工業水處理設備及控制裝置在水產育苗中的應用

唐 榮，莫競翔

(1.中國水產科學研究院漁業機械儀器研究所，上海 200092；2.浙江歐美環境工程有限公司，浙江 湖州 313000)

水產苗種繁育對水質的要求較高，為了保證較高的孵化率和成活率，育苗用水一般要經過凈化處理才能使用。處理過程需要使用專業的工業水處理設備來保證良好的凈化效果。由于育苗用水處理系統配置較為復雜、設備數量多，不能依靠人工操作，必須采用自動化控制裝置實現處理過程的自動運行。

一、工業水處理設備的應用

1.微濾機 水產育苗的水源一般為地表水或地下水，進入育苗車間前先通過沉淀池進行處理以去除部分雜質，然后使用微濾機濾除水中懸浮的泥沙、藻類、顆粒等。常用的微濾機為轉鼓式微濾機，其原理是使用80～200目的篩網固定在轉鼓型過濾設備上，水體流經篩網時大顆粒被截留濾除。通過轉筒的轉動和反沖水的作用力，可以使篩網得到及時清潔。

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，疊片之間的溝槽交叉，從而制造出擁有獨特過濾通道的深層過濾單元。過濾時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，在育苗水處理系統中一般用作二級過濾。濾料對原水濃度、操作條件、預處置工藝等具有很強的自適應性，即在過濾時濾床自動形成上疏下密狀態，有利于在各種運行條件下保證出水水質，反洗時濾料充分散開，清洗效果好。其還有過濾阻力小、比表面積大、耐酸堿性強、抗污染性好等優點。

4.超濾裝置 為達到理想的凈化效果，育苗水處理系統一般用超濾工藝進行深度處理。超濾裝置采用先進的膜分離技術(圖1)，基本原理是以一定壓力和流量，依靠膜兩側的壓力差作為推動力，以錯流方式進行過濾，使水及小分子物質通過，大分子物質和微粒子被濾膜阻留，從而達到分離的效果。超濾膜微孔直徑可達0.01微米，能有效地去除水中的微粒、膠體、細菌和有機物，凈化效果優于砂濾，但成本和維護要求較高。

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，同時也與紫外線燈管的輸出能量和使用時間有關，隨著燈管的老化，紫外線照射強度會逐漸下降，需要定期維護。

6.臭氧處理裝置 臭氧(O3)是一種強氧化劑，溶于水后直接或利用反應中生成的大量羥基自由基及新生態氧間接氧化水中的無機物、有機物，并進入細菌的細胞內氧化胞內有機物，從而達到殺菌消毒的目的。臭氧一般通過臭氧發生器現場制取，其原理是以氧分子為原料，通過高壓放電產生臭氧分子。用臭氧能迅速滅除細菌、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，使用時需要特別注意。

7.反滲透裝置 在一些對水質要求特別高的淡水育苗系統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，當系統中所加的壓力大于進水溶液滲透壓時，水分子透過膜流入中心管，然后在一端流出。水中的雜質被截留在膜的進水側，然后在濃水出水端流出，從而達到分離凈化目的。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，處理后的水一般無需消毒即可直接使用。

二、控制裝置的應用

1.電機控制中心(MCC) 水處理系統中一般包含多臺提升泵、增氧泵、風機等機械設備，一般都是由電機驅動。為了控制這些設備的運行，一般采用電機控制中心來進行集中監控。電機控制中心通常以控制柜形式使用，既可以單獨用于控制設備，又可以作為集散控制系統(DCS)或者可編程邏輯控制器(PLC)的現場執行器完成控制任務。

2.變頻調速器 水處理系統中的水泵、風機等設備的電機一般都是按照最大處理量來選型的，但系統使用過程中會根據用水需求量來調整，原水提升泵等大功率設備一直保持全速運轉會造成能耗過高。變頻調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動電機，以實現電機的變速運行，從而降低能耗。變頻調速器可以單獨配置，也可以集成在電機控制中心內。

3.液位保護開關 水處理系統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。一般采用液位開關保護水泵，當水箱液位低于某設定值時，則相應地自動停止泵的運行，以確保動力設備的安全。

4.可編程邏輯控制器(PLC) 水處理系統需要統一的控制以保證設備間的協調運行。中小型水處理系統一般使用可編程邏輯控制器作為核心控制器來構建控制系統以實現自動運行控制，包括各種設備的啟停、反沖洗、壓力調控、流量調控、電機調速等。PLC投入運行后，其工作過程一般分為3個階段，即輸入采樣、用戶程序執行和輸出刷新。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。PLC以一定的掃描速度重復執行上述三個階段，非常適合設備關聯運行場景中的邏輯控制，既可以作為主控器單獨控制一個系統，也可以作為集散控制系統的下位機使用。

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式液晶顯示裝置，當接觸了屏幕上的圖形按鈕時，屏幕上的觸覺反饋系統可根據預先編程的程式驅動各種聯結裝置，可用以取代機械式的按鈕面板，實現人機交互。觸摸屏一般安裝在PLC控制柜內，與PLC直接通信。操作人員通過觸摸屏可以調整PLC程序參數，從而操控設備運行。

6.工業控制計算機 PLC控制柜一般安裝在設備現場，根據設備數量和系統配置情況會配置多個PLC控制柜。為了實現集約化管理，通常在辦公機房設置上位機對整個系統進行集中監控(圖2)。一般工業現場都會有震動、灰塵、電磁場干擾等，且需要全天24小時連續運行。普通的計算機在工業場合無法正常使用，容易出現故障，因此上位機一般采用工業控制計算機(工控機)。工控機具有可靠性高、實時性強、擴充性和兼容性好等優點。水處理系統中的工控機與PLC控制柜進行通信，通過專業軟件監控所有設備運行狀態，保證系統正常工作。

圖2 控制系統結構示意

三、小結

隨著水產養殖行業的發展，養殖中的水處理技術也逐漸成了重點。種業是水產養殖的根基，高質量的苗種是保證養殖產業健康發展的基礎。隨著水產苗種繁育的規模化、集約化發展，對育苗用水深度處理的需求也會越來越多，工業水處理中的成熟技術和設備將會越來越多地應用于水產育苗行業。加大對深度水處理技術的研究和推廣，不斷提升其處理效率、降低運行成本，將會有力地提高工廠化育苗車間的生產效率，推動我國水產種業的高質量發展。