一种水产养殖场水循环系统及其控制方法与流程

本发明属于水体修复和水环境治理领域，具体涉及一种水产养殖场水循环系统及其控制方法。

背景技术：

水产养殖过程中池塘中的水质是关键性因子之一。目前水产养殖行业面临着水资源的恶化和水产品品质的提升的双重压力。虽然在养殖规模和水量上已经领先于世界，但是在水产品品质、工业化程度和对水环境的保护方面严重落后，这已经制约了我国水产养殖业的健康发展。水产养殖过程中不可避免的向水体中排放的残饵、排泄物、生物尸体、渔药残留等，造成水体中氮、磷以及其他有机物超过了水体的自净能力，导致水环境的不断恶化。

循环水养殖技术具有节约水资源、自我循环和减少排放的优点。根据国内外循环水养殖现状和特点，可将其分为室内工厂化循环水养殖和室外池塘工程化循环水养殖。目前以水产养殖场为对象的循环水系统尚处于起步阶段，如何协调水量和水质的调节，水回用率低和实现智能化还没有成熟的技术。

申请号201610116697.8，一种挂帘式生物滤池及其在循环水养殖中的应用，提供一种挂帘式生物滤池，包括容器、碳纤维毡、进水管和出水管；在所述容器内按2～4cm间隔并排插入碳纤维毡，容器上方设置有进水管，所述进水管连接有布水管，所述布水管连接有布水器，布水器位于碳纤维毡上方；所述出水管位于容器底部。该发明仅对单个水产养殖塘循环水进行说明，未有对水产养殖场水循环和水量及水质调控提出方案。

申请号201510506849.0，闭合式工厂化循环水养鱼方法，涉及一种闭合式工厂化循环水养鱼方法，包括循环水处理系统，养殖池的污水经管路首先排入过滤机集水池，再通过提升泵送入浅层砂过滤器去除水体中悬浮颗粒后，进入臭氧杀菌气浮分离池进行臭氧杀菌及气浮分离去除水体中悬浮物和溶解物，然后进入调节池由供水泵送入活性炭过滤器去除残留臭氧，随后经过换热器换热后进入纯氧管道混合器进行充氧混合，最后回流入养殖池。该发明属于异位处理、投资和运行成本高，操作管理复杂。

申请号201510365328.8，一种池塘鱼类水槽式集约化循环水养殖模式，公开了一种池塘鱼类水槽式集约化，循环水养殖模式。所述养殖池塘中设有若干独立的平行设置的养殖水槽，养殖水槽的前后两侧面是30cm厚墙体、高2～3m，养殖水槽左右两端各安装双层栏鱼网，养殖水槽的进水口端设有微孔增氧设备、出水口端设有一道30cm高矮墙；养殖池塘中按2亩/台的密度安装叶轮式增氧机，养殖池塘中部设有挡水墙。该发明仅对单个水产养殖塘循环水进行说明，未有对水产养殖场水循环和水量及水质调控提出方案。

申请号201510137350.7，一种连续流式生物絮凝水处理反应器及其方法，公开了一种连续流式生物絮凝水处理反应器及其方法，所述反应器包含一圆柱形筒体，圆柱形筒体内部设置中隔板将圆柱形简体分为体积比1∶1的左右两部分，一部分为反应区，另一部分为沉淀区；反应区上部设置进水口，沉淀区上部设置出水口，中隔板正中央设有一个流水孔，使反应区和沉淀区中的混合液可以充分流通；中隔板下部和反应器底部保持一定空隙作为回泥口。使用一个水处理单元同步去除循环水养殖用水中悬浮固体颗粒物、氨氮、亚硝氮和硝氮等污染物。该方法运行成本高、易产生二次污染、操作管理复杂。对于水产养殖场的水循环未有说明。

申请号201510053469.6，一种循环式水产养殖装置及方法，属于水产养殖技术领域，涉及一种循环式水产养殖装置及方法，自净循环水养殖池底部排污口通过排污管与生态生物净水池连通，生态生物净水池中盛装的水体上设置有种植水生生物的人工浮岛，生态生物净水池的底部铺设有沙子，沙子下方的地下土层形成土层微生物滤床，生态生物净水池的中央设有敞口竖井，敞口竖井的下端设置有多孔滤水管和潜水泵，潜水泵与进水装置对接连通，进水装置上套接有文丘里增氧管。该发明仅对单个水产养殖塘循环水进行说明，未有对水产养殖场水循环和水量及水质调控提出方案。

申请号201410694599.3，一种提高水产养殖系统水质量的系统，公开了一种提高水产养殖系统水质量的系统，包括水产养殖池，沉淀池，藻类净化池，生物膜处理池，紫外线消毒池，吸附池，肥料添加池，回流池，各个水池通过水流管道连接，所述水产养殖池与沉淀池之间设置有循环水泵，通过循环水泵来提高水位，把水从水产养殖池引入到沉淀池内。该发明工艺流程复杂，投资和运行成本高，未有对水产养殖场水循环进行设计。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对水产养殖场水量使用量大、季节性波动大、水回用率低、氮磷污染重、管理落后的突出问题，提供一种水产养殖场水循环系统，通过对水产养殖场灌排系统中水量和水质的监测，进行科学合理的控制。

为了解决上述技术问题，本发明采取的技术方案如下：

一种水产养殖场水循环系统，包括养殖场水塘、进水系统、过渡系统、排水系统、旁水系统、湿地系统、检测系统和控制系统；所述进水系统、养殖场水塘、过渡系统、排水系统和湿地系统依次连通构成整条水路，湿地系统出水循环至进水系统中；所述旁水系统与排水系统并联，通过旁水系统将多余水量或污染水排出；所述检测系统分别与进水系统、养殖场水塘、排水系统、旁水系统和湿地系统连接，用于监测水量和水质；所述控制系统分别与进水系统、养殖场水塘、排水系统、旁水系统、湿地系统以及检测系统连接，根据检测系统发送的水量和水质信息，分别控制进水系统、养殖场水塘、排水系统、旁水系统和湿地系统放水或者引水。

进一步地，所述养殖场水塘包括i个养殖水塘，i为大于等于2的正整数；养殖水塘一端与进水系统连通引入水源，另一端与过渡系统连通进行排放。

其中，所述进水系统包括进水闸、生物基、进水推流曝气机和进水生态护岸；所述进水闸位于进水口，采用电动plc控制；生物基和进水推流曝气机位于进水水路水流方向上，布置面积约水面面积20％；进水生态护岸位于进水水路的两侧，采用生态混凝土护砌。

所述过渡系统包括过度推流曝气机和过度生态护岸；推流曝气机位于过度水路水流方向上，具有推流和曝气两种功能；过度生态护岸位于过度水路的两侧，采用生态混凝土护砌。

所述排水系统包括排水喷泉曝气机、排水生态浮床、排水生态护岸和排水闸；排水喷泉曝气机和排水生态浮床位于排水水路水流方向上，排水生态浮床面积约为水面面积的15％；排水生态护岸位于排水水路的两侧，采用生态混凝土护砌；排水闸位于排水水路末端。

所述旁水系统包括旁通进水闸、挺水植物、旁水生态护岸和旁通出水闸；旁通进水闸位于排水水路上，用于将排水水路与旁通水路接通，旁通出水闸位于旁通水路末端，旁通进水闸和旁通出水闸均采用电动plc控制；挺水植物位于旁通水路水流方向上，种植面积约为水面面积的15～25％，种植芦苇、鸢尾等；旁水生态护岸位于旁通水路的两侧，采用生态混凝土护砌。

所述湿地系统包括进水管、生态塘和表流湿地，进水管位于排水水路上，用于将排水水路中的水导入生态塘，水流再经过表流湿地循环回到进水水路中；生态塘面积约为养殖面积的5％～8％，表流湿地面积约为养殖面积的5％～8％。

本发明还提供上述水产养殖场水循环系统的控制方法，养殖水塘(1)总水量设定为q总，标准水质污染物浓度设定为c标准；湿地系统(6)中标准水量设定为q湿地标准，标准水质设定为c湿地标准；

检测系统(7)监测养殖水塘(1)中的实际水量q实际，实际水质污染物浓度c实际，以及湿地系统(6)循环回进水水路中的循环水量q循环，进水系统(2)补入的水量q进水和进水水路水质污染物浓度c进水，湿地系统(6)中的水量q湿地和湿地水质污染物浓度c湿地；

当q实际＜q总时，则养殖水塘通过进水水路进行补水，使得养殖水塘总水量达到q总；当q实际＞q总时，则养殖水塘进行放水，使得养殖水塘总水量达到q总；

当c实际＞c标准时，则养殖水塘进行换水，根据q实际计算出换水量q换水，q换水＝2～3.5％×q实际，此时养殖水塘从进水水路补入水量q换水，同时排放水量q换水；

当c湿地＜c湿地标准时，将湿地系统(6)中水循环回进水水路中，此时进入进水水路中的总水量为q循环+q进水；

当c进水＞c标准或者q湿地＞q湿地标准时，启动旁水系统，将污染水质或多余水量通过旁水系统溢流出去。

根据检测系统检测的实时数据，控制系统进行相应的水路放水或者引水工作，具体包括如下工况：

工况1：正常循环工况

c湿地＜c湿地标准时，将湿地系统中水循环回进水水路中，此时进入进水水路中的总水量为q循环+q进水；c实际＞c标准时，养殖水塘进行换水，根据q实际计算出换水量q换水，q换水＝2～3.5％×q实际，此时养殖水塘从进水水路补入水量q换水，同时排放水量q换水；

工况2：补水工况

q实际＜q总时，养殖水塘通过进水水路进行补水，使得养殖水塘总水量达到q总；

工况3：事故排放工况

c进水＞c标准或者q湿地＞q湿地标准时，启动旁水系统，将污染水质或多余水量通过旁水系统溢流出去。

其中，污染物浓度和水质是检测水中盐分、氨氮和总磷浓度。

有益效果：

1、本发明克服了水产养殖场水量使用量大、季节性波动大、水回用率低、氮磷污染重的突出问题，构建完整了检测系统和智能控制系统，实现了水产养殖场水量和水质的循环，促进了水产养殖规模化养殖可持续发展；

2、本发明工艺灵活、稳定性高，水回用率高、污染物削减量大；通过对水产养殖场灌排系统中水量和水质的监测，进行科学合理的控制，采用原位净化和异位净化相结合的工艺，提高水产养殖场循环水回用量和水质，同时优化季节性水量平衡，适量补充新鲜水和排放多余水量；

3、本发明水产养殖场水循环系统占地面积小、自动化程度高，操作灵活，以结合原有水产养殖场的灌排系统进行原位处理和设置相应面积的湿地进行异位处理，通过检测系统和控制系统实现了少人职守或者无人职守，操作灵活。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做更进一步的具体说明，本发明的上述和/或其他方面的优点将会变得更加清楚。

图1是该水产养殖场水循环系统的水路连接控制原理图；

图2是实施例水产养殖场水循环系统的结构示意图；

图3是实施例水产养殖场水循环系统的纵向剖面图。

具体实施方式

根据下述实施例，可以更好地理解本发明。

说明书附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“前”、“后”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1至3所示，某水产养殖场面积约1500亩，其中水产养殖塘55个。包括养殖场水塘1、进水系统2、过渡系统3、排水系统4、旁水系统5、湿地系统6、检测系统7和控制系统8；所述进水系统2、养殖场水塘1、过渡系统3、排水系统4和湿地系统6依次连通构成整条水路，湿地系统6出水循环至进水系统2中；所述旁水系统5与排水系统4并联，通过旁水系统5将多余水量或污染水排出；所述检测系统7包括进水系统2检测子系统7-1、养殖场水塘1检测子系统7-2、排水系统4检测子系统7-3、旁水系统5检测子系统7-4、湿地系统6检测子系统7-5；控制系统8包括进水系统2控制子系统8-1、养殖场水塘1控制子系统8-2、排水系统4控制子系统8-3、旁水系统5控制子系统8-4、湿地系统6控制子系统8-5根据检测系统7发送的水量和水质信息，分别控制进水系统2、养殖场水塘1、排水系统4、旁水系统5和湿地系统6放水或者引水。

其中，养殖场水塘1包括55个养殖水塘1-i，i为1～55，养殖水塘一端与进水系统2连通引入水源，另一端与过渡系统3连通进行排放。

进水系统2包括进水闸2-1、生物基2-2、进水推流曝气机2-3和进水生态护岸2-4；所述进水闸2-1位于进水口，采用电动plc控制，进水渠宽10m，长度430m；生物基2-2和进水推流曝气机2-3位于进水水路水流方向上；生物基2-2比表面积300m²/m³，布置面积860m²，约水面面积20％；进水推流曝气机2-3具有推流和曝气两种功能，每隔60m设置1台，每台功率1.5kw，共7台；进水生态护岸2-4位于进水水路的两侧，进水生态护岸2-4坡比1:3，采用生态混凝土护砌。

过渡系统3包括过度推流曝气机3-1和过度生态护岸3-2，渠宽12m，长度约240m；推流曝气机3-1具有推流和曝气两种功能，位于过度水路水流方向上，每隔60m设置1台，每台功率1.5kw，共设置4台；过度生态护岸3-2位于过度水路的两侧，坡比1:3，采用生态混凝土护砌。

排水系统4包括排水喷泉曝气机4-1、排水生态浮床4-2、排水生态护岸4-3和排水闸4-4，排水渠宽18m，长度430m；排水喷泉曝气机4-1和排水生态浮床4-2位于排水水路水流方向上；排水喷泉曝气机4-1喷泉高度4m，直径6m，每台功率1.5kw；排水生态浮床4-2面积1161m²，约为水面面积的15％；排水生态护岸4-3位于排水水路的两侧，坡比1:3，采用生态混凝土护砌；排水闸4-4位于排水水路末端并与湿地系统6连通。

旁水系统5包括旁通进水闸5-1、挺水植物5-2、旁水生态护岸5-3和旁通出水闸5-4，旁水渠宽14m，长度220m；旁通进水闸5-1位于排水水路上，用于将排水水路与旁通水路接通，旁通出水闸5-4位于旁通水路末端，旁通进水闸5-1和旁通出水闸5-4采用电动plc控制；挺水植物5-2位于旁通水路水流方向上，种植面积462m²～770m²约为水面面积的15～25％，种植芦苇、鸢尾等，种植面积不低于20株/m²；旁水生态护岸5-3位于旁通水路的两侧，坡比1:3，采用生态混凝土护砌。

湿地系统6包括进水管6-1、生态塘6-2和表流湿地6-3；两条进水管6-1位于排水水路中部和末端，通过2台进水泵驱动，1用1备，用于将排水水路中的水导入生态塘6-2，水流再经过表流湿地6-3循环回到进水水路中；生态塘6-2面积为50025m²～80040m²，约为养殖面积的5％～8％；表流湿地6-3面积50025m²～80040m²，约为养殖面积的5％～8％。

该水产养殖场水循环系统的具体控制方法如下：

养殖水塘1总水量设定为q总，标准水质污染物浓度设定为c标准；湿地系统(6)中标准水量设定为q湿地标准，标准水质设定为c湿地标准；

养殖场水塘1包括55个养殖水塘1-i，i外1～55，根据水产养殖需求进行换水，每个水塘换水水量qi占养殖水塘1-i实际水量的2～3.5％，则总的换水水量为q交换＝q1实际+q2实际+…+q55实际；通过检测子系统7-2检测出监测养殖水塘1中的实际水量q实际，实际水质污染物浓度c实际，换水水量q交换；

通过检测子系统7-1检测进水系统2补入的水量q进水和进水水路水质污染物浓度c进水；通过检测子系统7-5检测湿地系统6中的水量q湿地和湿地水质污染物浓度c湿地，以及湿地系统6循环回进水水路中的循环水量q循环；

通过检测子系统7-3检测从排水水路进入湿地系统6中的水量；

通过检测子系统7-4检测从排水水路进入旁水系统5中的水量；

控制子系统8-1、8-2、8-3、8-4、8-5对应控制各个系统间的排水或者补水。

当q实际＜q总时，则养殖水塘通过进水水路进行补水，使得养殖水塘总水量达到q总；当q实际＞q总时，则养殖水塘进行放水，使得养殖水塘总水量达到q总；

当c实际＞c标准时，则养殖水塘进行换水，根据q实际计算出换水量q换水，q换水＝2～3.5％×q实际，此时养殖水塘从进水水路补入水量q换水，同时排放水量q换水；

当c湿地＜c湿地标准时，将湿地系统中水循环回进水水路中，此时进入进水水路中的总水量为q循环+q进水；

当c进水＞c标准或者q湿地＞q湿地标准时，启动旁水系统，将污染水质或多余水量通过旁水系统溢流出去。

实施例1

蒸发水量为q蒸发＝56mm，降雨水量q降雨＝30mm，此时q实际＜q总；

当q实际＜q总时，则养殖水塘通过进水水路进行补水，使得养殖水塘总水量达到q总，保持养殖水塘水量平衡。

实施例2

蒸发水量为q蒸发＝15mm，降雨水量q降雨＝40mm，此时q实际＞q总；

当q实际＞q总时，则养殖水塘进行放水，使得养殖水塘总水量达到q总，若q湿地＞q湿地标准，则启动旁水系统5将多余水量排出外部。

实施例3

c实际为cod＝60mg/l，氨氮＝2.2mg/l，tp＝0.5mg/l；c标准为cod＝50mg/l，氨氮＝2.0mg/l，tp＝0.4mg/l。此时，c实际＞c标准时，则养殖水塘进行换水，根据q实际计算出换水量q换水，q换水＝3％×q实际，此时养殖水塘从进水水路补入水量q换水，同时排放水量q换水。

实施例4

c湿地标准为cod＝40mg/l，氨氮＝2.0mg/l，tp＝0.4mg/l；c湿地为cod＝50mg/l，氨氮＝1.6mg/l，tp＝0.32mg/l。此时，c湿地＞c湿地标准，则控制子系统8-5关闭从湿地系统6循环回进水水路的水闸，直至湿地系统6处理使得内部水质达到标准再循环回进水水路中，同时启动旁水系统5将排水水路中的事故水量排出外部。

本发明提供了一种水产养殖场水循环系统及其控制方法的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。