一种用于循环水养殖的水处理系统及方法与流程

本发明的涉及一种用于循环水养殖的水处理系统及方法，属于循环水养殖水处理技术领域。

背景技术：

循环水养殖系统因其具有高效、可控、节水省地、对环境污染小等特点，正逐渐在世界各国水产养殖业中得到重视和应用，它汇集水产养殖学、微生物学、环境科学、信息与计算机科学等众多学科知识于一体，是未来水产养殖业可持续发展的主要方向之一。在循环水养殖系统中，生物滤器是核心的水处理单元，利用滤器中填料表面的微生物通过硝化反应来降解养殖水体中氨氮、亚硝氮、化学需氧量等营养盐或有机物，进而达到净化水质的目的，以确保鱼的正常生长。

生物滤器中生物膜的培养与维护是整个系统有效运行的重要环节，也是水处理研究中的难点和热点。目前国内用于循环水养殖系统中的生物滤器主要有固定床生物滤器和移动床生物滤器两类，采用的填料有立体弹性纤维，生化毡、改性悬浮填料和活性碳等，常采用自然挂膜法进行生物挂膜培养，即采用循环水系统中本身的微生物进行挂膜，其生物滤器的启动时间普遍较长，特别是在低温工况下，一般的生物滤器普遍存在启动周期长，处理效果不理想等问题。在系统正常运行过程中，生物滤器基本处于“放养”状态，即对其进行的维护与管理较少，影响了生物滤器水处理性能的稳定性及可控性。而养殖水质对养殖品种的生长影响很大，若鱼类长时间生长在高氨氮的环境中，将减弱鱼类自身的抵抗力，容易发病，进而影响了养殖效益。

技术实现要素：

本发明需要解决的技术问题是：

1)循环水养殖系统中生物过滤环节只采用生物滤器方式，该装置需额外的能耗，而且其体积所占比例较大，投资建设成本普遍较高，影响了该养殖模式的大规模推广与应用。

2)循环水养殖系统中生物滤器常采用自然挂膜方式进行滤器的启动，该方法存在启动时间长，不易接种成功等问题，造成滤器处理效率低，运行效果不稳定等问题，进而影响了循环水养殖系统运行的效率。

3)在实际运行中，生物滤器的性能受外界环境的影响较大，抗氨氮冲击负荷及可控性能力较弱，进而影响了生物滤器水处理性能的稳定性。

4)在养殖过程中，随着养殖品种的生长，对循环水养殖系统的水处理能力提出了更高的要求，而传统养殖模式无法再提升系统的水处理能力，故不可避免地需对养殖品种进行分池，影响了养殖品种的生长。

5)传统的循环水养殖系统中生物过滤环节可调节性较差，无法根据实际情况进行有效的、自动化的调节。

本发明采用以下技术方案：

一种用于循环水养殖的水处理系统，包括相互信号连接的工控机11、电气控制柜10；还包括养殖池5、细菌培养池2、调节池3、一体化水处理设备9、小型生物过滤器6；所述细菌培养池2通过计量泵12与调节池3连接，将调制完成/中的细菌培养液泵送至调节池3；所述调节池3通过蠕动泵13与细菌培养池2连接，将调节池3中的水体泵送至细菌培养池2，为细菌培养池2补充液体；所述调节池3通过离心泵4与一体化水处理设备9连接，所述一体化水处理设备9与养殖池5连接；所述一体化水处理设备9还通过电磁阀7与小型生物过滤器6连接，所述小型生物过滤器6与养殖池5连接；所述养殖池5内设置氨氮传感器8，所述细菌培养池2内设置液位开关1；所述氨氮传感器8、液位开关1、计量泵12、蠕动泵13、电磁阀7分别与电气控制柜10信号连接；当氨氮传感器8检测数据达到第一临界点时，所述计量泵12开启/关闭，当氨氮传感器8检测数据达到第二临界点时，所述电磁阀7开启/关闭；当液位开关1检测的液位数据下降至临界点时，所述蠕动泵13开启，反之蠕动泵13关闭。

本技术方案中，小型生物过滤器的体积远小于通常的生物过滤器(如生物床过滤器)，因此占地较小，成本也大幅降低。

进一步的，所述调节池3的容量远大于所述细菌培养池2的容量。

进一步的，氨氮传感器8对于养殖水体的氨氮浓度维持在第一临界点附近±0.1mg/L的范围内。

一种上述用于循环水养殖的水处理系统的水处理方法，包括以下步骤：将功能性细菌放入细菌培养池2中，引入调节池3中的水，并投加适量的营养盐，对功能性细菌进行培养；在工作状态，细菌培养池2中的液体逐渐减少，液位开关1发出信号，传至工控机11，工控机11控制蠕动泵13开启，从调节池抽水补充至细菌培养池2中，并定期根据所补充的水增加一定量的功能性细菌及营养盐；通过氨氮传感器8把采集到的氨氮参数传输给工控机11，通过软件进行处理，发布命令给计量泵12进行调节，将细菌培养池2中的菌液加至调节池3后，功能性细菌快速分解养殖水体中的氨氮；功能性细菌随离心泵4的抽取，转移至一体化水处理设备9及养殖池5中，电磁阀7根据氨氮传感器8的检测数据进行开启或关闭，进而完成整个系统中养殖水体的净化。

本发明的有益效果在于：

1.循环水养殖系统中在无生物滤器装置下，本方法可实现氨氮的连续降解，并将其控制在合理范围，是养殖水处理方式的一种突破。

2.本发明可实时监控养殖水体氨氮变化，并自动判断，将养殖水体的氨氮浓度维持在设定值附近±0.1mg/L的范围内，解决了常规生物滤器无法精准控制养殖水体中氨氮浓度问题。

3.本水处理模式在无生物滤器工作时，可显著降低系统的能耗，节约了养殖的生长成本。

4.本水处理模式可提升细菌的活性，并实现了功能性细菌的稳定培养，解决了直接投加细菌效果不显著的问题。

5.本水处理模式可显著降低投资成本，并节约了占地空间，有利于循环水养殖模式的应用与推广。

6.本发明将循环水养殖系统中的氨氮长期维持在设定值附近，没有过大的波动，有利于养殖对象的生长发育，可显著提升养殖效益。

7.本发明可实现养殖对象的连续饲养，即可从幼鱼直接养至成鱼，减少了传统养殖过程中分池带来的麻烦及对鱼的损伤，实现了养殖效益的最大化。

8.有巨大的市场前景及应用推广价值。

附图说明

图1是本发明用于循环水养殖的水处理系统的结构示意图。

图2是本发明用于循环水养殖的水处理系统的控制流程图。

图中，1：液位开关；2：细菌培养池；3：调节池；4：离心泵；5：养殖池；6：小型生物过滤器；7：电磁阀；8：氨氮传感器；9：一体化水处理设备；10：电控柜；11：工控机；12：计量泵；13：蠕动泵。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进一步说明。

本水处理模式主要采用向养殖水体定量添加功能性细菌的方式调控养殖水质，并辅以生物滤器提升水处理效果。

以下先对硬件系统进行说明：

参见图1，一种用于循环水养殖的水处理系统，包括相互信号连接的工控机11、电气控制柜10；还包括养殖池5、细菌培养池2、调节池3、一体化水处理设备9、小型生物过滤器6；所述细菌培养池2通过计量泵12与调节池3连接，将调制完成/中的细菌培养液泵送至调节池3；所述调节池3通过蠕动泵13与细菌培养池2连接，将调节池3中的水体泵送至细菌培养池2，为细菌培养池2补充液体；所述调节池3通过离心泵4与一体化水处理设备9连接，所述一体化水处理设备9与养殖池5连接；所述一体化水处理设备9还通过电磁阀7与小型生物过滤器6连接，所述小型生物过滤器6与养殖池5连接；所述养殖池5内设置氨氮传感器8，所述细菌培养池2内设置液位开关1；所述氨氮传感器8、液位开关1、计量泵12、蠕动泵13、电磁阀7分别与电气控制柜10信号连接；当氨氮传感器8检测数据达到第一临界点时，所述计量泵12开启/关闭，当氨氮传感器8检测数据达到第二临界点时，所述电磁阀7开启/关闭；当液位开关1检测的液位数据下降至临界点时，所述蠕动泵13开启，反之蠕动泵13关闭。

参见图1，所述调节池3的容量远大于所述细菌培养池2的容量。

氨氮传感器8对于养殖水体的氨氮浓度维持在第一临界点附近±0.1mg/L的范围内。

以下对处理和控制过程进行说明：

功能性细菌以溶液方式暂放于培养池中，溶液通过自动补水装置向养殖池中抽取，并根据向培养池中加入的水体量定量添加一定的营养盐及细菌，以使细菌保持较高的活性以及稳定的菌群数量。在养殖池内置入氨氮传感器，氨氮传感器通过电气控制柜连接到工控机，工控机通过电气控制柜连接计量泵，控制计量泵的输出流量。计量泵的输入端连接细菌培养池，计量泵的输出端由管路接至调节池。工作时，氨氮传感器将测得的氨氮浓度输入给工控机，工控机将信号与初始设定氨氮浓度进行对比，分析判断养殖池氨氮浓度的变化，将养殖水体的氨氮浓度维持在设定值附近±0.1mg/L的范围内。根据要求，控制计量泵流量，使计量泵将一定量的功能性细菌溶液加入至调节池，功能性细菌加入至养殖水体中后，以水体中的营养盐为基质迅速生长与繁殖，同时，分解养殖水质中的氨氮等营养盐，进而降低养殖水体中的氨氮浓度。由于细菌的生长与繁殖有一定的周期，故分解养殖水体中的氨氮具有一定的延时性。氨氮传感器隔2小时测定一次氨氮浓度，根据所测值不断修正细菌的投加量，直至将循环水养殖池中的氨氮浓度维持在设定值范围内。

随着养殖品种的生长，对系统的水处理性能提出了更高的要求，此时，若氨氮传感器所测值超过设定的允许最大偏差值，可定时开启小型生物滤器支路，为细菌的附着与繁殖创造更大的场所，以提升系统的水处理效率，直至将循环水养殖池中的氨氮浓度维持在设定值范围内。

通过氨氮传感器采集到氨氮浓度进行处理使得程序能够识别出，然后参照设定的值来判断氨氮浓度是否符合系统的要求，并结合投饲、换水时间、细菌作用时间等参数，摸清投加一定量菌液后养殖水体中氨氮浓度的历史变化规律，进而给计量泵一个合适的输出值，从而控制整个系统的氨氮变化。

定期检测培养池中功能性细菌的浓度，若发生变化，及时做出调整，以确保功能性细菌的活性及数量稳定。

本发明可以采用如下方法进行控制：①对工控机11输入包括养殖池水体体积、换水率、投饵量等基础数据；②输入设定的氨氮浓度值及允许的最大偏差值；③在养殖池5内置入氨氮传感器8，测量氨氮值；④工控机12对设定值与测量值进行比较分析；⑤工控机11对比较的结果进行预判；若超过允许设定偏差值，开启电磁阀7，启动小型生滤过滤器6，工控机11按程序计算控制值，并向计量泵12输出控制值；⑥若没超过允许设定偏差值，工控机11直接按程序计算控制值，并向计量泵12输出控制值；⑦计量泵12按控制值运行，以改变流量大小连续方式添加菌液；⑧工控机11再对设定值与测量值进行比较分析，过程与上述一样，直至将养殖水体中的氨氮浓度控制在设定值。

以上是本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员还可以进行各种简单的变换，这些变换应当视为与本发明要求保护的技术方案等同。

本发明改变传统循环水养殖系统中以生物滤器为核心的生物膜法水处理方式，提供了一种作用于养殖水体污染物的高效去除的高精度，可控，高效，成本低的水处理模式。