针对高密度鳜鱼繁育的模块化水质净化系统及其自适应调控方法与流程

本发明涉及水产养殖循环水处理及自动控制，具体涉及针对高密度鳜鱼繁育的模块化水质净化系统及其自适应调控方法。

背景技术：

1、鳜鱼繁育及苗种培育阶段常采用活饵投喂。高密度养殖条件下，鳜鱼与活饵在较短时段内集中活动，使养殖池内耗氧速率、悬浮颗粒浓度和底部水流状态呈现明显的时段变化。摄食活动减弱后形成的残饵、粪便及脱落黏液需要经过一定沉降时间才能进入池底集污区域，因此循环强度、排污时机和净化组件运行状态需要与摄食过程相协调。

2、现有循环水养殖系统通常按照固定时刻或固定周期运行循环泵和排污阀。固定循环强度在集中摄食及固体颗粒初始沉降阶段可能持续扰动池底，使已下沉颗粒重新悬浮；相邻排污口在同一时段开启时，局部抽吸流场还可能相互叠加，扩大底层水体的旋转和卷吸范围。若为降低扰动而长期减小循环量，又会削弱物理过滤和生物降解处理能力，难以适应鳜鱼繁育过程中负荷的短时变化。

3、循环水中的氨氮和可生化有机物可由移动床生物反应设备处理。多孔生物填料表面的生物膜持续生长和更新，附着不牢的过量生物膜及脱落絮体在填料和拦截网附近积聚时，会使生物降解组件的水力阻力相对于正常运行基准升高，并影响填料流化和传质。常规维护多依赖停机排水、人工冲洗或固定周期强曝气，维护时机与组件实际水力状态之间缺少反馈关系。

4、因此，需要在同一运行状态控制过程中协调鳜鱼集中摄食所对应的溶解氧变化、固体污染物沉降、排污阀空间分布以及生物降解组件的水力阻力状态，使净化系统能够在控制池底扰动的同时完成及时排污和在线生物膜维护。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供针对高密度鳜鱼繁育的模块化水质净化系统及其自适应调控方法，以解决固定循环和固定排污方式难以兼顾集中摄食期间池底稳定、摄食结束后固体污染物沉降排出以及生物降解组件在线维护的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供针对高密度鳜鱼繁育的模块化水质净化系统，包括养殖池、探测组件、多个排污调节阀、循环泵、物理过滤组件、生物降解组件、进水调节阀以及中控主机；多个所述排污调节阀布置于所述养殖池底部并分别经排污支路连通排污总管，所述排污总管连通所述物理过滤组件，所述物理过滤组件的出水端经所述循环泵和所述进水调节阀连通所述生物降解组件，所述生物降解组件的出水端连通所述养殖池；所述探测组件包括溶解氧探头以及用于检测所述生物降解组件进、出水侧压力的压力差探头；所述中控主机被配置为：

3、连续获取所述溶解氧探头采集的实时溶解氧数值，计算平滑溶解氧下降率，在所述平滑溶解氧下降率连续超过设定下降率阈值时判定进入集中摄食时段，并在循环泵最低频率和溶解氧安全下限的约束下降低所述循环泵的运行频率；

4、在满足集中摄食结束条件后启动沉降集污计时，当沉降计时值进入预设沉降集污时间窗时，根据多个所述排污调节阀的空间位置生成跨越式分组开启序列，按照所述跨越式分组开启序列依次开启空间上不相邻的阀组，每一阀组包括当前排污调节阀及其对侧排污调节阀，并使所述当前排污调节阀与所述对侧排污调节阀保留同步开启时间；

5、在所述循环泵的运行频率稳定、所述进水调节阀处于常开开度且所述排污调节阀未进行切换的有效检测窗口内，获取所述生物降解组件进、出水侧的压力差，计算所述压力差相对于当前循环泵频率所对应基准压力差的压力增量，在所述压力增量超过触发阈值时，控制所述进水调节阀在常开开度与缩减开度之间进行周期性脉冲开度调节，以在所述生物降解组件内形成交替水力剪切和填料碰撞，并在所述压力增量回落至安全区间后使所述进水调节阀恢复所述常开开度。

6、可选地，所述养殖池底部由外周向集污区域形成锥形集污坡面，多个所述排污调节阀沿所述锥形集污坡面的同一圆周或至少两条同心圆周呈环状分布；

7、每个所述排污调节阀通过独立排污支路与所述排污总管连通。

8、可选地，所述物理过滤组件包括转鼓微滤设备，所述转鼓微滤设备设置有微孔滤网，用于对所述排污总管输送的含固体水进行固液分离，并将分离得到的清液输送至所述循环泵。

9、可选地，所述生物降解组件包括移动床生物反应设备，所述移动床生物反应设备内悬浮设置有多孔生物填料，底部设置有与鼓风设备连通的微孔曝气盘，进水口和出水口分别设置有填料拦截网。

10、可选地，所述物理过滤组件和所述生物降解组件分别设置为具有独立框架、进液接口、出液接口和排空接口的净化模块；

11、两个以上所述生物降解组件通过进水支管并联，每个所述生物降解组件的前端分别设置所述进水调节阀，且设置有在其中一个所述生物降解组件停止通水时维持其余所述生物降解组件运行的旁通管。

12、可选地，所述中控主机将相邻监测周期内前一实时溶解氧数值与当前实时溶解氧数值之差除以监测周期时长，并将所得负值置零，得到溶解氧下降率；

13、对连续多个所述溶解氧下降率求滑动平均，得到所述平滑溶解氧下降率；

14、在所述平滑溶解氧下降率由峰值回落并连续多个监测周期低于所述设定下降率阈值，且所述实时溶解氧数值不再持续降低时，判定满足所述集中摄食结束条件；

15、当所述实时溶解氧数值达到所述溶解氧安全下限时，所述中控主机终止降频并使所述循环泵恢复安全运行频率；

16、所述探测组件还包括浊度探头，所述浊度探头采集的浊度变化用于对集中摄食判定和排污效果进行辅助核验。

17、可选地，所述中控主机以所述养殖池中心为坐标原点，根据每个所述排污调节阀的空间位置确定其环向角，并为当前排污调节阀选择与其环向角之差最接近180度的可用排污调节阀作为所述对侧排污调节阀；所述跨越式分组开启序列使前后相邻阀组的抽吸作用区在环向上不相邻；

18、每一阀组内先开启所述当前排污调节阀，再开启所述对侧排污调节阀，所述同步开启时间为2秒至8秒，并按照排污总管的允许流量限制同时处于全开状态的排污调节阀数量。

19、可选地，所述压力差探头包括设置于所述生物降解组件进水侧的前端压力传感器以及设置于所述生物降解组件出水侧的后端压力传感器；所述中控主机对所述有效检测窗口内的多个同步压力样本求平均，获得平均压力差，并根据所述平均压力差与当前循环泵频率所对应基准压力差的差值计算无量纲压力增量指数；

20、所述进水调节阀为具有开度反馈的电动调节阀，所述缩减开度大于完全关闭开度。

21、可选地，所述中控主机内存储有压力增量—脉冲参数映射表，所述压力增量—脉冲参数映射表将不同压力增量指数区间分别对应至脉冲切换频率和脉冲周期数量；

22、每完成一组脉冲后，所述中控主机控制所述进水调节阀保持所述常开开度，并在压力稳定后重新计算所述压力增量指数；

23、当连续预设组数的脉冲未使所述压力增量指数达到设定最小回落量时，所述中控主机停止提高脉冲切换频率并输出水力阻力异常检查提示。

24、本发明还提供针对高密度鳜鱼繁育的模块化水质净化系统的自适应调控方法，包括：

25、连续采集养殖池内的实时溶解氧数值，计算平滑溶解氧下降率，在所述平滑溶解氧下降率连续超过设定下降率阈值时判定进入集中摄食时段，并在循环泵最低频率和溶解氧安全下限的约束下降低循环泵的运行频率；

26、在所述平滑溶解氧下降率由峰值回落并连续多个监测周期低于所述设定下降率阈值，且所述实时溶解氧数值不再持续降低时，判定集中摄食活动结束并启动沉降集污计时；

27、当沉降计时值进入预设沉降集污时间窗时，根据多个排污调节阀的空间位置生成跨越式分组开启序列，依次开启空间上不相邻的阀组，并使每一阀组中的当前排污调节阀与其对侧排污调节阀保留同步开启时间；

28、在循环泵运行频率稳定、进水调节阀处于常开开度且排污调节阀未进行切换的有效检测窗口内，计算生物降解组件进、出水侧压力差相对于当前循环泵频率所对应基准压力差的压力增量，在所述压力增量超过触发阈值时，控制所述进水调节阀在常开开度与缩减开度之间进行周期性脉冲开度调节，并在所述压力增量回落至安全区间后使所述进水调节阀恢复所述常开开度

29、本发明取得了如下有益效果：

30、本发明以平滑溶解氧下降率识别鳜鱼与活饵集中活动形成的负荷变化，使循环泵降频时段与实际摄食活动相对应；循环泵最低频率和溶解氧安全下限构成安全约束，可避免为降低池底扰动而持续削弱必要循环。

31、本发明在集中摄食活动结束后保留经现场标定的沉降集污时间，并根据排污调节阀的环向位置生成跨越式分组开启序列，使相对侧阀门形成有限重叠开启，同时避免相邻抽吸作用区连续开启，从而将排污过程分散为多个空间错开的局部抽吸过程。

32、本发明仅在循环泵频率稳定、进水调节阀常开且排污调节阀未切换的有效检测窗口内更新压力状态，以降低流量切换对压差判断的干扰；根据相对于基准压力差的压力增量调节脉冲参数，并以脉冲后的压力回落结果决定终止或异常提示，可在保持主要养殖循环的条件下对附着不牢的过量菌膜进行在线维护。模块化接口和旁通管还便于单个净化模块独立接入、维护或替换。