CN111847793A - 尾水处理综合系统、水产养殖尾水处理综合系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
尾水处理综合系统、水产养殖尾水处理综合系统及其方法，该尾水处理综合系统是通过物理、化学、生态三种方法实现水产养殖尾水处理；所述物理方法是在石英砂过滤介质的基础上，选取壳聚糖改性滤料涂层，进行吸附过滤；所述化学方法是针对水产养殖尾水含有的常规污染相关指标及抗生素、抗菌剂，通过增设微生物辅以氨基多糖螯合盐进行螯合化学方式定向处理，使之无毒无害；所述生态方法包括设置淡水水生植物系统和海水水生植物系统，以生态方法改善水污染指标，并达到深度净化目的。
Description
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，更具体地，涉及一种尾水处理综合系统、水产养殖尾水处理综合系统及其方法。
背景技术
水产养殖尾水中的主要污染物有氨氮、亚硝酸盐、有机物、磷及污损生物。氨氮是水生动物的排泄物，也是残饵、粪便及动植物尸体等含氮有机物分解的终产物，容易造成水体恶化，对养殖动物产生毒性。亚硝酸盐对鱼类有很强的毒性，它的存在可导致鱼、虾血液中的亚铁血红蛋白被氧化成高铁亚铁血红蛋白，而后者不能运载氧气，从而抑制血液的载氧能力，造成组织缺氧，水生动物摄食能力下降，甚至死亡。有机物主要由残饵、浮游生物的代谢产物及养殖动物的排泄物分解产生，有机物含量高常造成水体恶化，导致鱼类生长缓慢，甚至泛池或死亡。通常养殖尾水中的营养性成分、溶解有机物、悬浮固体和病原体是处理的重点。
当前，池塘高密度养殖方式在我国最为普遍，按照传统养殖方法，大量的残饵和粪便排入水体，养殖尾水污染日益严重。例如，池塘养殖1kg鲤鱼每天要耗尽500L水中的溶解氧，排出300mg氨以及7000mg的BOD5，产生100kg含有大量氮肥的污水。再如，每生产1吨虾池塘水体中增加了0.2吨的N元素和0.05吨的P元素。水产养殖尾水如得不到及时有效处理，不仅恶化养殖水域环境，而且会导致鱼类、虾类、贝类等的爆发性疾病，甚至大面积死亡，养殖产品质量和产量下降。
水产养殖尾水处理常见有：1)物理处理，主要方法有机械过滤、气泡分类法，其优点是能快速有效地去除悬浮物和部分COD、BOD，但其存在对可溶性有机物、无机物及总N、P等的去除效果不佳的缺点；2)化学处理，主要是化学制剂氧化等方法，其优点是能絮凝、中和微小的悬浮胶粒等污染物，达到去除重金属、消毒、硬水软化、pH调节等作用，但也存在水中的有益菌被杀死，容易对环境产生二次污染的缺点；3)生物处理，如微生物净化，其优点是能去除溶解态污染物，抑制有害菌，但有品种单一，适应性差，应用面窄，对环境条件要求较高的缺点。
中国专利申请(申请号：CN201910511316x)公开一种水产养殖尾水处理系统，其设有养殖尾水收集池、潜污泵、聚合物水箱、第一注剂泵、磷酸去除剂水箱、第二注剂泵、过滤袋、渗水池、清水井、清水蓄水池、第一提水泵、第二提水泵、砂滤罐、臭氧净化装置、湿地处理区、紫外杀菌池、补水池；水产养殖系统产生的养殖尾水进入所述养殖尾水收集池内，所述养殖尾水收集池的出口连接所述潜污泵的入口，所述潜污泵的出口连接所述过滤袋的入口，所述过滤袋的出口连接所述渗水池的入口，所述渗水池的出口连接所述清水井的入口，所述清水井的出口连接所述清水蓄水池的入口，所述清水蓄水池的一个出口连接所述第一提水泵的入口，所述第一提水泵的一个出口连接所述湿地处理区，所述第一提水泵的另一个出口连接所述紫外杀菌池的入口，所述紫外杀菌池的出口连接所述补水池的入口，所述补水池的出口连接所述水产养殖系统；所述清水蓄水池的另一个出口连接所述第二提水泵的入口，所述第二提水泵的出口连接所述砂滤罐的入口，所述砂滤罐的出口连接所述臭氧净化装置的入口，所述臭氧净化装置的出口连接所述清水蓄水池的入口；所述聚合物水箱的出口连接所述第一注剂泵的入口，所述第一注剂泵的出口连接所述过滤袋的入口；所述磷酸去除剂水箱的出口连接所述第二注剂泵的入口，所述第二注剂泵的出口连接所述过滤袋的入口；
中国专利申请(申请号：CN2020101169775)公开一种养殖尾水处理系统，包括依序连接的主沉淀池、副沉淀池、生物处理内循环小系统等，其中，生物处理内循环小系统由包括生物膜处理池，内含浮游植物、水生植物、菌类、底栖生物的池体；缓冲池，与生物膜处理池相邻，生物膜处理池内的尾水超过阈值时，生物膜处理池内的尾水流入缓冲池，缓冲池内部设有提水装置；增氧池，与生物膜处理池、缓冲池相邻，增氧池内设有增氧设备，增氧池用于接收缓冲池内提水装置流出的尾水，增氧池的底部还与生物膜处理池底部相通。
中国专利(申请号：CN2016207165584)公开一种水产养殖与经济林人工湿地水循环利用设施，包括养殖鱼类的养殖池塘(1)和种植植物的生态湿地单元(3)，其特征是：所述的养殖池塘(1)和生态湿地单元(3)通过防水堤隔开，所述的养殖池塘一侧设置有若干个虹吸装置(2)，所述的虹吸装置(2)一端连接在养殖池塘(1)中，另一端与生态湿地单元(3)连接，所述的生态湿地单元(3)远离虹吸装置(2)的一侧固定有数个出水口(4)，所述的出水口(4)一端连接生态湿地单元(3)，另一端连接出水渠(5)，所述的出水渠(5)一端封闭，另一端设置有第一溢流坝(6)，所述的养殖池塘(1)远离虹吸装置(2)的一侧设置有用来测试水体质量的试水渠(9)，所述的试水渠(9)一端封闭，另一端设置有第二溢流坝(8)，所述的第一溢流坝(6)和第二溢流坝(8)之间设置有用来改善提高水质的生态渠(7)，所述的试水渠(9)靠近养殖鱼塘的一侧安装有数个用来将试水渠(9)中的水抽入养殖池塘(1)中的水泵(10)，所述的生态湿地单元(3)、出水渠(5)、生态渠(7)和试水渠(9)设置高度依次降低。
又如，中国专利申请(CN2012101685115)公开一种复合型人工湿地尾水处理系统，将以物理化学处理为主的预处理系统部分和以生物处理为主的人工湿地处理系统部分按照污染物转化规律有机结合；所述预处理系统部分包括曝气氧化池和生态砾石床；所述人工湿地处理系统部分包括稳定塘、垂直流人工湿地与表面流人工湿地；所述垂直流人工湿地与表面流人工湿地梯级组合，稳定塘串联在两个湿地之中；污水处理厂尾水通过曝气氧化池前端的进水口流入曝气氧化池；经曝气氧化池处理后的水通过出水口进入生态砾石床；生态砾石床的出水口与垂直流人工湿地的进水口连通；所述稳定塘一端连通垂直流人工湿地的出水口，另一端连通表面流人工湿地的进水口，流经表面流人工湿地后出水；所述曝气氧化池为钢筋砼结构，其上部设有用于使微生物附着的片状无纺布，无纺布通过固定在曝气氧化池的上部的横杆形成多道布水渠，曝气氧化池的底部设有微孔曝气管，微孔曝气管与位于曝气氧化池外面的多个鼓风机连接；所述生态砾石床内的填料为砾石和吸附能力强的活性填料；生态砾石床表层覆盖通气性小砾石，表层种植根系发达的挺水植物。
然而，上述现有技术或采用单一的处理方式，即便采用物理化学生态处理方式对尾水处理，但是由于其结构复杂，系统工程庞大，也不利于水产养殖可持续发展。
因此，研发一种效益稳定、环境友好的水产养殖模式和养殖尾水处理方式，对我国水产养殖健康、可持续发展具有重要的现实意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种尾水处理综合系统、水产养殖尾水处理综合系统及其方法，该系统及其方法能很好的去除尾水中尤其是水产养殖产生尾水中含有的毒有害物质，具有无毒、安全、高效、无二次污染等特点。
本发明采用下述技术方案：
尾水处理综合系统，该系统是通过物理、化学、生态三种方法实现水产养殖尾水处理，所述物理方法是在石英砂过滤介质的基础上，选取壳聚糖改性滤料涂层，进行吸附过滤；
所述化学方法是针对水产养殖尾水含有的常规污染相关指标及抗生素、抗菌剂，通过微生物辅以氨基多糖螯合盐进行螯合化学方式定向处理，使之无毒无害；
所述生态方法包括设置淡水水生植物系统和海水水生植物系统，以生态方法改善水污染指标，并达到深度净化目的。
进一步的，所述微生物为复微丰-1、固磷菌、TC-TD菌。
进一步的，所述壳聚糖改性滤料为羧甲基壳聚糖，该羧甲基壳聚糖是壳聚糖与氯乙酸在强碱溶液条件下，以异丙醇为助溶剂，加热制得。
进一步的，所述淡水水生植物系统包括江蓠、龙须菜、马尾藻植物；所述海水水生植物系统包括芦苇、黄菖蒲、金鱼藻植物。
进一步的，所述水产养殖尾水通过尾水收集池，进入平流池，所述平流池内置有壳聚糖改性滤料，将尾水中的大颗粒物质进行吸附过滤沉淀；再进入生化池，该生化池内置微生物辅以氨基多糖螯合盐的水质净化系统；接着进入植物吸收池，该植物吸收池内是人工湿地系统吸收水体中富营养物和重金属，净化水质；通过以上物理、化学、生态的方法深度净化水质。
水产养殖尾水处理综合系统，包括上述尾水处理综合系统。
水产养殖尾水处理方法，包括所述水产养殖尾水处理综合系统，并进一步包括如下步骤：
步骤1：经过平流池实现物理沉淀，即：通过壳聚糖改性滤料将部分胶态物进行沉淀；
步骤2：再经生化池针对性地培养特种微生物处理水质；
步骤3：再经过包括淡水水生植物系统和海水水生植物系统的植物吸收池进行处理，其中海水系统经过投放江蓠、龙须菜、马尾藻海水植物进行处理，淡水系统经芦苇、黄菖蒲、金鱼藻淡水植物进行处理；
步骤4：再经清水贮水池针对某个指标对植物吸收池流程的尾水做深度处理，针对水产养殖药残做生态化学处理；
步骤5：经过以上处理过的尾水检验合格可排放至公共水域，不合格返回尾水收集池。
有益效果：
将物理方法、化学方法、生态方法相结合，各系统协同作用，可很好的去除尾水中的有毒有害物质，具有无毒、安全、高效、无二次污染等特点。
其中：物理方法是在传统石英砂过滤介质的基础上，选取壳聚糖改性滤料涂层；经过多方实验选取颗粒活性C、陶粒、砾石、磁铁矿滤料、活性氧化铝球等滤料都不太理想，最终选取羧甲基壳聚糖，该羧甲基壳聚糖是壳聚糖与氯乙酸在强碱溶液条件下，以异丙醇为助溶剂，加热制得羧甲基壳聚糖。羧甲基壳聚糖具有良好的生物相容性和生物降解性，具有吸附大分子有机物。
化学方法是针对水产养殖尾水含有的常规污染相关指标及抗生素、抗菌剂，在生化池内设置包括诸如复微丰-1、固磷菌、TC-TD菌等微生物辅以氨基多糖螯合盐的水质净化系统，上述微生物必须辅以氨基多糖螯合盐才能达到满意效果，沸石粉、膨润土、蛭石等都难达到满意效果，具体数据参见下面的实施例；
生态方法包括设置淡水水生植物系统和海水水生植物系统，其中淡水水生植物系统包括江蓠、龙须菜、马尾藻等植物，海水水生植物系统包括芦苇、黄菖蒲、金鱼藻等植物，以生态方法改善水污染指标，并达到深度净化目的。
上述物理、化学、生态方法缺一不可，同时在上述不同方法中采取不同技术手段最终实现净化尾水的目的。
附图说明
图1为本发明水产养殖尾水处理综合系统示意图；
图2为水产养殖尾水处理综合系统中部分功能模块(模块二、三、四)之间协作关系；
图3为水产养殖尾水处理综合系统中功能模块二中增加智能监测及分析系统示意图；
图4为水产养殖尾水处理综合系统中模块三中增加实时污染指标在线监测系统示意图；
图5为水产养殖尾水处理综合系统中远程在线监测系统结构示意图；
图6为水产养殖尾水处理综合系统中传感器节点硬件结构示意图；
图7为水产养殖尾水处理综合系统中模块四增加自动加药系统示意图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，所述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。
尾水处理综合系统是通过物理、化学、生态三种方法进行，其中：
物理方法是针对水产养殖尾水特点，在传统石英砂过滤介质的基础上，选取壳聚糖改性滤料涂层；该壳聚糖改性滤料为羧甲基壳聚糖，是壳聚糖与氯乙酸在强碱溶液条件下，以异丙醇为助溶剂，加热制得羧甲基壳聚糖。羧甲基壳聚糖具有良好的生物相容性和生物降解性，具有吸附大分子有机物，螯合金属离子的作用，结构式如下：
化学方法是针对水产养殖尾水含有的常规污染相关指标及抗生素、抗菌剂，在生化池内设置包括诸如复微丰-1、固磷菌、TC-TD菌等微生物辅以氨基多糖螯合盐的水质净化系统；
生态方法包括设置淡水水生植物系统和海水水生植物系统，其中淡水水生植物系统包括江蓠、龙须菜、马尾藻等植物，海水水生植物系统包括芦苇、黄菖蒲、金鱼藻等植物，以生态方法改善水污染指标，并达到深度净化目的。
基于上述尾水处理综合系统，我们发明了一种基于水产养殖尾水处理综合系统，说明如下：
水产养殖尾水通过尾水收集池，进入平流池，池内置有壳聚糖改性滤料涂层，将尾水中的大颗粒物质进行吸附过滤沉淀；再进入生化池，生化池内设置特种微生物(诸如复微丰-1、固磷菌、TC-TD菌等)辅以氨基多糖螯合盐的水质净化系统，可分解有机氮、有机磷、大分子有机物，改善水污染指标；且具有吸附絮凝作用，有效络合水体内铅、汞、铜等重金属；接着进入植物吸收池，植物吸收池内是人工湿地系统(海水系统投放江蓠、龙须菜、马尾藻等海水植物；淡水系统投放芦苇、黄菖蒲、金鱼藻等淡水植物)，吸收水体中富营养物和重金属，净化水质；通过以上物理、化学、生态的方法深度净化水质。
下面阐述水产养殖尾水处理综合系统中包括如下功能模块的具体功能和作用：
尾水收集池
该尾水收集池可以统一收集待处理尾水以及接纳清水贮水池处理不合格的尾水，在该处理池中可以暂存和待处理，另外排气、增氧、初期沉淀预处理等操作均在尾水收集池进行。
平流池(模块一)
该平流池内在传统石英砂过滤介质的基础上，选取改性壳聚糖滤料--羧甲基壳聚糖涂层，使滤料的电位发生改变，提高了滤料在水中的等电点，并使滤料比表面积有所增加，从而可增加滤料对悬浮物和有机物的吸附容量，将尾水中的大颗粒物质进行吸附过滤沉淀。该改性壳聚糖滤料可针对性的去除水产养殖水体中的抗生素、抗菌剂、病毒，提高后续生化系统的效率。该平流池可以快速有效地去除悬浮物。
生化池(模块二)
该生化池由多种微生物辅以氨基多糖螯合盐组成。所述微生物包括复微丰-1、TC-TD菌、固磷菌等。
复微丰-1：适应力广，可适应10度左右的低温，耐受力强，可在任何不良环境生长，能综合改善水体污染指标，如SS、COD、氨氮等。
TC-TD菌：具有良好的脱氮作用，且对溶氧无特定要求；不需要用外加碳源，可利用空气中二氧化碳或水体中硫化氢为营养源，进行生化反应。
固磷菌：高磷环境定向培养的菌种，具有专性吸磷作用，生长过程中可吸收水体可溶性有机质，降低水体SS。
所述微生物载体为氨基多糖螯合盐，可为TC-TD菌提供无机能量源，促进TC-TD菌的快速生长；具有很好的比表面积，和水体特种微生物和土著微生物形成生物膜系统，且抗外界冲击力较强；该生物膜系统可以快速有效地除磷、除氮，去除悬浮物，当生化池的水质指标中悬浮物指标降到100mg/L，硫化物指标降到0.8mg/L，锌离子降到0.5mg/L，铜离子降到0.2mg/L，BOD5降到10mg/L，总氮指标降低到5.0mg/L，总磷指标降低到1.0mg/L以下时，可以进入植物吸收池。
植物吸收池(模块三)
植物吸收池包括淡水水生植物系统和海水水生植物系统。若是海水养殖，则使用海水水生植物系统。若是淡水养殖，则使用淡水水生植物系统，在不同的养殖区域，可设置一种水生植物系统。淡水水生植物系统包括江蓠、龙须菜、马尾藻等植物，它们具有去污能力强，耐受性广，不利条件生长良好的优点；海水水生植物系统包括芦苇、黄菖蒲、金鱼藻等植物，它们是多年生植物，受季节影响较小，沉水植物和挺水植物搭配，保证生物种群多样性，且具有较强的去N、P及有机物能力。
当植物吸收池的水质指标中总氮指标降低到3.0mg/L，总磷指标降低到0.5mg/L以下时，可以进入清水贮水池。
清水贮水池(模块四)
清水贮水池设置有自动化处理系统和试验平台，自动化处理系统模式有计量泵、选择加药装置及辅助系统，可自动处理，根据清水池出水指标，选择性使用生态水处理剂对水处理污染指标做强化处理；试验平台模式有小试试验平台、中试试验平台、水质实时监测平台。可根据清水池不同指标状态，做数据分析，更准确的投加生态制剂，节省成本；可实时控制水体指标，更精准的控制出水指标。当清水贮水池的水质指标达到养殖尾水二级标准或一级标准时，才可进入公共排放水域。
公共排放水域(模块五)
经过以上处理过合格的水可排放至公共水域，不合格可回流至尾水收集池，做强化处理。二级尾水可以排放至一般工业用水区，滨海风景旅游区，海洋港口水域，海洋开放作业区，海水河道等非渔业水域。一级尾水可以排放至水产增养殖区，人体直接接触海水的海水运动区(海水浴场)，人类食用直接有关的工业用水区域等。
综上所述，本发明水产养殖尾水处理工作流程如下：1)经过模块一(平流池)-物理沉淀系统(大颗粒沉淀系统)，通过壳聚糖改性滤料将部分胶态物进行沉淀；2)再经模块二(生化池)-生化处理系统，针对性地培养特种微生物，处理水质；3)再经过模块三(植物吸收池，包括淡水水生植物系统和海水水生植物系统)进行处理，海水系统经过投放江蓠、龙须菜、马尾藻等海水植物进行处理，淡水系统经芦苇、黄菖蒲、金鱼藻等淡水植物进行处理；4)再经模块四(清水贮水池)针对某个指标做深度处理，针对水产养殖药残做生态化学处理。经过以上处理过的水可排放至公共水域。
参见附图2所示，本发明中，模块二添加监测及分析系统，通过实时分析生化系统各指标，判断此时的生化反应效果；模块三添加实时污染指标监测系统，实时监测污染指标数据，并反馈回模块二，以改善生化系统；模块四添加自动加药系统，通过模块三污染指标的反馈，启动加药系统，以保证水体出水指标合格。
下面我们对上述模块做进一步组合分析描述。
参见附图3所示，模块二+智能监测及分析系统：
尾水的温度对尾水处理过程影响很大，温度的高低直接影响微生物活性。生化池的微生物的适宜pH值为中性，pH变化大即偏酸或偏碱都会影响甚至杀死生化池内的微生物，破坏处理系统。水中溶解氧不足会导致好氧菌无法生存，无法有效处理水质。污泥浓度过高，耗氧速率随之上升，容易产生溶解氧不足和缺氧现象，或者营养不足而造成微生物大量死亡。尾水中电导率的大小表征着水中无机离子数量的多少，如果电导率急剧上升，往往是有异常尾水排入的迹象。
在模块二中增加智能监测及分析系统，该系统包括多参数柜式仪表柜，该仪表柜选用江苏东原仪表科技有限公司，DY-7800型多参数柜式仪表柜，同时测量温度、pH值、溶解氧、污泥浓度、电导率等参数、相关电极探头、上位机系统、internet数据库、终端；所述相关电极探头(包括DO电极、温度电极、pH电极、污泥浊度电极、电导电极)与参数柜式仪表柜连接；多参数柜式仪表柜通过RS485与上位机实现数据通信。多参数柜式仪表柜连接温度电极、pH值电极、溶解氧电极、污泥浓度电极、电导电极探头，采用RS-485通讯接口，连接上位机在线采集功能模块，再通过无线RS-485/GPRS发射信号，接入Internet数据库，进行数据采集和处理，数据可以远程控制、平板查看、手机APP查看。
该智能监测及分析系统有控制、数据查询、管理设置、仪器控制及复位等功能，系统终端采用先进的多参数测量仪表和电极探头，安全、稳定、可靠地为监测系统的运行提供有力保障；采用无线485或GPRS的通讯方式，快速稳定地传输监测数据，使得监测系统更加具有实时性；应用大型网络数据库，方便了维护人员对数据的存储、管理和分析。该系统可以监测温度、pH值、溶解氧、污泥浓度、电导率等。
参见附图4所示，模块三+实时污染指标在线监测系统：
该实时污染指标在线监测系统由采样设备、废水在线监测仪器、数据采集设备、数据传输设备、通讯设备和终端接收设备组成。
利用上述在线监测系统采集的相关的参数，如COD、氨氮、TOC、pH值等，各种数据从监测设备的通信口传送到GPRS，由GPRS把数据打成TCP/IP包，发送到GPRS中设定的具有固定IP地址或者域名的终端接收设备端口上。终端接收设备主要由数据通信子系统、数据处理子系统和报表系统组成，主要完成的功能有数据通信，数据处理，报表统计分析等。
此外，模块二采用的智能监测及分析系统以及模块三采用的实时污染指标在线监测系统也可以采用如下技术方案：
尾水监测系统分为尾水参数监测系统和尾水处理过程监测系统，前者实现对水温、pH值、污泥浊度、电导率、溶解氧含量等尾水参数的测量，并对尾水进水口和排水口重点区域的流量和水位检测等进行实时视频监测；后者完成尾水处理池尾水处理过程的参数与控制指令传输。我们可以在尾水进水口和排水口以及模块二、模块三不同位置均分布多个传感器网络节点以建立不同的子区域，在每个子区域中构建基于无线技术的传感器网络，通过一个网关或者汇聚点进行数据传输；在尾水处理过程监测系统中，每个子区域均存在多个传感器和执行器，它们与现场服务器或者远程监控服务器交互信息。基于簇(Cluster)的分层结构具有天然的分布式处理能力，簇头是分布式处理中心，即无线传感器网络的一个汇聚点或者基站，每个簇成员(传感器节点)都把监测的原始数据(或者简单处理)传给簇头，数据经簇头融合后由更强通信模块传输至监测中心。
尾水远程在线监测系统的通信系统构架分为3层：现场参数监测层、现场控制服务器与汇聚节点层和远程监控服务器层。由于ZigBee无线是最新推出的低速率、低功耗无线通信技术，适合长期无人值守场合，因此该系统建立以ZigBee为核心的分层通信系统架构。由于需要长期无人值守工作，尾水参数监测采用低功耗的ZigBee无线技术；尾水处理过程可以采用ZigBee无线技术或者WLAN技术。每个子区域的监测尾水参数通过ZigBee模块直接传送到汇聚点，汇聚点具有强大数据处理功能，处理后的数据通过WLAN或CDMA模块传送到现场控制服务器或者远程监控服务器。现场控制服务器或者远程监控服务器产生控制指令后，通过汇聚节点的中转传递给具有ZigBee模块的执行节点。远程监控服务器通过CDMA和Internet网络与现场控制服务器层或者汇聚节点连接，获取相关子区域节点采集的尾水参数和现场控制过程数据，对尾水参数和处理过程数据进行处理和分析，监测水质状况的变化，实现对现场的有效控制和管理，并对尾水处理过程中发生突发事件和环境急剧变化进行实时报警，远程终端用户通过Internet实现对尾水的全天候实时监测。
基于ZigBee无线技术的尾水参数监测节点，即无线传感节点，由低功耗MCU、数据采集通道、电池和ZigBee物理层芯片等部分组成，并挂接多个传感器检测水温、pH值、浊度、电导率、溶解氧含量等参数。节点具有尺寸小、功耗低、适应性强等特点，节点发射功率为0～3.6dbm，通信距离为30～70m，经过功率放大可达1000m左右。节点具有能量检测和链路质量指示功能，可根据检测结果自动调整发射功率，在保证通信链路质量的条件下，最大限度地减少能耗，无线传感器网络节点处于睡眠状态时，电流约为30μA，数据通信时，ZigBee建立一次连接的时间约为20ms，较短的连接时间可大大减少传感器节点向数据视频基站上报数据时发生碰撞的概率，在网络安全方面，基于ZigBee技术的无线传感器网络，采用密钥长度为128位的加密算法，对所传输的数据信息进行加密处理。
ZigBee无线传感网的硬件结构参见图6所示，其主要由传感器节点、路由器节点、协调器组成，其中协调器主要负责信息传输、任务调度、电源监测和网络节点调度管理等工作。尾水处理数据通过各种传感器采集得到后，经SPI接口或RS485接口与ZigBee传感器节点模块连接，完成数据的收集和传输功能。ZigBee的芯片采用工业用射频收发器件CC2420，具有超低电流消耗和高接收灵敏度等特点，可确保短距离通信信道衰减小及其可靠性；而目前的通信信道模型一般将无线信号的衰减分为慢衰减(或大尺度衰减)和快衰减(或小尺度衰减)，慢衰减模型对信号的平均能量、信号在自由空间传播的距离衰减以及地面反射造成的衰减进行建模，其表示式为：
式中:P(d)为接收功率；d为接收点距离信号源的距离，是反映信道环境状况的参数，其值为2～4；d0为距离信号源较近的一个参考距离；α为信道衰减参数；X为服从正态分布N(0，δ2)的随机变量；Xd为0均值。
此外，针对尾水处理过程的工艺要求，现场工业控制服务器采用多类传感器数据融合技术，最大限度地获取被测目标或环境的信息量，在收到大量传感采集数据以后，通过对采集的数据进行处理，并经过本领域公知的诸如控制模型或者专家系统得到反馈控制结果，控制执行节点的行为，从而达到最好的尾水处理监测效果。
参见附图7所示，模块四+自动加药系统：
模块四通过模块三污染指标的反馈，选择性使用生态水处理剂，启动加药系统，加药系统购自北京欧博尔科技有限公司，通过控制流量计及储药罐调整加药浓度，以保证出水指标合格。
自动加药系统的控制原理如下：
自动加药系统选择触摸屏作为人机交互接口，STM32芯片作为核心控制器，利用串口发送指令至C8051单片机，C8051单片机控制步进电机驱动芯片THB6064，THB6064芯片调节步进电机的启动或转速，实现药剂量调节。自动加药机的执行单元选择的是基于步进电机驱动的蠕动泵(加药泵)。为了使步进电机的控制参数能与主控制芯片通信，采用C8051系列单片机作为步进电机的通信单元用于接收主控制器STM32发送的指令。由于步进电机有一个独立的地址，STM32芯片的1个串口可以控制多个步进电机的启动、停止、转速等参数，从而实现了蠕动泵自动加药可调。
C8051F410系列单片机器件是完全集成的低功耗混合信号片上系统型MCU，具有高速、流水线结构的8051兼容的微控制器核(可达50MIPS)，具有12位200ksps的ADC转换接口，无需外接模数转换电路。C8051F410单片机具有24个I/O接口，这24个I/O接口都可以映射到模数转换接口中，即，C8051F410系列单片机最多可以处理24路ADC转换。模拟量采集接口能方便的采集传感器信号。除此之外，C8051F410系列单片机还具有硬件实现的SMBus/I2C、增强型UART和增强型SPI串行接口，4个通用的16位定时器。
THB6064AH是一种大功率、高细分两相混合式步进电机驱动芯片。在THB6064AH芯片内部集成了环形脉冲分配器，因此，无需使用软件进行脉冲分配。在使能开启的情况下，控制芯片只需要将控制信号以脉冲的方式发送至THB6064AH芯片的CLK引脚中，THB6064AH芯片就能够驱动步进电机转动，转动的快慢由发送的脉冲的占空比决定。
STM32最小系统是利用串口Uart1作为与触摸屏的通信接口，波特率为115200bps，利用串口Uart2作为控制蠕动泵的指令下发接口，利用max485芯片将RS232通信标准转换为RS485标准，对多蠕动泵进行寻址；RS485A、RS485B两个接线端子通过普通双绞线进行与每个从站地址相连，可以组成星形连接或链形连接。
C8051芯片利用Uart1接收STM32发送的指令，利用P2口控制步进电机的驱动芯片THB6064，通过调节THB6064芯片管脚M1、M2、M3的高低电平，可以设置8种分频，从而调节了步进电机的转速，结合CLK信号的占空比调节，可以使步进电机实现无级调速。
在STM32芯片中移植uC/OS-Ⅱ操作系统，uC/OS-Ⅱ操作系统建立两个任务，其中一个任务是实时的检测触摸屏的接口指令并向触摸屏实时发送加药点数及加药流量；另一个任务是实时向从站发送控制指令，实现了实时多任务运行。
触摸屏选择的是西门子MP277系列触摸屏，触摸屏与STM32之间的信号传输是基于RS232硬件，传输距离小于15米。STM32作为modbus主站与从站的传输距离在1200米之内。将触摸屏与STM32一起放置在控制室内，方便值班人员巡视，modbus从站放置在现场。同时，触摸屏放置在控制室内，可以方便的与打印机通信，将自动加药机的历史记录生成水晶报表打印。利用化学计量装置对自动加药机的流量进行检测。
综上所述，本发明的模块一平流池是在传统滤料的基础上经改性壳聚糖涂层。在传统石英砂过滤介质的基础上，通过壳聚糖改性滤料-羧甲基壳聚糖，使滤料的电位发生改变，提高了滤料在水中的等电点，并使滤料比表面积有所增加，从而可增加滤料对悬浮物和有机物的吸附容量。壳聚糖还可针对性的去除水产养殖水体中的抗生素、抗菌剂、病毒，提高后续生化系统的效率。
模块二生化池由多种微生物辅以氨基多糖螯合盐组成。复微丰-1，适应力广，可适应10度左右的低温；耐受力强，可在任何不良环境生长；能综合改善水体污染指标，如SS、COD、氨氮等。TC-TD菌，具有良好的脱氮作用，且对溶氧无特定要求；不需要用外加碳源，可利用空气中二氧化碳或水体中硫化氢为营养源，进行生化反应。固磷菌，高磷环境定向培养的菌种，具有专性吸磷作用；生长过程中可吸收水体可溶性有机质，降低水体SS。载体为氨基多糖螯合盐，可为TC-TD菌提供无机能量源，促进TC-TD菌的快速生长；具有很好的比表面积，和水体特种微生物和土著微生物完美的形成生物膜系统，且抗外界冲击力较强。
模块三植物吸收池包括淡水水生植物系统和海水水生植物系统，淡水水生植物系统包括江蓠、龙须菜、马尾藻等植物，它们具有去污能力强，耐受性广，不利条件生长良好的优点；海水水生植物系统包括芦苇、黄菖蒲、金鱼藻等植物，它们是多年生植物，受季节影响较小，沉水植物和挺水植物搭配，保证生物种群多样性，且具有较强的去N、P及有机物能力。
模块四清水贮水池有自动化处理系统和试验平台，自动化处理系统模式有计量泵、选择加药装置及辅助系统，可自动处理，根据清水池出水指标，选择性使用生态水处理剂对水处理污染指标做强化处理；试验平台模式有小试试验平台、中试试验平台、水质实时监测平台。可根据清水池不同指标状态，做数据分析，更准确的投加生态制剂，节省成本；可实时控制水体指标，更精准的控制出水指标。
智能系统包括模块二+智能监测及分析系统、模块三+实时污染指标在线监测系统、模块四+自动加药系统，模块二+智能监测及分析系统可实时监测生化系统各理化数据，以便清楚系统运行情况，及时调整，防止生化系统崩溃；模块三+实时污染指标在线监测系统可以实时监测排水指标是否达标，并反馈回生化系统，优化生化系统方案，且反馈到自动加药系统，启动后保证出水指标合格；模块四+自动加药系统可提高系统运行效率，省时省力。
申请人重点强调：本发明在模块二添加监测及分析系统、模块三添加实时污染指标监测系统、模块四上采用的诸如自动化处理系统和试验平台属于现有技术，本发明的发明点并不在上述功能如何实现上，如需要只需选取现有产品即可。
根据养殖的实际情况，因养殖模式不同，采取的模块不同。上述每个模块均能有效的去除一部分相应的污染物，各有优势，经过物理、化学处理后能够更好的进行生物和生态处理，易于微生物和植物吸收利用污染物。如果处理过程少了一种方式，处理的效果会相对差一些。下面我们结合实施例1-4，并在实施例中根据养殖实际情况选择不同的模块以最终实现尾水处理。
实施例1
某池塘养殖(常规粗养模式)水体，由于粗养水体中主要需要去除的是SS、总氮、总磷、COD指标含量，可以直接采用模块二+模块三+模块四。先经过模块二-生化池，由复微丰-1辅以氨基多糖螯合盐组成，能综合改善水体污染指标，可以快速有效地除磷、除氮，去除悬浮物；再经过模块三-植物吸收池进行处理，经芦苇、黄菖蒲、金鱼藻等淡水植物对N、P进行处理；最后经模块四-清水强化处理系统，针对总氮、总磷指标做深度处理以保证出水指标合格。经过以上处理过的水可排放至公共水域。
相关指标变化
| 尾水收集池进水处 | 公共排放水域出水处 | |
| SS(mg/L) | 258.20 | 70.53 |
| 总氮(mg/L) | 6.47 | 2.30 |
| 总磷(mg/L) | 1.86 | 0.44 |
| COD<sub>Mn</sub>(mg/L) | 83.42 | 18.92 |
实施例2
某总磷含量过高的海水工厂化养殖(精养模式)，精养模式多数采用高密度、高投入、高产出的养殖方式，对环境造成的影响相对要大，主要去除水体SS、总氮、总磷及过多的有机物，降低BOD，采用模块一+模块二+模块四。先经过模块一-物理沉淀系统，通过壳聚糖改性滤料沉淀大分子有机物；再经模块二-生化处理系统，由固磷菌辅以氨基多糖螯合盐组成，固磷菌具有专性吸磷作用，生长过程中可吸收水体可溶性有机质，降低水体SS；再经模块四-清水强化处理系统，针对指标做深度处理，针对水产养殖药残做生态化学处理。经过以上处理过的水可排放至公共水域。
相关指标变化
| 尾水收集池进水处 | 公共排放水域出水处 | |
| SS(mg/L) | 342.10 | 80.46 |
| COD(mg/L) | 160.49 | 13.20 |
| 锌(mg/L) | 0.01 | 0.004 |
| 铜(mg/L) | 0.11 | 0.07 |
| 活性磷酸盐(以P计，mg/L) | 0.24 | 0.06 |
| 无机氮(以N计，mg/L) | 2.34 | 0.43 |
实施例3
某鳗鱼养殖场，鳗鱼养殖有机物较多，水体各类污染指标过高，需要采用模块一+模块二+模块三+模块四，经过模块一-物理沉淀系统，通过壳聚糖改性滤料将部分胶态物进行沉淀；再经模块二-生化处理系统，由TC-TD菌辅以氨基多糖螯合盐组成，TC-TD菌具有良好的脱氮作用，氨基多糖螯合盐可为TC-TD菌提供无机能量源，促进TC-TD菌的快速生长；再经过模块三-植物吸收池进行处理，经过投放江蓠、龙须菜、马尾藻等海水植物进行处理；最后经模块四-清水强化处理系统，做深度处理，针对水产养殖药残做生态化学处理。经过以上处理过的水可排放至公共水域。
相关指标变化
| 尾水收集池进水处 | 公共排放水域出水处 | |
| SS(mg/L) | 397.38 | 77.54 |
| COD(mg/L) | 193.62 | 18.46 |
| 锌(mg/L) | 0.009 | 0.004 |
| 铜(mg/L) | 0.10 | 0.05 |
| 活性磷酸盐(以P计，mg/L) | 0.33 | 0.08 |
| 无机氮(以N计，mg/L) | 3.07 | 0.62 |
实施例4
某N、P严重超标的南美白对虾养殖水体，采用模块一+模块二+模块三+模块四+模块五，对水体过高指标进行综合处理，经过模块一-物理沉淀系统，通过壳聚糖改性滤料将部分胶态物进行沉淀；再经模块二-生化处理系统，由TC-TD菌辅以氨基多糖螯合盐组成，TC-TD菌具有良好的脱氮作用，氨基多糖螯合盐可为TC-TD菌提供无机能量源，促进TC-TD菌的快速生长；再经过模块三-植物吸收池进行处理，经过投放江蓠、龙须菜、马尾藻等海水植物进行处理；最后经模块四-清水强化处理系统，对清水出水仍高的水体，做二次回流，并进行二次净化。经过以上处理过的水可排放至公共水域。
相关指标变化
| 尾水收集池进水处 | 公共排放水域出水处 | |
| SS(mg/L) | 374.88 | 45.32 |
| COD(mg/L) | 185.69 | 9.43 |
| 锌(mg/L) | 0.011 | 0.005 |
| 铜(mg/L) | 0.13 | 0.06 |
| 活性磷酸盐(以P计，mg/L) | 0.32 | 0.05 |
| 无机氮(以N计，mg/L) | 3.24 | 0.50 |
实施例5
重复实施例1，不同之处在于模块二-生化池由复微丰-1辅以沸石粉组成。
相关指标变化
| 尾水收集池进水处 | 公共排放水域出水处 | |
| SS(mg/L) | 258.20 | 115.29 |
| 总氮(mg/L) | 6.47 | 4.95 |
| 总磷(mg/L) | 1.86 | 1.26 |
| COD<sub>Mn</sub>(mg/L) | 83.42 | 35.45 |
实施例6
重复实施例1，不同之处在于模块二-生化池由复微丰-1辅以膨润土组成。
相关指标变化
实施例7
重复实施例1，不同之处在于模块二-生化池由复微丰-1辅以蛭石粉组成。
相关指标变化
| 尾水收集池进水处 | 公共排放水域出水处 | |
| SS(mg/L) | 258.20 | 120.06 |
| 总氮(mg/L) | 6.47 | 4.87 |
| 总磷(mg/L) | 1.86 | 1.29 |
| COD<sub>Mn</sub>(mg/L) | 83.42 | 34.60 |
综上可以看出，该水产养殖尾水处理系统综上可以看出，该水产养殖尾水处理系统能很好的去除或降低水产养殖尾水中的有毒有害物质，效果显著。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (7)
1.尾水处理综合系统，该系统是通过物理、化学、生态三种方法实现水产养殖尾水处理，其特征在于：
所述物理方法是在石英砂过滤介质的基础上，选取壳聚糖改性滤料涂层，进行吸附过滤；
所述化学方法是针对水产养殖尾水含有的常规污染相关指标及抗生素、抗菌剂，通过微生物辅以氨基多糖螯合盐进行螯合化学方式定向处理，使之无毒无害；
所述生态方法包括设置淡水水生植物系统和海水水生植物系统，以生态方法改善水污染指标，并达到深度净化目的。
2.根据权利要求1所述的尾水处理综合系统，其特征为：所述微生物为复微丰-1、固磷菌、TC-TD菌。
3.根据权利要求1所述的尾水处理综合系统，其特征为：所述壳聚糖改性滤料为羧甲基壳聚糖，该羧甲基壳聚糖是壳聚糖与氯乙酸在强碱溶液条件下，以异丙醇为助溶剂，加热制得。
4.根据权利要求1所述的尾水处理综合系统，其特征为：所述淡水水生植物系统包括江蓠、龙须菜、马尾藻植物；所述海水水生植物系统包括芦苇、黄菖蒲、金鱼藻植物。
5.根据权利要求1所述的尾水处理综合系统，其特征为：所述水产养殖尾水通过尾水收集池，进入平流池，所述平流池内置有壳聚糖改性滤料，将尾水中的大颗粒物质进行吸附过滤沉淀；再进入生化池，该生化池内置微生物辅以氨基多糖螯合盐的水质净化系统；接着进入植物吸收池，该植物吸收池内是人工湿地系统吸收水体中富营养物和重金属，净化水质；通过以上物理、化学、生态的方法深度净化水质。
6.水产养殖尾水处理综合系统，其特征为：包括上述权利要求1-5任一所述的尾水处理综合系统。
7.水产养殖尾水处理方法，包括权利要求6所述水产养殖尾水处理综合系统，并进一步包括如下步骤：
步骤1：经过平流池实现物理沉淀，即：通过壳聚糖改性滤料将部分胶态物进行沉淀；
步骤2：再经生化池针对性地培养特种微生物处理水质；
步骤3：再经过包括淡水水生植物系统和海水水生植物系统的植物吸收池进行处理，其中海水系统经过投放江蓠、龙须菜、马尾藻海水植物进行处理，淡水系统经芦苇、黄菖蒲、金鱼藻淡水植物进行处理；
步骤4：再经清水贮水池针对某个指标对植物吸收池流程的尾水做深度处理，针对水产养殖药残做生态化学处理；
步骤5：经过以上处理过的尾水检验合格可排放至公共水域，不合格返回尾水收集池。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20201030 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |