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一种利用固定化生物体自清洁规模化养殖控制系统

阅读:432发布:2020-05-11

专利汇可以提供一种利用固定化生物体自清洁规模化养殖控制系统专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种利用固定化 微 生物 水 体 自清洁规模化养殖控制系统。控制系统由 微处理器 、营养源补充系统、自清洁系统、充 氧 系统、 氨 氮与亚 硝酸 盐氮监测系统、化学与 生化需氧量 监测系统和 控制器 构成;其中微处理器内部含有 存储器 和 模数转换 器 ;微处理器分别与营养源补充系统、自清洁系统、氨氮与亚硝酸盐氮监测系统、化学与生化需氧量监测系统相连,控制器接收氨氮与亚硝酸盐氮监测系统、化学与生化需氧量监测系统监测的数据,微处理器根据获得的数据决定是否启动营养源补充系统中营养源输入 泵 、排污系统中的排污泵。采用上述的技术方案,可实时监控水质状况,固定化填料的材质本身具有降低水体中的氨氮浓度的能 力 ,清理后能多次重复使用。,下面是一种利用固定化生物体自清洁规模化养殖控制系统专利的具体信息内容。

1.一种利用固定化净生物水体自清洁规模化水产养殖控制系统,其特征在于所述的规模化水产养殖控制系统由微处理器、营养源补充系统、自清洁系统、充系统、氮与亚硝酸盐氮监测系统、化学与生化需氧量监测系统和控制器构成;其中微处理器内部含有存储器模数转换器,或根据需要在微处理器的外部扩展存储器和模数转换器;微处理器分别与营养源补充系统、自清洁系统、氨氮与亚硝酸盐氮监测系统、化学与生化需氧量监测系统相连,控制器接收氨氮与亚硝酸盐氮监测系统、化学与生化需氧量监测系统监测的氨氮浓度、亚硝酸盐氮浓度、BOD和COD数据,同时微处理器根据获得的数据决定是否启动营养源补充系统中营养源输入、排污系统中的排污泵。
2.根据权利要求1所述的一种利用固定化净水微生物水体自清洁规模化水产养殖控制系统,其特征在于所述的营养源补充系统,由营养液储存罐、营养液输入泵和营养液输送管构成,营养液储存罐和营养液输入泵设置在养殖池的旁侧,营养液输送管将营养液储存罐和营养液输入泵相连,另一端穿过养殖池的底部中心圆孔和固定化填料多孔载体,开口于水体中。
3.根据权利要求2所述的一种利用固定化净水微生物水体自清洁规模化水产养殖控制系统,其特征在于所述的营养液储存罐,内有预先配置好的源、氮源和磷源混合的营养液,营养液中碳、氮和磷按照元素质量比为100:10~15:1~2的比例配制。
4.根据权利要求2所述的一种利用固定化净水微生物水体自清洁规模化水产养殖控制系统,其特征在于所述的营养源输入泵采用电磁控制的水泵。
5.根据权利要求1所述的一种利用固定化净水微生物水体自清洁规模化水产养殖控制系统,其特征在于所述的氨氮与亚硝酸盐氮监测系统,由氨氮浓度传感器、亚硝酸盐氮浓度传感器构成,传感器位于养殖池的内侧壁的水体中,通过信号传输导线和微处理器相连,实时将浓度数据发送给微处理器。
6.根据权利要求1所述的一种利用固定化净水微生物水体自清洁规模化水产养殖控制系统,其特征在于所述的化学与生化需氧量监测系统,由化学需氧量(COD)和生化需氧量(BOD)传感器构成,化学需氧量(COD)传感器、生化需氧量(BOD)传感器位于养殖池的内侧壁的水体中,通过信号传输导线和微处理器相连,实时将COD、BOD数据发送给微处理器。
7.根据权利要求1所述的一种利用固定化净水微生物水体自清洁规模化水产养殖控制系统,其特征在于所述的充氧系统,由空气泵和输气管构成,空气泵与微处理器相连,输气管出气端设置于养殖池中;所述的空气泵电磁式空气泵。
8.根据权利要求1所述的一种利用固定化净水微生物水体自清洁规模化水产养殖控制系统,其特征在于所述的自清洁系统,由固定化填料多孔载体、排污管、排污水泵依次连接构成;所述的固定化填料多孔载体,由火山石或是沸石材料压模烧制成型,中空,表面和微孔隙内固定化式吸附有净水活性微生物,置于水体之中;排污水泵设置在养殖池的旁侧;排污管的进水端穿过养殖池底面中心的圆形孔,开口于固定化填料多孔载体的中空内部;排污管出水端置于养殖池外,排污水泵与微处理器电连接并受其控制;所述的排污水泵,为污泥泵。
9.根据权利要求8所述的一种利用固定化净水微生物水体自清洁规模化水产养殖控制系统,其特征在于所述的净水微生物由芽孢杆菌、硝化细菌、反硝化细菌、光合菌、小球藻、栅藻以及螺旋藻复配而成;藻菌类活性微生物按质量百分比的复配比例为:芽孢杆菌3~
5%、硝化细菌1~5%、反硝化细菌3~5%、光合菌5~10%、小球藻15~20%、栅藻10~20%以及螺旋藻15~20%,余量为清水。

说明书全文

一种利用固定化生物体自清洁规模化养殖控制系统

技术领域

[0001] 本发明涉及养殖水处理领域,具体涉及一种利用固定化微生物水体自清洁规模化养殖控制系统。

背景技术

[0002] 当前养殖污水的处理技术主要是通过换水、过滤或是培养净水微生物来实现的。换水对水资源是一种极大的浪费,同时排放的污水会对环境造成更多的污染,不利于当前的时代政策。过滤的方法能够有效的将固体污染物去除,而要过滤掉溶解于水中的污染物,则需要更加细致的滤膜和能耗,成本过高。微生物净化技术对养殖污水处理较适合,但微生物生长繁殖后悬浮于水体中,对水体色泽或澄清度影响极大,通过微生物固定化技术通过固定化填料将悬浮的微生物富集于填料的表面上,既能发挥微生物的群体优势净化水质,又能保留一定数量微生物浓度,相比悬浮于水中的微生物絮团,可以优化水质净化效果,并且固定化的微生物填料能够吸附水中的杂质和微生物细胞,使水质更加清澈,运用于规模化的养殖体系中,减少人工成本,提高成活率,具有更高的经济效益。

发明内容

[0003] 针对现有技术的情况,本发明的目的在于提供一种节约资源,运行稳定,有效发挥自清洁作用的一种利用固定化微生物规模化水产养殖水体自清洁控制系统。
[0004] 为了实现上述的技术目的,本发明采用的技术方案为:一种利用固定化净水微生物水体自清洁规模化水产养殖控制系统,其特征在于所述的规模化养殖系统由微处理器、营养源补充系统、自清洁系统、充系统、氮与亚硝酸盐氮监测系统、化学与生化需氧量监测系统和控制器构成;其中微处理器内部含有存储器模数转换器,或根据需要在微处理器的外部扩展存储器和模数转换器;微处理器分别与营养源补充系统、自清洁系统、氨氮与亚硝酸盐氮监测系统、化学与生化需氧量监测系统相连,控制器接收氨氮与亚硝酸盐氮监测系统、化学与生化需氧量监测系统监测的氨氮浓度、亚硝酸盐氮浓度、BOD和COD数据,同时微处理器根据获得的数据决定是否启动营养源补充系统中营养源输入、排污系统中的排污泵。
[0005] 所述的营养源补充系统,由营养液储存罐、营养液输入泵和营养液输送管构成,营养液储存罐和营养液输入泵设置在养殖池的旁侧,营养液输送管将营养液储存罐和营养液输入泵相连,另一端穿过养殖池的底部中心圆孔和固定化填料多孔载体,开口于水体中。
[0006] 所述的营养源输入泵采用电磁控制的水泵。
[0007] 所述的营养液储存罐,内有预先配置好的营养液,营养液由源、氮源和磷源混合而成。营养液中碳、氮和磷按照元素质量比为100:10~15:1~2的比例配制。
[0008] 所述的氨氮与亚硝酸盐氮监测系统,由氨氮浓度传感器、亚硝酸盐氮浓度传感器构成,传感器位于养殖池的内侧壁的水体中,通过信号传输导线和微处理器相连,实时将浓度数据发送给微处理器。
[0009] 所述的化学与生化需氧量监测系统,由化学需氧量(COD)和生化需氧量(BOD)传感器构成,化学需氧量(COD)传感器、生化需氧量(BOD)传感器位于养殖池的内侧壁的水体中,通过信号传输导线和微处理器相连,实时将COD、BOD数据发送给微处理器。
[0010] 所述的充氧系统,由空气泵和输气管构成,空气泵与微处理器相连,输气管出气端设置于养殖池中。
[0011] 所述的空气泵电磁式空气泵。
[0012] 所述的自清洁系统,由固定化填料多孔载体、排污管、排污水泵依次连接构成。
[0013] 所述的固定化填料多孔载体,由火山石或是沸石材料压模烧制成型,中空,表面和微孔隙内固定化式吸附有藻菌类活性微生物,置于水体之中。
[0014] 排污水泵设置在养殖池的旁侧;排污管的进水端穿过养殖池底面中心的圆形孔,开口于固定化填料多孔载体的中空内部;排污管出水端置于养殖池外,排污水泵与微处理器电连接并受其控制。
[0015] 所述的排污水泵,为污泥泵。
[0016] 所述的藻菌类活性微生物由芽孢杆菌、硝化细菌、反硝化细菌、光合菌、小球藻、栅藻以及螺旋藻复配而成。固定化填料通过生物体与载体间的作用,包括范德华、氢键、共价键及离子键在内的多种作用力使微生物吸附于填料内部,并以缓释方式发挥作用。
[0017] 藻菌类活性微生物按质量百分比的复配比例为:芽孢杆菌3~5%、硝化细菌1~5%、反硝化细菌3~5%、光合菌5~10%、小球藻15~20%、栅藻10~20%以及螺旋藻15~20%,余量为清水。
[0018] 当微处理器判定BOD数值大于15mg/l时,微处理器发出指令,空气泵启动,通过输气管向水体鼓入空气,提高水体的溶氧量。
[0019] 当微处理器判定COD数值大于20mg/l时,微处理器发出指令,排污水泵启动,排污管进水端少量沉淀的微生物藻菌絮团、残渣和部分富含有机物的废水抽出,降低水体中的COD数值。
[0020] 当氨氮浓度数值大于等于0.04mg/L或亚硝酸盐氮浓度数值大于等于0.02mg/L时,微处理器发出指令,营养液输入泵启动,通过营养液输入管向水体输入营养液,提高水体中的营养液含量。
[0021] 应用本发明所述的一种利用固定化微生物水体自清洁规模化水产养殖控制系统,用于水产养殖过程水质的自清洁,应用其包括如下步骤:(1)对微处理器、排污水泵供电,氨氮浓度传感器、亚硝酸盐氮浓度传感器和营养源输入泵加电进入工作状态;
(2)在养殖池注满水后,将营养液通过营养液输入泵加入到固定化填料多孔载体周边水体中形成藻菌类活性微生物培养基;营养液加入量为养殖池水体体积的2~5%;
(3)充氧系统停止工作后静置30分钟后,人工启动排污水泵,将养殖池中的少量沉淀的微生物藻菌絮团和残渣抽送至养殖池外,并补充等量的水源,使养殖池中的水体和微生物量维持动态平衡;
(4)将养殖鱼类移入养殖池的水体中。养殖过程中当微处理器接收到氨氮浓度含量大于等于0.04mg/L、亚硝酸盐氮含量大于等于0.02mg/L数据时,微处理器发出补充营养源的指令给营养源输入泵,营养源输入泵启动向水体中添加营养源,营养源加入量为水体自清洁水产养殖池水体体积的2-3%。每启动一次到下一次启动的时间间隔6小时,直至养殖区中的氨氮含量低于0.04mg/L、亚硝酸盐氮含量低于0.02mg/L时,微处理器发出指令营养源输入泵停止工作;
(5)养殖过程中当微处理器接收到水体中BOD数值大于15mg/l以上时,微处理器发出补充氧气的指令,空气泵启动,通过输气管向水体鼓入空气,提高水体的溶氧量;
(6)养殖过程中当微处理器接收到COD数值大于20mg/L时,微处理器首先向自清洁系统中的营养源输入泵发出指令,营养源输入泵启动向水体中添加营养源,营养源加入量为水体自清洁水产养殖池水体体积的2-3%。添加完毕后间隔10分钟,微处理器再向排污系统中的排污水泵发出指令,排污水泵启动,通过排污系统中进水端少量沉淀的微生物藻菌絮团、残渣和部分富含有机物的废水抽出,降低水体中的COD数值。上述过程循环进行,每次循环间隔6小时,直至COD数值低于设定界限值。
[0022] 固定化填料所吸附的藻菌类活性微生物,提前培养,其中芽孢杆菌、硝化细菌、反硝化细菌和光合菌均使用LB培养基,小球藻和栅藻使用BG11培养基,螺旋藻使用Zarrouk氏培养基,培养条件控制水温在25至30℃,含氧量在1.5至2mg/l范围内,吸附前菌类和藻类按1:10~15比例的量进行搭配,形成混合微生物菌液。
[0023] 制备吸附有微生物的固定化生物填料,选择比表面积大于2000m2/m3的沸石和火山石材料等材料作为填料,加大微生物与材料之间的接触面积,可将填料先用5%乳酸溶液酸化处理,从而加强填料与微生物之间的范德华力和离子键,提高吸附效率,将材料定型后放置于混合微生物菌液中放置12h,完成吸附后将填料浸泡于1.5~2%的海藻酸钠溶液中,加入氯化溶液在表面形成包埋,从而加强固定效果,最后转移至养殖装置使用。
[0024] 采用上述的技术方案,本发明的有益效果为:在养殖池中设置的氨氮、亚硝酸盐氮传感器以及COD和BOD浓度传感器,实时有效监控养殖水体中的水质状况。另外,固定化填料的材质本身具有降低水体中的氨氮浓度的能力,清理后重新吸附藻菌类活性微生物能够多次重复使用。附图说明
[0025] 图1为本发明所述的固定化微生物水体自清洁规模化养殖控制系统分布图;图2为本发明所述的固定化微生物水体自清洁规模化养殖控制系统的控制过程原理示意图;
图3为本发明所述的固定化微生物水体自清洁规模化养殖控制系统控制原理示意图;
图4为本发明所述的固定化微生物水体自清洁规模化养殖控制系统依托的养殖池俯视图。

具体实施方式

[0026] 为更好对本发明的理解,结合附图以实施例方式做进一步的阐述。
[0027] 图1中,1是规模化养殖池;2是养殖水体;3是火山石烧制而成固定化填料多孔载体;4是营养液输入管;5是营养液储存池;6充氧系统的空气泵;7是自清洁系统的排污管;8是养殖池池底倾斜的坡面;9是营养液输入泵;10是自清洁系统的排污水泵;11是氨氮浓度传感器;12是亚硝酸盐氮浓度传感器;13是COD浓度传感器;14是BOD浓度传感器。
[0028] 图2中,微处理器分别与营养源补充系统、自清洁系统、充氧系统、氨氮与亚硝酸盐氮监测系统、化学与生化需氧量监测系统相连。
[0029] 图3中,微处理器接受氨氮浓度传感器(11)、亚硝酸盐氮浓度传感器(12)、COD浓度传感器(13)和BOD浓度传感器(14)检测的数据,进行是否超出预先设定值的判断,做出判断后决定是否发出动作指令。
[0030] 图4中,1是规模化养殖池; 3是火山石烧制而成固定化填料多孔载体;4是营养液输入管; 6是充氧系统的输气管;8是养殖池池底倾斜的坡面。
[0031] 实施例11、规模化水产养殖控制系统的结构
规模化养殖控制系统由微处理器、充氧系统、营养源补充系统、自清洁系统、氨氮与亚硝酸盐氮监测系统、化学与生化需氧量监测系统和控制器构成。养殖池为方形池体结构,自清洁系统位于系统的底部,充氧系统固定于系统的外围,通过充氧系统的输气管(6)将空气输送到养殖池(1)的水体(2)中,自清洁系统水质监测传感系统固定于养殖池的左内侧壁上;
规模化养殖池(1)由水泥砖制成,规格为12M×8M×3M的长方体池型结构,并以池底的倾斜坡面分为三个区域,期间分布有3套火山石烧制而成固定化填料多孔载体(3),3套营养液输入管(4);2套充氧系统的输气管;
所述的自清洁系统中的固定化填料多孔载体(3),由火山石烧制而成,外形为拉长的圆环状。固定化填料多孔载体(3)为1m高,外径0.5m,厚度0.3m的空心圆柱结构,带有稀疏空隙,底面为不规则形,放置于养殖池(1)内后留有空空隙,有利于微生物藻菌絮团和残渣抽出。
[0032] 2、营养液的配制分别取一袋已经称量好的含有碳源(A袋)、氮源(B袋)和磷源(C袋)营养液混合于营养液储存池(6)中,加入2t的清水。上述碳源(A袋)、氮源(B袋)和磷源(C袋)是按照碳、氮、磷元素质量比为100:10:1的比例称重并预先包装的,总质量为25kg。
[0033] 3、应用(1)对控制系统供电,氨氮浓度传感器(11)、亚硝酸盐氮浓度传感器(12)、COD浓度传感器(13)、BOD5浓度传感器(14)、营养液输入泵(9)进入工作状态;
(2)在养殖池(1)注满水后,微处理器首先通过营养液输入泵(9)泵入到固定化填料多孔载体(3)周边水体(2)中形成藻菌类培养基;营养液加入量为水体(2)自清洁规模化养殖控制系统水体体积的3-5%,由微处理器自动控制;
(3)关闭充氧系统并静置30分钟后,微处理器启动排污水泵(10),将养殖区中的少量沉淀的微生物藻菌絮团和残渣输送至养殖系统外,并补充等量的水源,使养殖体统中的水体(2)和微生物量维持动态平衡;
(4)将白对虾苗移入养殖池的水体中。养殖过程中当微处理器接收到氨氮浓度含量大于等于0.04mg/L、亚硝酸盐氮含量大于等于0.02mg/L数据时,微处理器发出补充营养源的指令给营养源输入泵(8),营养源输入泵(9)启动向水体(2)中添加营养源,营养源加入量为水体(2)自清洁水产养殖池水体体积的2-3%。每启动一次到下一次启动的时间间隔6小时,直至养殖池中的氨氮含量低于0.04mg/L或亚硝酸盐氮含量低于0.02mg/L时,微处理器发出指令营养源输入泵(9)停止工作;
(5)养殖过程中当微处理器接收到水体(2)中含氧量低于等于在1.5至2mg/l范围内数据,或BOD数值达到15mg/l以上时,微处理器发出补充氧气的指令,空气泵(6)启动,通过输气管向水体鼓入空气,提高水体的溶氧量;
(6)养殖过程中当微处理器接收到COD浓度含量高于等于20mg/L数据时,微处理器首先向自清洁系统中的营养源输入泵(9)发出指令,营养源输入泵(9)启动向水体中添加营养源,营养源加入量为水体自清洁水产养殖池水体体积的2-3%。添加完毕后间隔10分钟,微处理器再向排污系统中的排污水泵(10)发出指令,排污水泵(10)启动,通过排污管向养殖系统外抽出少量沉淀的微生物藻菌絮团、残渣和部分富含有机物的废水,降低水体中的COD数值。上述过程循环进行,每次循环间隔6小时,直至COD数值低于等于设定界限值。
[0034] 以上描述了本发明的具体实施方式,但是本领域的技术人员应当理解,这仅是举例说明,包括养殖箱的具体尺寸等等,本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下,可以对此实施方式做出多种变更或修改,但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
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