工业水处理设备及控制装置在水产育苗中的应用

唐 荣，莫竞翔

(1.中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所，上海 200092；2.浙江欧美环境工程有限公司，浙江 湖州 313000)

水产苗种繁育对水质的要求较高，为了保证较高的孵化率和成活率，育苗用水一般要经过净化处理才能使用。处理过程需要使用专业的工业水处理设备来保证良好的净化效果。由于育苗用水处理系统配置较为复杂、设备数量多，不能依靠人工操作，必须采用自动化控制装置实现处理过程的自动运行。

一、工业水处理设备的应用

1.微滤机 水产育苗的水源一般为地表水或地下水，进入育苗车间前先通过沉淀池进行处理以去除部分杂质，然后使用微滤机滤除水中悬浮的泥沙、藻类、颗粒等。常用的微滤机为转鼓式微滤机，其原理是使用80～200目的筛网固定在转鼓型过滤设备上，水体流经筛网时大颗粒被截留滤除。通过转筒的转动和反冲水的作用力，可以使筛网得到及时清洁。

2.叠片式过滤器 叠片式过滤器由很薄的塑料叠片组成，叠片两边刻有大量微米级大小的沟槽。通过弹簧和液体压力压紧时，叠片之间的沟槽交叉，从而制造出拥有独特过滤通道的深层过滤单元。过滤时叠片通过弹簧和流体压力压紧。液体由叠片外缘通过沟槽流向叠片内缘，利用片壁和沟槽来聚集及截取杂物。

3.砂滤罐 砂滤罐是一种低成本的过滤器，应用广泛，采用石英砂作为填料，可以去除水中的固体悬浮物、胶体、藻类等，在育苗水处理系统中一般用作二级过滤。滤料对原水浓度、操作条件、预处置工艺等具有很强的自适应性，即在过滤时滤床自动形成上疏下密状态，有利于在各种运行条件下保证出水水质，反洗时滤料充分散开，清洗效果好。其还有过滤阻力小、比表面积大、耐酸碱性强、抗污染性好等优点。

4.超滤装置 为达到理想的净化效果，育苗水处理系统一般用超滤工艺进行深度处理。超滤装置采用先进的膜分离技术(图1)，基本原理是以一定压力和流量，依靠膜两侧的压力差作为推动力，以错流方式进行过滤，使水及小分子物质通过，大分子物质和微粒子被滤膜阻留，从而达到分离的效果。超滤膜微孔直径可达0.01微米，能有效地去除水中的微粒、胶体、细菌和有机物，净化效果优于砂滤，但成本和维护要求较高。

图1 超滤装置

5.紫外线杀菌装置 紫外线杀菌装置能杀灭微生物，包括细菌、真菌和病毒。用于消毒灭菌的是C波紫外线，紫外线的消毒作用不受水体中水温、盐度及pH的影响，且消毒接触时间短、高效快速，不增加水体中的固体物，灭菌率一般在90%以上。紫外线杀菌效果是由微生物所接受的照射剂量决定的，同时也与紫外线灯管的输出能量和使用时间有关，随着灯管的老化，紫外线照射强度会逐渐下降，需要定期维护。

6.臭氧处理装置 臭氧(O3)是一种强氧化剂，溶于水后直接或利用反应中生成的大量羟基自由基及新生态氧间接氧化水中的无机物、有机物，并进入细菌的细胞内氧化胞内有机物，从而达到杀菌消毒的目的。臭氧一般通过臭氧发生器现场制取，其原理是以氧分子为原料，通过高压放电产生臭氧分子。用臭氧能迅速灭除细菌、病毒等有害物，可用于育苗用水的消毒净化，但其成本较高并且残留的臭氧有一定的副作用，处理后的水需要等待残余臭氧完全分解为氧气后才能用于育苗，使用时需要特别注意。

7.反渗透装置 在一些对水质要求特别高的淡水育苗系统中还会使用反渗透装置做深度净化处理。反渗透是一种借助于选择透过性膜、以压力为推动力的膜分离技术，当系统中所加的压力大于进水溶液渗透压时，水分子透过膜流入中心管，然后在一端流出。水中的杂质被截留在膜的进水侧，然后在浓水出水端流出，从而达到分离净化目的。反渗透膜孔径很小，一般孔径≤1.0×10-9米，能去除水中细菌、病毒、可溶性固体、胶体等。反渗透是过滤精度最高的膜分离技术，处理后的水一般无需消毒即可直接使用。

二、控制装置的应用

1.电机控制中心(MCC) 水处理系统中一般包含多台提升泵、增氧泵、风机等机械设备，一般都是由电机驱动。为了控制这些设备的运行，一般采用电机控制中心来进行集中监控。电机控制中心通常以控制柜形式使用，既可以单独用于控制设备，又可以作为集散控制系统(DCS)或者可编程逻辑控制器(PLC)的现场执行器完成控制任务。

2.变频调速器 水处理系统中的水泵、风机等设备的电机一般都是按照最大处理量来选型的，但系统使用过程中会根据用水需求量来调整，原水提升泵等大功率设备一直保持全速运转会造成能耗过高。变频调速器用来改变交流电频率，通过把工频电源变换成各种频率的交流电源来驱动电机，以实现电机的变速运行，从而降低能耗。变频调速器可以单独配置，也可以集成在电机控制中心内。

3.液位保护开关 水处理系统中的部分水泵需要浸没在水箱中以保证良好的效果，如果水箱液位过低会造成水泵故障。一般采用液位开关保护水泵，当水箱液位低于某设定值时，则相应地自动停止泵的运行，以确保动力设备的安全。

4.可编程逻辑控制器(PLC) 水处理系统需要统一的控制以保证设备间的协调运行。中小型水处理系统一般使用可编程逻辑控制器作为核心控制器来构建控制系统以实现自动运行控制，包括各种设备的启停、反冲洗、压力调控、流量调控、电机调速等。PLC投入运行后，其工作过程一般分为3个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。PLC以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段，非常适合设备关联运行场景中的逻辑控制，既可以作为主控器单独控制一个系统，也可以作为集散控制系统的下位机使用。

5.触摸屏 触摸屏又称为触控屏，是一种可接收触头等输入信号的感应式液晶显示装置，当接触了屏幕上的图形按钮时，屏幕上的触觉反馈系统可根据预先编程的程式驱动各种联结装置，可用以取代机械式的按钮面板，实现人机交互。触摸屏一般安装在PLC控制柜内，与PLC直接通信。操作人员通过触摸屏可以调整PLC程序参数，从而操控设备运行。

6.工业控制计算机 PLC控制柜一般安装在设备现场，根据设备数量和系统配置情况会配置多个PLC控制柜。为了实现集约化管理，通常在办公机房设置上位机对整个系统进行集中监控(图2)。一般工业现场都会有震动、灰尘、电磁场干扰等，且需要全天24小时连续运行。普通的计算机在工业场合无法正常使用，容易出现故障，因此上位机一般采用工业控制计算机(工控机)。工控机具有可靠性高、实时性强、扩充性和兼容性好等优点。水处理系统中的工控机与PLC控制柜进行通信，通过专业软件监控所有设备运行状态，保证系统正常工作。

图2 控制系统结构示意

三、小结

随着水产养殖行业的发展，养殖中的水处理技术也逐渐成了重点。种业是水产养殖的根基，高质量的苗种是保证养殖产业健康发展的基础。随着水产苗种繁育的规模化、集约化发展，对育苗用水深度处理的需求也会越来越多，工业水处理中的成熟技术和设备将会越来越多地应用于水产育苗行业。加大对深度水处理技术的研究和推广，不断提升其处理效率、降低运行成本，将会有力地提高工厂化育苗车间的生产效率，推动我国水产种业的高质量发展。