智能化集群水产养殖系统及控制方法
技术领域
本发明涉及水产养殖领域，特别是一种智能化集群水产养殖系统及控制方法。
背景技术
传统养殖模式主要是水塘养殖和网箱养殖，但是传统养殖的方式容易造成水质的污染，导致水体富营养化，而且这种养殖方式实现自动控制的难度较大，目前这些养殖方式都属于不被鼓励的产业。也有采用循环水养殖的方式，但是目前循环水养殖的处理方式多是采用沉淀过滤等物理方式，但是该方式处理后的水质仍存在氨、氮、磷等元素超标的问题，而且循环水养殖的水产中个体的畸形率较高。中国专利文献CN 107963770 A，记载了一种集装箱水产养殖污水再生系统，采用了布袋过滤器和生物净化装置的组合方案对水体进行净化，取得较好的去污效果，但是该方案难以实现自动化养殖控制，尤其是布袋过滤器的更换较为麻烦。而且该方案的结构也不够紧凑。中国专利文献CN 205528017 U记载了一种养殖集装箱，箱体内部设置有隔墙以将箱体上下分隔成设备区域和水箱区域，设备区域包括有生物滤池，生物滤池由下至上分层设置有海沙、石英砂滤料、珊瑚砂和生化滤棉，且生化滤棉内部空隙和表面固着有硝化细菌、枯草芽孢杆菌和藻类，且设备区域的底部设置有出水孔，出水孔与水箱区域连通，并且设备区域和水箱区域的周壁从内向外均设置有泡沫层和塑料板，并且在泡沫层和塑料板之间填充有水泥层。以获得较好的净化效果。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种智能化集群水产养殖系统及方法，能够以较为经济的方式，实现较佳的养殖和水处理效果，且能够通过自动控制实现大幅降低养殖人工，减少病害的效果。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种智能化集群水产养殖系统，包括箱体，在箱体内设有养殖舱、厌氧处理舱和好氧处理舱；
养殖舱与厌氧处理舱之间通过第一溢流口连接；
厌氧处理舱与好氧处理舱之间通过第二溢流口连接；
第一溢流口的底部高度高于第二溢流口的底部高度；
箱体内设有侧板，侧板、箱体内壁和多个隔板将箱体隔离成开放的养殖舱，封闭的厌氧处理舱和开放的好氧处理舱；
在养殖舱和好氧处理舱内还设有布气装置，布气装置与进气管连接。
优选的方案中，在养殖舱的上方还设有进水管和投喂装置；
投喂装置装置的结构为：在饲料斗的底部设有U型投喂管，U型投喂管的U形底部的上端面与饲料斗的底部连通，U型投喂管的一端设有投料口，另一端设有气动阀，气动阀与控制器电连接，气动阀与压缩空气管连通。
优选的方案中，还设有控制器，在养殖舱内设有氨氮传感器和氧含量传感器，氨氮传感器和氧含量传感器与控制器电连接；
在进气管上设有自动气阀，进水管上设有自动水阀，自动气阀和自动水阀与控制器电连接。
优选的方案中，所述的控制器内设有无线通讯装置，用于互相组网，或用于与工作站或终端电连接。
优选的方案中，厌氧处理舱结构为：
箱体内设有侧板，在侧板与箱体内壁之间依次设有第一隔板、第二隔板和第三隔板，至少在第一隔板至第三隔板之间设有顶板，以使第一隔板至第三隔板之间形成密闭空间；
第一隔板上游的侧板上设有第一溢流口，第一隔板仅底部与箱体底板之间留有过水口，第二隔板与顶板之间留有过水口，第三隔板与箱体底板之间留有过水口。
优选的方案中，好氧处理舱的结构为：靠近第三隔板的位置设有溢流板，溢流板的顶部即为第二溢流口，在箱体的侧壁上设有第三溢流口；
在箱体的外壁，第三溢流口的下方设有跌水台，以使溢流出来的水跌落到跌水台内。
优选的方案中，所述的跌水台为多个，多个跌水台交错布置，在跌水台的边沿设有溢流结构，以使水从溢流结构跌落到下一级的跌水台内；
在跌水台内种植有漂浮植物；
还设有循环泵，用于将底层跌水台内的水抽入到养殖舱内。
优选的方案中，在厌氧处理舱和好氧处理舱内还设有布菌盘；
布菌盘的结构为：在厌氧处理舱和好氧处理舱内设置有支架，支架上设有多层的盘状、絮状或多孔结构，用于供微生物生长。
优选的方案中，所述的箱体堆叠布置；
在各个箱体的侧壁上设有第三溢流口；在第三溢流口的下方设有跌水台，以使溢流出来的水跌落到跌水台内；
跌水台内种植有漂浮植物；
跌水台溢流的水引入到人工湿地内，人工湿地内种植有植物，人工湿地的水排入到反滤调温井内；
反滤调温井的深度超过10米，在反滤调温井为双层结构，中间一层为反滤层，用于过滤排入的水；
还设有抽水泵，抽水泵的入口通过管路与反滤调温井中过滤后的一侧连接，抽水泵的出口与各个箱体的进水管连接。
一种采用上述的智能化集群水产养殖系统的控制方法，包括以下步骤：
S1、在预设的时间，氨氮传感器检测养殖舱内水中的氨氮含量，氧含量传感器检测养殖舱内水中的氧含量；
在预设的时间启动投喂装置，自动投喂饲料；
S2、氨氮传感器和氧含量传感器将检测的数据发送至控制器，控制器与预设的数值进行比较；
若检测的氧含量低于预设数值，则控制器开启自动气阀，使压缩空气进入到布气装置内，为养殖舱和好氧处理舱补充氧气，直至检测的氧含量高于预设数值；
若检测的氨氮含量高于预设数值，则控制器开启自动水阀，将循环处理水或净水引入到养殖舱内，直至检测的氨氮含量低于预设数值；
S3、从养殖舱溢流的水在厌氧处理舱经过厌氧微生物净化处理，从厌氧处理舱溢流的水进入到好氧处理舱经过好氧微生物净化处理；
S4、在箱体的外壁，好氧处理舱的位置设有第三溢流口，第三溢流口的下方设有跌水台，在跌水台内种植有漂浮植物，在跌水台处理后的水通过循环泵抽回至养殖舱内；
S5、控制器将相应的数据发送至终端或工作站；
通过以上步骤实现智能化水产养殖。
经过研究，发明人发现现有的净化方式中普遍采用的过滤净化方式存在误区，尤其是将过滤净化方式与微生物处理方式进行组合的净化方式并不经济，因为被过滤掉的一些饵料残渣以及粪便，恰恰是其他生物的养分，过滤的方式虽然能够在一定程度上净化水质，但是也减少了供给微生物的养分，限制了微生物的生长，而微生物生长的抑制，反过来又降低了水净化的效果，另外在微生物对部分富营养物资的分解并不充分，例如磷。而养殖的目的是为了盈利，要充分考虑，饵料、能耗以及耗材等投入与养殖密度和质量相结合的综合效益。
本发明提供的一种智能化集群水产养殖系统及方法，通过在箱体内设置养殖舱、厌氧处理舱和好氧处理舱的方式，且各个处理舱以溢流的方式连接的组合方案，以非常小的体积，实现养殖和水净化的循环。采用仅设置的氨氮传感器和氧含量传感器组合的方案，配合设置的无线通讯装置，实现了水产养殖的自动控制和数据收集，能够大幅减少劳动强度，减少管理人员。设置的跌水台和种植植物的组合方案，进一步净化了水中微生物难以处理的营养物资，进一步净化水质。经测试，本发明的箱体将养殖和水处理相结合的方案，在确保水产品质量的前提下，投入和能耗最低。本发明以适当的组合方案，在养殖质量与投入产出比之间达到较佳的平衡，即相同养殖质量下，投入最低，产出最大化。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1为本发明的整体结构主视示意图。
图2为本发明的立体示意图。
图3为本发明的俯视图。
图4为图3的A-A剖视图。
图5为本发明优选的结构示意图。
图6为本发明中投喂装置的结构示意图。
图中：箱体1，养殖舱101，第一溢流口102，透明窗103，第二溢流口104，第三溢流口105，厌氧处理舱106，好氧处理舱107，第一隔板108，第二隔板109，第三隔板110，布菌盘111，侧板112，诱虫灯113，顶板114，溢流板115，跌水台2，植物3，投喂装置4，饲料斗41，U型投喂管42，电磁阀43，投料口44，气动阀5，进气管6，布气装置7，控制器8，氨氮传感器9，氧含量传感器10，空压机11，进水管12，自动水阀13，人工湿地14，抽水泵15，反滤调温井16，反滤层161，进气管17，自动气阀18。
具体实施方式
实施例1：
如图1~4中，一种智能化集群水产养殖系统，包括箱体1，在箱体1内设有养殖舱101、厌氧处理舱106和好氧处理舱107；由此方案，能够大幅节省整个养殖系统的体积，简化块结构，而不需要用管路将污水再跨越较长的距离引到专门的污水处理系统中。也避免了在管路中引入较多不需要的杂菌。
养殖舱101与厌氧处理舱106之间通过第一溢流口102连接；进水管12位于远离第一溢流口102的位置，以使尽量的将污水从第一溢流口102排出。优选的方案中，在第一溢流口102的位置的养殖舱101的底部，也设有布气装置7，由此结构，利用布气装置7的气提效果，将污水中的饲料残渣和粪便排出，以作为后继的厌氧处理舱106和好氧处理舱107的微生物的营养物质。
厌氧处理舱106与好氧处理舱107之间通过第二溢流口104连接；
第一溢流口102的底部高度高于第二溢流口104的底部高度；由此结构，以确保养殖舱101和厌氧处理舱106保持满盈。采用溢流连接的方式还有个优点就是能够确保厌氧处理舱106内的营养足够，以便于使厌氧菌完成甲烷化的过程，以去除水体中的氨、氮等富营养物质。
如图1、2中，箱体1内设有侧板112，侧板112、箱体1内壁和多个隔板将箱体1隔离成开放的养殖舱101，封闭的厌氧处理舱106和开放的好氧处理舱107；
在养殖舱101和好氧处理舱107内还设有布气装置7，布气装置7与进气管6连接。设置的布气装置7用于给养殖舱101的水产品和好氧处理舱107内的好氧菌补充氧气。
优选的方案如图1中，在养殖舱101的上方还设有进水管12和投喂装置4；
投喂装置4装置的结构为：在饲料斗41的底部设有U型投喂管42，U型投喂管42的U形底部的上端面与饲料斗41的底部连通，U型投喂管42的一端设有投料口44，另一端设有气动阀5，气动阀5与控制器8电连接，气动阀5与压缩空气管连通。由此结构，饲料斗41内的饲料会部分的落入到U型投喂管42内，控制器8控制气动阀5开启，这是由控制气动阀5的电磁阀实现的。压缩空气进入到U型投喂管42内，将落入到U型投喂管42内的饲料从投料口44投出，完成投料操作。优选的方案中，在投料口44设有锥形分散座，使饲料被锥形分散座的尖端分散，从而使饲料被均匀分布在一个范围内。通过控制气动阀5的启闭次数，即可有效控制饲料投喂的量。
优选的方案如图1中，还设有控制器8，本例中控制器8采用PLC控制器，在养殖舱101内设有氨氮传感器9和氧含量传感器10，氨氮传感器9和氧含量传感器10与控制器8电连接；经过仔细研究，发明人从众多的传感器中选择了氨氮传感器9和氧含量传感器10作为养殖水质监测的传感器，能够以较低的成本实现较好的水质监测的功能。虽然在水质监测的传感器还包括COD、Hp、浊度等传感器，但是发明人经过筛选发现通过氨氮传感器9和氧含量传感器10的组合即可实现对水质的监控，从而该选择对降低养殖成本是有益的，也降低了控制的难度。
在进气管6上设有自动气阀18，进水管12上设有自动水阀13，自动气阀18和自动水阀13与控制器8电连接。自动气阀18和自动水阀13均为气动阀，由控制器8通过电磁阀进行控制。由此结构，控制器8能够根据传感器反馈的水质的数据控制进气管6和进水管12的工作，从而在确保水质的达标的前提下，能耗最低。以确保水产养殖的经济性。
优选的方案中，所述的控制器8内设有无线通讯装置，用于互相组网，或用于与工作站或终端电连接。由此结构，便于实现远程控制。
优选的方案如图2中，厌氧处理舱106结构为：
箱体1内设有侧板112，在侧板112与箱体1内壁之间依次设有第一隔板108、第二隔板109和第三隔板110，至少在第一隔板108至第三隔板110之间设有顶板114，以使第一隔板108至第三隔板110之间形成密闭空间；
第一隔板108上游的侧板112上设有第一溢流口102，第一隔板108仅底部与箱体1底板之间留有过水口，第二隔板109与顶板114之间留有过水口，第三隔板110与箱体1底板之间留有过水口。设置的隔板除了用于形成封闭空间，以形成适于厌氧菌生长的密闭空间，也延长了水流经过的路径，从而延长了微生物处理水质的时间。本发明采用先厌氧处理后好氧处理的方案，能够有效提高处理效率，并能够优先确保处理速度较慢的厌氧处理环节的营养供应，提高综合处理效率。本例中，厌氧处理舱106的空间大于好氧处理舱107的空间，以使各个处理流程的负担较为均衡。
优选的方案如图1~4中，好氧处理舱107的结构为：靠近第三隔板110的位置设有溢流板115，溢流板115的顶部即为第二溢流口104，在箱体1的侧壁上设有第三溢流口105；第三隔板110、侧板112和箱体1内壁构成的空间构成了好氧处理舱107。
在箱体1的外壁，第三溢流口105的下方设有跌水台2，以使溢流出来的水跌落到跌水台2内。设置的跌水台2能够进一步溶入更多的氧气，并能够促进各种水生生物和植物的生长。
优选的方案如图1、2中，所述的跌水台2为多个，多个跌水台2交错布置，在跌水台2的边沿设有溢流结构，以使水从溢流结构跌落到下一级的跌水台2内；
在跌水台2内种植有漂浮植物3；由此结构，能够进一步提高水质处理的效果，经测算，设置的跌水台2结合水生生物和漂浮植物3的方案，能够大幅降低，水中的氮、磷和钾等元素的含量。其中水生生物包括水生昆虫。漂浮植物3包括青苔、藻类、浮萍和种植在泡沫漂浮盘上的植物，例如旱生美人蕉，发明人发现该植物去除氮、磷元素的效率较高。而且该方案对部分重金属的去除也具有一定效果，在最底部的跌水台2的尾端，已经几乎检测不出农残重金属含量。
还设有循环泵，用于将底层跌水台2内的水抽入到养殖舱101内。由此结构，实现养殖和水处理的自洽循环。
优选的方案如图4中，在厌氧处理舱106和好氧处理舱107内还设有布菌盘111；
布菌盘111的结构为：在厌氧处理舱106和好氧处理舱107内设置有支架，支架上设有多层的盘状、絮状或多孔结构，用于供微生物生长。由此结构，通过较大的比表面积，以承载较多的微生物生长。
实施例2：
在实施例1的基础上，优选的方案如图5中，所述的箱体1堆叠布置；由此结构，以大幅节省养殖空间。提高单位面积的养殖效率，由于本申请中，单个的箱体1即能够实现养殖和水质净化的自循环，饲料的自动投喂。因此即便将多个箱体1堆叠布置，也不会大幅增加管理成本。
在各个箱体1的侧壁上设有第三溢流口105；在第三溢流口105的下方设有跌水台2，以使溢流出来的水跌落到跌水台2内；优选的，跌水台2为多个，且多个跌水台2交错布置，形成逐层跌水的结构。
跌水台2内种植有漂浮植物3；
跌水台2溢流的水引入到人工湿地14内，人工湿地14内种植有植物，人工湿地14的水排入到反滤调温井16内；
反滤调温井16的深度超过10米，在反滤调温井16为双层结构，中间一层为反滤层161，用于过滤排入的水；
还设有抽水泵15，抽水泵15的入口通过管路与反滤调温井16中过滤后的一侧连接，抽水泵15的出口通过净化水管19与各个箱体1的进水管12连接。由此结构，进一步提高水质，使水质满足部分高价值鱼类的养殖，例如娃娃鱼。
实施例3：
在实施例1的基础上，一种采用上述的智能化集群水产养殖系统的控制方法，包括以下步骤：
S1、在预设的时间，例如间隔30分钟，氨氮传感器9检测养殖舱101内水中的氨氮含量，氧含量传感器10检测养殖舱101内水中的氧含量；
在预设的时间，例如在白天间隔4个小时，启动投喂装置4，自动投喂饲料；
S2、氨氮传感器9和氧含量传感器10将检测的数据发送至控制器8，控制器8与预设的数值进行比较；
若检测的氧含量低于预设数值，则控制器8开启自动气阀18，使压缩空气进入到布气装置7内，为养殖舱101和好氧处理舱107补充氧气，直至检测的氧含量高于预设数值，控制器8即停止自动气阀18；
若检测的氨氮含量高于预设数值，本例中的氨氮含量表征水中的排泄物以及饲料残渣的含量，则控制器8开启自动水阀13，将循环处理水或净水引入到养殖舱101内，直至检测的氨氮含量低于预设数值；由此确保养殖舱101内的水质达标。本发明的方案，养殖的水产品的品质能够达到水库中的水产品的品质。
S3、从养殖舱101溢流的水在厌氧处理舱106经过厌氧微生物净化处理，从厌氧处理舱106溢流的水进入到好氧处理舱107经过好氧微生物净化处理；
S4、在箱体1的外壁，好氧处理舱107的位置设有第三溢流口105，第三溢流口105的下方设有跌水台2，在跌水台2内种植有漂浮植物3，在跌水台2处理后的水通过循环泵抽回至养殖舱101内；
S5、控制器8将相应的数据发送至终端或工作站，以供通过数据的收集和训练，进一步优化养殖控制的效率；
通过以上步骤实现智能化水产养殖。
实施例4：
在实施例2、3的基础上，在堆叠的箱体1结构中，各个箱体的进水管12还与净化水管19连接，以接入经过人工湿地14和反滤调温井16净化过的水。若某个箱体的进水管12处于持续开启状态超过一个时间段，例如2个小时，而氨氮传感器9的数据仍未达标，则关闭该箱体1的循环泵，并接入净化水管19来的净化水，而该箱体1溢流的水从最底层的跌水台2排入到人工湿地14。由此方案，确保每个箱体内养殖舱101的水质均达到标准。经比较，采用该方案养殖的水产品，肉质能够达到江河养殖水产品的标准。经测试，人工湿地14的面积越大以及反滤调温井16的深度越深和反滤层161的表面积越大，则净化水的水质更佳。
上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。
