一种低温等离子体辅助的智能鱼菜共生系统和方法

本发明涉及鱼菜共生系统，特别涉及一种低温等离子体辅助的智能鱼菜共生系统和方法。

背景技术：

1、目前常用的鱼菜共生模式是闭环种养模式。在这类鱼菜共生系统中，水体中氨氮含量的调节依赖于硝化细菌，然而硝化细菌对氨氮降解速率缓慢，同时硝化细菌对环境较为敏感。因此，鱼菜共生系统中的生态平衡极易被打破，无法保证系统长时间处于高生产力水平。此外，疾病的爆发和传播也是限制鱼菜共生系统维持长期平衡的关键点。为控制鱼菜共生系统中的疾病繁殖，通常需要对循环尾水进行杀菌消毒工艺。常规鱼菜共生系统控制疾病的主要手段是定期添加消毒剂或紫外杀菌。消毒剂的添加不仅成本较高，而且极易造成二次污染。而紫外杀菌的作用仅局限于表面，难以进行深层杀菌。因此，改善氨氮降解工艺，寻求高效环保的灭菌技术是提高鱼菜共生系统生产力的关键。

2、为提高水资源的利用率，目前大多数鱼菜共生系统中都引入了水处理工艺。目前为降低氨氮含量的主要工艺是引入生物处理池及硝化系统。而防止疾病繁殖的主要方式为紫外杀菌。

3、如专利cn 112931391 a设计一种箱式鱼菜共生系统，其中的水处理箱包括微滤机和生物处理池。养殖尾水首先通过微滤机过滤，然后通过生物处理池降低氨氮含量后，排入水培箱供植物生长，最终回流到养殖箱中，实现水资源的高效利用。专利cn 214546637 u也采用生物过滤器来降低尾水中的氨氮含量，并且新增了紫外杀菌装置和供氧装置，进一步净化水质并提高溶解氧含量。专利cn212937416 采用包括硝化反应池、微滤机、过滤机和紫外杀菌组成的水处理系统来净化尾水，另外整个系统实现半自动化生产，节约大量人力成本。

4、上述发明均采用生物处理法来降低氨氮含量，但是硝化细菌对水质的调控具有不稳定性，会受到众多因素的干扰，难以实现高效地人为调控。为了对水质进行消毒杀菌并避免二次污染，上述发明大多引入紫外杀菌装置。一方面会增加系统成本，另一方面紫外杀菌仅能作用于尾水表面，无法将水体内部的细菌彻底灭活。

技术实现思路

1、1.所要解决的技术问题：

2、目前大多数鱼菜共生系统中都引入了水处理工艺。目前为降低氨氮含量的主要工艺是引入生物处理池及硝化系统，但采用硝化系统效率较低且难以人为调控。而防止疾病繁殖的主要方式为紫外杀菌，但这一方面会增加系统成本，另一方面紫外杀菌仅能作用于尾水表面，无法将水体内部的细菌彻底灭活。

3、2.技术方案：

4、为了解决以上问题，本发明提供了一种低温等离子体辅助的智能鱼菜共生系统，包括养殖箱等模块，所述养殖箱上方设置有种植模块和多个低温等离子体模块，每个所述低温等离子体模块穿过种植模块进入到养殖箱水体中，所述低温等离子体模块包括高压电极、进气口等单元，所述高压电极设置在石英玻璃管中，所述石英玻璃管外包裹第一地电极，所述第一地电极不与水体发生任何接触，所述石英玻璃管外设有绝缘桶，所述绝缘桶底部设有第二地电极，所述高压电极、石英玻璃管、第一地电极和第二地电极构成一种三电极放电结构，可在气相和水下气泡中同时产生混合相放电等离子体。所述绝缘桶底部设有进水口和出水口，所述养殖箱中仅有尾水口，所述尾水口通过水泵和所述进水口连接，所述出水口和回流口连接，处理后的水通过回流口进入到养殖箱中。

5、所述养殖箱内设置水质检测传感器，所述水质检测传感器包括ph传感器、温度传感器、氨氮传感器和溶解氧传感器。

6、所述水质检测传感器和智能控制模块连接，所述智能控制模块的显示屏中显示水质检测传感器采集到的水质数据。

7、所述出水口和回流口通过回流管连接，所述回流管为“”型。

8、所述进气口和气泵连接，所述气泵通过继电器和智能控制模块连接。

9、所述高压电极是不锈钢针，所述第一地电极为金属网，第二地电极为金属板。

10、所述高压电极和高压电源连接，所述高压电源通过继电器和智能控制模块连接。

11、所述绝缘桶的材质是聚四氟乙烯。

12、在种植模块的下方设置有多孔隔板。

13、本发明还提供了所述的低温等离子体辅助的智能鱼菜共生系统的使用方法，包括以下步骤：

14、步骤s01：将鱼类和作物布置在养殖箱和种植箱内，开启智能控制模块开关，并根据养殖的鱼类设置水质监测阈值。

15、步骤s02：鱼菜共生系统运作一段时间后，水质不满足设定的阈值，智能控制模块首先发出信号控制继电器驱动低温等离子体模块中的气泵工作，为低温等离子体源提供工作气体并为鱼类供氧，随后，低温等离子体模块中的水泵在控制系统传来的信号下开始工作，将养殖箱内尾水送入绝缘桶中，最终使石英玻璃管浸没在尾水中，在石英玻璃管端口产生气泡，当水位达到回流管顶部高度时，水体从回流管道重新进入到养殖箱内，整个处理过程中水位维持稳定。

16、步骤s03：智能控制模块将通过继电器驱动高压电源工作，在高压电源的激励下，开始发生放电。

17、步骤s04：随着低温等离子体模块持续不断地工作一段时间后，当水质检测参数满足设定阈值，高压电源和水泵依次停止工作。气泵持续工作，在绝缘桶内产生气压，将剩余水体从出水口挤压排出，当水体完全排出后，气泵将实现为鱼类供氧的功能，整个鱼菜共生系统就完成了一次作业。

18、3.有益效果：

19、本发明不需要提供任何外部化学物质，不受制于外界环境变化以及自身水体的氨氮浓度。同时，放电产生的紫外线以及活性物质的消毒杀菌功能可节省常规养殖尾水处理中的杀菌成本，并且具有更加高效的杀菌效率。放电产生的臭氧等物质还可以有效增加水体中的氧含量，避免鱼类因缺氧而死亡。整个系统通过养殖水体中搭载的传感器对水质进行监测，并根据监测指标控制系统工作，实现自动化生产，可节约大量的人力成本。

技术特征：

1.一种低温等离子体辅助的智能鱼菜共生系统，包括养殖箱（4），其特征在于： 设有多个低温等离子体模块（1），每个所述低温等离子体模块（1）穿过种植模块（2）进入到养殖箱（4）水体中，所述低温等离子体模块（1）包括高压电极（101）、进气口（102）等单元，所述高压电极（101）设置在石英玻璃管（103）中，所述石英玻璃管（103）外包裹第一地电极（104），所述第一地电极（101）不与水体发生任何接触，所述石英玻璃管（103）外设有绝缘桶（106），所述绝缘桶（106）底部设有第二地电极（111），所述高压电极（101）、石英玻璃管（103）、第一地电极（104）和第二地电极（111）构成一种三电极放电结构，所述绝缘桶（106）底部设有进水口（112）和出水口（110），所述养殖箱（4）中有尾水口（8），所述尾水口（8）通过水泵（114）和所述进水口（112）连接，所述出水口（112）和回流口（3）连接，处理后的水通过回流口（3）进入到养殖箱（4）中。

2.如权利要求1所述的低温等离子体辅助的智能鱼菜共生系统，其特征在于：所述养殖箱（4）内设置水质检测传感器（9），所述水质检测传感器（9）包括ph传感器、温度传感器、氨氮传感器和溶解氧传感器。

3.如权利要求2所述的低温等离子体辅助的智能鱼菜共生系统，其特征在于：所述水质检测传感器（9）和智能控制模块（5）连接，所述智能控制模块（5）的显示屏中显示水质检测传感器（9）采集到的水质数据。

4.如权利要求1所述的低温等离子体辅助的智能鱼菜共生系统，其特征在于：所述出水口（112）和回流口（3）通过回流管连接，所述回流管为“”型。

5.如权利要求1所述的低温等离子体辅助的智能鱼菜共生系统，其特征在于：所述进气口（102）和气泵（113）连接，所述气泵（113）通过继电器和智能控制模块（5）连接。

6.如权利要求1-5任一项权利要求所述的低温等离子体辅助的智能鱼菜共生系统，其特征在于：所述高压电极（101）是不锈钢针，所述第一地电极（104）为金属网，第二地电极（111）为金属板。

7.如权利要求1-5任一项权利要求所述的低温等离子体辅助的智能鱼菜共生系统，其特征在于：所述高压电极（101）和高压电源连接，所述高压电源通过继电器和智能控制模块（5）连接。

8.如权利要求1-5任一项权利要求所述的低温等离子体辅助的智能鱼菜共生系统，其特征在于：所述绝缘桶（106）的材质是聚四氟乙烯。

9.如权利要求1-5任一项权利要求所述的低温等离子体辅助的智能鱼菜共生系统，其特征在于：所述养殖箱（4）上方设置有种植模块（2），在种植模块（2）的下方设置有多孔隔板（7）。

10.一种如权利要求1-9所述的低温等离子体辅助的智能鱼菜共生系统的使用方法，包括以下步骤：

技术总结
本发明提供了一种低温等离子体辅助的智能鱼菜共生系统和方法，设有多个低温等离子体模块，每个低温等离子体模块穿过种植模块进入到养殖箱水体中，一种三电极结构作为等离子体源，其中不锈钢针作为高压电极，石英介质管外部的金属网为第一地电极，聚四氟乙烯绝缘桶内底部的金属板为第二地电极。当装置工作时，可同时在气相和水下气泡中产生混合相放电等离子体，最终将活性物质通过等离子体气泡的形式交换到液相。产生的活性物质会对养殖尾水中的氨氮进行氧化分解并对水体进行消毒杀菌，从而改善水质。

技术研发人员：王森,魏小杨,叶元坤,方志
受保护的技术使用者：南京工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1