CN101264983A - 一种生物养殖治理水污染的系统和装置 - Google Patents

Abstract

本发明是一种生物养殖治理水污染的系统，其特征在于由用集群的浮网箱有序排列，每个浮网箱内放有水生植物和鱼类，每个浮网箱上设置有增氧添料机，在中间的浮网箱位置装有造浪机，系统能源供应由本地发电或者外部供给。本发明攻克了大面积治理水体污染的世界性难题。本发明应用在污水治理，特别是城市生活污水治理方面有非常显著并且持续的效果：1)首先是该技术本身的环境保护特性和可持续性；2)将大面积治理水体污染从一不间断的大量投入的过程，改变为一次投入，然后能够可持续性的的高产出过程；3)将水中的污染物变为可利用的宝贵资源；4)提供大量就业机会；5)由此产生相关产业群和高效益的循环经济链。本发明的生物养殖技术不仅用于治理水污染，也可作为生物养殖技术。

Description

一种生物养殖治理水污染的系统和装置

技术领域

本发明涉及生物养殖和污水处理技术领域，具体地说是一种生物养殖治理水污染的系统和装置。

背景技术

污水治理目前还是一个世界性的难题。目前污水治理的方法大致可以分为化学法，物理法和生物法三个大的技术路线。化学法需要添加化学药物，药物本身含有有害成分，因而不适合在大面积的水域使用；物理法能耗大，成本高，效果有限。生物法治理污水的技术近年来有比较多的实际应用，其效果也比化学法和物理法明显。生物法治理污水是利用水中生物链和生物之间相生相克的关系，以培育和养殖一种或多种水生物的办法，来分解或吸收水中的污染物和有害物质，以还原水的洁净。目前应用的生物法采取的是开放式养殖和封闭式养殖两种方式，这两种方式共同存在和分别存在的问题和困难有如下几个方面：

1，两种方式都是在水体的范围内，用水体自身的生物环境来治理污染，因此，放养的或者是水体本身滋生的有益的生物体是自生自灭状态；

2，两种方式都没有外部人为的能量输入，改变水体自身的能量结构、改变水体中水生生物的活动方向和改变水体中水生生物的生物链；

3，封闭式养殖不能充分和有效的吸收和分解封闭网箱之外的水体的污染物和有害成分，在一定情况下还要向水体中投放生物的食料，造成新的污染；

4，开放式养殖不能有效的控制生物的数量，质量和收获，造成生物的泛滥，失控和死亡，造成新的污染；

比如说，用来治理污水的鱼类在水体高富养情况下，由于水体缺乏氧气和活力而窒息死亡；水生植物因为水环境和气候等的改变而死亡，由于打捞的困难而形成新的水污染源，(如凤眼莲的死亡和腐败后形成新的污染)。

发明内容

本发明的目的是提供一种生物养殖治理水污染的系统和装置。通过水体之外的自然能源改变水体中的能量结构、生物链和水体环境，用全封闭的网箱在开放的水环境中，高密度的养殖水生物，以比现有的生物法高出数倍甚至数十倍的速度有效地将水中的污染物转化为新资源并及时地从水体中分离出来。

本发明的技术方案包括生物养殖治理水污染的系统和所采用的装置两部份。其中：

生物养殖治理水污染的系统构成为：用集群的浮网箱有序排列，每个浮网箱内放有水生植物和鱼类，每个浮网箱上设置有增氧添料机，在中间的浮网箱位置装有造浪机，系统能源供应由风力或太阳能发电机供给。

其中：

封闭式浮网箱集群是为了有效的利用资源和提高养殖效率。封闭式浮网箱集群的规模，集群的方式以最有效为原则。浮网箱排列成一个九宫八卦图式结构，这种结构的好处是：一个发电机同时能够很近距离地为九个封闭式浮网箱提供动力；为九个封闭式浮网箱提供水体中的离心固定点同时又能够让封闭式浮网箱集群随着风向，水流向等综合因素而绕着固定点转动从而增加养殖生物的食物摄取范围；

所述的水生植物是根据水体的成份和自然条件而培育或放养的水生植物；

所述的鱼类是根据水体的成份和自然条件而培育或放养的水生动物；

在封闭式浮网箱集群的中央浮网箱中安装一个造浪机可以同时为九个封闭式浮网箱增加水体的氧气和水活力(此一中央网箱以不放养漂浮水生植物为效果更佳)；每两个封闭式浮网箱的连接处增加一个连接板，在扩大网箱距离的同时，该连接板可以成为能够载人的工作平台；这种结构同时又能方便养殖，收获和日常维护。封闭式浮网箱上还设置有夜光灯。

风力或太阳能发电机固定于固定立柱上，固定立柱牢固地植入水下地层，托举能源采集系统和固定网箱及网箱集群。

本发明所采用的装置是：

1、能源装置采用中小容量(2K瓦～20K瓦)低电压的风能发电装置，其功率为整个系统所有电动机功率之和的三倍。三分之一发电量用于电动机的运行，另外三分之二的发电量存入备用电池(分布在每一个电动机的工作平台上)中，在风力较小和太阳能不足的情况下，当发动机不能发电时，用备用电池中的电力来保持整个系统电动机的正常持续运行。在投资条件允许的情况下，可以将风能发电和太阳能发电同时配备，以保证能够维持系统自身能源的持续自给。只有在备用电池中的能源耗尽之后，而风能发电和太阳能发电同时还不能启动的情况下，才由岸上输入电源进行补充。这样的结构，从能源源头上保证了大面积养殖和治理水污染的过程的环保特性和可持续性。

2、增氧添料机(将氧气注入水体中，同时将网箱外的物质加入网箱中)构成：由鼓风机(1)、输气管道(2)、水管(3)、空气扩散器(4)等构成；鼓风机连接输气管道，输气管道连接水管，空气扩散器接输气管道并置于水管中；该组件都安装在封闭式浮网箱的浮托板(9)上，在浮托板的外侧，水管入水口(6)的上方安装有多个夜光灯(10)，鼓风机外有盖壳(11)保护。在保护盖内有充电器和备用蓄电池(12)。增氧添料机的功能就是给水体增加氧气和为封闭网箱中的水生物添加食料。

3、造浪机(在水体内激起波浪，将氧气注入水体中，增加水体活性)构成：立柱(3)、跷跷板压升臂(8A)、传动连杆(7A)、悬挂横梁(4)、电动机及传动齿轮(6A)、重力反光头(9A)、立柱固定底座(2)等组成；立柱装于立柱固定底座上，跷跷板压升臂(8A)装于立柱上，传动连杆与跷跷板压升臂连接，传动连杆连接电动机及传动齿轮、电动机及传动齿轮悬挂在悬挂横梁上，重力反光头在跷跷板压升臂两端。悬挂横梁有伞盖(5)以保护伞盖下的设备仪器不受雨淋和减少日晒。整个装置固定在一块浮板(1)上。由于电动机长时间连续工作会缩短电动机的使用寿命，该设备安装了俩套完全一样的动力和传动装置，在设置好的时间单位，一个动力系统会停止工作而通过自动交换开关(10)同时启动另外一套动力系统。当发动机不能发电时，由备用电池(11)向造浪机提供动力，以维持造浪机连续不断的工作。由于造浪机是以压迫水体的方式形成波浪，而不是像自然风推动水体表面形成波浪，根据流体力学的原理，在同样波浪高度的情况下，造浪机向水体注入能量的深度，广度和氧气量是自然风无法比拟的。与此同时，造浪机能够在没有风浪，水中生物最需要能量和氧气的情况下，以外力向水体注入能量和氧气量，这就打破了水体生物因气候的原因，特别是在闷热的天气条件下，水体生物繁殖和生长最迅速时，因水体中缺氧造成大面积，大量死亡而污染水体的恶性循环。有不少水体的污染就是因为水体中缺氧造成大量水生物大面积死亡而形成的自身污染。造浪机浮板的大小和厚度以能够承载设备的重量，和在正常情况下不被风吹翻为宜。

4、封闭浮式网箱(保护和养殖网箱内的水生动植物)：封闭式浮网箱由浮网板(1)，固定在浮网板上的增氧添料机(2)、若干夜光灯(3)和固网钩(4)、浮网箱的侧纲线(5)和网(6)、浮网箱底部的底纲线(7)、易于开合的上盖网(8)构成。封闭式浮网箱可以是圆体，椭圆体，多边体，规则和不规则体，网箱的大小，深浅和形状根据水体和环境条件而定。封闭式浮网箱可以有效地阻止网箱中的可以收获的水生植物和鱼类在正常情况下从网箱中分离出去；可以有效地阻止食鱼鸟类进入网箱内捕食；可以为网箱中的水生物提供充分的氧气和食料；可以控制网箱内可以收获的水生物的种类和数量。夜光灯(能源灯或者感光材料夜间发光体)吸引水体中的生物夜间向网箱聚集。

本发明的积极效果如下：

本发明攻克了大面积治理水体污染的世界性难题。本发明应用在污水治理，特别是城市生活污水治理方面有非常显著并且持续的效果：

1)首先是该技术本身的环境保护特性和可持续性；

2)将大面积治理水体污染从一不间断的大量投入的过程，改变为一次投入，然后能够可持续性的的高产出过程；

3)将水中的污染物变为可利用的宝贵资源

4)提供大量就业机会

5)由此产生相关产业群和高效益的循环经济链。

如果以使用该技术系统治理中国云南昆明滇池为例，以每只浮网箱的深度为3.5米，水面面积约80m²，一个九宫八卦图式结构的封闭式浮网箱集群每年至少将产出18吨鱼和80吨水生植物。如果保守的换算鱼的产量与污染物消耗量为1∶10(一般比例为1∶15～20)，以水生植物和水中污染物消耗量比例为1∶1算，如果在滇池投入建设一万个九宫八卦图式结构的封闭式浮网箱集群，相当于每年能从滇池水中分离出260万吨有害和污染物质。约在三年时间，滇池的水质总体上将由现在的劣五类水质改善到四类水质，在五年内，滇池的水质总体上将达到可以饮用的三类水质。以修建一个九宫八卦图式结构的封闭式浮网箱集群的总体投资为12万元计，一万个浮网箱集群的一次性投入为12亿元。12亿元投入的直接效果是在五年时间内获得12亿立方米(滇池的蓄水量约为12.9亿立方米)的可持续使用的水库。如果每公斤鱼的价格为5元，则仅年产18万吨鱼类产出一项的年经济总量为9亿元人民币。本发明可以根据水质的情况和污染源的总量及成份构成而改变闭封浮网箱中的动植物品种。还是以滇池为例，在最初的两年内，封闭式浮网箱内的水生植物全部放养能够最有效的吸收和分解水体蓝藻的凤眼莲，在蓝藻污染降低到可以接受的程度之后，可以将一部分或者全部封闭式浮网箱种植水稻，蔬菜或花卉等粮食和经济作物(封闭式浮网箱内的鱼类同样可以改变)，从而形成一个可持续的循环经济链，为成千上万的人提供就业机会和商业机会。

由于淡水资源已成为人类持续生存的主要威胁之一，而世界范围内已污染的水体普遍存在，本发明不仅用非常经济的办法永久的解决了将污染物从水体中分离出来的世界难题，同时将这一个过程变成一个循环不断的食物产出过程。因此该发明的社会和经济效果是无法估量的。

本发明的生物养殖技术不仅用于治理水污染，也可作为生物养殖技术。

附图说明

图1是本发明的生物养殖治理水污染的系统示意图；

图2是本发明的生物养殖治理水污染的系统平面示意图；

图3是本发明的增氧添料机结构示意图；

图4是本发明的造浪机结构示意图；

图5是本发明的封闭浮式网箱结构示意图。

图1中，1-风力发电机，2-增氧添料机，3-造浪机，4-夜光灯，5-封闭浮式网箱，6-浮网箱连接板，7-水生植物，8-鱼类，9-固定立柱。

图2中，1-鼓风机，2-输气管道，3-水管，4-空气扩散器，5-氧气融入水中气泡产生的提升力推动水，6-入水口和食物源，7-出水口，8-网箱内水面，9-浮网箱的浮托板，10-夜光灯，11-罩盖，12-充电器和电池。

图3中，1-浮板，2-立柱固定底座，3-立柱，4-悬挂横梁，5-伞盖，6-电动机(A、B)，7-传动连杆，8-跷跷板压升臂(A、B)，9-重力反光头，10-自动交换开关，11-充电器和电池。

图4中，1-浮网板，2-增氧添料机，3-夜光灯，4-固网钩，5-侧网纲线，6-网，7-底网纲线。

具体实施方式

本发明包括生物养殖治理水污染的系统和所采用的装置两部份。

如图1和图2所示，本发明的生物养殖治理水污染的系统由以下构成：

用集群的封闭浮式网箱5有序排列，每个浮网箱内放有水生植物7和鱼类8，每个浮网箱上设置有增氧添料机2，在中间的浮网箱位置装有造浪机3，系统能源供应由风力发电机1供给。

其中：

集群的封闭式浮网箱排列成一个九宫八卦图式结构，所述的水生植物是根据水体的成份和自然条件而培育或放养的水生植物。所述的鱼类是根据水体的成份和自然条件而培育或放养的水生动物。在封闭式浮网箱集群的中央浮网箱中安装一个造浪机可以同时为九个封闭式浮网箱增加水体的氧气和水活力(此一中央网箱以不放养漂浮水生植物为效果更佳)。每两个封闭式浮网箱的连接处增加一个连接板6，在扩大网箱距离的同时，该连接板可以成为能够载人的工作平台；这种结构同时又能方便养殖，收获和日常维护。封闭式浮网箱上还设置有夜光灯4。

风力或者太阳能发电机固定于固定立柱9上，固定立柱牢固地植入水下地层，托举能源采集系统和固定网箱及网箱集群。

本发明所采用的装置是：

1、能源装置(自然能源采集以风能发电、太阳能发电、生物能发电为最佳，当然也可以用传统动力)，根据实际的情况可以采用以上三种可再生能源(经济和环保的原因)中的一种。一般而言，污染的水面(河流，湖泊等)的上方都有风能和太阳能存在，而目前的技术已经能够采集这些能源。本系统中选用的是风力发电作为能源，采用中小容量(2K瓦～20K瓦)低电压的风能发电装置，其功率为整个系统所有电动机功率之和的三倍(本发明的一套系统装置至少共有电动机十个，八个增氧添料电动机和造浪用的双电动机)。三分之一发电量用于电动机的运行，另外三分之二的发电量存入备用电池(分布在每一个电动机的工作平台上)中，在风力较小和无风的情况下，当发动机不能发电时，用备用电池中的电力来保持整个系统电动机的正常持续运行。

2、增氧添料机(将氧气注入水体中，同时将网箱外的物质加入网箱中)的构成：如图3所示，由鼓风机1、输气管道2、水管3、空气扩散器4等构成；鼓风机连接输气管道，输气管道连接水管，空气扩散器接输气管道并置于水管中；该组件都安装在封闭式浮网箱的浮托板9上，在浮托板的外侧，水管入水口6的上方安装有多个夜光灯10，鼓风机外有盖壳11保护。在保护盖内有充电器和备用蓄电池12。鼓风机1将空气通过输气管道2注入水中的水管3中，由空气扩散器4将空气出口细化，使氧气充分融入水中，气泡产生的提升力推动水管中的水向上移动5，水管中的水由入口6将网箱外水体源源不断地送到出口7，这样就将网箱外的水生物食物输入到网箱内8，为网箱内的水生物提供充分的氧气和食物。该组件都安装在封闭式浮网箱的浮托板9上，在浮托板的外侧，水管入水口6的上方安装有多个夜光灯10，吸引水体中的微生物向入水口和网箱方向靠近。鼓风机外有盖壳11保护。在保护盖内有充电器和备用蓄电池12。夜光灯(能源灯或者感光材料夜间发光体)吸引水体中的生物夜间向网箱聚集。夜光器是LED灯或者是更为省能源一种感光器材，在夜间该装置能自动发光。发出对水中生物产生吸引力光束，吸引浮网箱外的水体中的微生物向浮网箱靠近，特别是向增氧加料装置的吸水口6附近。夜光灯的功能主要有两个：一是将水中的微生物尽量多的输送到浮网箱内，二是在夜间标识网箱的位置。

3、造浪机构成(在水体内激起波浪，将氧气注入水体中，增加水体活性)：如图4所示，由立柱3、跷跷板压升臂8A和8B、传动连杆7A和7B、悬挂横梁4、电动机及传动齿轮6A和6B、重力反光头9A和9B、立柱固定底座2等组成；立柱装于立柱固定底座上，跷跷板压升臂8A(和8B)装于立柱上，传动连杆与跷跷板压升臂连接，传动连杆连接电动机及传动齿轮、电动机及传动齿轮(6A和6B)等距离地悬挂在悬挂横梁上两边，重力反光头在跷跷板压升臂两端。悬挂横梁有伞盖5以保护伞盖下的设备仪器不受雨淋和减少日晒。整个装置固定在一块浮板1上，通过立柱固定底座2将立柱3固定在与浮板90度夹角的浮板上。立柱3可以固定在浮板1的中央位置，也可以不在中央位置；立柱3固定在浮板1上的位置的不同将决定跷跷板压升臂8A和8B与立柱3和传动连杆7A和7B的连接位置，以达到最大造浪效果为最佳位置。由于电动机长时间连续工作会缩短电动机的使用寿命，该设备安装了俩套完全一样的动力和传动装置，在设置好的时间单位，一个动力系统会停止工作而通过自动交换开关10同时启动另外一套动力系统。当电动机推动齿轮旋转时，由连接在齿轮盘上的传动连杆7A带动跷跷板压升臂8A上下运动，而带动连为一体的浮板产生跷跷板效应，左右压迫水体而造成波浪。在跷跷板臂的两端安装有重力反光头9A以增大浮板压迫水体的力量和驱赶鸟类。当发动机不能发电时，由备用电池11向造浪机提供动力，以维持造浪机连续不断的工作。

4、封闭浮式网箱(保护和养殖网箱内的水生动植物)构成：如图5所示，封闭式浮网箱由浮网板1，固定在浮网板上的增氧添料机2、若干夜光灯3和固网钩4、浮网箱的侧网纲线5和网6、浮网箱底部的底网纲线7、易于开合的上盖网8构成。封闭式浮网箱可以是圆体，椭圆体，多边体，规则和不规则体，网箱的大小，深浅和形状根据水体和环境条件而定。封闭式浮网箱可以有效地阻止网箱中的可以收获的水生植物和鱼类在正常情况下从网箱中分离出去；可以有效地阻止食鱼鸟类进入网箱内捕食；可以为网箱中的水生物提供充分的氧气和食料；可以控制网箱内可以收获的水生物的种类和数量。

Claims (10)

1、一种生物养殖治理水污染的系统，其特征在于由用集群的浮网箱有序排列，每个浮网箱内放有水生植物和鱼类，每个浮网箱上设置有增氧添料机，在中间的浮网箱位置装有造浪机，系统能源供应由本地发电或者外部供给。

2、根据权利要求1所述的生物养殖治理水污染的系统，其特征在于封闭式浮网箱集群的方式排列成一个九宫八卦图式结构。

3、根据权利要求1所述的生物养殖治理水污染的系统，其特征在于在封闭式浮网箱集群的中央浮网箱中安装一个造浪机，每两个封闭式浮网箱的连接处有一个连接板，封闭式浮网箱上还设置有夜光灯。

4、根据权利要求1所述的生物养殖治理水污染的系统，其特征在于发电机固定于固定立柱上，固定立柱牢固地植入水下地层，托举能源采集系统和固定网箱及网箱集群。

5、一种权利要求1所述的生物养殖治理水污染系统的增氧添料机，其特征在于增氧添料机由鼓风机(1)、输气管道(2)、水管(3)、空气扩散器(4)构成；鼓风机连接输气管道，输气管道连接水管，空气扩散器接输气管道并置于水管中，该组件都安装在封闭式浮网箱的浮托板(9)上。

6、根据权利要求5所述的生物养殖治理水污染系统的增氧添料机，其特征在于在浮托板的外侧、水管入水口(6)的上方安装有多个夜光灯(10)，鼓风机外有保护盖壳(11)，在保护盖内有充电器和备用蓄电池(12)。

7、一种权利要求1所述的生物养殖治理水污染系统的造浪机，其特征在于造浪机由立柱(3)、跷跷板压升臂(8A和8B)、传动连杆(7A和7B)、悬挂横梁(4)、电动机及传动齿轮(6A和6B)、重力反光头(9A和9B)、立柱固定底座(2)组成；立柱装于立柱固定底座上，跷跷板压升臂装于立柱上，传动连杆与跷跷板压升臂连接，传动连杆连接电动机及传动齿轮、电动机及传动齿轮悬挂在悬挂横梁上，在重力反光头在跷跷板压升臂两端。

8、根据权利要求7所述的生物养殖治理水污染系统的造浪机，其特征在于悬挂横梁有伞盖(5)，整个装置固定在一块浮板(1)上。

9、一种权利要求1所述的生物养殖治理水污染系统的封闭浮式网箱，其特征在于封闭浮式网箱由浮网板(1)，同定在浮网板上的增氧添料机(2)、若干夜光灯(3)和固网钩(4)、浮网箱的侧网纲线(5)和网(6)、浮网箱底部的底网纲线(7)、易于开合的上盖网(8)构成。

10、根据权利要求9所述的生物养殖治理水污染系统的封闭浮式网箱，其特征在于封闭式浮网箱可以是圆体，椭圆体，多边体，规则和不规则体，网箱的大小，深浅和形状根据水体和环境条件而定。

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