[0001] 本申请涉及污水处理技术领域，具体涉及一种水产养殖污水综合处理方法及系统。

[0002] 在水产养殖过程中，水产物的排泄物、残余饲料、水产物的尸体会混合沉降在养殖水体的底部，久而久之在养殖水体中形成污水层。水产养殖污水中通常含有大量的有机物质、氮、磷和其他污染物，如果不经过适当处理，将会影响水产养殖的水质和生态平衡，并且未经处理的水产养殖污水如果直接排放到自然环境中，会对水体生态系统造成破坏，比如导致水体富营养化，所以需要对水产养殖污水定期进行处理。

[0003] 在水产养殖污水处理中，絮凝处理是一个不可缺少的流程，通过在水产养殖污水中投放絮凝剂，使得污水中的污染物颗粒形成较大的絮体，絮体可通过过滤设备进行分离，可以有效地去除污水中的污染物颗粒。其中，絮凝剂的投放量对水产养殖污水的处理效果有显著影响，投放量过少，污水中的颗粒物不能有效聚集，导致絮凝处理后的水中仍然含有较多的污染物，而投放量过多，不仅会导致污水处理成本上升，还会导致污水中的絮体过大，难以沉淀和过滤，影响后续的污水过滤效果，但是由于水产养殖种类、养殖环境的多样性，难以准确、快速地确定水产养殖污水中絮凝剂的投放量。

[0017] 在本申请实施例的描述中，“示例性”、“或者”、“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请实施例中被描述为“示例性”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性”、“或者”、“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。

[0018] 除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请中的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本申请中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。应理解，本申请中除非另有说明，“/”表示或的意思。

[0019] 另外需要说明的是，本申请中的术语“第一”、“第二”是用于区别类似的对象，而不是用于描述特定的顺序或先后次序。

[0020] 下面结合附图具体的说明本申请所提供的一种水产养殖污水综合处理方法及系统的具体方案。

[0021] 请参阅图1，其示出了本申请一个实施例提供的一种水产养殖污水综合处理方法的步骤流程图，该方法包括以下步骤：本申请中水产养殖污水的综合处理过程为：
S1：微生物制剂的添加
将待处理的水产养殖污水引入生物反应池中，在生物反应池中添加微生物制剂，本申请选择光合细菌，光合细菌的添加量为2 5克/立方米，光合细菌可通过光合作用分解水产养殖污水中的氨氮、亚硝基氮、硫化氢和有机酸等有害物质，并抑制污水中病原菌的生长。

[0022] 本申请的一个实施例中，光合细菌的添加量为2克/立方米；本申请的另一个实施例中，光合细菌的添加量为3.5克/立方米；
本申请的再一个实施例中，光合细菌的添加量为5克/立方米。

[0023] 本申请的一个实施例中，生物反应池的反应时间为24小时，反应时间的取值由人为预设，实施者可根据实际情况进行设定。

[0024] S2：曝气处理将生物反应池中经过反应后的水产养殖污水引入到曝气池中，使用搅拌器对曝气池中的水产养殖污水进行搅拌，以便于污水中的污染物与空气充分结合，搅拌时间为1 3小时。

[0025] 本申请的一个实施例中，搅拌时间为1小时；本申请的另一个实施例中，搅拌时间为1.5小时；
本申请的再一个实施例中，搅拌时间为3小时。

[0026] S3：絮凝处理将曝气池中经过曝气处理的水产养殖污水引入到絮凝池中，使用絮凝剂加药装置在蓄水池中添加絮凝剂，并使用搅拌器对絮凝池中的水产养殖污水进行搅拌，以便于水产养殖污水中的污染物颗粒与絮凝剂充分接触，絮凝处理时间为15 30分钟。

[0027] 本申请的一个实施例中，絮凝处理时间为15分钟；本申请的另一个实施例中，絮凝处理时间为20分钟；
本申请的再一个实施例中，絮凝处理时间为30分钟。

[0028] 絮凝处理过程中絮凝剂的最优投放量的确定步骤为：步骤1，从絮凝池中获取多个等体积的待絮凝处理的污水样品，并对污水样品分别投放不同量的絮凝剂，获取各污水样品的絮体灰度图像。

[0029] 在水产养殖污水的絮凝处理步骤中，本申请的一个实施例中，选择聚合硫酸铁作为絮凝剂，聚合硫酸铁投放量的范围为100 400ppm，其中絮凝剂的种类、絮凝剂投放量的范围由工作人员根据实际情况进行确定。

[0030] 对絮凝池中待絮凝处理的污水进行采样，得到N个污水样品，并向得到的污水样品中分别投放不同量的絮凝剂，其中污水样品的采样数量N、采样体积由实施者根据实际情况自行设置，本申请的一个实施例中，采样数量和采样体积分别取值为10和200ml，所有污水样品的采样体积相同。

[0031] 以任一污水样品Wi为例，在污水样品Wi絮凝结束时，使用絮体图像采集系统对污水样品Wi中形成的絮体进行拍摄，得到污水样品Wi的絮体图像，在污水样品Wi絮凝结束时立即采集絮体图像是因为污水样品Wi中形成的絮体会在静置时沉降在水底，影响对污水样品Wi中形成的絮体以及存在的颗粒物的实际分布情况进行评估时的准确性。絮体图像采集系统示意图如图2所示，图中的1 6分别为CCD相机、光线吸收器、污水样品、反射镜、LED灯发出的光线、数据处理模块，其中，数据处理模块用于对采集得到的絮体图像进行后续的处理和分析；光线吸收器的结构示意图如图3所示，图中a1为入射光线、a2为反射光线，b1、b2、b3均为反射镜。

[0032] 本申请的一个实施例中，污水样品Wi的絮凝处理时间为15min，污水样品Wi的絮凝处理时间由人为预设，实施者可自行设定。

[0033] 将采集得到的污水样品Wi的絮体图像从RGB空间转换到灰度空间，得到污水样品Wi的絮体灰度图像，并对絮体灰度图像进行去噪处理，以降低絮体图像在采集和传输过程中产生的噪声对后续数据处理的影响，其中，RGB空间转换到灰度空间为公知技术，具体过程不再赘述。

[0034] 本申请的一个实施例中，采用高斯滤波方法对絮体灰度图像进行去噪处理，作为其他实施方式，在可实现对絮体灰度图像进行去噪处理的基础上，实施者可采用其他现有技术对絮体灰度图像进行去噪处理，例如中值滤波、均值滤波等，本申请不做特殊限制。

[0035] 步骤2，获取任一絮体灰度图像的前景图像中的各连通域，基于各连通域内像素点灰度值的离散程度和连通域的形状特征，确定各连通域的区分值。

[0036] 在对污水样品进行絮凝处理的过程中，通常需要对污水样品中的水体进行搅拌，以便于污水样品中的颗粒物与絮凝剂充分接触，而搅拌可能会造成水体中形成气泡。在对污水样品中形成的絮体进行图像拍摄时，污水样品中的絮体、颗粒物和气泡的表面都会对光线产生反射，使得所拍图像在絮体、颗粒物和气泡处为亮点，而光线会从污水样品中的水体穿过被光线吸收器吸收，使得所拍图像在不存在絮体、颗粒物和气泡的水体处为暗点。

[0037] 基于上述分析，利用阈值分割算法分割出絮体灰度图像中的前景图像，即絮体灰度图像中大于阈值的所有像素点，以降低污水样品Wi中的水体对后续识别絮体灰度图像中絮体和颗粒物的影响。

[0038] 本申请的一个实施例中，采用大津阈值分割算法获取前景图像，作为其他实施方式，在可实现获取前景图像的基础上，实施者可采用其他现有技术获取前景图像，例如全局阈值分割、迭代式阈值分割等，本申请不做特殊限制。

[0039] 对前景图像进行连通域提取，得到絮体灰度图像的多个连通域，每个连通域分别表示污水样品Wi中的一个絮体、颗粒物或气泡在絮体灰度图像中的一个区域。

[0040] 本申请的一个实施例中，采用Two‑Pass算法提取连通域，作为其他实施方式，在可实现提取连通域的基础上，实施者可采用其他现有技术提取连通域，例如Seed‑Filling算法等，本申请不做特殊限制。

[0041] 在对污水样品进行絮凝处理的过程中，絮凝剂会与水体中的胶体颗粒发生吸附‑电中和、吸附架桥作用，使得絮凝剂分子吸附水体中的颗粒物，进而聚集形成絮体，而由于絮体表面颜色不一致，使得污水样品的絮体灰度图像中絮体区域内像素点之间的灰度值具有较大的差异；由于气泡表面的反射和透射现象，使得絮体灰度图像中气泡区域内像素点之间的灰度值也具有较大的差异，而絮体灰度图像中颗粒物区域内像素点的灰度值通常较为接近。

[0042] 基于上述分析，计算各连通域内所有像素点灰度值的离散程度。

[0043] 进一步，由于在污水样品的絮凝处理过程中，絮凝剂对颗粒物的不规则吸附和絮凝剂的桥接作用，使得污水样品中形成的絮体通常呈现为丝状或片状等不规则的形状；而污水样品水体中的颗粒物未被絮体吸附，尺寸通常较小，使得颗粒物呈现为近似圆形的形状；气泡由于表面张力的作用，通常也呈现为圆形的形状。

[0044] 基于上述分析，计算各连通域的圆形度，其中圆形度的计算为公知技术，具体过程不再赘述。

[0045] 由于污水样品的絮体灰度图像中的气泡区域可能会被识别为絮体区域或颗粒物区域，因此为降低气泡区域对后续分析污水样品中絮体和颗粒物的分布情况的影响，构建各连通域的区分值，用于区分絮体灰度图像中属于絮体、气泡或颗粒物的连通域，计算公式为：Qj= ；式中，Yj表示连通域Aj的圆形度；Hj表示连通域Aj内所有像素点灰度值的离散程度；β表示预设大于0的数值，目的为避免分母为0，β的取值由人为预设，实施者可自行设定，本申请的一个实施例中β取值为1。

[0046] 本申请的一个实施例中，离散程度为标准差，作为其他实施方式，离散程度可以为其他表示灰度值不均匀程度的统计量，例如方差、变异系数等。

[0047] 需要说明的是：若某个连通域为絮体灰度图像中絮体所在的区域，则该连通域的圆形度较小，离散程度较大，则该连通域的区分值较小；若某个连通域为絮体灰度图像中颗粒物所在的区域，则该连通域的圆形度较大，离散程度较小，则该连通域的区分值较大；若某个连通域为絮体灰度图像中气泡所在的区域，则该连通域的圆形度较大，离散程度较大，则该连通域的区分值介于疑似絮体连通域的区分值与疑似颗粒物连通域的区分值之间。

[0048] 步骤3，基于各絮体灰度图像的不同连通域的区分值之间的相似性，获取各絮体灰度图像的絮体连通域集合和颗粒物连通域集合。

[0049] 根据每个连通域的区分值采用聚类算法将所有连通域划分为K类，得到K个连通域集合。连通域集合表示絮体灰度图像中具有相似灰度分布特征和形状分布特征的连通域组成的集合。

[0050] 本申请的一个实施例中，K的取值为3，K的取值由人为预设，实施者可根据实际情况进行设定。

[0051] 本申请的一个实施例中，采用K‑Means聚类算法将连通域划分为多个类，其中将连通域的区分值之间的差值绝对值作为K‑Means聚类算法中连通域之间的度量距离；作为其他实施方式，在可实现将连通域划分为多个类的基础上，实施者可采用其他现有技术将连通域划分为多个类，例如DBSCAN（Density‑Based Spatial Clustering of Applications with Noise）算法、密度峰值聚类算法等，本申请不做特殊限制。

[0052] 分别计算得到的每个连通域集合中所有连通域的区分值的均值，均值越小时，连通域集合中的连通域越疑似为絮体灰度图像中的絮体区域；均值越大，连通域集合中的连通域越疑似为絮体灰度图像中的颗粒物区域；因此，将均值最小的连通域集合作为絮体连通域集合，用于表征絮体灰度图像中疑似为絮体区域的所有连通域组成的集合，将均值最大的连通域集合记为颗粒物连通域集合，用于表征絮体灰度图像中疑似为颗粒物区域的所有连通域组成的集合。

[0053] 步骤4，基于所述絮体连通域集合及所述颗粒物连通域集合中连通域内像素点的个数，结合各污水样品进行絮凝处理以及过滤后的浊度，确定各污水样品中絮凝剂的投放量的适当程度。

[0054] 若污水样品中絮凝剂的投放量过少，将会造成污水样品水体中的颗粒物无法被有效的吸附，使得经过絮凝处理后的污水样品中还残留较多的颗粒物，而若污水样品中絮凝剂的投放量过多，将会造成污水样品中形成的絮体过大，进而影响对经过絮凝处理后的污水样品进行过滤时的过滤效果。

[0055] 基于上述分析，分别统计絮体连通域集合中每个连通域内像素点的个数，用于表征每个连通域对应絮体的体积，将絮体连通域集合中所有连通域内像素点的个数的累加值，作为污水样品Wi的絮体综合体积，用于表征经过絮凝处理的污水样品Wi中形成的絮体的大小；同时，将颗粒物连通域集合中所有连通域内像素点个数之和与絮体灰度图像中像素点个数的比值，作为污水样品Wi的颗粒物占比值，用于表征对污水样品Wi进行絮凝处理的效果，经过絮凝处理的污水样品Wi的水体中颗粒物的残留程度越大，颗粒物占比值越大，则对污水样品Wi进行絮凝处理的效果越差。

[0056] 进一步，使用100目的筛绢布对经过絮凝处理后的污水样品Wi进行过滤处理，利用浊度仪测量过滤后的污水样品Wi的浊度，浊度越大，对经过絮凝处理后的污水样品Wi进行过滤时的过滤效果越差。

[0057] 结合污水样品Wi的颗粒物占比值、絮体综合体积和浊度，得到污水样品Wi中絮凝剂的投放量的适当程度，计算公式为：Xi=norm( )+norm( )；式中，Xi表示污水样品Wi中絮凝剂的投放量的适当
程度；Si、Vi、Zi分别表示污水样品Wj的颗粒物占比值、絮体综合体积、浊度；norm()为归一化函数；β表示预设大于0的数值，目的为避免分母为0，β的取值由人为预设，实施者可自行设定，本申请的一个实施例中β取值为1。

[0058] 需要说明的是：颗粒物占比值越大，经过絮凝处理的污水样品Wi的水体中颗粒物的残留程度越大，对污水样品Wi进行絮凝处理时的絮凝效果越差，则污水样品Wi中絮凝剂的投放量出现投放过少的可能性越大；而浊度越大，对经过絮凝处理后的污水样品Wi进行过滤时的过滤效果越差，同时絮体综合体积越大，所述过滤效果越差的原因越可能是由于污水样品Wi在絮凝处理过程中形成的絮体过大而导致的，则 越小，污水样品Wi中絮凝剂的投放量出现投放过多的可能性越大；则适当程度Xi越小，污水样品Wi中絮凝剂的投放量出现投放过少或过多的可能性越大。适当程度的确定流程示意图如图4所示。

[0059] 步骤5，基于所述适当程度和各污水样品中絮凝剂的投放量，结合任一污水样品的体积以及絮凝池中水产养殖污水的体积，确定水产养殖污水在絮凝处理过程中絮凝剂的最优投放量。

[0060] 按照污水样品Wi中絮凝剂的投放量的适当程度的计算方法，分别计算每一个污水样品中絮凝剂的投放量的适当程度，分别将各污水样品中絮凝剂的投放量以及对应的适当程度作为一组二维数据点，并以各污水样品中絮凝剂的投放量的适当程度为纵坐标、以各污水样品中絮凝剂的投放量为横坐标构建坐标系，对所述坐标系中的所有数据点进行曲线拟合，获取在絮凝剂的预设投放量范围内所述拟合曲线上适宜程度的最大值，计算絮凝池中水产养殖污水的体积与任一污水样品的体积的比值，记为体积比值，将最大值对应的投放量与所述体积比值的乘积，作为水产养殖污水在絮凝处理过程中絮凝剂的最优投放量。最优投放量的确定流程示意图如图5所示。

[0061] 本申请的一个实施例中，预设投放量范围为100 400ppm，预设投放量范围由工作人员根据实际情况进行确定，本申请不做特殊限制。

[0062] 根据得到的絮凝剂的最优投放量，使用絮凝剂加药装置对絮凝池中的污水进行絮凝剂的添加，并完成对絮凝池中水产养殖污水的絮凝处理。

[0063] S4：过滤处理在絮凝池的出水口缠绕100目的筛绢布，对絮凝池中经过絮凝处理的水产养殖污水进行过滤处理，完成对水产养殖污水的综合处理。

[0064] 基于与上述方法相同的发明构思，本申请实施例还提供了一种水产养殖污水综合处理系统，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述一种水产养殖污水综合处理方法中任意一项所述方法的步骤。

[0065] 综上所述，本申请通过对污水样品水体中的絮体、颗粒物和气泡在絮体灰度图像中的特征进行分析，结合絮体灰度图像中各连通域内像素点灰度值的离散程度以及连通域的形状，确定各连通域的区分值，用于区分絮体灰度图像中属于絮体、气泡或颗粒物的连通域，提高了区分絮体、气泡或颗粒物的准确性；进一步，根据区分值得到絮体连通域集合和颗粒物连通域集合，并构建絮体综合体积和颗粒物占比值，降低了污水样品的絮体灰度图像中气泡区域对分析污水样品中絮体和颗粒物的分布情况的影响，提高了对污水样品中絮体和颗粒物的分布情况进行评估时的精度；
进一步，通过对污水样品中絮凝剂的投放量出现投放过少或过多的现象进行分析，结合絮体综合体积、颗粒物占比值以及浊度构建适当程度，基于适当程度获取水产养殖污水在絮凝处理过程中絮凝剂的最优投放量，对污水样品中絮凝剂的投放量进行了更准确地评估，提高了获取水产养殖污水在絮凝处理过程中絮凝剂的最优投放量的速度和精度，进而提高了水产养殖污水在絮凝处理时的絮凝效果以及过滤处理时的过滤效果。

[0066] 附图中的流程图和框图显示了根据本公开实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这可以依所涉及的功能而定。在附图中的流程图和框图所对应的描述中，不同的方框所对应的操作或步骤也可以以不同于描述中所披露的顺序发生，有时不同的操作或步骤之间不存在特定的顺序。例如，两个连续的操作或步骤实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这可以依所涉及的功能而定。框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

[0067] 对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将本申请上述的实施例看作是示范性的，而且是非限制性的。