shù)據(jù)的趨勢等提供圖形界面的計(jì)算機(jī)軟件。另外，控制回路的高水平綜合由人工智能計(jì)算機(jī)程序(例如以規(guī)則為根據(jù)的專家系統(tǒng)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，以模糊邏輯為根據(jù)的專家系統(tǒng)和神經(jīng)模糊系統(tǒng))所管理。訓(xùn)練成套參數(shù)包括溶解氧的水平、鹽分和電導(dǎo)率、水位、抽水速率、泵送力、流速、溫度、加熱和/或降溫力，根據(jù)pH值添加緩沖液，氧化-還原潛能，根據(jù)水位和鹽分添加海水或水。
分布控制系統(tǒng)與適合的數(shù)學(xué)模型(如開/關(guān)、比例積分求導(dǎo)、統(tǒng)計(jì)模型或?qū)＜蚁到y(tǒng))一起用于對所有養(yǎng)殖箱和過濾器箱進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測和控制(a)溫度監(jiān)測與控制；(b)pH值監(jiān)測與控制；(c)鹽分的監(jiān)測與控制；(d)氧化-還原潛能的監(jiān)測與控制；(e)溶解的二氧化碳的監(jiān)測與控制；(f)溶解氣體總量的監(jiān)測與控制；(g)溶解的氧的監(jiān)測與控制。
分布控制系統(tǒng)與適合的數(shù)學(xué)模型(例如開/關(guān)、比例-積分-微分、統(tǒng)計(jì)模型或?qū)＜蚁到y(tǒng))一起用于管理全部過濾裝置(圖11)。傳感器的輸入(例如壓力、水位、氧化-還原潛能和溶解的氧)用來監(jiān)測各過濾系統(tǒng)(例如微粒、碳和生物過濾系統(tǒng))的功能。各種輸出，根據(jù)各數(shù)學(xué)控制模型，控制各種功能，例如水流或滯留時(shí)間、回沖和過濾器保養(yǎng)時(shí)間表。
過濾器各部件中和部件之間的一切流速均由分布控制系統(tǒng)監(jiān)測并控制。各過濾器中和過濾器之間的流速改變均由編程機(jī)器智能和分布控制系統(tǒng)對水質(zhì)數(shù)據(jù)例如pH值、溶解的氧、溫度、鹽分(只用于海水系統(tǒng))、氧化-還原潛能和濁度評估后實(shí)施。
分布控制系統(tǒng)用于對計(jì)算機(jī)自動的閉路循環(huán)水產(chǎn)養(yǎng)殖過濾系統(tǒng)使用的一切養(yǎng)殖箱和過濾箱的水位進(jìn)行監(jiān)測和控制。精確地控制水位對氣動升液器驅(qū)動的系統(tǒng)中流速的穩(wěn)定是必須的。
系統(tǒng)參數(shù)超出設(shè)定值時(shí)，分布控制系統(tǒng)產(chǎn)生臨界的系統(tǒng)功能的自動報(bào)告并報(bào)警(就地或遠(yuǎn)程)。報(bào)警信號既是可視的(閃光管和信息中心)又是可聽的(鈴)。
分布控制系統(tǒng)，具有作為機(jī)視子系統(tǒng)和內(nèi)部計(jì)時(shí)器輸出和輸入的自動饋線而具有饋電管理能力。
分布控制系統(tǒng)控制一切養(yǎng)殖水域的光周期并用于改變生活周期。系統(tǒng)可以開燈或關(guān)燈以及用可變電阻控制亮度。
圖11是圖1或圖9顯示的閉路水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)功能的模型。“方框”是狀態(tài)變量，“旋塞”是轉(zhuǎn)換系數(shù)，“圓圈”是效果。最上面的模型子系統(tǒng)是動物生物量300。狀態(tài)變量是生物量的克數(shù)302。效果是生長量的克數(shù)304，以克表示的生長量306，數(shù)量308，以克表示的重量310，每立方米的公斤數(shù)312，水箱容積I314和以美元表示的價(jià)值316。
第二模型子系統(tǒng)是累積340。狀態(tài)變量是飼料總量公斤數(shù)342，累積的氨型氮(氨型氮的總量)344和以克表示的生物量346，效果是以公斤表示的飼料量348，飼料成本350，以克表示的每日氨型氮總量352、消耗的飼料362，生命體氨型氮總量354，硝化量356，生命體的硝酸鹽氮總量358和生命體的硝化量360。
第三模型子系統(tǒng)是氨型氮總量370。狀態(tài)變量包括以克表示的生物量372，氨型氮總量374，圓珠過濾器376和砂過濾器378。效果是氮容量380，喂給率382，每日氮給量的克數(shù)384，同化速率386，飼料消耗量388，以毫克表示的NH3I390，以毫克表示的NH3密度I392，水箱容量I394，主流速率396，圓珠過濾器的氨型氮總量398，圓珠過濾器硝化量400，砂過濾器的氨型氮總量402，砂過濾器的硝化量404和氨氮總量的再現(xiàn)406。
第四模型子系統(tǒng)是脫氮量420。狀態(tài)變數(shù)是硝酸鹽型氮的總量422和生物反應(yīng)劑424。效果是硝化量426。圓珠過濾器硝化量428，砂過濾器硝化量430，以mg/l表示的NO3濃度432，以g/l表示的NO3密度434，水箱容量l436，生物反應(yīng)劑的硝酸鹽氮總量438，脫硝酸鹽量440，生物反應(yīng)器效率442，柱444，生物反應(yīng)器體積446，生物反應(yīng)器流量448，滯留時(shí)間450和硝酸鹽氮總量的返回452。數(shù)學(xué)模型如下動物的生物量Biomass_gm(t)＝Biomass_gm(t-dt)+(Growth_gm)*dtINIT Biomass_gm＝Number*0.0020{2mg PLs}INFLOWSGrowth_gm＝(Grams_Growth/7)*NumberKilos_per_cu_meter＝Biomass_gm/Tank_Vol_INumber＝154800{400animals/m3@25gms & 10kg/m3}Value $＝(Biomass_gm*2.2*6)/1000Weight_gm＝Biomass_gm/NumberGrams_Growth＝GRAPH(time)(0.00，0.25)，(7.50，0.26)，(15.0，0.26)，(22.5，0.278)，(30.0，0.312)，(37.5，0.407)，(45.0，0.54)，(52.5，0.915)，(60.0，1.11)，(67.5，1.18)，(75.0，1.20)，(82.5，1.20)，(90.0，1.20)，(97.5，1.20)，(105，1.20)，(113，1.20)，(120，1.20)，(128，1.20)，(135，1.20)，(143，1.20)，(150，1.20).累積Cum_TAN(t)＝Cum_TAN(t-dt)+(Daily_T_A_N_gm)*dtINIT Cum_TAN＝0INFLOWSDaily_T_A_N_gm＝Wasted_FeedTotal_Feed_kg(t)＝Total_Feed_kg(t-dt)+(Feed_kg)*dtINIT Total_Feed_kg＝0INFLOWSFeed_kg＝((Feed_Rate/100)*Biomass_gm)/1000{kg}Feed_Cost_$＝Total_Feed_kg*0.6Nitrification_biomass＝(Nitrification/Biomass_gm)*1000脫硝量Bioreactor(t)＝Bioreactor(t-dt)+(TNN_to_Bioreactor-Denitrification-TNN_Return)*dtINIT Bioreactor＝0INFLOWSTNN_to_Bioreactor＝TNN*(Bioreactor_Flow/Tank_Vol_I)OUTFLOWSDenitrification＝Bioreactor_Efficiency*BioreactorTNN_Return＝Bioreactor-DenitrificationTNN(t)＝TNN(t-dt)+(TNN_Return+Nitrification-TNN_to_Bioreactor)*dtINIT TNN＝0INFLOWSTNN_Return＝Bioreactor-DenitrificationNitrification＝BF_Nitrification+SF_NitrificationOUTFLOWSTNN_to_Bioreactor＝TNN*(Bioreactor_Flow/Tank_Vol_I)Bioreactor_Efficiency＝.7Bioreactor_Flow＝Bioreactor_Volume*(24/Residence_Time)Bioreactor_Volume＝200*Columns
Columns＝6NO3_Conc_gm_I＝TNN/Tank_Vol_IResidence_Time＝2{2 hours，converted to days}氨型氮總量Bead_Filter(t)＝Bead_Filter(t-dt)+(TAN_to_BF-TAN_to_SF-BF_Nitrification)*dtINIT Bead_Filter＝0INFLOWSTAN_to_BF＝NH3_Conc_gm_I*Main_Flow_RateOUTFLOWSTAN_to_SF＝Bead_Filter-BF_NitrificationBF_Nitrification＝min(Bead_Filter，250)Sand_Filter(t)＝Sand_Filter(t-dt)+(TAN_to_SF-TAN_return-SF_Nitrification)*dtINIT Sand_Filter＝0INFLOWSTAN-to_SF＝Bead_Filter-BF_NitrificationOUTFLOWSTAN-Return＝Sand_Filter-SF_NitrificationSF_Nitrification＝min(Sand_Filter，3750)T_A_N(t)＝T_A N_(t-dt)+(Wasted_Feed+TAN_Return-TAN_to_BF)*dtINIT T_A_N＝0INFLOWSWasted_Feed＝Nitrogen_Feed_gm_day-(Nitrogen_Feed_gm_day*Assimilation_Rate)TAN_return＝Sand_Filter-SF_NitrificationOUTFLOWSTAN_to_BF＝NH3_Conc_gm_I*Main_Flow_RateAssimilation_Rate＝.45Feed_Rate＝Grams_Growth*1.8
Main_Flow_Rate＝(890*3.785)*3600NH3_Conc_gm_I＝T_A_N/Tank_Vol_INH3_mg_I＝NH3_Conc_gm_I*1000Nitrogen_Content＝0.4Nitrogen_Feed_gm_day＝Biomass_gm*(Feed_Rate/100)*NitrogenContentTank_Vol_I＝387374不在一個(gè)組內(nèi)TAN_Biomass＝Daily_T_A_N_gm/Biomass_gmTNN_Biomass＝(Nitrification/Biomass_gm)*1000機(jī)視子系統(tǒng)為了開發(fā)一種機(jī)視系統(tǒng)的結(jié)果識別模型，把自適應(yīng)神經(jīng)模糊推理系統(tǒng)用作對象的分類這一目的。使用自適應(yīng)神經(jīng)模糊推論系統(tǒng)開發(fā)了使用圖像質(zhì)量因素(總亮度，說明對比的曲線的峰態(tài)特性)的自動圖像質(zhì)量評估；專家知識(對動物尺寸的估計(jì)，對動物分段所需的界限值的估計(jì))，有關(guān)機(jī)視系統(tǒng)精確測量對象的圖像質(zhì)量模型；有關(guān)測量可靠性的圖像質(zhì)量的模型。建立以結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的圖像模型使用了經(jīng)修改的馬爾可夫隨機(jī)信息組的方法。根據(jù)馬爾可夫隨機(jī)信息組制作圖像模型是眾所周知的。本發(fā)明使用對該方法的修改包括增加運(yùn)動信息和使用圖像信息的可預(yù)測的模糊模型決定作為目標(biāo)對的像素的附近區(qū)域的似真度。
對自動水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)開發(fā)系統(tǒng)狀態(tài)識別模型達(dá)到系統(tǒng)狀態(tài)分類目的運(yùn)用自適應(yīng)神經(jīng)模糊推論系統(tǒng)是本發(fā)明的一部分?？焖俚亟ο蟮哪Ｐ褪褂弥T如軟件Global Lab Image(圖15)之類的傳統(tǒng)的圖像分析工具；在批量知識模式下使用自適應(yīng)神經(jīng)模糊推理系統(tǒng)可以迅速開發(fā)建立目標(biāo)的模型(圖16和圖17)的模糊推論系統(tǒng)。這里用來迅速建立目標(biāo)的模型的獨(dú)特的步驟是使用模糊邏輯領(lǐng)域的“自然”分類。
本發(fā)明的另一方面是使用機(jī)器知識(批量或未檢查的)在自動水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)內(nèi)監(jiān)測生物的狀況。這包括生物狀況估計(jì)，在這種估計(jì)中，生物的狀況可以(1)使用先在知識基礎(chǔ)來限定，和/或(2)根據(jù)自適應(yīng)神經(jīng)模糊推理系統(tǒng)把目標(biāo)的特征分析與自動水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)內(nèi)的其他參數(shù)(諸如水質(zhì)、溫度、光度)結(jié)合起來的過程而推定。另外，還對生物的活動進(jìn)行不間斷的監(jiān)測，在這種監(jiān)測中，基于總的運(yùn)動和形狀識別的動物的活動水平結(jié)合到自動水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)內(nèi)。圖12內(nèi)顯示的就是水產(chǎn)養(yǎng)殖使用的基于采用網(wǎng)絡(luò)的模糊推論驅(qū)動的機(jī)視分類系統(tǒng)(ANFIS)?！癆NFIS”240的輸入包括目標(biāo)物體的形態(tài)的先前知識242和分隔特點(diǎn)的傳統(tǒng)圖像分析244。圖12中的輸入輸出回路是“使用批量的或連續(xù)的知識的方法的智能FIS發(fā)展的自然分類和操作者監(jiān)視”246，輸出是“ANFIS接連非監(jiān)視的知識”248和“只有FIS”250。
因此本發(fā)明的一個(gè)方面可以說是使用機(jī)視的結(jié)果作為自動水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)內(nèi)的傳感器輸入(即控制變量)?？諝馍浩鹘?jīng)濟(jì)使用這類水循環(huán)的重要因素有(1)浸入深度(圖3)或注入空氣的深度與揚(yáng)水(升水)高度之間的關(guān)系(以百分?jǐn)?shù)表示)；(2)注入的空氣的體積(圖3)；(3)注射器1的設(shè)計(jì)；(4)空氣升液器的直徑；(5)被提升的水的泄水孔DO和高位水箱的結(jié)構(gòu)。效率最好的空氣升液器通過在水面處的開口的垂直輸水管送水。效率隨著管的頂部高出水面的程度而下降。從理論上講，浸入深度小于80％，水流量會是非常有限的。管子的直徑影響揚(yáng)水高度，管徑較小在浸入深度較小(小于80％)的情況下效率較高?？諝馀莸拇笮〗Y(jié)構(gòu)影響揚(yáng)水效率。氣泡小，上升慢，揚(yáng)水速率比大氣泡慢。氣泡大小均勻的揚(yáng)水量少于混合大小的氣泡的。通常使用的注射方法有兩種，一種是通過空氣升液管外面的套管注射空氣，另一種是通過安裝于空氣升液管內(nèi)的管子注射空氣。第一種結(jié)構(gòu)通過限制摩擦和使管子的容積最佳化避免對水流量形成限制。
包括于本發(fā)明內(nèi)的新型空氣升液泵有若干獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。第一，擴(kuò)散口53有點(diǎn)像淚滴形(圖4)始于頂部的是縫形，生成較小(直徑小于1-10毫米)且上升較慢的汽泡，然后擴(kuò)大至圓形底部產(chǎn)生較大的氣泡(直徑10-30毫米)(圖4)。這樣就產(chǎn)生出大小不等的氣泡，增大了自動控制的范圍。在直徑較小(1/2-2英寸)的管子上切割三個(gè)擴(kuò)散孔?？椎臄?shù)量隨管子的周長而增加，一直到數(shù)目最大，這時(shí)孔可均勻分布并在孔的最大水平直徑之間的間隔留有足夠的材料牢固地連結(jié)擴(kuò)散器的下端。第二，為了便于與擴(kuò)散器接觸，本發(fā)明使用的所有空氣升液器都設(shè)計(jì)有較大的升液管55，使附有擴(kuò)散器的輸氣管能安裝于升液管的中央。第三，從升液管頂部泄出的氣水混合物由于有圓錐形結(jié)構(gòu)而偏離管的頂部。如果空氣升液器的頂部位于水箱的水面處，圓錐會降低升液效率。然而必須把水提升到一定程度(約10-20厘米)以提供穿過過濾器循環(huán)所需的壓頭。因此，空氣升液器的水必須排空入高位水箱。頂部必須高于高位水箱底若干厘米，從而使水在離開高位水箱之前不流回空氣升液器。這樣，所述圓錐形結(jié)構(gòu)就會使水偏離空氣升液器的頂部從而水不會直落下來阻礙水流?？諝馍浩骱透呶凰淇梢园惭b于回路的任何地方，為了安全起見，應(yīng)位于過濾器(即微粒過濾器；圖1)的順流方向，使得最易插入。
系統(tǒng)的水循環(huán)是一個(gè)通過水箱和各過濾器的閉合回路(例如圖1)。流經(jīng)以后各部分的總水流的一部分用各部分之間的旁路回路調(diào)整，并可控制過濾效率，消耗品的使用和水循環(huán)的速率(約50-200加侖/分)。過濾效率的高低必須能把水質(zhì)量保持于可接受的水平，并可用各部件(例如泡沫分餾器)內(nèi)的可變速率的再循環(huán)回路予以調(diào)整。各部件內(nèi)及各部件之間的所有水流速率由分布控制系統(tǒng)(DCS)監(jiān)測并控制。清除顆粒可以用濾網(wǎng)，沉淀池，裝填媒質(zhì)的收集器，以及在某種程度上，可以用物理或化學(xué)吸附裝置(例如泡沫分離器和活性炭)清除顆粒。除了罐式顆粒收集器之外，大部分固體消除器都可直接加管裝入空氣升液器驅(qū)動的水回路中?？諝馍浩鞯淖顚?shí)用的結(jié)構(gòu)都具有很大的表面積，可移動的濾網(wǎng)和/或沉淀物收集器。養(yǎng)殖箱的剖面結(jié)構(gòu)(圖2)可以使固體廢料集中在水循環(huán)流動中并帶到固體收集器20。這種效果有賴于水箱的長度大于寬度，并且一端有進(jìn)水口，另一端有出水口這樣的結(jié)構(gòu)。沿縱軸線擴(kuò)散進(jìn)入養(yǎng)殖箱的方向的空氣，在縱向水流的直角方向產(chǎn)生環(huán)流圈，并把固體顆粒從底和側(cè)壁沖到中央。這時(shí)固體顆粒隨水流從水箱的進(jìn)口端移動到出口端，在此，為外流的水帶出并帶到固體分離器20。固體分離器應(yīng)直接安裝在養(yǎng)殖箱的下流方向。所述分離器的進(jìn)口應(yīng)在養(yǎng)殖箱的水平面高度處排空以便養(yǎng)殖箱的水平面保持不變。或者，低水頭壓力的上流式圓珠過濾器(圖7)或砂過濾器也可用于分離顆粒。后兩種系統(tǒng)需要回沖會損失部分系統(tǒng)的水。物理吸附各種結(jié)構(gòu)的泡沫分餾器可以包括在內(nèi)，但它們的位置應(yīng)該固定。它們應(yīng)該設(shè)在緊靠顆粒過濾器之后的位置。對結(jié)構(gòu)的主要限制是水向下流到分餾器柱流與氣泡流向相反。溶解和懸浮的有機(jī)物附在氣泡上并被向上帶到水面上的干燥管。有機(jī)物從氣泡上轉(zhuǎn)移到干燥管側(cè)并為產(chǎn)生氣泡的氣流向上運(yùn)到一個(gè)容器內(nèi)。
在專門的實(shí)施例(圖5)所說明的供本系統(tǒng)使用的泡沫分餾器包含一個(gè)豎立的圓筒形(接觸)室32并在其底部附近用管子裝成與一個(gè)空氣升液器連結(jié)。所述圓筒的底部封閉，而上部則安裝了一個(gè)向上斜的坡度小的圓錐34。所述圓錐的位置可在圓筒內(nèi)調(diào)整，其基部置于圓筒的水平面。所述圓錐的向上方向空容積逐漸減少，在泡沫產(chǎn)生并向上漂浮時(shí)使其凝縮。所述圓錐的頂部開口，進(jìn)入管36的一部分，該管進(jìn)一步使泡沫被向外逸去的空氣流凝縮或“干燥”帶到泡沫收集器。在此實(shí)施例中，在干燥管的頂部安裝了幫助逸出的空氣把泡沫運(yùn)到系統(tǒng)外的容器的一個(gè)文丘里管44。
未處理的水經(jīng)過位于盛放分餾器(圖5)的容器的水面下數(shù)厘米處的百葉窗式長孔進(jìn)入泡沫分餾器接觸室。水被用管連結(jié)于接觸室底部的空氣升液器55所吸入，流速應(yīng)予調(diào)整以使凝縮圓錐內(nèi)的泡沫形成達(dá)到最佳化。百葉窗式長孔向內(nèi)，因而進(jìn)入接觸室的水作圓周式運(yùn)動。這種結(jié)構(gòu)(1)增加水的滯留時(shí)間使去除有機(jī)物的效率更高；(2)可使小氣泡聚結(jié)成大氣泡，可逆水流更快地上升；(3)所大量的氣泡集中于圓筒的中央，從而不致通過百葉窗外逸?？沙ニ腥芙獾挠袡C(jī)物和微粒有機(jī)物的水速決定于允許氣泡帶著有機(jī)物上升的在接觸室內(nèi)的水的速度。因此，接觸室的直徑是一個(gè)重要的因素，因?yàn)槠渲睆皆龃蟾餮h(huán)的距離就增大，可以去除有機(jī)物的水量也就增加?；瘜W(xué)吸附活性炭、沸石、合成媒質(zhì)和可以有選擇地滲透的薄膜用于按尺寸或電荷收集分子。這些媒質(zhì)的過濾器結(jié)構(gòu)都可以產(chǎn)生通過媒質(zhì)的水流。本發(fā)明的一個(gè)典型實(shí)施例是安裝假底和濾網(wǎng)使水從假底下方進(jìn)入容器，向上穿過濾網(wǎng)和媒質(zhì)。濾網(wǎng)孔的大小要能擋住媒質(zhì)但可讓滲過顆粒過濾器的最大顆粒通過。在高壓的泵驅(qū)動系統(tǒng)中逆水流的垂直結(jié)構(gòu)中盛放媒質(zhì)的結(jié)構(gòu)趨于更緊湊，要更費(fèi)力地操作。生物過濾媒質(zhì)床有助于細(xì)菌(1)把有機(jī)廢料氧化為NH4和CO2；(2)把最終產(chǎn)品還原為元素氮N2。在水產(chǎn)養(yǎng)殖用的所有過濾器和調(diào)節(jié)裝置中氧化床有最多的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、媒質(zhì)類型和工作效率。最普通的一種是沉入式過濾器(例如在石子和沙子下面)。濕-干式過濾器把水泵到暴露于空氣中的塑料球、合成與天然纖維織物墊和其他表面上。流化床使用被注于其下的水流保持懸浮狀態(tài)的細(xì)顆粒(例如砂或塑料珠)。所有這些種類都適合于在空氣升液器產(chǎn)生的水頭壓力下發(fā)揮功能。
本發(fā)明的此實(shí)施例中使用的結(jié)構(gòu)是1種改進(jìn)的沉入式床。然而這種床的結(jié)構(gòu)與一般的沉入式床在若干重要特征上是不同的。首先，所述床是升高的使得剛剛沉入水面64，進(jìn)入(未經(jīng)處理)的水被注于床61下方，穿過該床向上升(圖6)。這種結(jié)構(gòu)(1)減少床的壓實(shí)程度從而降低了由壓實(shí)引起的流量減?。?2)迫使含有機(jī)物的水與床的暗邊接觸，從而限制了異養(yǎng)生物的生長。(3)使床底與富氧水接觸從而防止床內(nèi)產(chǎn)生厭氧區(qū)。其次這種升高的結(jié)構(gòu)可以讓床下的區(qū)域由延伸通過狹窄通道66的虹吸管而得到清掃。這就節(jié)省了用于拆卸過濾床的時(shí)間和人力。對過濾床的功能的現(xiàn)場監(jiān)測是用床上和床下的溶解氧和pH值探測器和均勻分布于過濾床表面和插于過濾床深度一半的四個(gè)氧化-還原探測器完成的。這些探測器提供的輸入用于控制穿過過濾床的水流和注入過濾箱的空氣或氧和緩沖液。這會使過濾床的化學(xué)營養(yǎng)突變的細(xì)菌的新陳代謝達(dá)到最佳程度。
另一種硝化生物過濾器是起物理過濾器以及生物過濾作用的上流式塑料珠過濾器(圖7)。與沉入式過濾器由于顆粒累積(例如渠化和生物絮凝物礦化)使性能受影響相反，這種過濾器在理想狀態(tài)下操作時(shí)，兩種過濾作用都很好。上流式珠過濾器在適當(dāng)回沖的情況下，能累積顆粒并硝化。然而，要使上流式珠過濾器作用最佳化需要專門經(jīng)驗(yàn)，這在操作人員中往往很缺乏。由于這種原因，使其功能自動化就非常重要。上流或珠過濾器，可以用現(xiàn)場傳感器(例如溶解的氧112，氧化-還原潛能120，pH值118和流速116)監(jiān)測床內(nèi)的細(xì)菌代謝和用壓力傳感器114測量由于顆粒累積引起的通過床的壓力下降，而使其運(yùn)行達(dá)到最佳化。此實(shí)施例有兩個(gè)氧化-還原傳感器，置于床上方和床下方，還有兩個(gè)置于床內(nèi)在圓床92的圓周180°方向的床。此外，有兩個(gè)pH值傳感器118置于180°即相反的方向上。這四個(gè)傳感器放置的高度為床高的一半。此外，還有溶解的氧探測器112，一個(gè)置于床的上方，另一個(gè)置于床的下方。壓差測量器114連結(jié)于過濾器的流入管130和流出管132。從傳感器來的輸入數(shù)據(jù)用于使水的流速或滯留時(shí)間，回沖頻率，回沖持續(xù)時(shí)間等的變化自動化，以及用于向圓珠過濾器注入氧和緩沖液以使?fàn)I養(yǎng)突變細(xì)菌的生長和代謝最佳化和阻止異養(yǎng)細(xì)菌在珠上滯留。如回沖次數(shù)太多或太強(qiáng)烈，營養(yǎng)突變細(xì)菌就不能保持于床上，而在回沖作用下脫離過濾器。如果回沖次數(shù)不足異養(yǎng)細(xì)菌生長就會使?fàn)I養(yǎng)突變細(xì)菌過分長大，過濾器就會產(chǎn)生氨和其他廢料而不是將它們除去。就是這種精細(xì)的平衡需要自動化。
自動生物過濾器的另一個(gè)例子是美國專利第5482630號所述的自動脫硝生物反應(yīng)器。這種過濾器使得從水中徹底除去氮成為可能。這對真正的閉路水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)非常重要。這里把它列入這里所說的自動閉路循環(huán)水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)的一個(gè)部件。氧化/照射殺菌這組裝置產(chǎn)生臭氧、紫外光或同時(shí)產(chǎn)生兩者用于殺菌目的。臭氧具有很強(qiáng)的腐蝕作用。把它注入水處理回路中注入溶解的有機(jī)物很集中，便于減小的地方，它是最安全的。臭氧輸送系統(tǒng)可以不加修改地用于閉路水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)。紫外光的效率和可靠使用，要求結(jié)構(gòu)能保證所有通過接觸器的水都通過球形器皿一個(gè)特定部分，在球形器皿特定部分周圍的特定距離內(nèi)，也就是殺傷接觸區(qū)。接觸少了可能產(chǎn)生細(xì)菌抗紫外光傾向的結(jié)果。用于泵驅(qū)動系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)的紫外接觸器的結(jié)構(gòu)不可能通過對空氣升液系統(tǒng)有效的足夠流量。在水頭壓力為15-30厘米的情況下，每分鐘循環(huán)60升水各需1個(gè)結(jié)構(gòu)合適的紫外光球形器皿。因此空氣升壓系統(tǒng)的紫外接觸器應(yīng)設(shè)計(jì)有(1)更大一些的流入和流出；(2)更多的球形器皿；(3)若干空氣清洗孔。在最后一個(gè)過濾器和養(yǎng)殖箱之間低于各水面的地方安裝紫外接觸器可以把低水頭壓力施加的限制減少到最低限度。分布控制系統(tǒng)分布控制系統(tǒng)包含以下部件。在上述水箱系統(tǒng)上設(shè)計(jì)并安裝了一個(gè)工業(yè)過程控制系統(tǒng)。原設(shè)計(jì)是建立在微機(jī)監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)上的，它把386/486系列個(gè)人計(jì)算機(jī)與標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)控制信號多路轉(zhuǎn)換器和軟件連結(jié)起來?，F(xiàn)在，這一系統(tǒng)成了為三個(gè)獨(dú)立的水產(chǎn)養(yǎng)殖設(shè)施服務(wù)的更為廣泛的分布控制系統(tǒng)的一個(gè)子處理過程。各組成部分(硬件和軟件)都是買的成品因而不用建立線路不用寫計(jì)算機(jī)代碼。
使用的軟件是WindowsTM工作環(huán)境的直觀圖形界面產(chǎn)品，Intellution為Windows制作的DMACSTM。該程序可以在任何386/486個(gè)人計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，并包括網(wǎng)絡(luò)動態(tài)數(shù)據(jù)交換(net DDE)，允許數(shù)據(jù)在WindowsTM的程序之間轉(zhuǎn)換。輸入和輸出可以實(shí)時(shí)顯示為平面配置圖、圖形、圖表或多篇幅，所有數(shù)據(jù)都可以在硬盤或其他媒體中存擋。控制功能包括定點(diǎn)控制，正比/積分/微分控制(PID)，批量控制，統(tǒng)計(jì)過程控制和自定義控制塊。輔助模塊可以通過典型的微機(jī)網(wǎng)絡(luò)和從撥號電話線上遠(yuǎn)程操作。計(jì)算機(jī)硬件是具有16兆字節(jié)隨機(jī)存取存儲器，250兆字節(jié)硬盤，1兆字節(jié)視頻卡和一個(gè)SVGA監(jiān)視器的IBM486兼容個(gè)人計(jì)算機(jī)。一個(gè)Beet System(660型)不間斷電源保護(hù)計(jì)算機(jī)不受電源不穩(wěn)的影響，并在電源不穩(wěn)時(shí)，可給計(jì)算機(jī)和監(jiān)視器供電35分鐘。
計(jì)算機(jī)軟件和硬件連結(jié)于包含16個(gè)模擬和16個(gè)數(shù)字輸入/輸出通道的非智能信號多路調(diào)制器網(wǎng)絡(luò)(Dutec Model IOP-AD+和IOP-DE)。各通道要求自己的能接收任何電壓或電流信號(即4-20mA，0-1V或0-100mV)的信號調(diào)節(jié)組件。許多不同種類的輸入/輸出與多路調(diào)制器連接。電纜管道控制系統(tǒng)包括對溫度(即冷卻裝置和加熱裝置)，pH值，鹽分(導(dǎo)電性)，溶解的氧，水箱和過濾器之間的水的流速和水位的監(jiān)測和控制。此外還安裝了光照周期控制(即頂燈的繼電器)和自動輸送帶喂餌器。電纜管道多路轉(zhuǎn)換器是連結(jié)于控制系統(tǒng)的四個(gè)這種多路轉(zhuǎn)換器中的一個(gè)。當(dāng)動畫顯示頂視圖，一切主要功能(即光照周期，紫外殺菌器狀況、水位、pH值、緩沖液注射和蛋白質(zhì)分離器狀況)以便技術(shù)人員通過目視確定時(shí)，電纜管道系統(tǒng)表示于控制系統(tǒng)的視頻監(jiān)視器上。對溫度、溶解的氧、pH值、鹽分和水的流速產(chǎn)生了類似于儀表讀數(shù)顯示的數(shù)字顯示；所有輸入和大部分輸出都在計(jì)算機(jī)硬盤存擋為歷史數(shù)據(jù)庫。成像設(shè)備(a)這里說明的本發(fā)明的實(shí)施例使用兩架黑白安全照像機(jī)140(Burhel)，一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的RS170視頻輸出或兩架包含1英寸×1英寸安裝攝像機(jī)的數(shù)字電路板和其使用的固定鏡頭在內(nèi)的數(shù)字照像機(jī)(圖13B)。這些攝像機(jī)的輸出是標(biāo)準(zhǔn)的RS170，雖然其析像線少于其他攝像機(jī)。這些攝像機(jī)的殼包含固定于膠質(zhì)玻璃基座而又通過涂有硅樹脂的密封圈與膠質(zhì)玻璃基座隔離的塑料小鐘形殼(直徑4英寸)。
(b)各照像機(jī)裝于一個(gè)象小混頻室142的長方形6英寸×16英寸×20英寸上面開口的玻璃外殼內(nèi)(圖13A)。各個(gè)殼上都裝了一個(gè)有機(jī)玻璃蓋144(圖13A)。蓋上有兩個(gè)孔，一個(gè)供電線146用(向內(nèi)供電，向外輸出視頻信號)。另一個(gè)供加壓空氣進(jìn)入。加壓空氣是外殼的不可分割的一部分。加壓空氣能讓電氣設(shè)備在海水環(huán)境里正常工作。可認(rèn)為壓力空氣作此之用是本發(fā)明的一個(gè)新奇的方面。
(c)照像機(jī)外殼用被稱為照像機(jī)座的鋁棒148(圖13c)固定于各水箱上。照像機(jī)座的主臂包含實(shí)心的鋁棒，橫梁用鋁角鐵制造。使用實(shí)心的鋁棒有三個(gè)原因(1)固定剛性杠桿臂；(2)在與海水接觸的情況下鋁不會受到危險(xiǎn)的腐蝕；(3)實(shí)心鋁棒的重量有助于補(bǔ)償外殼在鹽水中的浮力。座的角度用與水箱蓋下面接觸的四根螺栓調(diào)整。
(d)以塑料和環(huán)氧樹脂包裹的船錨形物是用于抵消殼的浮力的附加重量。抵消浮力從而減少波動的效果是對付沉入式或部分沉入式照像機(jī)的必要措施的一部分。圖像數(shù)字化和處理圖像數(shù)字化和處理系統(tǒng)示于圖14。水箱中的魷魚或其他動物160由通過RS 232電纜和端子與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換“幀接收”板(DT 3851型)162聯(lián)接的兩架照像機(jī)140而顯像。所述板負(fù)責(zé)圖像數(shù)字化和一些低級的畫面處理。這種板的優(yōu)點(diǎn)是板上存儲器可以編成程序，諸如幀去除的操作可以在板上進(jìn)行，從而提高了幀處理速度。這種數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換板安裝在機(jī)視計(jì)算機(jī)164里。機(jī)視計(jì)算機(jī)還包含一個(gè)Intel 486/120MHz母插件板和16兆字節(jié)的隨機(jī)存取存儲器。計(jì)算機(jī)產(chǎn)生圖像分析166。圖像分析需經(jīng)機(jī)器智能ANFIS處理167，把對目標(biāo)物的特征分析與其他參數(shù)數(shù)據(jù)結(jié)合起來，通過動態(tài)數(shù)據(jù)交換(DDE)連結(jié)和網(wǎng)絡(luò)動態(tài)數(shù)據(jù)交換168進(jìn)行處理以連結(jié)各種軟件包并向機(jī)視系統(tǒng)報(bào)告164結(jié)果以便控制。軟件為了開發(fā)這里所說明的系統(tǒng)用了以下這些標(biāo)準(zhǔn)的用戶水平版本的軟件(圖15)(a)Global Lab Image 182用于圖像特征抽取，圖像增強(qiáng)，數(shù)據(jù)收集和本系統(tǒng)發(fā)明人的統(tǒng)計(jì)識別模型的開始階段。
(b)Matlab 196 & Matlab’s Fuzzy Logic Tool Box 200用于生成工作模糊模型及使用ANFIS的初步嘗試和開始發(fā)明人使用的動態(tài)數(shù)據(jù)交換(DDE)連接，把各種軟件包連接起來以便生成其系統(tǒng)的工作模型。
(c)Microsoft Excel用于動態(tài)數(shù)據(jù)交換的連接及工作初期階段的數(shù)據(jù)存儲和操作。
為了開發(fā)最后的系統(tǒng)，本系統(tǒng)發(fā)明人使用了以下軟件庫和程序(d)GLIDE 184包含源代碼和Global Lab Image用戶版的一切有關(guān)功能的本系統(tǒng)開發(fā)人的程序庫。
(e)Matlab 196本產(chǎn)品的用戶版包含把Matlab原本文件移到C可編譯單元的資源。
(f)Borland C++Compiler V4.0186發(fā)明人有限地使用了本編譯程序及發(fā)展平臺以便把Matlab生成的C單元移到能為用DelphiApplication development Program，產(chǎn)成的Object-OrientedApplication所用的Dynamically Linked Libraries(DLL’S)。
(g)Borland Delphi 190Delphi是面向?qū)ο蟮?，以Pascal為基礎(chǔ)的發(fā)展平臺，使用它可以生成一種獨(dú)特的應(yīng)用程序188，使用上述的程序庫和Delphi提供的用戶界面。Delphi還包括動態(tài)數(shù)據(jù)交換DDE，網(wǎng)絡(luò)動態(tài)數(shù)據(jù)交換net DDE和對象鏈接和嵌入Object Linking andEmbeding(OLE)的對象(或功能)的強(qiáng)大軟件庫。這些對于通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與使用FixDMACS軟件的總控制系統(tǒng)連接的機(jī)視系統(tǒng)的最終開發(fā)是非常重要的。
如圖15所示，用以上說明的軟件的研制者版本產(chǎn)生的最終系統(tǒng)包括的內(nèi)容如下成像系統(tǒng)(攝像機(jī)和收容板)180與生成圖像分析194的圖像處理的全球?qū)嶒?yàn)室的軟件Global lab Image 182連接?！皥D像分析”194輸入使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱198或模糊邏輯工具箱200的MATLAB196以產(chǎn)生智能視覺系統(tǒng)模型202。另一辦法是把圖像處理全球?qū)嶒?yàn)室軟件Global lab Image 182與Glide的開發(fā)軟件庫184連接，再把Borland++Iibraries用到DLL’s并使用Delphi的應(yīng)用開發(fā)軟件190，編號UniqueProgramming Objects 188得到了不斷的監(jiān)測192。實(shí)例1用于養(yǎng)殖敏感海生Sepioteuthis lessoniana(魷魚)的一個(gè)14500升(3756美加侖)的系統(tǒng)完全自動化并與自動脫硝生物反應(yīng)器聯(lián)接。在其它三個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中研制了空氣升液系統(tǒng)。這三個(gè)系統(tǒng)中的最大的一個(gè)包括兩個(gè)養(yǎng)殖箱，兩個(gè)顆粒過濾器，兩個(gè)泡沫分離器，兩個(gè)碳過濾器，一個(gè)生物過濾器和兩個(gè)紫外光殺菌器。此系統(tǒng)(包括管道和預(yù)過濾箱)的總?cè)萘繛?3150升(16360加侖)。所有系統(tǒng)都養(yǎng)殖魷魚的整個(gè)壽命周期。自動系統(tǒng)養(yǎng)過六代魷魚。各空氣升液器驅(qū)動的系統(tǒng)與所有過濾和水調(diào)節(jié)裝置一起操作作低水頭壓力運(yùn)用(設(shè)計(jì)，建造、試驗(yàn)和檢驗(yàn))。一個(gè)實(shí)施例(繁殖系統(tǒng))養(yǎng)殖魷魚從孵化到幼體后期；另一(成長)系統(tǒng)一直養(yǎng)到其生活周期結(jié)束，包括受精卵的產(chǎn)出。該系統(tǒng)在六代魷魚在其內(nèi)養(yǎng)殖時(shí)保持了水質(zhì)適合(圖8)。另一實(shí)施例是使Sepiaofficinalis(烏賊屬)在開始養(yǎng)殖周期接近性成熟。本發(fā)明除了養(yǎng)殖上述魷魚和烏賊外還可以用于養(yǎng)殖海魚和仔魚。實(shí)例2一個(gè)用于養(yǎng)殖特種無病菌蝦的5600升(1480加侖)養(yǎng)殖系統(tǒng)是全自動的并與所需的過濾裝置連接(圖9)。所述系統(tǒng)包括兩個(gè)1900升的蝦養(yǎng)殖箱210，一個(gè)1.5馬力的離心泵212，一個(gè)用計(jì)算機(jī)使之自動化的容積為1m3的上流式圓珠過濾器214(圖7)，一個(gè)2.7m2沉入式牡蠣殼生物過濾器216(圖6)，一個(gè)蛋白質(zhì)分離器/泡沫分離器218(圖5)，一個(gè)0.05m3活性碳過濾器220，兩個(gè)紫外光殺菌器222，臭氧發(fā)生器224和一個(gè)脫硝生物反應(yīng)器226。包含所述系統(tǒng)的還有一個(gè)水回收箱228。所述系統(tǒng)已經(jīng)建造并運(yùn)行了兩年。所述系統(tǒng)養(yǎng)殖的5000m2的后期幼蝦和50m2成蝦密度高達(dá)每平米大于15克。成蝦長到大達(dá)20克，而且水質(zhì)一直可以接受，即使系統(tǒng)開始運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)也是如此(圖10A-圖10C)。水從養(yǎng)殖箱流經(jīng)圓珠過濾器，蛋白質(zhì)分離器，碳過濾器，沉入式過濾器，紫外光殺菌器，再回到養(yǎng)殖箱。支回路從養(yǎng)殖箱經(jīng)脫硝生物反應(yīng)器回到沉入式生物過濾器。這種系統(tǒng)同樣還可以運(yùn)用于養(yǎng)殖海生的扁平魚(例如比目魚，平魚)，其他甲殼類動物(例如蟹、蜊蛄或龍蝦)和雙殼類軟體動物(例如蛤、扇貝和牡蠣)。
權(quán)利要求
1.一種水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)包括閉路水循環(huán)系統(tǒng)，還包含一個(gè)或多個(gè)養(yǎng)殖箱；一個(gè)包含顆粒過濾器，泡沫分離器和碳過濾器并直接或間接與所述一個(gè)或多個(gè)養(yǎng)殖箱連接的預(yù)過濾系統(tǒng)；一個(gè)與所述預(yù)過濾系統(tǒng)連接的需氧生物過濾器；一個(gè)把從養(yǎng)殖箱流出的水送到所述循環(huán)系統(tǒng)的泵；一個(gè)或多個(gè)與所述循環(huán)系統(tǒng)連接的能在被照射的水回到所述養(yǎng)殖箱前有效地照射所述系統(tǒng)內(nèi)的水的紫外光源，而且其中每一養(yǎng)殖箱配有至少一個(gè)紫外光源；一個(gè)與所述循環(huán)系統(tǒng)連接的厭氧生物過濾器；一臺或多臺從所述系統(tǒng)接收信息并對所述信息作出響應(yīng)，控制所述系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的計(jì)算機(jī)。
2.按照權(quán)利要求1的水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)，其特征在于它還包含一架或多架對著養(yǎng)殖箱內(nèi)用于收集信息傳輸?shù)剿鲆慌_或多臺計(jì)算機(jī)的攝像機(jī)。
3.按照權(quán)利要求1的自動水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)，其特征在于，所述計(jì)算機(jī)中至少有一臺使用自適應(yīng)神經(jīng)模糊推論系統(tǒng)用來對所述水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)不斷地進(jìn)行智能監(jiān)測。
4.按照權(quán)利要求1的自動水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)，其特征在于它還包含一臺使上流式圓珠過濾系統(tǒng)自動化的計(jì)算機(jī)。
5.按照權(quán)利要求4的自動水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)，其特征在于，所述使用計(jì)算機(jī)而自動化了的上流式圓珠過濾系統(tǒng)包括對溶解的氧、通過所述過濾器的壓差、水流、pH值、氧化-還原潛能或上述各項(xiàng)值的任意結(jié)合進(jìn)行監(jiān)測的現(xiàn)場傳感器。
6.按照權(quán)利要求1的自動水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包含一個(gè)分布控制子系統(tǒng)，所述子系統(tǒng)包含多個(gè)把環(huán)境狀況轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕膫鞲衅?交換器；把傳感器的電信號變成數(shù)字碼的通信多路調(diào)制器；接收多路調(diào)制器輸出入信號的計(jì)算機(jī)硬件；具有人機(jī)界面的計(jì)算機(jī)硬件；配備提供圖形界面的計(jì)算機(jī)軟件。
7.一種用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)自動化的上流式圓珠過濾系統(tǒng)，其中所述的系統(tǒng)包括1個(gè)圓珠床；多個(gè)用于對溶解的氧，通過過濾器的壓差、水流、pH值、氧化-還原潛能或上述項(xiàng)目中的任意組合進(jìn)行監(jiān)測的現(xiàn)場傳感器/交換器；一個(gè)低于所述圓珠床的進(jìn)水管和1個(gè)高于所述圓珠床的出水管；其中所述現(xiàn)場傳感器/交換器把監(jiān)測的狀況變?yōu)殡娦盘枴?br> 8.按照權(quán)利要求7的用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)自動化的上流式圓珠過濾系統(tǒng)，其特征在于，有一個(gè)或多個(gè)所述pH值傳感器置于所述圓珠床內(nèi)。
9.按照權(quán)利要求7的用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)自動化的上流式圓珠過濾系統(tǒng)，其特征在于一個(gè)或多個(gè)所述氧化-還原潛能傳感器配置于所述圓珠床上方；一個(gè)或多個(gè)所述氧化-還原潛能傳感器配置于所述圓珠床的下方；一個(gè)或多個(gè)所述氧化-還原傳感器置于所述圓珠床內(nèi)。
10.按照權(quán)利要求7的用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)自動化的上流式圓珠過濾系統(tǒng)，其特征在于它還包含一根注入氧的進(jìn)口導(dǎo)管。
11.按照權(quán)利要求7的用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)自動化的上流式圓珠過濾系統(tǒng)，其特征在于它還包含一根注入緩沖液的進(jìn)口導(dǎo)管。
12.按照權(quán)利要求7的用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)自動化的上流式圓珠過濾系統(tǒng)，其特征在于它還包含一個(gè)螺旋槳和一個(gè)螺旋槳電動機(jī)。
13.一種用于養(yǎng)殖水生物種的方法，它包含；把生物種放于一個(gè)或多個(gè)盛水的水箱內(nèi)；把水從所述水箱引入包含一系列過濾器的閉路水循環(huán)系統(tǒng)；用一個(gè)或多個(gè)紫外光源照射過濾器流出的水；把照射過的水引入所述箱內(nèi)；其中所述水系統(tǒng)的狀況被自動監(jiān)測并控制。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其特征在于，所述的方法還包含把所述水引入與水系統(tǒng)連結(jié)的用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)自動化的一個(gè)生物過濾器內(nèi)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其特征在于，所述自動生物過濾器包含一個(gè)圓珠床；用于對溶解的氧，通過所述過濾器的壓差、水流、pH值、氧化-還原潛能或這些項(xiàng)目的任意組合進(jìn)行監(jiān)測并把這些情況變成電信號的現(xiàn)場傳感器；其中所述現(xiàn)場傳感器與計(jì)算機(jī)連接。
16.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其特征在于它還包含提供一架或多架能有效觀測所述水箱內(nèi)的內(nèi)容并把有關(guān)所述內(nèi)容的信息傳到計(jì)算機(jī)的攝像機(jī)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其特征在于所述信息由自適應(yīng)神經(jīng)模糊推論系統(tǒng)處理。
18.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其特征在于，所述水生物種是蝦，
19.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其特征在于，所述水生物種是魷魚。
20.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其特征在于，所述水生物種是海魚或仔魚。
21.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其特征在于，所述水生物種是水生軟體動物。
全文摘要
本發(fā)明是一種自動化水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)，包括一個(gè)或多個(gè)水產(chǎn)養(yǎng)殖箱，與過濾器22和紫外光源80或臭氧源組成的閉路系統(tǒng)連接在水回到養(yǎng)殖箱10前對水進(jìn)行凈化。作為所述系統(tǒng)一部分還有自動監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)水的狀況的自動生物過濾器60、70和對箱內(nèi)動物的生長和狀況進(jìn)行監(jiān)測的水箱內(nèi)的攝像機(jī)。本發(fā)明也公開了用所公開的系統(tǒng)養(yǎng)殖水生物種有用的方法。優(yōu)選養(yǎng)殖物種包括蝦、魷魚、魚和仔魚和水生軟體動物。
文檔編號C02F3/00GK1228008SQ97197260
公開日1999年9月8日 申請日期1997年6月24日 優(yōu)先權(quán)日1996年6月24日
發(fā)明者菲利普·G·李, 菲利普·E·特克, 約翰·L·惠特森, 安德列亞·惠特塞爾 申請人:德克薩斯州立大學(xué)董事會