一种对虾高位池硝化絮团培育系统及控制与循环应用方法与流程

本发明涉及水产养殖水质调控，尤其涉及一种对虾高位池硝化絮团培育系统及控制与循环应用方法。

背景技术：

1、对虾高位池养殖是沿海地区主流的集约化养殖模式，具有高密度、高投喂、高产量等特点。然而，该模式也伴随着养殖水体自污染严重、水质波动剧烈、尾水排放量大等突出问题。养殖过程中，残饵和对虾排泄物分解产生大量氨氮，并进一步转化为亚硝酸盐，这两种物质对养殖对虾具有强烈的毒性，是诱发疾病、导致养殖失败的关键因素。

2、目前，高位池养殖主流的水质维护与污染控制方式存在明显缺陷，一：依赖持续抽取外源海水替换养殖池水，以稀释有害物质。这种方式水资源和能源消耗巨大，且受外部水源水质与病原风险影响，不符合国家推行的水产养殖业绿色、节水、减排的发展政策。二：定期向养殖池中泼洒硝化细菌、芽孢杆菌、光合细菌等微生物制剂。这种方式存在菌剂活性不稳定、在水体中定殖困难、见效慢、成本高昂且效果难以持续等外源微生物制剂泼洒模式的问题。三：通过在养殖池内添加碳源，促进异养菌繁殖形成生物絮团，以同化氨氮。但该技术在高位池中实施难度大，表现为絮团形成不稳定、易于沉降、对高强度增氧依赖极大，且难以定向培育出高效、稳定的硝化功能菌群，导致氨氮转化效率不足，亚硝酸盐易积累，存在原位生物絮团技术的局限性。因此，现有技术缺乏一种能够高效定向培育富含硝化菌的生物絮团、实现与养殖池水质联动的精准智能控制、并能够将净化单元与养殖系统高效整合的技术与装备。这成为制约对虾高位池养殖实现节水、减排、稳产、高效的关键瓶颈。

技术实现思路

1、本发明克服了现有技术的不足，提供了一种对虾高位池硝化絮团培育系统及控制与循环应用方法。

2、为达上述目的，本发明采用的技术方案为：

3、本发明提供了一种对虾高位池硝化絮团培育系统，所述系统包括培育单元：

4、所述培育单元至少包括一个培育罐，所述培育罐内部由下至上分区为混合区、絮团生长区与澄清区，所述混合区位于培育罐的罐体底部，设置有微孔曝气盘和低速潜水搅拌器；絮团生长区位于培育罐罐体中部的核心区域，填充有大量悬浮生物填料；澄清区位于罐体上部，设有出水管接口，用于引出上清液或絮团混合液；

5、所述培育罐上设置有投加单元，所述投加单元包括与所述培育罐连通的出料泵及投加管路，用于将培育成熟的硝化絮团悬浮液定量投加至对虾高位养殖池；

6、所述培育罐与对虾高位养殖池共同设置有监测控制单元，所述监测控制单元包括第一传感器组、第二传感器组与中央控制器，所述第一传感器组设置于培育罐内部，至少包括ph传感器、氨氮传感器和溶解氧传感器；所述第二传感器组安装在对虾高位养殖池中，至少包括氨氮传感器和亚硝酸盐传感器；

7、所述培育罐设置有循环水路单元，所述循环水路单元包括进水管接口、进水泵和回流水管，用于将对虾高位养殖池的池水输送至所述培育罐，并将处理后的水或絮团回流。

8、进一步的，本发明的一个较佳的实施例中，所述培育罐为圆柱形或矩形结构设计，容积为1～10立方米，材质采用聚乙烯、聚丙烯或不锈钢制作；所述悬浮生物填料层采用k5填料、mbbr填料或组合填料，填充率为30％～70％，比表面积大于800m²/m³。

9、进一步的，本发明的一个较佳的实施例中，所述微孔曝气盘通过管路连接罗茨风机，曝气强度为0.1～0.5 m³空气/m³水体·min；所述低速潜水搅拌器的转速为20～100rpm。

10、进一步的，本发明的一个较佳的实施例中，所述中央控制器采用plc或者工业计算机，内置智能的培育控制模型。

11、进一步的，本发明的一个较佳的实施例中，所述监测控制单元还包括营养剂自动投加装置，所述营养剂自动投加装置与中央控制器相互连接，所述营养剂自动投加装置包括分别储存碳源、氮源、碱度补充剂和微量元素的储罐及精密计量泵，负责按照预设配方执行培育物料的自动投加动作。

12、进一步的，本发明的一个较佳的实施例中，所述培育罐的混合区的锥形底部末端设置有排空阀，所述排空阀用于定期排空罐底可能积累的惰性污泥。

13、本发明第二方面提供了一种对虾高位池硝化絮团培育系统的控制方法，应用于任一项所述的一种对虾高位池硝化絮团培育系统，具体包括以下步骤：

14、初始化系统，在培育罐中注入与对虾高位养殖池盐度匹配的预处理水，接入硝化菌菌种，投入悬浮填料，启动罗茨风机向微孔曝气盘进行曝气以及低速潜水搅拌器进行搅拌；

15、启动培育模式，此时中央控制器根据第一传感器组反馈的培育罐内氨氮浓度和ph值，控制营养剂自动投加装置按照预设的硝化菌培养基配方投加碳源、氮源及碱度补充剂，进行硝化菌的扩培与挂膜；

16、当监测到培育罐内的氨氮浓度和亚硝酸盐浓度在指定时间段内持续低于设定阈值，且填料上生物膜明显时，判定硝化菌群已成熟，进入絮团维持模式；其中，指定时间段为12～24小时；

17、在絮团维持模式阶段下，通过第二传感器组接收养殖池在目标培育时序段内反馈的实时水质数据，并基于内置的培育控制模型动态计算并控制所需的硝化絮团投加量；其中，实时水质数据包括实时氨氮数据和实时亚硝酸盐数据；

18、由中央控制器根据计算出的硝化絮团投加量，控制出料泵的泵料频率与运行时长，将培育罐中的硝化絮团悬浮液精准投加至对虾高位养殖池；

19、根据对虾高位养殖池的实时水质数据，反向调节培育罐的营养剂投加策略，模拟养殖池的污染负荷，保持培育罐内硝化絮团菌群的活性与适应性。

20、进一步的，本发明的一个较佳的实施例中，所述并基于内置的培育控制模型动态计算并控制所需的硝化絮团投加量，具体包括以下步骤：

21、通过水质处理日志提取对虾高位养殖池的历史水质数据以及由大数据网络获取针对不同水质程度对于对虾高位养殖的污染评价体系；

22、介入主成分分析算法，基于主成分分析算法对历史水质数据与污染评价体系进行训练分析，构建水质评估模型，将实时水质数据导入水质评估模型中进行污染评估；

23、引入氨氮-亚硝酸盐动力学模型，获取第二传感器组位于时空维度上观测到水质实时变化的关键态势变量；

24、基于氨氮-亚硝酸盐动力学模型对所述关键态势变量进行水质持续恶化发展的离散态势分析与状态刻画，构建实时水质态势状态函数，并根据目标培育时序段邻接式组织与对接每一实时水质态势状态函数，生成实时水质态势演化链；

25、获取第二传感器组的水质感知监测策略，基于水质感知监测策略将第二传感器组服务于当前对虾高位养殖池的水质监测阶段划分为若干个子水质感知阶段，引入瞬时增量算法计算实时水质态势演化链上的每一子水质感知阶段的态势变化量，得到多个单步态势增量；

26、基于所述单步态势增量为各不同子水质感知阶段分配实时时间衰减函数的演化权重因子，根据演化权重因子对实时水质态势演化链上每个水质感知阶段相应的水质持续恶化变化进行累加计算，输出累加结果；

27、评估过程中，基于累加结果更新实时水质的态势指标，生成实时水质的污染态势评估值，根据污染态势评估值决策规划硝化絮团的动态投加方案，基于动态投加方案计算控制所需的硝化絮团投加量。

28、本发明第三方面提供了一种对虾高位池硝化絮团培育系统的循环应用方法，采用所述的一种对虾高位池硝化絮团培育系统并应用所述的控制方法，具体包括以下步骤：

29、养殖前期：在培育单元中独立培养成熟的硝化絮团；当对虾高位养殖池中的氨氮浓度开始有上升趋势时，启动间歇式小流量执行投加动作，投加量为养殖池水体的0.1％～0.5％；

30、养殖中期：随着投喂量增加，启动连续或高频次投加模式，根据水质监测数据实时调整投加量，投加量为养殖池水体的0.5％～2.0％，以控制氨氮在1.0 mg/l以下，亚硝酸盐在0.5 mg/l以下；

31、养殖后期：加强硝化絮团投加与曝气，应对高污染负荷，投加量为养殖池水体的1.0％～3.0％，压制氨氮和亚硝酸盐峰值；

32、尾水处理阶段：将养殖池排放的尾水引入培育单元进行处理，处理后的上清液部分回用，富含硝化菌的絮团污泥则回流至养殖池或用于下一批次培育的硝化菌种。

33、进一步的，本发明的一个较佳的实施例中，还包括以下步骤：

34、根据不同对虾高位养殖阶段调整硝化絮团的碳氮比为4:1～12:1；

35、根据养殖水温变化调整投加频率，水温每升高5℃，投加频率增加20％～30％；

36、定期向培育罐补充微量元素，包括铁、钙、镁、钼的化合物；

37、建立养殖全程水质数据库，用于优化后续养殖周期的控制参数。

38、本发明的有益技术效果在于：

39、本发明通过独立的可控环境（培育罐）和精准的营养调控，能够定向、高效地培育出以硝化菌为核心功能菌的高活性生物絮团，克服了原位培育的不确定性和低效率问题；本系统通过实时监测养殖池水质，智能计算并精准投加所需的硝化絮团“剂量”，实现了“按需净化”，响应速度快，水质控制精准，避免了传统方法的滞后性与盲目性。此外，本发明将养殖池、培育单元和尾水处理形成了闭路循环，大幅减少了对外源水的依赖和尾水的直接排放。硝化絮团作为“活性生物药剂”在系统内循环利用，提高了资源利用率。综上，本系统从培育、监测到投加，全过程可实现自动化或半自动化控制，显著降低了劳动强度和对操作人员经验的依赖，适合现代化、规模化养殖场应用。