CN117342681A - 工厂化养殖动物寄生虫羟基自由基杀灭方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及工厂化养殖动物寄生虫羟基自由基杀灭方法和装置。装置设有羟基自由基(·OH)溶液产生设备、·OH溶液喷射微射流装置、混溶罐、海水养殖池、微滤机/蛋白分离器/生物滤池、砂滤池‑蓄水池、实时在线检测系统和智能化控制中心。氧活性粒子经气液混溶器、混溶罐高效生成·OH溶液，·OH溶液输水管通过星型·OH溶液微射流喷射装置将·OH溶液和空化泡喷射至·OH溶液处理养殖池，同步或间歇实现多个养殖池内100％灭杀养殖动物寄生虫和其它致病害微生物，并矿化养殖池内有机物、氧化无机氮。该方法自动化、高效、绿色、安全，不生成消毒副产物、净化养殖水，保证养殖动物的生长健康及海洋生态安全。
Description
技术领域
本发明涉及等离子体化学、水产养殖技术和海洋环境工程技术等领域，尤其是涉及一种工厂化养殖动物寄生虫羟基自由基杀灭方法和装置。
背景技术
随着我国经济的发展，人民生活水平逐渐提高，海产品的需求也逐年上升。工厂化水产养殖属于集约型的高密度、高成活率、高产率、全年多批次养殖类型。相对于海上网箱养殖，工厂化养殖具有消耗水资源量少、占地面积小、资源利用率高、对环境影响小、产品质量可控、生产养殖不受环境影响和限制、抗自然风险冲击能力强等特点。如何有效隔离养殖病害、控制病源输入，降低养殖鱼、虾等水产品携带病菌、切断病源传播途径对封闭式工厂化养殖水系统至关重要。
常规的循环水处理工艺一般包括：微滤系统、泡沫分离、微生物处理以及紫外杀菌消毒等过程。微滤系统和泡沫分离器仅能分离粪便和残饵等固体颗粒物，而微生物处理则只能去除氨氮、亚硝氮等污染物。紫外消毒技术被广泛应用于养殖水处理，但其杀菌时间长、对水质浊度要求高，不能满足工厂化高密度养殖水中寄生虫病害杀灭的要求。
目前多采用化学药剂如甲醛、硫酸铜、高锰酸钾、氯氧化剂等杀灭养殖鱼寄生虫。王忠华等(王忠华,张辰仓,王印庚,等.网箱养殖大黄鱼刺激隐核虫病及其防治[J].水产科技情报,2012,39(6):293-298.)使用200mg/L甲醛药浴患病大黄鱼，1h后刺激隐核虫密度基本不变，4h后鱼体活力减弱且不进食；Buchmann K等(BUCHMANN K,BRESCIANI J,JAPPEC.Effects of formalin treatment on epithelial structure and mucous celldensities in rainbow trout,Oncorhynchus mykiss(Walbaum),skin[J].Journal offish diseases,2004,27(2):99-104.)研究证实，甲醛会刺激鱼体分泌大量粘液、聚集成团、阻碍鱼的呼吸。吴健绍等(吴建绍,李雷斌,朱志煌,等.硫酸铜对双斑东方鲀刺激隐核虫病的治疗效果研究[J].水产科学,2019,38(3):305-312.)利用1.5mg/L硫酸铜药浴患病双斑东方鲀(Takifugu bimaculatus)，3d后，病鱼体表部分滋养体解体或脱落，但长期铜离子暴露导致鱼体鳃部受损甚至出现生长抑制。王忠华(王忠华,张辰仓,王印庚,等.网箱养殖大黄鱼刺激隐核虫病及其防治[J].水产科技情报,2012,39(6):293-298.)等应用2mg/L高锰酸钾药浴患病大黄鱼，1h后病鱼体表滋养体密度降低，但4h后患病鱼死亡，且仍有活虫寄生。Hirazawa(HIRAZAWA N,GOTO T,SHIRASU K.Killing effect of various treatmentson the monogenean Heterobothrium okamotoi eggs and oncomiracidia and theciliate Cryptocaryon irritans cysts and theronts[J].Aquaculture,2003,223(1-4):1-13.)等使用2.4mg/L次氯酸钠杀灭体外刺激隐核虫，1min后杀灭了100cells/mL的幼虫；李美英(李美英.河北省养殖冷水鱼寄生虫病的初步调查和防治研究[D].石家庄:河北师范大学.)利用1mg/L二氧化氯药浴患白点病的鲟鱼(Acipenser)，4d后，鲟鱼存活率仅为38.5％。这些方法普遍存在杀灭剂量高、处理时间长、危害养殖动物健康生长，外排水中残余化学物质会对海洋有潜在风险，并且需要人工喷洒处理效率低。因此，如何自动化、高效杀灭养殖动物寄生虫病害同时保证工厂化养殖鱼生长健康至关重要。
基于大气压强电离放电高效生成的羟基自由基(·OH)是一种强氧化剂，具有108～1010L/mol·s的反应速率，是其他常见氧化剂的106～1012倍，与有机物反应后可转化为H2O和O2。并且·OH能导致生物体出现DNA结构断裂、蛋白质氧化分解、脂质过氧化等不可逆反应，从而导致细胞和生物体死亡。基于大气压强电离放电高效生成的羟基自由基的技术，已被广泛应用于抗生素矿化(专利号：CN108658209A、CN108609715A)、藻毒素矿化(专利号：CN104341037A)、嗅味物质矿化(专利号：CN104402140A)、高藻水处理(专利号：CN104326529A)、刺激隐核虫包囊杀灭(专利号CN107027667A)、刺激隐核虫杀灭(专利号：CN107079852A)。针对工厂化海水养殖业中寄生虫、细菌、病毒等病原感染疾病频发且人工干预处理效率低等问题，围绕降低养殖动物损失、绿色养殖的需求，提高工厂养殖疾病自动化控制能力，保护海域生态环境安全的战略目标。将羟基自由基技术应用于源头切除病害的输入和传播途径、自动预警高效防控处理养殖病害，保障循环养殖绿色健康运行对海水养殖产业绿色发展意义重大。
发明内容
针对工厂化海水养殖业中养殖动物病害控制难度大、水质净化效率低、智能控制化率低以及不能保障养殖病害灭杀过程中对养殖鱼生长健康和海洋生态安全等问题，本发明提供了工厂化养殖动物寄生虫羟基自由基杀灭装置和方法，为建立自动化、高效、绿色、安全、经济的工厂化海水养殖动物病害的水处理方法以及为养殖动物病害防控提供可靠的技术基础，自动循环完成海水养殖池内水消毒，净化养殖水质，保障海水养殖业绿色发展及海洋生态安全。
所述一种工厂化养殖动物寄生虫羟基自由基杀灭装置，包括了羟基自由基(·OH)溶液产生设备、·OH溶液微射流喷射装置、混溶罐、海水养殖池、微滤机/蛋白分离器/生物滤池、砂滤池-蓄水池、实时在线检测系统和智能化控制中心，实现工厂化养殖动物寄生虫高效灭杀、不生成消毒副产物、净化养殖水，并保证养殖动物的生长健康。
所述羟基自由基(·OH)溶液产生设备与混溶罐连接；所述·OH溶液微射流喷射装置以星型喷射管安装在海水养殖池底部，并通过·OH溶液输送管与混溶罐和星型微射流喷射装置的中心管连接，·OH微射流喷射灭杀养殖动物寄生虫；所述微滤机/蛋白分离器/生物滤池通过循环外排水管路与·OH溶液处理养殖池相连；所述砂滤池-蓄水池通过管路分别为·OH溶液产生设备和海水养殖池提供水源；所述智能化检测装置与各装置、检测器和检测反馈管路连接，智能化控制中心通过有线或无线的方式接收检测信息并输出控制信息，控制装置中各阀门、水泵、以及·OH溶液产生设备运行参数，调控·OH溶液高效杀灭工厂化养殖动物寄生虫装置系统的自动运行。
其中·OH溶液产生设备和混溶罐联合使用；所述混溶罐主体由混合罐体和连通水位显示管组成，混合罐体顶部安装有压力表和排气调压阀，排气阀依次连接不锈钢球针阀、尾气消解器、减压阀和流量计，底部安装有出水口和排水阀；混溶罐内径和高度比值为0.2～0.3，进水口距顶部为混溶罐高度的5％～10％，罐内混溶体积为总体积的1/3～2/3，罐内运行压力维持0.05～0.20MPa，依据处理效率串联或并联使用。
·OH溶液经管路输送至养殖池底部的·OH溶液微射流喷射装置，微射流喷射装置由星型分布的·OH溶液布液管组成，布液管中的·OH溶液统一由中心竖管提供，在布液管上均匀分布·OH微射流喷射器，其安装方向平行于池底；·OH溶液微射流喷射器收缩段以安装螺纹固定于布液管上，喷射器扩张段呈逆时针水平排布，微射流喷射器的进出口都设置了收缩段导流槽和扩散段导流槽；喉管处的圆环狭缝布置了朝下并距池底1～10cm的负压吸液口，将附着的孢囊和其它病害吸入射流喷射器充分氧化和杀灭；微射流喷射器的喉管直径为0.5～1mm、收缩角度为12～15°、喉管长度为0.5～2mm、扩张角度为20～30°、扩散段长度为1～6mm，微射流喷射器流量为0.70～3.0L/min。
所述智能化检测装置与各装置、检测器和检测反馈管路连接，实时检测的输入信息源包括流式细胞分析仪、多功能水质检测仪和TRO检测仪等自动化分析仪器的检测结果，也包括系统管路各节点流量、水泵运行状态以及水位信息等。
本发明基于所述装置系统提供了一种·OH灭杀工厂化养殖动物寄生虫的方法，该方法在于砂滤池-蓄水池中的海水经输水管路一部分输送至·OH溶液处理养殖池，另一部分与氧活性粒子经气液混溶器、混溶罐高效生成高浓度·OH溶液，·OH溶液输送管通过星型·OH溶液微射流喷射装置将高浓度·OH溶液和空化泡喷射至海水养殖池，100％灭杀养殖池内的动物寄生虫和其它致病害微生物，并矿化养殖池内有机物、氧化无机氮。控制不同·OH溶液输水管阀门的开闭，实现对多个养殖池内的寄生虫和致病害微生物同步或间歇灭杀。微滤机/蛋白分离器/生物滤池装置将海水养殖池中的废水处理净化后回用至蓄水池或外排。该方法对海水养殖池内养殖动物和海洋环境无负面效应，生态环境安全。
在·OH溶液产生设备中，氧活性粒子气体和砂滤海水经气/液混合器水射流空化混合后流入混溶罐，·OH溶液与氧活性粒子气体在混溶罐内进一步充分混合以提高·OH溶液浓度，杀灭海水养殖病害。所述·OH溶液产生设备中的氧活性粒子发生源启动数量为1～12片，功率为200～3600W；通入气体为氧气或空气，进气流量为2.0～50L/min；所述气/液混溶器中气体的氧活性碎片浓度为80～300mg/L，氧活性碎片与水的体积比可为1:10～100；所述·OH溶液产生设备，产生总氧化剂浓度为4～50mg/L，产生量为10～20m3/h。
·OH溶液经设备产生后由·OH溶液输送管路送至布置了星型微射流喷射装置的待处理海水养殖池中。每根·OH溶液输送管为两排并列的海水养殖池提供·OH溶液，并在输入端设置一个主阀门，每个养殖池和·OH溶液输送管之间设一个阀门。处理系统运行时，控制中心根据设备负荷情况调节海水养殖池的同步处理数量。
所属同一根·OH溶液输送管的海水微射流喷射器输出·OH溶液前，海水养殖池内水位排至总池容积的1/2～2/3；·OH溶液产生设备的氧活性粒子溶液，经混溶罐高效生成·OH溶液后由管路输送至·OH溶液喷射微射流装置，其中微射流喷射器收缩段入口与扩散段出口的压力比为0.7～0.9；高浓度·OH溶液经布液管安装的微射流喷射器的扩散段形成大量微气泡，·OH在强湍流场中进入养殖池内溃灭产生高温(104K)和高压(104MPa)，以压力微射流的形式向周围液体快速穿透扩散，100％杀灭池底附着孢囊，喷射出的·OH溶液与养殖水充分混溶扩散时间为2～30分钟，浓度大于0.5mg/L时100％杀灭寄生虫、微生物，同步矿化海水养殖池中有机物并氧化无机氮，实现养殖池消杀同时保证养殖鱼健康。
·OH灭杀工厂化养殖动物寄生虫的装置系统运行时的智能化控制中心功能包括：动态控制·OH溶液浓度和产量；动态控制海水养殖池内·OH溶液浓度和养殖鱼寄生虫杀灭时间；实时的故障诊断与预测预警。智能控制中心以海水养殖池水质动态检测结果和管路总氧化剂浓度情况为输入信息，基于建立的养殖池内·OH溶液(浓度＞0.5mg/L)杀灭寄生虫的预测模型、灭杀过程中·OH的浓度扩散模型，动态控制羟基自由基产生设备产生的·OH溶液浓度(mg/L)和产量(m3/h)；动态检测海水养殖池内·OH浓度和养殖病害虫密度；动态控制不同养殖池·OH微射流管启闭。实现整个系统远程智能化监控、数据分析、精准态势感知、能效管理与运维决策。
海水养殖池的水处理相关指标达到《海水水质标准》第二类标准和《渔业水质标准》(GB 11607-89)标准：水体溶氧充足(>10mg/L)，氨氮低于0.5mg/L，亚硝氮低于0.1mg/L，TOC低于4mg/L，且养殖寄生虫、细菌、病毒等有害微生物的完全杀灭，三溴甲烷低于9.53μg/L(<100μg/L国标)，其它消毒副产物不检出。
其中实现水处理的构筑物为微滤机/蛋白分离器/生物滤池装置，由微滤机、蛋白分离器和生物滤池装置串联组成。所述微滤机内部安装有布水堰，养殖水通过导流管进入旋转滚筒，滚筒内安装有60～100目微孔滤网，将养殖废水中的悬浮物拦截至滚筒内部，滤筒内部的导流叶片将悬浮颗粒导流至另一端排泥槽；所述蛋白分离器利用气体释放器释放的微小气泡，将水中可溶性大分子有机物吸附并浮托至水面至上，通过液面的蛋白收集器将其分离；所述生物反应池中含有立体空心填料作为微生物载体，填料为中空结构，外部生长好氧菌，填料内部生长厌氧菌。
本发明的技术效果和优点如下：
1、本发明基于由模块化阵列式等离子体集成源组成的·OH溶液高效生成设备，经水射流空化气/液混溶技术，获得以·OH为主的高浓度氧自由基溶液，其总氧化剂浓度高达50mg/L，产生量为10～20m3/h。本发明设计的液/液混溶罐提供了混溶工作参数指标，将含氧活性粒子和·OH的溶液在罐内充分均混，高效生成·OH溶液，并可根据处理系统工作负荷以串/并联的方式使用。
2、本发明提供的海水养殖池灭杀养殖动物病害的星型·OH微射流喷射器，通过确定喷射器进出口压力、喉管长度、收缩角和扩散角等参数，使高浓度·OH溶液在微射流喷射器出口处形成大量微气泡，并在出口处的强湍流场中脱离微射流喷射器进入工厂化海水养殖池；微气泡在养殖池内溃灭瞬间会产生极高的温度(104K)和压力(104MPa)，会将高浓度·OH溶液以压力微射流的形式向周围液体快速穿透扩散。·OH溶液射流破裂成“雾”后仍具有较高初速度，·OH在海水中充分混匀并扩散使其浓度保持在0.5mg/L以上，·OH动态穿透冲击过程中对养殖池和养殖池壁病害的高效杀灭并保证养殖动物生长健康。微射流喷射器上布置的吸液口能将附着于池底的孢囊、寄生虫及其它病害吸入喷射器和高浓度·OH溶液混匀并喷射到养殖池中，该过程通过微射流喷射器内空化泡“爆炸”和·OH持续氧化作用将吸入的养殖病害杀灭。本发明设计的星型·OH微射流喷射器及工艺优势使·OH溶液在容积60吨以上的海水养殖池内快速扩散和高效杀虫，处理时间缩减至2～30分钟。
3、本发明提供的装置系统通过智能化控制中心协同运行。基于内置多种智能化模型算法，动态控制·OH产生设备产生的·OH溶液浓度和产量；动态检测海水养殖池·OH溶液浓度并控制养殖池内养殖鱼寄生虫杀灭时间。解决了·OH溶液生成与养殖池病害杀灭的多输入、多输出、多回路、多限制和多目标优化控制问题，根据实际海水水质、用水量、养殖病害爆发时间、活性氧自由基溶液产生量参数，有效解决输入输出系统存在滞后等问题，能实时进行故障诊断与预测预警，实现整个系统远程智能化监控、数据分析、态势感知、能效管理与运维决策，系统指示精度小于0.1％，控制反应时间小于0.1秒。
4、本发明提供的装置系统运行时，可分别或同时对不同海水养殖池内养殖病害进行灭杀，根据实时养殖池海水质量控制灭杀时间，使系统工艺高效运行。该系统创新性地结合了·OH高级氧化技术和工厂化循环养殖系统，·OH溶液对养殖池内养殖水杀菌消毒处理后，养殖池养殖水水质符合《海水水质标准》第二类标准和《渔业水质标准》(GB 11607-89)标准：水体溶氧充足(>10mg/L)，氨氮低于0.5mg/L，亚硝氮低于0.1mg/L，TOC低于4mg/L，且养殖寄生虫、细菌、病毒等有害微生物的完全杀灭，三溴甲烷低于9.53μg/L(<100μg/L国标)，其它消毒副产物未检出，残余氧化剂TRO浓度小于0.3mg/L，可实现持续杀菌消毒作用。无病害和有机污染的养殖废水经微滤机/蛋白分离器/生物滤池一体化装置处理后可回用于养殖原水、·OH溶液来水或直接排放，对养殖动物生长健康和海洋生态无负面效应，生态环境安全。
本发明实施简单、高效且对环境无负面效应，为工厂化海水循环养殖提供了崭新的思路和可行的技术手段。
附图说明
图1.羟基自由基高效杀灭工厂化养殖鱼寄生虫的系统平面图
图2.羟基自由基高效杀灭工厂化养殖鱼寄生虫的流程图
图3养殖池内·OH溶液“星型”微射流喷射示意图
图4液/液混溶罐和微射流喷射器结构图
图5微滤机/蛋白分离器/生物滤池装置示意图
图6·OH杀灭包囊明场、DAPI染色、HE染色图
图7·OH溶液混溶处理养殖池病害的·OH浓度分布图：(a)注入结束养殖池·OH浓度分布图；(b)结束稳定5min养殖池·OH溶液浓度分布图
图8大黄鱼肠道H.E染色图片
图中：11-第一阀门；12-第二阀门；13-第三阀门；14-第四阀门；15-第五阀门；16-第六阀门；17-第七阀门；18-第八阀门；19-第九阀门；110第十阀门；111-第十一阀门；112：第十二阀门；113-第十三阀门；114-第十四阀门；21-第一水泵；22-第二水泵；23-第三水泵；31-第一流量计；32-第二流量计；33-第三流量计；41-砂滤池；42-蓄水池；43-微滤机/蛋白分离器/生物滤池装置；431-微滤机；432-蛋白分离器；433-生物滤池装置；434-布水堰；435-导流管；436-旋转滚筒；437-排泥槽；438-气体释放器；439-蛋白收集器；4310-立体空心填料；51-气液混溶器；52-混溶罐；521-混合罐体；522-连通水位显示管；523-调压阀；524-压力表；525-不锈钢针阀；526-尾气消解器；527-减压阀；528-流量计；53-活性氧粒子气体产生装置；6-羟基自由基(·OH)产生装备；61-活性氧粒子气体浓度检测仪；62-第一TRO浓度检测仪；63-流式细胞分析仪；64-多功能水质检测仪；65-第二TRO检测仪；7-智能化控制中心；71-砂滤海水管路；72-·OH溶液输送管；73-循环外排水管路；74-检测反馈管路；75-氧自由基制备管路；8-智能化检测装置；81-·OH溶液处理海水养殖池；82-微射流喷射装置；83-·OH微射流喷射器；831-喷射器安装螺纹；832-喷射器收缩段；833-圆环狭缝；834-喷射器喉管段；835-喷射器扩张段；836-喷射器负压吸液口；837-收缩段导流槽；838-扩散段导流槽。
中实现水处理的构筑物为微滤机/蛋白分离器/生物滤池装置，由微滤机、蛋白分离器和生物滤池装置串联组成。所述微滤机内部安装有布水堰，养殖水通过导流管进入旋转滚筒，滚筒内安装有60～100目微孔滤网，将养殖废水中的悬浮物拦截至滚筒内部，滤筒内部的导流叶片将悬浮颗粒导流至另一端排泥槽；所述蛋白分离器利用气体释放器释放的微小气泡，将水中可溶性大分子有机物吸附并浮托至水面至上，通过液面的蛋白收集器将其分离；所述生物反应池中含有立体空心填料作为微生物载体，填料为中空结构，外部生长好氧菌，填料内部生长厌氧菌。
具体实施方式
以下实施例将结合附图对本发明作进一步的说明。但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
如图1～5所示，搭建了一套工厂化养殖动物寄生虫羟基自由基杀灭装置系统，包括了羟基自由基(·OH)溶液产生设备6、·OH溶液微射流喷射装置82、混溶罐52、海水养殖池81、微滤机/蛋白分离器/生物滤池43、砂滤池41-蓄水池42、实时在线检测系统8和智能化控制中心7，实现工厂化养殖动物寄生虫高效灭杀、不生成消毒副产物、净化养殖水，并保证养殖动物的生长健康。
一种工厂化养殖动物寄生虫羟基自由基杀灭装置系统的进水水源取自于海水0，海水进水管路经过第一阀门11、第一水泵21和第一流量计31联通到砂滤池41，砂滤池41和蓄水池42通过设置第二阀门12的水管联通。蓄水池42的一条管路通过第三阀门13与·OH溶液产生设备6联通。在·OH溶液产生设备6中，氧气或空气经第十三阀门113通过氧自由基制备管路75与氧活性粒子气体产生装置53联通，并经过氧活性粒子浓度检测仪61检测后通入到气/液混溶器51。其中氧自由基制备管路75的材质为聚四氟乙烯管。气/液混溶器51的进水管路设置有第二水泵22和第三流量计33，出水管路与混溶罐52联通。混溶罐52的出液管路设置第一TRO浓度检测仪62，经过第五阀门15控制不同·OH溶液输送管72的开闭，·OH溶液输送管72上分布了联通海水养殖池81中星型·OH溶液微射流喷射装置82的支管，通过第六阀门16控制。
·OH溶液产生设备6中混溶罐52主要由混合罐体521和连通水位显示管522组成，混合罐体521顶部安装有压力表524和排气调压阀523，排气阀依次连接不锈钢球针阀525、尾气消解器526、减压阀527和流量计528，底部安装有进水口和排水阀；混溶罐内径和高度比值为0.25，进水口距顶部为混溶罐高度的8％，罐内混溶体积为总体积的1/3～2/3，罐内运行压力维持0.05～0.20MPa，依据处理效率由智能控制中心7实时调节运行参数。
微射流喷射装置82，由星型分布的·OH溶液布液管组成，布液管中的·OH溶液统一由中心竖管提供，在布液管上每间隔40cm分布·OH微射流喷射器83，其安装方向平行于池底，总共安装有48个微射流喷射器；以DN50为主管路，星型布水管以DN25 PVC为支管路；·OH溶液微射流喷射器83收缩段832以安装螺纹831固定于布液管，喷射器扩张段835呈逆时针水平排布，喉管834处的圆环狭缝833布置了朝下并距池底2cm的负压吸液口836；微射流喷射器的进出口都设置了收缩段导流槽837和扩散段导流槽838。微射流喷射器的喉管直径为0.75mm、收缩角度为15°、喉管长度为1mm、扩张角度为25°、扩散段长度为4mm，微射流喷射器流量为2.5L/min。·OH微射流喷射器收缩段压力(Pin)与扩散段出口压力(Pout)的压差比(Pr＝(Pin-Pout)/Pin)应为0.9。
蓄水池42另一条出水管路为砂滤海水管路71，管路71上布置了第四阀门14和第二流量计32，砂滤海水管路71中联通了进入各海水养殖池的支管，通过第十四阀门114控制。·OH处理海水养殖池81后的废水通过第七阀门17经循环外排水管路73汇集到微滤机/蛋白分离器/生物滤池装置43，处理装置43的进水管路73设置了总阀18。微滤机/蛋白分离器/生物滤池装置43的出液管路通过第九阀门19联通到海边外排或通过第十阀门110联通至蓄水池42回用。
装置系统中，海水养殖池81和砂滤海水管路71通过检测反馈管路74与智能化检测装置8中的流式细胞分析仪63、多功能水质检测仪64、第二TRO检测仪65联通，并通过第十一阀门111、第十二阀门112和第三水泵23控制。装置系统中智能化控制中心7的信号输入源包括智能化检测装置8、活性氧粒子气体浓度检测仪61、第一TRO浓度检测仪62以及其它流量计和水泵，信号输出目标包括各阀门和水泵，信号的输入输出以有线或无线的方式进行。
该装置系统运行时，砂滤池41-蓄水池42将近岸海水中的悬浮固体颗粒过滤并储存砂滤海水。这些砂滤海水一大部分输入海水养殖池81作为养殖水源，一部分输入到·OH溶液产生设备6中产生高浓度·OH溶液。羟基自由基(·OH)溶液产生设备中阵列式氧活性粒子发生源的可启动数量为1～12片，工作功率在200～3600W，通入气体为氧气，进气流量可为25L/min；通气体管路采用聚四氟乙烯管或其它抗氧化材料；根据活性氧粒子气体浓度检测仪61检测浓度为80～300mg/L，氧活性碎片的成分主要包括O2 +、O2 -、O(3P)、O(1D)、O2(a1g)和O3等，其中O2 +是生成·OH的关键活性粒子。气/液混合器51中氧活性碎片输入与砂滤海水输入的体积比可为1︰(10～100)，实际比例由智能控制中心7通过实时反馈的TRO浓度和灭杀效果决定。混溶罐52充分混合后输出·OH溶液产生设备6的总氧化剂浓度为高达50mg/L，产生量在10～20m3/h，·OH浓度为50～600μmol/L。
·OH溶液输水管72将·OH溶液产生设备6产生的·OH溶液输送至混溶罐52，并将混溶罐52混合稳定的·OH溶液输送至海水养殖池81中的星型·OH溶液微射流喷射装置82，实现·OH溶液动态杀灭养殖病害并净化养殖水质。安装在海水养殖池底的·OH溶液微射流喷射装置82将·OH溶液和空化泡输送至养殖池，对养殖池部全方位的喷射，并将高浓度·OH溶液和原有养殖水充分混溶至总氧化剂TRO浓度大于0.5mg/L，附着于池底的孢囊在微射流喷射器83中高浓度·OH溶液以及出口微泡破裂下实现有效杀灭。进入养殖池内的·OH溶液可杀灭养殖池内的养殖鱼寄生虫，矿化养殖池内有机物、氧化无机氮以及对养殖水进行杀菌消毒。经·OH养殖池混溶处理后，降低了氨氮、亚硝氮、TOC浓度，并且能够实现养殖寄生虫、细菌、病毒等有害微生物的完全杀灭，最终实现养殖池内养殖病害的处理，处理后各水质指标可达到《渔业水质标准》(GB 11607-89)。
海水养殖池排放的废水经循环外排水管路73输送至微滤机/蛋白分离器/生物滤池装置43处理，并将处理后的尾水排放至大海或蓄水池42。微滤机/蛋白分离器/生物滤池装置43将·OH溶液处理养殖池排放的废水进行物理生物处理，实现悬浮颗粒、蛋白质等污染物去除，净化水质。微滤机/蛋白分离器/生物滤池装置43由微滤机431、蛋白分离器432和生物滤池装置433串联组成。微滤机内部安装有布水堰434，养殖废水通过导流管435进入旋转滚筒436，滚筒内安装有100目的微孔滤网，将养殖水中的悬浮物拦截至滚筒内部，滤筒内部的导流叶片将悬浮颗粒导流至另一端排泥槽437，以实现养殖水中颗粒物的分离，有效去除20％～50％的浊度；蛋白分离器利用气体释放器438释放的微小气泡，在食物残渣、蛋白质表面形成气泡，气泡尺寸在50～100μm，将水中可溶性大分子有机物吸附并浮托至水面至上，通过液面的蛋白收集器439将其分离，显著增加水中溶解氧，清除80％的养殖鱼代谢产物，降低15～25％的氨氮、10～20％的亚硝氮；生物反应池中含有立体空心填料4310作为微生物载体，填料为中空结构，外部生长好氧菌，去除有机物以及进行硝化作用将氨氮转化为硝态氮，填料内部生长厌氧菌，产生反硝化作用可去除硝态氮，好氧与厌氧过程相结合，进一步脱除氨氮40％～50％、亚硝氮5％～15％以及TOC10％～20％。
检测反馈管路74分别从·OH溶液处理养殖池81和砂滤海水输水管71中抽水水样输送至智能化检测装置8，智能化检测装置8内置的流式细胞分析仪63、多功能水质检测仪64和TRO检测仪65实时监控·OH处理的养殖池81内的养殖病害、水质和池内·OH溶液浓度等信息，并将检测信息反馈至智能化控制中心7。多功能水质检测仪安装有温度(-5～50℃)、盐度(0～70ppt)、浊度(0～400NTU)、溶解氧(0～50mg/L)、氨氮(0～20mg/L)、亚硝酸盐氮(0～20mg/L)、fDOM溶解有机质(0～300ppb)等。所述TRO检测仪，基于美国EPA标准的N,N-二乙基对苯二胺(DPD)分光光度法检测(以Cl计)。智能化控制中心7，内置多种智能化模型算法：动态控制羟基自由基产生设备产生的·OH溶液浓度和产量；动态检测处理养殖池内·OH溶液浓度，控制养殖池内养殖鱼寄生虫杀灭时间；动态控制不同养殖池·OH微射流喷射器开启杀灭；时时的故障诊断与预测预警，实现整个系统远程智能化监控、数据分析、态势感知、能效管理与运维决策。
以下给出一种杀灭工厂化养殖动物寄生虫的装置和方法的具体实施例：
实施例1
由图2所示，该工厂化养殖动物寄生虫羟基自由基杀灭装置的运行流程如下：
1)打开第一阀门11，启动第一水泵21，近岸海水经进砂滤海水输水管71输送至砂滤池41过滤后，在蓄水池42内贮存。
2)砂滤海水通过第四阀门14、第二流量计32和第14阀门进入·OH溶液处理养殖池81，养殖海水动物。
3)海水养殖池81需要使用·OH溶液杀灭养殖池寄生虫病害时，开启第七阀门17，将待处理·OH溶液处理养殖池81内海水量排至总池容积的1/2～2/3。
4)打开第十一阀门111，启动第三水泵23，砂滤海水输水管71内的海水通过检测反馈管路74进入智能化检测装置8，使用智能化检测装置8内置的流式细胞仪63和水质检测仪64对砂滤海水养殖病害情况和水质情况检测，并反馈至智能化控制中心7。关闭第十一阀门111，开启第十二阀门112，启动第三水泵23，·OH溶液处理养殖池81内的海水通过检测反馈管路74进入智能化检测装置8，使用智能化检测装置8内置的流式细胞仪63和水质检测仪64检测待养殖池水质和养殖病害情况，并反馈至智能化控制中心7。
5)智能化控制中心7根据反馈信息，控制氧气通过氧自由基制备管路75进入高浓度羟基自由基(·OH)溶液产生设备6，通过强电离放电，将氧气离解产生高浓度的氧活性粒子气体，经氧活性粒子浓度检测仪61检测浓度后，反馈至智能化控制中心7。
6)高浓度羟基自由基(·OH)溶液产生设备6产生的高浓度·OH溶液，在液/液混溶装置51内经湍流作用、空化效应混合均匀，产生大产量的·OH溶液和适宜的·OH溶液浓度。该溶液经过混溶罐52，未混溶的氧活性粒子进一步充分混溶，实现·OH溶液的充分混匀和·OH溶液浓度的稳定，依据待处理·OH溶液处理养殖池TRO浓度，决定开启微射流喷射器的个数(1～3个)，并通过TRO浓度检测仪62实时监测并反馈至智能化控制中心7。
7)智能化控制中心7依据单个·OH溶液处理养殖池处理时间，通过高浓度·OH溶液输送管路72至·OH溶液处理养殖池81，开启第六阀门16，通过·OH溶液处理养殖池81内预先安装的养殖池微射流装置82到达·OH微射流喷射器83。
8)养殖池微射流喷射装置82上共安装有48个微射流喷射器83，加压的·OH溶液流经微射流喷射器83，经导流后在其喉管处会产生大量的空化微气泡，空化微气泡在减压扩散段空化膨胀，而被水流射出微射流喷射器83，裹挟有空化微气泡的·OH溶液接触养殖池内部浮游刺激隐核虫、弧菌等养殖病害，空化微气泡在其周围瞬时溃灭产生高温高压，·OH溶液可快速度致死养殖病害。
9)在养殖池微射流装置82对养殖池杀灭过程中，开启第十二阀门112，关闭第十一阀门111，启动第三水泵23，·OH溶液处理养殖池81内的海水通过检测反馈管路74进入智能化检测装置8，使用智能化检测装置8内置的流式细胞分析仪63、多功能水质检测仪64和TRO检测仪65实时监控·OH处理的养殖池内的养殖病害、水质和池内·OH溶液浓度等信息，并将检测信息反馈至智能化控制中心7，优化·OH溶液的制备方案和调控作业时间。在TRO检测仪65检测到·OH溶液处理养殖池81内·OH溶液浓度扩散为0.5～1.0mg/L后，智能化控制中心7根据反馈信息对该·OH溶液处理养殖池81停止处理。
10)智能化控制中心7可根据实际需要处理·OH溶液处理养殖池数量、水质情况、养殖病害情况进行动态控制，直至完成所有·OH溶液处理养殖池处理。
11)·OH溶液处理养殖池81排放的养殖水经过微滤机/蛋白分离器/生物滤池装置43预处理后，将处理洁净的水通过循环外排水管路73储存于蓄水池，多余废水经检验达标后排入大海。
本实施例通过氧活性碎片发生源模块并列组合的数量，气体放电功率、氧气进气量等参数来调控氧自由基的浓度和产量；氧自由基浓度由氧活性碎片浓度、气液体积比、含氧活性碎片气体的平衡分压和水温来调控；氧自由基浓度由养殖水中的CODCr的浓度、浊度、氨氮、亚硝氮、TOC等水质状况来确定。
实施例2
·OH杀灭养殖循环水中刺激隐核虫实验在宁德某养殖场进行，海水温度27.2℃，盐度32，pH＝8.01。养殖池为直径6.1米、深度2.1米圆柱体，距离底部0.1米安装有微射流装置。微射流装置的布水管主管路直径为DN50，8根长2.8米的星型布水管直径为DN25且两两间隔45°，星型布水管上间隔40cm布置，总共安装有48个微射流喷射器，每根布水管均安装有6个微射流喷射器。通过·OH微射流喷射器向养殖池内喷射高浓度·OH溶液，混溶杀灭养殖池内刺激隐核虫，并且与常规化学药剂ClO2和甲醛进行对比，研究·OH与ClO2/HCHO对刺激隐核虫幼虫以及海水中微生物的杀灭效果，实验重复三次。实验采用筛网制成的圆柱形取样包收集幼虫，将取样包悬挂于养殖池内，向取样包中注入5mL浓度为10000cells/mL的幼虫虫液后，取样包内虫液浓度为1000cells/mL，待反应时间结束取出取样包。收集取样包中的幼虫，以FDA/PI荧光染色法判断幼虫死活，光学显微镜(Leica，DM3000)下检测幼虫大小、形态、活力。试验结果如表1所示。
表1养殖池·OH/ClO2/HCHO杀虫对比表
根据表1可知，TRO＝0.50mg/L的·OH作用6s可完全杀灭浓度1000cells/mL的刺激隐核虫，幼虫杀灭率100％。而1.0mg/L的ClO2需要10min才能完全杀灭幼虫；100mg/L的甲醛需要5min才能完全杀灭幼虫。与常规化学药剂ClO2和甲醛进行对比，·OH杀灭幼虫剂量为0.5mg/L，时间仅为6s，这是由于·OH是一种强氧化剂，具有氧化性强，反应速率快的特点，能快速高效杀灭刺激隐核虫幼虫；而ClO2和甲醛需要较高剂量和较长时间才能杀灭幼虫。
·OH与ClO2/HCHO对海水中微生物的杀灭效果进行对比，TRO＝0.50mg/L的·OH处理6s后，养殖水中的致病微生物均未检出，杀灭率100％；1.0mg/L ClO2和100mg/L甲醛处理20min后，养殖水中致病微生物杀灭率100％。虽然经·OH/ClO2/HCHO处理后海水中微生物均未检出，但是与ClO2和甲醛进行对比，·OH作用剂量低(0.50mg/L)、时间短(6s)，而ClO2和甲醛需要较高剂量和较长时间才能达到同样的效果。
实施例3
在宁德三都澳宁德某养殖场进行，利用上述组合系统对大黄鱼养殖池开展了羟基自由基溶液杀灭养殖池附着刺激隐核虫包囊试验。氧活性粒子发生源12片，O2的进气量为1.5m3/h，调节放电功率为2.5KW，·OH发生装置产生的氧活性碎片浓度为186.8mg/L；水量为8m3/h，进入养殖池的氧自由基溶液浓度为18.02mg/L，通过·OH微射流装置对粘附于养殖池上的包囊冲刷5min，致死阈值为90。对养殖池上的包囊取样，·OH杀灭养殖池包囊明场、DAPI染色、HE染色图如图6所示。
实施例4
养殖循环水实验在宁德某养殖场进行，依据待处理的水质，·OH发生装置开启4片氧活性粒子发生源，调节放电功率为0.4KW，O2的进气量为0.6m3/h，使得·OH发生装置产生的氧活性碎片浓度为87.6mg/L。通过调节气液比例和·OH溶液/水溶液比例来控制液液混溶后的·OH溶液浓度为4.15±0.02mg/L，以10.2m3/h的流量通过·OH微射流喷射器向养殖池内喷射高浓度·OH溶液。图7所示为·OH溶液混溶处理养殖池病害的·OH浓度分布图，在养殖池内混合均匀，并完成水质净化和杀菌消毒的目的。
处理前后水质变化情况如表2所示。处理后，水质指标如氨氮、亚硝氮等均达到渔业水质标准；砂滤海水中菌落总数、弧菌数、总大肠菌群、粪大肠菌群分别为3.5×104CFU/mL、1.8×102CFU/mL、5.6×102MPN/100mL、73MPN/100mL，可导致大黄鱼感染细菌病，出现磨嘴、体表溃疡、烂鳍等现象；经过·OH溶液处理后的养殖池内的总菌、弧菌、总大肠菌、耐热大肠菌均未检出；其消毒副产物溴酸盐、三氯甲烷、二溴一氯甲烷、二氯一溴甲烷均未检出；三溴甲烷生成量仅为9.53μg/L，低于100μg/L(《生活饮用水卫生标准》)，对海洋环境无潜在风险。
综上所述，经高浓度·OH溶液养殖池处理后，可显著改善海水中的溶解氧(156.8％)、氨氮(40％)、浊度(37.1％)等水质指标，且水体的粪大肠杆菌、菌落总数、弧菌数及大肠杆菌数均未检出。水质指标、微生物指标、消毒副产物指标均达到《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)标准，水质符合《海水水质标准》第二类标准要求，保障海洋生态安全。使用·OH溶液处理水养殖大黄鱼，其肠道组织结构完整，肠绒毛较长且数量较多，肠上皮细胞排列整齐，不会对肠道组织结构造成损伤，如图8所示。
表2工厂化养殖·OH处理养殖海水的水质
注：N.D.即未检出。
本发明公开和提出的技术方案，本领域技术人员可通过借鉴本文内容，适当改变条件路线等环节实现，尽管本发明的方法和制备技术已通过较佳实施例子进行了描述，相关技术人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和技术路线进行改动或重新组合，来实现最终的制备技术。特别需要指出的是，所有相类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，他们都被视为包括在本发明精神、范围和内容中。
Claims (8)
1.一种杀灭工厂化养殖动物寄生虫的装置，其特征在于包括羟基自由基(·OH)溶液产生设备、·OH溶液微射流喷射装置、混溶罐、海水养殖池、微滤机/蛋白分离器/生物滤池、砂滤池-蓄水池、实时在线检测系统和智能化控制中心，实现工厂化养殖动物寄生虫高效灭杀、不生成消毒副产物、净化养殖水，并保证养殖动物的生长健康；
所述·OH溶液产生设备与混溶罐连接；所述·OH溶液微射流喷射装置以星型喷射管安装在海水养殖池底部，并通过·OH溶液输送管与星型中心管连接，·OH微射流喷射灭杀养殖动物寄生虫；所述微滤机/蛋白分离器/生物滤池通过循环外排水管路与·OH溶液处理养殖池相连；所述砂滤池-蓄水池通过管路分别为·OH溶液产生设备和海水养殖池提供水源；所述智能化检测装置与各装置、检测器和检测反馈管路连接，智能化控制中心通过有线或无线的方式接收检测信息并输出控制信息，调控·OH溶液高效杀灭工厂化养殖动物寄生虫装置系统的自动运行。
2.如权利要求1所述杀灭工厂化养殖动物寄生虫的装置，其特征在于·OH溶液产生设备和混溶罐联合使用；所述混溶罐主体由混合罐体和连通水位显示管组成，混溶罐顶部安装有压力表和排气阀，排气阀依次连接不锈钢球阀、尾气消解器、减压阀和流量计，底部安装有出水口和排水阀；混溶罐内径和高度比值为0.2～0.3，进水口距顶部为混溶罐高度的5％～10％，罐内混溶体积应为总体积的1/3～2/3，罐内压力在0.05～0.20MPa，依据处理效率串联或并联使用。
3.如权利要求1所述杀灭工厂化养殖动物寄生虫的装置，其特征在于·OH溶液经管路输送至养殖池底部的·OH溶液微射流喷射装置，装置由星型分布的·OH溶液微射流喷射管组成，在微射流喷射管上均匀分布·OH微射流器，其安装方向平行于池底；·OH微射流器收缩端以螺纹固定于布水管，扩散段向逆时针排布，吸液口向下且距池底1～10cm；微射流器喉管直径d为0.5～1mm、扩张角度为20～30°、收缩角度为12～15°、喉管长度为0.5～2mm、扩散段长度为1～6mm，微射流器流量为0.70～3.0L/min。
4.一种灭杀工厂化养殖动物寄生虫的方法，其特征在于砂滤池-蓄水池中的海水经输水管路一部分输送至·OH溶液处理养殖池，另一部分与氧活性粒子经气液混溶器、混溶罐高效生成浓度4～50mg/L的·OH溶液，·OH溶液输送管通过星型·OH溶液微射流喷射装置将·OH溶液和空化泡喷射至海水养殖池，100％灭杀养殖池内的动物寄生虫和其它致病害微生物，矿化养殖池内有机物、氧化无机氮；控制不同·OH溶液输水管阀门的开闭，实现对多个养殖池内的寄生虫和致病害微生物同步或间歇灭杀；微滤机/蛋白分离器/生物滤池装置将海水养殖池中的废水处理净化后回用至蓄水池或外排。
5.如权利要求4所述杀灭工厂化养殖动物寄生虫的方法，其特征是在于所述在·OH溶液产生设备中，氧活性粒子气体和砂滤海水经气/液混合器水射流空化混合后流入混溶罐，·OH溶液与氧活性粒子气体在混溶罐内充分混合以提高·OH溶液浓度，并同步杀灭海水养殖病害；所述·OH溶液产生设备中的氧活性粒子发生源启动数量为1～12片，功率为200～3600W；通入气体为氧气或空气，进气流量为2.0～50L/min；所述气液混溶器中气体的氧活性碎片浓度为80～300mg/L，氧活性碎片与水的体积比为1:10～100；所述·OH溶液产生设备，产生总氧化剂浓度为4～50mg/L，产生量为10～20m3/h。
6.如权利要求4所述杀灭工厂化养殖动物寄生虫的方法，其特征在于微射流管喷射·OH溶液前，养殖池内水位排至总池容积的1/2～2/3；·OH溶液产生设备的氧活性粒子溶液，经混溶罐高效生成·OH溶液后由管路输送至·OH溶液喷射微射流装置，其中微射流器收缩段入口与扩散段出口的压力比为0.7～0.9；·OH溶液经微射流喷射管安装的微射流器的扩散段形成大量微气泡，·OH在强湍流场中进入养殖池、内溃灭产生高温和高压，以压力微射流的形式向周围液体快速穿透扩散，100％杀灭池底附着孢囊，喷射出的·OH溶液与养殖水充分混溶扩散时间为2～30分钟，浓度大于0.5mg/L时100％杀灭寄生虫、微生物，同步矿化养殖水中有机物、氧化无机氮，同步处理1～15个养殖池，实现养殖池消杀同时保证养殖鱼健康。
7.如权利要求4所述杀灭工厂化养殖动物寄生虫的方法，所述微滤机/蛋白分离器/生物滤池装置，由微滤机、蛋白分离器和生物滤池装置串联组成；微滤机内部安装有布水堰，养殖水通过导流管进入旋转滚筒，滚筒内安装有60～100目/平方英寸的微孔滤网，将养殖水中的悬浮物拦截至滚筒内部，滤筒内部的导流叶片将悬浮颗粒导流至另一端排泥槽；所述蛋白分离器利用气体释放器释放的微小气泡，将水中可溶性大分子有机物吸附并浮托至水面至上，通过液面的蛋白收集器将其分离；所述生物反应池中含有立体空心填料作为微生物载体，填料为中空结构，外部生长好氧菌，填料内部生长厌氧菌。
8.如权利要求4所述杀灭工厂化养殖动物寄生虫的方法，其特征在于处理系统运行时，智能控制中心以养殖池水质动态检测结果和管路总氧化剂浓度情况为输入信息，基于建立的养殖池内·OH溶液杀灭寄生虫的预测模型、灭杀过程中·OH的浓度扩散模型，动态控制羟基自由基产生设备产生的·OH溶液浓度和产量；动态检测处理养殖池内·OH浓度；动态控制不同养殖池·OH微射流管启闭。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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