工業(yè)水處理設(shè)備及控制裝置在水產(chǎn)育苗中的應(yīng)用

唐 榮，莫競翔

(1.中國水產(chǎn)科學(xué)研究院漁業(yè)機(jī)械儀器研究所，上海 200092；2.浙江歐美環(huán)境工程有限公司，浙江 湖州 313000)

水產(chǎn)苗種繁育對水質(zhì)的要求較高，為了保證較高的孵化率和成活率，育苗用水一般要經(jīng)過凈化處理才能使用。處理過程需要使用專業(yè)的工業(yè)水處理設(shè)備來保證良好的凈化效果。由于育苗用水處理系統(tǒng)配置較為復(fù)雜、設(shè)備數(shù)量多，不能依靠人工操作，必須采用自動化控制裝置實(shí)現(xiàn)處理過程的自動運(yùn)行。

一、工業(yè)水處理設(shè)備的應(yīng)用

1.微濾機(jī) 水產(chǎn)育苗的水源一般為地表水或地下水，進(jìn)入育苗車間前先通過沉淀池進(jìn)行處理以去除部分雜質(zhì)，然后使用微濾機(jī)濾除水中懸浮的泥沙、藻類、顆粒等。常用的微濾機(jī)為轉(zhuǎn)鼓式微濾機(jī)，其原理是使用80～200目的篩網(wǎng)固定在轉(zhuǎn)鼓型過濾設(shè)備上，水體流經(jīng)篩網(wǎng)時(shí)大顆粒被截留濾除。通過轉(zhuǎn)筒的轉(zhuǎn)動和反沖水的作用力，可以使篩網(wǎng)得到及時(shí)清潔。

2.疊片式過濾器 疊片式過濾器由很薄的塑料疊片組成，疊片兩邊刻有大量微米級大小的溝槽。通過彈簧和液體壓力壓緊時(shí)，疊片之間的溝槽交叉，從而制造出擁有獨(dú)特過濾通道的深層過濾單元。過濾時(shí)疊片通過彈簧和流體壓力壓緊。液體由疊片外緣通過溝槽流向疊片內(nèi)緣，利用片壁和溝槽來聚集及截取雜物。

3.砂濾罐 砂濾罐是一種低成本的過濾器，應(yīng)用廣泛，采用石英砂作為填料，可以去除水中的固體懸浮物、膠體、藻類等，在育苗水處理系統(tǒng)中一般用作二級過濾。濾料對原水濃度、操作條件、預(yù)處置工藝等具有很強(qiáng)的自適應(yīng)性，即在過濾時(shí)濾床自動形成上疏下密狀態(tài)，有利于在各種運(yùn)行條件下保證出水水質(zhì)，反洗時(shí)濾料充分散開，清洗效果好。其還有過濾阻力小、比表面積大、耐酸堿性強(qiáng)、抗污染性好等優(yōu)點(diǎn)。

4.超濾裝置 為達(dá)到理想的凈化效果，育苗水處理系統(tǒng)一般用超濾工藝進(jìn)行深度處理。超濾裝置采用先進(jìn)的膜分離技術(shù)(圖1)，基本原理是以一定壓力和流量，依靠膜兩側(cè)的壓力差作為推動力，以錯(cuò)流方式進(jìn)行過濾，使水及小分子物質(zhì)通過，大分子物質(zhì)和微粒子被濾膜阻留，從而達(dá)到分離的效果。超濾膜微孔直徑可達(dá)0.01微米，能有效地去除水中的微粒、膠體、細(xì)菌和有機(jī)物，凈化效果優(yōu)于砂濾，但成本和維護(hù)要求較高。

圖1 超濾裝置

5.紫外線殺菌裝置 紫外線殺菌裝置能殺滅微生物，包括細(xì)菌、真菌和病毒。用于消毒滅菌的是C波紫外線，紫外線的消毒作用不受水體中水溫、鹽度及pH的影響，且消毒接觸時(shí)間短、高效快速，不增加水體中的固體物，滅菌率一般在90%以上。紫外線殺菌效果是由微生物所接受的照射劑量決定的，同時(shí)也與紫外線燈管的輸出能量和使用時(shí)間有關(guān)，隨著燈管的老化，紫外線照射強(qiáng)度會逐漸下降，需要定期維護(hù)。

6.臭氧處理裝置 臭氧(O3)是一種強(qiáng)氧化劑，溶于水后直接或利用反應(yīng)中生成的大量羥基自由基及新生態(tài)氧間接氧化水中的無機(jī)物、有機(jī)物，并進(jìn)入細(xì)菌的細(xì)胞內(nèi)氧化胞內(nèi)有機(jī)物，從而達(dá)到殺菌消毒的目的。臭氧一般通過臭氧發(fā)生器現(xiàn)場制取，其原理是以氧分子為原料，通過高壓放電產(chǎn)生臭氧分子。用臭氧能迅速滅除細(xì)菌、病毒等有害物，可用于育苗用水的消毒凈化，但其成本較高并且殘留的臭氧有一定的副作用，處理后的水需要等待殘余臭氧完全分解為氧氣后才能用于育苗，使用時(shí)需要特別注意。

7.反滲透裝置 在一些對水質(zhì)要求特別高的淡水育苗系統(tǒng)中還會使用反滲透裝置做深度凈化處理。反滲透是一種借助于選擇透過性膜、以壓力為推動力的膜分離技術(shù)，當(dāng)系統(tǒng)中所加的壓力大于進(jìn)水溶液滲透壓時(shí)，水分子透過膜流入中心管，然后在一端流出。水中的雜質(zhì)被截留在膜的進(jìn)水側(cè)，然后在濃水出水端流出，從而達(dá)到分離凈化目的。反滲透膜孔徑很小，一般孔徑≤1.0×10-9米，能去除水中細(xì)菌、病毒、可溶性固體、膠體等。反滲透是過濾精度最高的膜分離技術(shù)，處理后的水一般無需消毒即可直接使用。

二、控制裝置的應(yīng)用

1.電機(jī)控制中心(MCC) 水處理系統(tǒng)中一般包含多臺提升泵、增氧泵、風(fēng)機(jī)等機(jī)械設(shè)備，一般都是由電機(jī)驅(qū)動。為了控制這些設(shè)備的運(yùn)行，一般采用電機(jī)控制中心來進(jìn)行集中監(jiān)控。電機(jī)控制中心通常以控制柜形式使用，既可以單獨(dú)用于控制設(shè)備，又可以作為集散控制系統(tǒng)(DCS)或者可編程邏輯控制器(PLC)的現(xiàn)場執(zhí)行器完成控制任務(wù)。

2.變頻調(diào)速器 水處理系統(tǒng)中的水泵、風(fēng)機(jī)等設(shè)備的電機(jī)一般都是按照最大處理量來選型的，但系統(tǒng)使用過程中會根據(jù)用水需求量來調(diào)整，原水提升泵等大功率設(shè)備一直保持全速運(yùn)轉(zhuǎn)會造成能耗過高。變頻調(diào)速器用來改變交流電頻率，通過把工頻電源變換成各種頻率的交流電源來驅(qū)動電機(jī)，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的變速運(yùn)行，從而降低能耗。變頻調(diào)速器可以單獨(dú)配置，也可以集成在電機(jī)控制中心內(nèi)。

3.液位保護(hù)開關(guān) 水處理系統(tǒng)中的部分水泵需要浸沒在水箱中以保證良好的效果，如果水箱液位過低會造成水泵故障。一般采用液位開關(guān)保護(hù)水泵，當(dāng)水箱液位低于某設(shè)定值時(shí)，則相應(yīng)地自動停止泵的運(yùn)行，以確保動力設(shè)備的安全。

4.可編程邏輯控制器(PLC) 水處理系統(tǒng)需要統(tǒng)一的控制以保證設(shè)備間的協(xié)調(diào)運(yùn)行。中小型水處理系統(tǒng)一般使用可編程邏輯控制器作為核心控制器來構(gòu)建控制系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)自動運(yùn)行控制，包括各種設(shè)備的啟停、反沖洗、壓力調(diào)控、流量調(diào)控、電機(jī)調(diào)速等。PLC投入運(yùn)行后，其工作過程一般分為3個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。PLC以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段，非常適合設(shè)備關(guān)聯(lián)運(yùn)行場景中的邏輯控制，既可以作為主控器單獨(dú)控制一個(gè)系統(tǒng)，也可以作為集散控制系統(tǒng)的下位機(jī)使用。

5.觸摸屏 觸摸屏又稱為觸控屏，是一種可接收觸頭等輸入信號的感應(yīng)式液晶顯示裝置，當(dāng)接觸了屏幕上的圖形按鈕時(shí)，屏幕上的觸覺反饋系統(tǒng)可根據(jù)預(yù)先編程的程式驅(qū)動各種聯(lián)結(jié)裝置，可用以取代機(jī)械式的按鈕面板，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。觸摸屏一般安裝在PLC控制柜內(nèi)，與PLC直接通信。操作人員通過觸摸屏可以調(diào)整PLC程序參數(shù)，從而操控設(shè)備運(yùn)行。

6.工業(yè)控制計(jì)算機(jī) PLC控制柜一般安裝在設(shè)備現(xiàn)場，根據(jù)設(shè)備數(shù)量和系統(tǒng)配置情況會配置多個(gè)PLC控制柜。為了實(shí)現(xiàn)集約化管理，通常在辦公機(jī)房設(shè)置上位機(jī)對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行集中監(jiān)控(圖2)。一般工業(yè)現(xiàn)場都會有震動、灰塵、電磁場干擾等，且需要全天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行。普通的計(jì)算機(jī)在工業(yè)場合無法正常使用，容易出現(xiàn)故障，因此上位機(jī)一般采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)(工控機(jī))。工控機(jī)具有可靠性高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、擴(kuò)充性和兼容性好等優(yōu)點(diǎn)。水處理系統(tǒng)中的工控機(jī)與PLC控制柜進(jìn)行通信，通過專業(yè)軟件監(jiān)控所有設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，保證系統(tǒng)正常工作。

圖2 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意

三、小結(jié)

隨著水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)的發(fā)展，養(yǎng)殖中的水處理技術(shù)也逐漸成了重點(diǎn)。種業(yè)是水產(chǎn)養(yǎng)殖的根基，高質(zhì)量的苗種是保證養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的基礎(chǔ)。隨著水產(chǎn)苗種繁育的規(guī)?；⒓s化發(fā)展，對育苗用水深度處理的需求也會越來越多，工業(yè)水處理中的成熟技術(shù)和設(shè)備將會越來越多地應(yīng)用于水產(chǎn)育苗行業(yè)。加大對深度水處理技術(shù)的研究和推廣，不斷提升其處理效率、降低運(yùn)行成本，將會有力地提高工廠化育苗車間的生產(chǎn)效率，推動我國水產(chǎn)種業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。