一种水产养殖废水智慧循环处理系统

1.本发明属于水产养殖技术领域，特别涉及一种水产养殖废水智慧循环处理系统。


背景技术：

2.良好的水质是水产品生存生长的必要条件，为了给水产品提供符合要求的水体，目前我国水产养殖采用大引大排的方式，消耗了大量的水资源，同时也产生了大量的水产养殖废水，水产养殖废水直接排放至环境中，极易造成环境污染，接入市政管网系统不但前期需要大量的资金投入，而且还会给市政污水处理带来负荷。
3.近年来，人们开始研究循环水水产养殖系统，循环水水产养殖具有节水、节地、节电、高密度集约化、提高成活率、缩短养殖周期和废水排放可控的特点，符合可持续发展要求，是未来水产养殖方式转变的发展方向。目前应用的水产养殖废水净化循环系统，通常是将养殖池内的水产养殖废水通过污水处理方式以对水产养殖废水进行处理然后回流至养殖池，即养殖池内的水产养殖废水依次通过污水处理的各处理池，达到水产品生长所需的水质标准后再次循环至养殖池，整个循环过程使用的技术设备只是单纯的设备，即虽然在一些情况下，其可以监测循环水的水质，并获得水质数据。但当需要相应的调节工作参数以应对养殖循环水变化时，还是需要人工操作实施。不但工作人员工作强度高，且工作效率低，同时，这些设备不能在监测循环水的同时，根据采集获得的水质监测数据自行控制调节工作参数，即其本身还是无法接受数据反馈进而自动智能工作。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的就在于提供一种水产养殖废水智慧循环处理系统，该系统能高效去除养殖废水中的氨氮以及自动实时监测和调控水质，保证养殖池内水体符合水产品生长的要求，同时能降低工作人员的工作强度，提高工作效率。
5.本发明的技术方案是这样实现的：一种水产养殖废水智慧循环处理系统，其特征在于，包括水处理系统和控制系统，所述水处理系统包括养殖池，沿水流方向，依次还包括过滤槽、调节池、初级过滤池、生化反应池、生物反应池、生物过滤池和消毒池，所述过滤槽设于调节池内并位于调节池顶部，所述过滤槽与养殖池连通，便于养殖池内的水产养殖废水流经过滤槽再流入调节池，所述过滤槽用于拦截水产养殖废水中的粪便；调节池、初级过滤池、生化反应池、生物反应池、生物过滤池和消毒池依次紧邻设置，所述调节池底部和初级过滤池底部连通，便于调节池内的水体进入初级过滤池，所述初级过滤池内的水体溢流进入生化反应池，生化反应池底部与生物反应池底部连通，便于生化反应池内的水体进入生物反应池，生物反应池内的水体溢流进入生物过滤池，生物过滤池底部与消毒池底部连通，便于生物过滤池内的水体进入消毒池内，消毒池上设有排水口，所述排水口连接有排水管，以将消毒后的水体排入水产养殖池。
6.所述控制系统包括监测单元、水质指标数据库、判别单元、决策单元和动作单元；
所述监测单元用于监测养殖池和各处理池内的水质数据；所述水质数据库用于存储养殖池和各处理池的水质指标控制参数；所述判别单元与所述监测单元和水质数据库连接，且所述判别单元与决策单元连接，所述判别单元用于对比监测单元监测到养殖池和各处理池的水质数据和水质数据库中存储的对应的水质指标控制参数，并将超标的水质指标传送给决策单元；所述决策单元与动作单元连接，所述决策单元内预设有针对养殖池和各处理池出现不同超标的水质指标的处理决策，并根据判别单元传送的信息选择对应处理决策并向动作单元发送命令；所述动作单元用于根据接收到的处理决策实施对应的处理措施。
7.进一步地，所述过滤槽内具有粒径为0.5~1.5 cm的陶粒。
8.进一步地，初级过滤池内从下到上设有火山岩填料层和沸石填料层，火山岩填料层和沸石填料层的厚度之比为1.5~2:1；所述沸石填料层选用的沸石填料粒径为0.8~2.0 cm，所述火山岩填料层选用的火山岩填料的粒径为1~3 cm。
9.进一步地，所述生化反应池内填充有粒径为2~3 cm的火山岩填料，且该火山岩填料上生长着好氧反硝化菌。
10.进一步地，所述好氧反硝化菌从水产养殖废水中分离，并经驯化培养得到。
11.进一步地，生化反应池上方设有第一布水板和第二布水板，第一布水板和第二布水板上下间隔且均倾斜设置，第一布水板上端水平设置在初级过滤池侧的生化反应池池壁上且位于初级过滤池溢流口下方，便于初级过滤池内的水体溢流至第一布水板上，第二布水板上端水平设置在第一布水板相对侧的生化反应池池壁上，且第二布水板下端位于第一布水板的下方，便于第一布水板上的水体流经第二布水板再流入生化反应池，从而通过两级布水实现水体富氧。
12.进一步地，所述生物反应池内填充有第一填料，用于种植沉水植物，所述第一填料由粒径为0.4~0.8 cm的石英砂和粒径为1.0~2.0 cm的砾石按1:1的体积比混合而成，所述第一填料上表面距水面的高度为1~1.5 m；所述沉水植物为狐尾藻、金鱼藻、苦草和眼子菜中的一种或多种。
13.进一步地，所述生物过滤池内填充有第二填料，用于种植挺水植物，所述第二填料由粒径为0.4~0.8 cm的石英砂和粒径为1.0~2.0 cm的麦饭石按1:1的体积比混合而成；所述挺水植物为美人蕉、风车草、菖蒲、茭白中的一种或多种。
14.进一步地，所述消毒池上方安装有紫外灯，用于对消毒池内的水体进行消毒；消毒池具有回流口，所述回流口连接有回流管，所述回流管将消毒池和调节池连通，便于消毒池内的水体回流至调节池。
15.进一步地，所述水质数据包括ph、do、氨氮、cod、总氮、总磷和温度中的一种或多种的数据；所述动作单元包括控温模块、水泵控制模块、加药泵控制模块、流量控制模块、阀门控制模块和曝气控制模块，所述控温模块用于控制加热设备的启闭和功率，水泵控制模块用于控制水泵的启闭、运行时间和功率，加药泵控制模块用于控制加药剂量，流量控制模块用于控制进出各处理池的流量，阀门控制模块用于控制各处理池间连接管道阀门的启闭，曝气控制模块用于控制曝气设备的启闭与运行功率；所述养殖池、调节池、初级过滤池和生化反应池均设有控温模块；养殖池和消毒池均设有水泵控制模块；养殖池、调节池、初级过滤池、生化反应池、生物反应池、生物过滤池和消毒池均设有阀门控制模块和流量控制模块；所述调节池内设有加药泵控制模块；养殖池和初级过滤池设有曝气控制模块。
16.与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：1、本发明能通过精密的自动控制，实时监测和调控水体水质，保证养殖池内水体符合水产品生长的要求，有利于促进水产品的生长，同时能降低工作人员的工作强度，提高工作效率。
17.2、本发明能高效去除养殖废水中氨氮，实现了水体的净化循环，避免了水产养殖废水进入环境，污染环境。
18.3、本发明在过滤槽内过滤掉废水中的粪便等杂质，在调节池内实现水质稳定；在初级过滤池内，填料上主要富集附着养殖水体中的土著异养微生物和硝化细菌，以初步去除水体中的cod、氨氮为主，以及通过吸附作用对总氮和总磷实现少量去除；然后在生化反应池内的填料上预先培养的好氧反硝化细菌，高效降解初级过滤池出水中的cod和硝态氮，实现对cod和总氮的进一步去除，同时在长期运行中填料上也有部分硝化细菌富集，进一步去除水中氨氮；然后在生物反应池中，金鱼藻、狐尾藻等植物进一步实现对cod、氨氮、硝氮和总磷的去除；在生物过滤池中，挺水植物进一步去除生物反应池中残留的cod、氨氮、硝氮和总磷，生物过滤池的填料层在吸附部分营养物质的同时拦截水体中的浮游微生物，减少进入消毒池中微生物量；在消毒池中，采用紫外线消毒杀菌，达到水产品生长所需水质的要求后排至养殖池。初级过滤池和生化反应池主要实现对cod和总氮的部分去除，生物反应池和生物过滤池进一步去除cod和总氮的同时深度除磷，四个池子协同配合实现对cod和氮磷的高效去除，经消毒池消毒杀菌后保证水质达标，实现了水产养殖废水的净化循环。
19.4、本发明采用的好氧反硝化菌是从原水产养殖废水中分离出来，并驯化培养得到，所以好氧反硝化菌对水产养殖废水有天然良好的适应性，有利于提高废水处理效率。
20.5、本发明采用第一布水板和第二布水板实现两级跌水曝气，有效的提高了污水中的溶氧量，从而保证好氧反应的有效进行，同时无需采用曝气设备，降低了处理成本。
附图说明
21.图1
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本发明水处理系统的结构示意图。
22.图2
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本发明控制系统的结构示意图。
23.其中：1
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过滤槽；2
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调节池；3
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初级过滤池；31
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第一火山岩填料层；32
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沸石填料层；4
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生化反应池；41
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第二火山岩填料层；42
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第一布水板；43
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第二布水板；5
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生物反应池；51
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第一填料；5
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沉水植物；6
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生物过滤池；61
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第二填料；62
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挺水植物；7
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消毒池；71
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紫外灯；8
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养殖池。
具体实施方式
24.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
25.一种水产养殖废水智慧循环处理系统，包括水处理系统和控制系统，包括养殖池8，沿水流方向，依次包括过滤槽1、调节池2、初级过滤池3、生化反应池4、生物反应池5、生物过滤池6和消毒池7，所述过滤槽1设于调节池2内并位于调节池2顶部，所述过滤槽1与养殖池8连通，便于养殖池8内的水产养殖废水流经过滤槽1再流入调节池2，所述过滤槽1用于拦截水产养殖废水中的粪便；调节池2、初级过滤池3、生化反应池4、生物反应池5、生物过滤池6和消毒池7依次紧邻设置，所述调节池2底部和初级过滤池3底部连通，便于调节池2内的水
体进入初级过滤池3，所述初级过滤池3内的水体溢流进入生化反应池4，生化反应池4底部与生物反应池5底部连通，便于生化反应池4内的水体进入生物反应池5，生物反应池5内的水体溢流进入生物过滤池6，生物过滤池6底部与消毒池7底部连通，便于生物过滤池6内的水体进入消毒池7内，消毒池7上设有排水口，所述排水口连接有排水管，以将消毒后的水体排入水产养殖池。
26.所述控制系统包括监测单元、水质指标数据库、判别单元、决策单元和动作单元；所述监测单元用于监测养殖池8和各处理池内的水质数据；所述水质数据库用于存储养殖池和各处理池的水质指标控制参数；所述判别单元与所述监测单元和水质数据库连接，且所述判别单元与决策单元连接，所述判别单元用于对比监测单元监测到养殖池和各处理池的水质数据和水质数据库中存储的对应的水质指标控制参数，并将超标的水质指标传送给决策单元；所述决策单元与动作单元连接，所述决策单元内预设有针对养殖池和各处理池出现不同超标的水质指标的处理决策，并根据判别单元传送的信息选择对应处理决策并向动作单元发送命令；所述动作单元用于根据接收到的处理决策实施对应的处理措施。
27.图1中的箭头方向为水流方向。养殖池内的水产养殖废水依次通过过滤槽、调节池、初级过滤池、生化反应池、生物反应池、生物过滤池和消毒池处理后循环回流至养殖池，实现水产养殖废水的净化循环。本实施例中调节池和初级过滤池底部设有连接管将两者连通，生化反应池与生物反应池底部设有连接管将两者连通，生物过滤池与消毒池底部通过连接管将两者连通。
28.具体实施时，所述过滤槽内具有粒径为0.5~1.5 cm的陶粒。
29.这里采用陶粒可以有效拦截水产养殖废水中的粪便等杂质，利于后续对废水的处理。
30.具体实施时，初级过滤池3内从下到上设有第一火山岩填料层31和沸石填料层32，第一火山岩填料层31和沸石填料层32的厚度之比为1.5~2:1；所述第一火山岩填料层31选用的火山岩填料的粒径为1~3 cm，所述沸石填料层32选用的沸石填料粒径为0.8~2.0 cm。
31.火山岩填料通透性好、比表面积大、有利于微生物的固定和挂膜，置于初级滤池下层有利于异养菌吸附挂膜，从而实现对水中cod的有效削减；沸石填料对氨氮具有良好的选择性吸附特性，可通过吸附作用截留水中部分氨氮，同时水中cod浓度经第一火山岩填料层处理后下降，沸石填料层中异养菌相对硝化细菌竞争性优势下降，沸石层中硝化细菌占有一定丰度，可以实现对沸石层已吸附氨氮和水体中氨氮的降解，从而削减水体中部分氨氮，转化为硝氮和亚硝氮。同时火山岩和沸石填料也会吸附少量磷酸盐，初步削减少量总磷。
32.具体实施时，所述生化反应池4内填充有粒径为2~3 cm的火山岩填料，从而形成第二火山填料层41，且第二火山填料层中的火山岩填料上生长着好氧反硝化菌。
33.火山岩填料孔隙率高、比表面积大，表面粗糙多孔，有利于好氧反硝化菌的挂膜和营养物质传输，较大粒径也保证了氧气传质和避免堵塞好氧反硝化菌具有异养硝化好氧反硝化的能力，可以在生化反应池中进一步降解cod和硝态氮，同时生化反应池为好氧环境，也利于硝化细菌共存，从而实现硝化和反硝化过程同时进行，进一步有效脱氮。在向净化循环系统通入水产养殖废水前需预先将好氧反硝化菌加入生化反应池内，使得好氧反硝化菌在第二火山填料层的火山岩填料上挂膜。
34.具体实施时，所述好氧反硝化菌从水产养殖废水中分离，并经驯化培养得到。
35.这里的好氧反硝化菌是从原水产养殖废水中分离出来，并驯化培养得到，所以好氧反硝化菌对水产养殖废水有天然良好的适应性。
36.具体实施时，生化反应池4上方设有第一布水板42和第二布水板43，第一布水板42和第二布水板43上下间隔且均倾斜设置，第一布水板42上端水平设置在初级过滤池3侧的生化反应池4池壁上且位于初级过滤池3溢流口下方，便于初级过滤池3内的水体溢流至第一布水板42上，第二布水板43上端水平设置在第一布水板42相对侧的生化反应池4池壁上，且第二布水板43下端位于第一布水板42的下方，便于第一布水板42上的水体流经第二布水板43再流入生化反应池4，从而通过两级布水实现水体富氧。
37.这样，初级过滤池内的水体溢流平铺流过第一布水板，然后流经第二布水板，最后流入生化反应池，在这个过程中，水体与空气的接触面积增大，使得空气中的氧气进入水体中，增加了水体的溶氧量，使得在生化反应池内的水体富氧，生化反应池处于好氧环境，从而不需要使用曝气设备对水体进行曝气，降低了废水处理成本。
38.具体实施时，所述生物反应池5内填充有第一填料51，用于种植沉水植物52，所述第一填料51由粒径为0.4~0.8 cm的石英砂和粒径为1.0~2.0 cm的砾石按1:1的体积比混合而成，所述第一填料51上表面距水面的高度为1~1.5 m；所述沉水植物52为狐尾藻、金鱼藻、苦草和眼子菜中的一种或多种。
39.这里采用粒径较小的石英砂和砾石混合作为第一填料，不但有利于稳定沉水植物，而且还对水中的微生物具有一定过滤拦截作用，利于减少水体中浮游细菌数量。这里控制第一填料到水面的高度，是为了保证有一定的光照强度进入生物反应池内，以给沉水植物光合作用所需的光照强度，满足沉水植物生长所需。沉水植物间距30cm，采用两种及以上沉水植物混栽的方式在生物反应池内种植沉水植物。
40.具体实施时，所述生物过滤池6内填充有第二填料61，用于种植挺水植物62，所述第二填料61由粒径为0.4~0.8 cm的石英砂和粒径为1.0~2.0 cm的麦饭石按1:1的体积比混合而成；所述挺水植物62为美人蕉、风车草、菖蒲、茭白中的一种或多种。
41.这里采用粒径较小的石英砂和麦饭石混合作为第二填料，利于稳定挺水植物的根茎，同时，经前面处理工序处理后，水体中微量元素含量十分有限，而麦饭石在水中可以溶出微量元素，为生物过滤池中挺水植物的生长提供必要微量元素基础。
42.本实施例中，挺水植物种植间距为40cm，采用两种及以上挺水植物混栽的方式在生物过滤池内种植沉水植物。
43.具体实施时，所述消毒池7上方安装有紫外灯71，用于对消毒池7内的水体进行消毒；消毒池7具有回流口，所述回流口连接有回流管，所述回流管将消毒池7和调节池2连通，便于消毒池7内的水体回流至调节池2。
44.当进入系统内养殖废水浓度过高时，通过将部分消毒池处理后水体回流至调节池，可以起到稀释稳定水质作用，避免过高浓度进水导致系统整体出水水质下降。
45.具体实施时，所述水质数据包括ph、do、氨氮、cod、总氮、总磷和温度中的一种或多种的数据。相应地，水质数据库里存储有养殖池和各处理池内的ph、do、氨氮、cod、总氮、总磷和温度中的一种或多种的水质控制参数。
46.具体实施时，所述动作单元包括控温模块、水泵控制模块、加药泵控制模块、流量控制模块、阀门控制模块和曝气控制模块，所述控温模块用于控制加热设备的启闭和功率，
水泵控制模块用于控制水泵的启闭、运行时间和功率，加药泵控制模块用于控制加药剂量，流量控制模块用于控制进出各处理池的流量，阀门控制模块用于控制各处理池间连接管道阀门的启闭，曝气控制模块用于控制曝气设备的启闭与运行功率；所述养殖池、调节池、初级过滤池和生化反应池均设有控温模块；养殖池和消毒池均设有水泵控制模块；养殖池、调节池、初级过滤池、生化反应池、生物反应池、生物过滤池和消毒池均设有阀门控制模块和流量控制模块；所述调节池内设有加药泵控制模块；养殖池和初级过滤池设有曝气控制模块。
47.控温模块控制养殖池、调节池2、初级过滤池3、生化反应池4和消毒池7的加热设备，加热设备位于上述处理池内的水体底部，根据决策单元的命令启闭，用以维持各个处理池内水体适宜的温度。当某个或某几个处理池内温度不在合适范围内时，控温模块将开启加热装置，待处理池内温度达到适宜范围内后控温模块关闭相应的加热装置。
48.水泵控制模块控制养殖池和消毒池7内水泵的启闭以及运行时间和功率，位于养殖池和消毒池底部，控制各处理池之间水体流动交换。阀门控制模块用于控制各个处理池间连接管道阀门的启闭。流量控制模块用于统计进出各个处理池的流量。
49.调节池2内设置加药泵控制模块以控制ph调控药剂量设备，当调节池2内ph不在合适范围内时，设备将投加适量ph调控药剂。
50.曝气控制模块用于控制曝气设备的开关与运行功率，曝气设备为空压机，曝气头位于养殖池、初级过滤池3底部。
51.初级过滤池3设置有do和氨氮监测装置，监测初级过滤池3上层废水do和氨氮，仅当二者均超出设定范围时曝气设备开启，初级过滤池3进出水阀门均关闭，待监测到上层废水中do达到设定范围后停止曝气，待氨氮浓度达到设定范围后开启初级过滤池3进出水阀门。
52.消毒池7内设置有cod、总氮、总磷监测装置，当其中一个或多个指标超标时，决策系统根据设定关闭消毒池7与养殖池1的水阀和水泵，以及养殖池1与调节池2的水阀和水泵，同时开启消毒池7与调节池2的回流水阀和水泵，调控消毒池7内适量水体回流至调节池2，经系统内循环处理后cod、总氮、总磷均达标时，再开启消毒池7与养殖池1的水阀和水泵，以及养殖池1与调节池2的水阀和水泵，关闭消毒池7与调节池2的回流水阀和水泵。
53.最后需要说明的是，本发明的上述实施例仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。