基于臭氧-超声复合技术的生态水体智慧管控系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及环保领域的水处理技术，旨在提供一种基于臭氧‑超声复合技术的生态水体智慧管控系统和方法。该系统包括臭氧发生器、超声波设备和富磷消减装置，以及布置在水体中的多个水质传感器，水质传感器上的各传感器、芯片等分别与控制器模块相连，通过NB‑iot物联网络实现与智慧管控中心服务器之间的数据传输；控制器模块还通过信号线分别连接臭氧发生器、超声波设备和富磷消减装置。本发明专利技术在消除磷酸根的同时降解水中的氨氮使之成为氮气和水，杜绝水处理过程生成对生态水系统具有负面影响的成分，保证了生态水体内的生态平衡不被破坏。通过大数据云计算智慧化决策来控制生态水体水质控制设备运行状态，实现对水体生态多要素的实时全面有效管控。

【技术实现步骤摘要】
基于臭氧-超声复合技术的生态水体智慧管控系统和方法
本专利技术属于环保领域的水处理技术，特别涉及基于臭氧-超声复合技术的生态水体智慧管控系统和方法。
技术介绍
一切稳定存在的生态都是基于物质多样性以及它们之间相互影响和作用的动态平衡，生态水体自然也不例外。生态平衡的生态水体是水体内各种动、植物、微生物以其他非生命体物质以相互吃和被吃、吸收和被吸收的营养关系平衡。生态水体内的生态平衡不仅受生态水体内部多种生物和物质的影响，也受到水体之外大环境生物迁徙进入和物质进出的冲击和影响。生态水体的管控，核心内容就是“生态平衡”的管控，即在生态水体因内部和外界原因造成生命和非生命体的容量超过了生态水体自身调控能力的时候，在生态崩溃前后通过人工管控的方式，用技术手段增减各种生物和物质的数量来促成或重建生态平衡。但是，长期以来，水处理行业在项目管理上和技术应用上一直都没有清晰区分生态水体管控以及生活和工农业污废水净化处理这两个相关但又有很大区别的概念。生活和工农业污废水净化处理主要是为了达到国家制定的一系列水排放标准，而这些达标排放的水是不是适合在特定区域、时间和气候条件下的生态水体的水质要求并没有予以重视。造成这一现象的历史原因是中国的水污染源最引人瞩目是来自生活和工农业生产的污废水，同时由于资金投入和技术积累不足，让各级管理机构和研发部门不得不把注意力集中在这类污废水上。其次，由于两者都采用基本一致的物理、化学和生物原理来处理水中有机、无机、微生物等物质，即无外乎是氧化还原、降解分解、过滤清除、沉淀聚集和灭杀生物等技术(组合)途径，很容易造成一种把前者处理好了，生态水体也就能管控好了的认知，从观念上把水质对人体“干净无害”作为水处理的最高目标了。这个“最高目标”显然有缺陷，最接近生活的浅显实例是干净无害的家庭自来水，不能直接用来给家里的鱼缸换水。当前主要的生态水体的处理技术手段主要包括：(1)引水置换方式：将外来的清洁水资源输入生态水体，使生态水体中各种污染物浓度降低。这种方法必须有充足的清洁水源作保证。引水置换方式的主要缺陷是受配套水资源、设施和政策的限制。(2)循环过滤方式：在需要净化的水体中，根据生态水体的大小和可能面临的污染，配套循环过滤所需的管线、电器、滤材等设施。循环过滤能消除水中的固体杂质而美化水体，但是对生态水体中危害最大的化学污染物和微生物毒害则没有消除作用。(3)投加化学药剂：是一种短平快的生态水体处理技术手段，能够针对不同的污染情况对症下药，能简单快捷地见效。投放化学药剂虽可以在一段时间内使生态水质净化美化，但久而久之，水中的有害生物会产生耐药性，化学药剂的效能会下降，间隔缩短，投放量增加。对于持续污染的生态水体，长期投放药剂必定带了新的污染问题，即对环境的二次污染而破坏生态平衡。(4)生物生态修复技术：是利用人为投放或者培育有益的生物种群，对生态水中污染物进行转化及降解，从而使水体水质得到恢复。这种技术是自然界恢复能力和自净能力的一种强化，是当前环保技术的研究开发热点。因为要使有益的生物种群能够生存并发挥净化美化水体的作用，仍离不开精心维护这些有益种群有效生存的生态水体环境，以此面对的日常管理难题与自然和人为破坏生态水体因素没有不同。此外，生物生态修复的时间长、效率低，往往需要巨大的缓冲蓄水池以满足生态修复必须的时间和空间。(5)清淤掏泥法清淤掏泥法式针对已经生态奔溃或处于奔溃边缘的生态水体进行的大动干戈“事后整治”手段，虽能短期恢复一定的水清洁要求，但是这种事后补救不能避免生态水体再次崩溃——因为再次摧毁生态平衡的内外条件一个都没减少。众所周知，当前生态水体富养化失控的主要原因是生态水体中的氨氮和磷过高，其来源是广泛使用的磷酸氢二铵(NH4)2HPO4。磷酸氢二铵是电子、医药、消防阻燃剂等产品的重要原料，并且更加广泛地用作农业的主要化肥之一，即磷铵复合肥。同时，养殖业中还用它作为饲料添加剂。磷酸氢二铵易溶于水，能随着地表、地下水的对流、渗透而进入生态水体。磷酸氢二铵在水中生成氨(NH3·H2O)和磷酸根(包括PO43-磷酸根、PO32-亚磷酸根PO2-次磷酸根)。消除生态水体中的磷历来是水体净化的最大难题之一。曾有公开技术采用过氧化钙矿化磷酸根，生成不溶(难溶)于水的磷酸钙来消除水体中的磷。但是，过氧化钙CaO2，是白色无气味结晶性粉末状无机物，在水体中只和无机物化合，这样需要被消除的磷酸根就不会和其他有机物去争夺化合了——有大量能吸附磷酸根的有机物就因为不但会吸收磷酸根，还吸附水体中其他多种有机物，使得消除磷酸根的作用被严重削弱而不能用于生态水体含磷量管控的实际应用。此外，磷酸氢二铵是氨氮和磷有固定比例的物质，在水溶液中分解为氨和磷酸根，如果磷酸根被矿化为磷酸钙而大幅度降低含量，同时铵(NH4OH，也就是NH3·H2O)和水中的二氧化碳又与过氧化钙中的钙离子生产难容于水的碳酸钙，释放出了OH-使水体pH值升高，导致打破了生态水体中氨氮和磷的平衡。氨氮比率大幅度提高，后果就是生态水体中的鱼虾类可能遭遇分子氨中毒死亡。(中国水产养殖网通报过数起“过氧化钙引起淡水鱼大量死亡”事件)。由此可见，当前的生态水体处理并没有把“生态平衡”当成目标，而是局部的、短期的、针对个别水中物质的不全面净化。在有效消除氨氮、磷污染的同时还能保持生态水体内的生态平衡，是相关
人员一直想要解决但始终无法找到解决方案的棘手难题。这正是本专利技术需要解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种基于臭氧-超声复合技术的生态水体智慧管控系统和方法。为解决技术问题，本专利技术的解决方案是：提供一种基于臭氧-超声复合技术的生态水体智慧管控系统(WaterEcologyIntelligentControlandManagementSystem，简称WEICOMS)，包括用于水体净化处理的臭氧发生器和超声波设备；该系统还包括富磷消减装置，该装置设有用于装填过氧化钙固体粉末或过氧化钙溶液的容器，容器装有计量阀或计量泵，计量阀或计量泵的出口与排放管路相接；臭氧发生器、超声波设备和富磷消减装置均设置在水体附近，臭氧发生器的臭氧释放管路出口、超声波设备的换能器和富磷消减装置的排放管路出口均位于水体中；该系统还包括间隔布置在水体中的多个水质传感器，每个水质传感器均配置了定位芯片、藻类生物监测仪、水质监测仪、NB-iot传输模块和控制器模块；定位芯片、藻类生物监测仪、水质监测仪和NB-iot传输模块分别与控制器模块相连，并由NB-iot传输模块通过NB-iot物联网络实现与智慧管控中心服务器之间的数据传输；控制器模块还通过信号线分别连接臭氧发生器的控制器、超声波设备的驱动电源，以及富磷消减装置的计量阀或计量泵，分别用于控制臭氧发生量、超声波功率和过氧化钙释放量。本专利技术中，所述水质监测仪中设有用于监测水体的COD、氨氮、pH、盐度、温度、水流矢量和透光度数据的传感器。本专利技术中，所述水质传感器具有杆状主体，所述水质监测仪至少有三套，间隔设置在杆状主体的上中下三段位置，用于监测水体的表层、中层和底层水质。本专利技术中，所述控制器模块采用ARM器件，并与用作本地存储器件的存储卡相连。本专利技术中，所述富磷消减装置本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于臭氧‑超声复合技术的生态水体智慧管控系统，包括用于水体净化处理的臭氧发生器和超声波设备；其特征在于，该系统还包括富磷消减装置，该装置设有用于装填过氧化钙固体粉末或过氧化钙溶液的容器，容器装有计量阀或计量泵，计量阀或计量泵的出口与排放管路相接；臭氧发生器、超声波设备和富磷消减装置均设置在水体附近，臭氧发生器的臭氧释放管路出口、超声波设备的换能器和富磷消减装置的排放管路出口均位于水体中；该系统还包括间隔布置在水体中的多个水质传感器，每个水质传感器均配置了定位芯片、藻类生物监测仪、水质监测仪、NB‑iot传输模块和控制器模块；定位芯片、藻类生物监测仪、水质监测仪和NB‑iot传输模块分别与控制器模块相连，并由NB‑iot传输模块通过NB‑iot物联网络实现与智慧管控中心服务器之间的数据传输；控制器模块还通过信号线分别连接臭氧发生器的控制器、超声波设备的驱动电源，以及富磷消减装置的计量阀或计量泵，分别用于控制臭氧发生量、超声波功率和过氧化钙释放量。

【技术特征摘要】
1.一种基于臭氧-超声复合技术的生态水体智慧管控系统，包括用于水体净化处理的臭氧发生器和超声波设备；其特征在于，该系统还包括富磷消减装置，该装置设有用于装填过氧化钙固体粉末或过氧化钙溶液的容器，容器装有计量阀或计量泵，计量阀或计量泵的出口与排放管路相接；臭氧发生器、超声波设备和富磷消减装置均设置在水体附近，臭氧发生器的臭氧释放管路出口、超声波设备的换能器和富磷消减装置的排放管路出口均位于水体中；该系统还包括间隔布置在水体中的多个水质传感器，每个水质传感器均配置了定位芯片、藻类生物监测仪、水质监测仪、NB-iot传输模块和控制器模块；定位芯片、藻类生物监测仪、水质监测仪和NB-iot传输模块分别与控制器模块相连，并由NB-iot传输模块通过NB-iot物联网络实现与智慧管控中心服务器之间的数据传输；控制器模块还通过信号线分别连接臭氧发生器的控制器、超声波设备的驱动电源，以及富磷消减装置的计量阀或计量泵，分别用于控制臭氧发生量、超声波功率和过氧化钙释放量。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述水质监测仪中设有用于监测水体的COD、氨氮、pH、盐度、温度、水流矢量和透光度数据的传感器。3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述水质传感器具有杆状主体，所述水质监测仪至少有三套，间隔设置在杆状主体的上中下三段位置，用于监测水体的表层、中层和底层水质。4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制器模块采用ARM器件，并与用作本地存储器件的存储卡相连。5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述富磷消减装置还接有进水管，在进水管上装有引水泵；进水管的入口位于水体中，从水体中引水来冲刷氧化钙固体粉末或过氧化钙溶液便从排放管路排至水体中。6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述智慧管控中心服务器是基于云端的大数据云计算服务器系统。7.利用权利要求1所述系统的基于臭氧-超声复合技术的生态水体智慧管控方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴亿成，
申请(专利权)人：吴亿成，
类型：发明
国别省市：浙江,33