工厂化水产养殖水质监测与自动化控制的相关技术分析

工厂化水产养殖主要内容是建立一个水体循环的封闭养殖工厂，通过一系列的生物和物理手段对养殖水体进行监测和控制，创造出适宜鱼类生长的水体环境，实现工厂化养殖的关键技术是养殖水体的循环净化处理和控制系统，即控制水体温度，浊度，pH，氨氮，COD，BOD，DO等具有重要意义的水质参数。在这些参数中，有些是通过生物方法进行控制的，比如用生物滤器通过硝化反应转化氨氮，此类参数可以监测，但无法对其进行准确的控制。

另一些参数，比如温度，pH，DO，浊度，需要在线监测并可以及时自动调整以保证养殖水体满足鱼类生长要求。对这些参数自动控制对工厂化水产养殖很重要，可以充分体现工厂化水产养殖的优势。

工厂化水产养殖中的温度控制

不同鱼类适合有着不同的生长的温度，在温度下鱼类生长得快，饲料转化效率高，体质强壮，抵抗鱼病能力强。生物滤器的效率也与温度有关系，过低的温度会影响氨氮转化效率，在冷水性鱼类的养殖过程就要考虑湿度的影响，但在温水养殖中，温度不造影响氨氮的主要因素。

用于控制温度的设备有浸入式电热器，气体或电力加热单元，热交换器，冷却器或是热泵。国内比较常用的是浸入式电热器，也有的工程是通过往养殖池中加热水调整的。如果使用的是浸入式电热器就是通过调整加热时间来保持温度；如果是加热水，就要通过控制加热水的电磁阀开关时间的长短来达到调整温度的目的。

工厂化水产养殖中的溶解氧控制

1、溶氧控制意义

工厂化水产养殖水体中需要有大量的氧气，鱼类的生理活动需要氧气，每吨鱼每天消耗3kg氧，生物滤器转化氨氮需要氧，如果每吨鱼每天排出1kg氨氮，要消耗4.75kg氧；每天直接间接消耗7.57kg以上的氧，所以持续不断的为鱼类和生物滤器提供充足的溶解氧(DO)是水体循环处理系统正常运行的必要条件。

国外研究表明为了鱼类生长快，DO参数应该保持在水体DO饱和度60%以上或是高于5ppm，当DO在2ppm以下，硝化细菌就无效了。

2、控制溶氧的方法及其原理

控制溶氧其实就是控制向养殖水体中增氧的过程。在水产养殖中采用的增氧方式种类繁多，根据其增氧的原理，可以大致分成三类：物理方法、化学方法和生物方法。

物理方法主要使用机械增氧即用机械装置提高氧气向水体中溶解的速率，增加水体中溶解氧。

化学方法是将一些化学物质投入养殖水体中，依靠这些物质分解或与水发生反应来增加溶氧量。生物方法是通过向鱼池中增加水生植物，通过这些水生植物的生命活动，使水中溶解氧增加的一种方法，目前国内外都普遍采用物理增氧方法。

物理增氧方式主要有一下三类：机械式增氧；纯氧和富氧增氧；超级氧化增氧。机械式增氧利用机械动力增加水体与空气的接触面积和接触时间，使两者充分接触，促使空气中氧气充分溶入水中。

3、不同增氧方式的使用情况

国外成规模的养鱼工厂采用纯氧与富氧增氧。通过气液接触式增氧设备将含氧99%的液态纯氧注入养殖水体中，可使水体溶氧达到超饱和，大大增加溶氧量。富氧即分子筛氧，含氧90%左右，有5埃分子筛或膜分离获得，机械效率商于机械增氧。纯氧、富氧与机械增氧比较，优点很多：省电；养殖密度提高3~4倍；鱼体生长快；降低生产成本；净化水体等优点。丹麦和德国等设计出了使用液氧向鱼池和生物过滤器增氧的系统，大大提高了单位面积的鱼产量。美国和瑞典等研制出了压力震荡吸收式制氧系统，可生产含量为85%~95%的富氧用于鱼类养殖。

TH-YZ一体化养殖水处理设备在过滤净化水质的同时，自动对水体曝气增氧，使水体溶解氧含量迅速增加，水体含氧、溶氧、活化，达到养殖水体增氧的目的，水体中的溶解氧增加，可达到8.8mg/L以上，可替代增氧机。

综上所述，由于国内现阶段池塘养殖方式较为广泛，工厂化养殖厂规模大多较小，所以主要使用机械式增氧机。国外和台湾养鱼工厂化养殖规模大，养殖密度高，对增氧系统要求高，普迪采用纯氧、富氧增氧。虽然机械式增氧机目前基本上能满足国内要求，但是考虑到大规模正规的工厂化养鱼厂及发展趋势，纯氧、富氧增氧技术在国内的运用是必然。

4、溶氧自动控制

我国工厂化养殖密度不高，传统使用的工艺中通常使用充气式增氧方式。在工厂化水产养殖过程中，溶氧在不同的时间是变化的，比如说喂食以后，鱼类消化食物会使溶氧虽迅速降低，这时就要控制充气泵加大充气量，保证溶氧量。在溶解氧需求减少时，就要减少充气量，以减少充气时间，降低能源消耗。因此，溶解氧自动监测和增氧的适时控制是非常必要的。

溶氧自动控制过程如下：由放置在水中的溶氧传感器检测水体溶氧，将数据送至下位机，如PLC。然后在下位机种通过一定的控制算法计算出控制结果，输出给变频器。变频器根据接受到的控制结果改变电流频率，从而控制充气泵电机转速升高降低，改变充气量多少，满足溶氧量的要求。