CN101606506A - 集约化的循环水养殖系统 - Google Patents
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Abstract
一种集约化的循环水养殖系统，该系统包括至少一配置于水产养殖池的、主要由水泵、过滤器以及消毒装置构成的水质净化系统，所述的水泵至少被设置在回水调节池与一由砂滤罐之间，所述的砂滤罐之后依次相接有生物滤池和蛋白分离器并构成所述的过滤器；所述的水质净化系统中配置有溶解氧投放设备，且该设备通过相接于蛋白分离器向水质净化系统充氧；所述的水质净化系统中配置有臭氧发生器和带锅炉的自动调温机组，且它们分别通过管道接于水质净化系统中；它具有结构简单，占用面积小，成本低，循环水质处理效果佳，能满足集约化水产养殖要求等特点。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种采用新型水质净化系统的循环水养殖系统，尤其是一种集约化的循环水养殖系统，属于水产养殖技术领域。
背景技术
水产养殖业的发展是与当今社会飞速发展分不开的。传统的水产养殖主要是依靠一个大面积的养殖池，其用水量和废水排放量很多，因此不仅能量消耗大，而且对环境的影响也大，通常水产养殖过程中产生的大量排泄物与残饵会累积于养殖池内，并进而造成养殖池内的水质逐渐恶化，衍生养植物的病变，降低水产养殖的产量和品质。
为解决上述传统水产养殖方法存在的弊病，目前一些养殖业者也有采用一些废水处理技术并应用于现代养殖业中，以保障养殖池内良好的水质。但由于选用的废水处理方法不适应养殖池的循环水处理，有的结构太复杂，有的处理效果不佳，有的成本太高等等。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种结构简单，占用面积小，成本低，循环水质处理效果佳，能满足集约化水产养殖要求的集约化的循环水养殖系统。
本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，该系统包括至少一配置于水产养殖池的、主要由水泵、过滤器以及消毒装置构成的水质净化系统，所述的水泵至少被设置在回水调节池与一由砂滤罐之间，所述的砂滤罐之后依次相接有生物滤池和蛋白分离器并构成所述的过滤器。
所述的水质净化系统中配置有溶解氧投放设备，且该设备通过相接于蛋白分离器向水质净化系统充氧。
所述的水质净化系统中配置有臭氧发生器和带锅炉的自动调温机组，且它们分别通过管道接于水质净化系统中。
所述的水质净化系统通过一回水调节池与水产养殖池的中央底部设置的出水口相连，而所述的水质净化系统净化后的回水通过养殖池的池壁上沿周切向方向设置的循环水进水管口相连。
本发明经过所述水质净化系统处理后的水质指标能够符合国家渔业用水水质的标准。
工厂化水产养殖是现代化设施渔业的具体体现之一，是当今最先进的养殖模式，具有占地面积小、生产集中、产量高、效益好的特点，是现代渔业生产的现实选择。
本发明主要对养殖用水的三个方面进行调控：1、水质2、溶解氧3、温度，这三个方面缺一不可，构成了一套完整优秀的系统。其功能主要有：(1)装备高效的过滤器，快速去除水中的悬浮物和金属离子。(2)装配蛋白质分离系统，去除水中的油污和有机物质。(3)通过使用臭氧或紫外线消毒，彻底杀灭水中的病毒细菌，避免了病毒对鱼体造成的影响和侵害，提高了鱼体的摄食率和苗种的孵化率，同时减少了换水量和换水次数，大大节约了劳动力、能源，降低了成本。(4)使用生物过滤净化系统，通过对硝化细菌和反硝化细菌的合理利用，减少氨氮含量，保持水质长期处于稳定状态。(5)利用纯氧通过溶氧器向水中增氧，增加养殖密度和品质，溶氧器可以按照设定的溶氧数值自动进行调控，达到合理的溶氧值，氧气利用效果达到100％。(6)采用不锈钢板为触媒的自动换热器，避免了传统钢管换热产生的有毒金属离子对水质的负面影响，同时使养殖业实现一年多季，换热器可以根据需要设定的水温自动调节水温，不会因传统升温速度慢、水温忽冷忽热产生的对苗种的危害。(7)使用水质在线自动监测系统，对影响养殖育苗的各种水质指标进行动态监测和改善，并能对各种水质的异常波动进行报警，还可以将各种数据储存统计，有利于对生产过程和生长过程中水质和生长的关系进行对比分析。(8)使用机电一体自动化设备，对各种设备进行自动操作，避免了人工操作产生的失误，增加了工作效率。它具有结构简单，占用面积小，成本低，循环水质处理效果佳，能满足集约化水产养殖要求等特点。
附图说明
图1是本发明的系统构成原理示意图。
具体实施方式
下面将结合具体实施例及附图对本发明作详细的介绍：本发明包括至少一配置于水产养殖池的、主要由水泵、过滤器以及消毒装置构成的水质净化系统，所述的水泵至少被设置在回水调节池与一由砂滤罐之间，所述的砂滤罐之后依次相接有生物滤池和蛋白分离器并构成所述的过滤器。
所述的水质净化系统中配置有溶解氧投放设备，且该设备通过相接于蛋白分离器向水质净化系统充氧。
所述的水质净化系统中配置有臭氧发生器和带锅炉的自动调温机组，且它们分别通过管道接于水质净化系统中。
所述的水质净化系统通过一回水调节池与水产养殖池的中央底部设置的出水口相连，而所述的水质净化系统净化后的回水通过养殖池的池壁上沿周切向方向设置的循环水进水管口相连。
养殖水中，污染物质来源于鱼类分泌排泄物、饵料残留，包括碳、氮、磷、硫四种元素。其中碳、磷、硫三种元素在循环过程中形成的各种产物，在溶解氧充分的条件下对于鱼类影响不大，而且伴随着氮循环，它们也在各种微生物的作用下，不断转化成对于鱼类无毒或者毒性较低的物质，所以循环水养殖水处理的主要目标是脱氮，利用微生物脱氮。
氨氮到硝酸氮的转化过程需要亚硝化细菌、硝化细菌的作用。养殖水体中亚硝化细菌、硝化细菌能达到的最大浓度为2.5×106个/L，硝化细菌为2×106个/L，可是这个数量对于高密度渔业养殖生产来说远远不够。因此以我们目前的养殖密度和投饵量，如果不进行水质管理，单依靠水体的微生物数量不能完全转化氨氮。因此我们需要在含氮有机物质转化成氨氮以前要有效的去除。处理方式有过滤和气浮。在过滤环节中我们在每个鱼池排水中设计安装颗粒收集器，更好的将残余饵料排除，然后进入回转式微滤机去除杂质。有实验研究报告指出：水中悬浮物质每提高10毫克/升会使BOD升高6毫克/升，总氨氮提高1.2毫克/升。因此悬浮物的去除十分重要，将对后续的工艺流程产生很大的影响。回水进入回水池，回水池中放置浸没式生物填料，利用水中的剩余溶解氧和跌水充氧来满足氨氮氧化需要的溶解氧。氨氮在完全氧化时耗氧量为69-253mg/L，但是在亚硝化细菌和硝化细菌成熟后，会降到水体饱和溶氧量的20％。因此这就为养殖水处理降低成本提供了有力的理论依据。国外的一些工艺流程上采用了污水处理的设备和模式，没有针对养殖水处理的特点来开发，很多的能量和材料浪费在水体充氧上，但是污水处理充氧的目的降低COD、BOD，而养殖用水在滤床成熟后，进水和出水的DO差别小于1mg/L。
附图1所示，水泵3将水从回水调节池2中抽取到砂滤罐4里，沙滤罐4将悬浮物进一步处理掉，使水质的混浊度达到3度，这样水质中已经没有可以继续分解的固体含氮化合物。过滤后的水进入生物滤池5里，生物滤池5里的生物介质上附着的生物细菌以大约0.45g/m2/h的速度将水中的氨氮转化成硝酸盐。然后生物处理后的水进入蛋白质分离器6中，蛋白质分离器6的作用是将溶解在水中的蛋白质和更细小颗粒以及氨氮利用气浮的原理去除。每千克蛋白质可以产生60克以上的氨氮，所以蛋白质的去除非常重要。通过向蛋白质分离器中充氧，一方面可以利用气液相交换的气浮原理去除蛋白质和细小颗粒，另一方面也可以吹脱CO2补充生物氧化时消耗的大量氧气。同时蛋白质分离器也是臭氧同水均匀反应的设备。因此蛋白质分离器是过滤处理、补充溶解氧和臭氧消毒处理的必不可少的设备。
溶解氧的投加设备8采用加压式自动控制纯氧灌注系统，利用增加密封水体环境表面压力可以增加溶解氧饱和点的原理将氧气投加到系统中的一小部分水中，使这部分水的溶解氧饱和点达到标准大气压下饱和点的几倍，然后将这部分水同其余大部分水混合，使超饱和的溶解氧稀释到标准大气压下的溶解氧饱和点，达到增氧的目的。系统还可以根据养殖量设定溶氧值，自动对氧气进行补充，可以对溶解氧的异常进行报警，氧气的利用率达到95％，相比其他形式节约大量的费用，并且高效、快速、准确。
所述的水质净化系统中配置有臭氧发生器7和带锅炉的自动调温机组9，且它们分别通过管道接于水质净化系统中。
经过上述处理后的水还含有细菌和病毒等致命微生物，因此有必要进行消毒处理。使用臭氧发生器7对水体进行消毒。臭氧消毒具有化学反应快、投量少、水中无剩余残留、不造成二次污染的优点，逐渐成为水体消毒的主流方式。
实施例1
本发明设计游泳性鱼养殖密度为50kg/m3，两跨车间总面积为2000m2，车间平均水深为1.35米，每车间16个容积32立方米水泥池，场区总水体1024立方米.日交换次数5次，小时回收水总量为200m3，循环水回收率为95％。场区为两跨车间，每个车间设计相对独立的循环水处理系统，每套水处理单元的循环水量100m3/h，这样场区可同时进行不同水温和种类的养殖和孵化，节约能源。每车间的水处理设备安装在每车间的西面，每个设备间的面积为45m2。
一、养殖系统的管道装置
育苗车间沿池周切向进水，使池水产生切向流动而旋转起来，将残饵粪便旋至中央排出，污物排出后，进行沉淀、简单砂滤污物固体收集，或者进入水生植物池进行生物降解，可以实现污水零排放。回收水和污水排出采用分管道的形式，避免因污水量少却增加水处理系统的压力。每车间使用单独的水处理设备，可以每个车间培育不同水温和水质的生物。
车间管道采用饮用水级PVC给水管材，球阀和蝶阀采用PVC材质，螺栓采用不锈钢材质，避免使用金属管材的二次污染。
二、水质净化系统的配置
工厂化养殖对水质的要求很高，尤其是封闭式循环水养殖系统，养殖水必须回收利用，要达到鱼类最佳生长环境的水质要求，必须具有功能完善、运转良好的水质净化系统，这是工厂化养鱼的关键，水质净化系统主要包括水泵、过滤器、消毒装置等。
1、水泵每车间设置为两台，流量50m3/h/台，功率3kw/台，互为备用。共计4台。
2、过滤器
(1)微滤机
微滤机安装120目绢筛网，以及两层不锈钢孔板，通体采用不锈钢材料，齿轮采用工程塑料材质，减速机采用可调式，清除残饵粪便彻底快速效果好、电耗少、自动清洗，污物固体回收，流量100m3/h/台，功率1.1kw/台，共计2台。安装在回水调节池进水口，回水调节池设置在室外。
(2)高效压力过滤器
机械滤器使用硬质的细小颗粒为过滤介质。当水通过一定厚度的过滤介质时，水中的悬浮颗粒被介质阻隔而停留下来，从而达到净水的目的。最常见的过滤介质是石英砂。根据水质要求的不同，调节石英砂的粒径，或将不同粒径的砾石和石英砂分层铺设，不但可以满足不同的水质要求，而且大大提高过滤速度。
在工厂化循环水养殖和水族馆养殖中使用最多的机械滤器是常压的过滤砂池和高压的过滤砂缸。因可方便地进行反冲洗，砂缸比砂池有更多的优越性。
我们选择无阀玻璃钢砂滤罐作为物理过滤部分，过滤所用石英砂过滤效果好、价格便宜、可就近采取，更换方便；能从水中高效去除各种类型的浮游生物、藻类、无机与有机碎片、金属离子、部分可溶性物质、蛋白质，减少后期生物处理负担；过滤能力强，使用方式机动灵活，过滤、反冲等工作模式操作简单可靠；罐体采用玻璃钢加强纤维缠绕，抗老化，外形美观，施工维护简单方便。流量50m3/h/台，共计4台。
(3)蛋白质分离器
蛋白质分离器是一种简单有效的污水处理装置，用来减少物理的和化学的胶状物。它利用了气泡表面张力吸附的作用进行浓缩和分离有机物的原理，通过气浮方式来脱除养殖污水中悬浮的胶状体、纤维素、蛋白素、残饵和粪便等有机物。去除掉这些生成氨氮的有机物就相应的去除减少氨氮含量，使养殖环境更优越，更有大密度长时间养殖的条件。
稳定pH值，大量微细气泡会注入水中，与水体中的二氧化碳形成交换，碳酸盐磷酸盐硬度下降，pH值得到稳定。兼具臭氧混合器的作用，配有臭氧进气口，当注入微量臭氧后，接触室同时成为了消毒反应罐。安装、拆卸、维护、简单方便。
桶体采用卫生级PE板注塑，污物收集器采用有机玻璃注塑。射流器采用美国MAZZI公司原装产品，气泡细腻气体利用率高。臭氧管采用美国原装铁氟龙材质管，增压泵采用铝壳不锈钢水泵。流量100m3/h/台，功率2.2kw/台，共计2台。
(4)生物过滤器
生物滤器是工厂化循环水养殖中最关键的部分，也是最困难和需要维护的部分。在养殖水体中，氨氮来自于养殖鱼类鳃部的直接排泄，其次是鱼类的粪便、残饵以及其他含氮有机物的分解。氨氮(分子态氨)对鱼类的毒性很大，一般食用鱼类高于0.1mg/L、珊瑚礁鱼类高于0.01mg/L就会造成鱼类死亡，是水产养殖和水族馆养殖中需要克服的首要问题。
硝化细菌是一类广泛存在于自然界的好氧性微生物，能将水中的氨氮转化成亚硝酸盐，进而转化成毒性低的硝酸盐。硝化细菌必须粘附在固体表面才能富集。生物过滤器介质的作用就是作为一种载体，尽可能为细菌提供表面积巨大的附着物并让水流尽可能均匀地接触附着物。
从生物滤器的设计上，我们可以将其分为滴滤式和浸没式两种。
滴滤式生物滤器不但能为硝化菌提供巨大的着生表面，而且提供连续、缓慢、含有高溶解氧的水流。硝化作用是一个需氧的过程，也就是说，硝化菌在降解氨氮时需要充足的氧气。同时硝化菌转化氨氮需要一定的接触时间。因此，滴滤式生物滤器为细菌提供了良好的生活环境，转化效率很高。
相比之下，浸没式滤器浸没在水里，溶解氧的含量往往成为氨氮转化的限制因素，如何为湿式滤器提供连续、缓慢、含有高溶解氧的水流，是设计者需要充分考虑的问题。在大多数工况条件下，浸沉式生物滤器需要空气供氧。
设计中我们采用有条件时在循环水回流沟中摆放玻璃钢斜板或卵石石子作为第一级生物处理方式，玻璃钢斜板表面积大，清洗容易，价格便宜。滴滤式滤器和浸没式滤器结合在一起，利用玻璃钢桶身，桶内上部安装弹性生物填料，下部安装生物球生物填料，桶底安装加拿大曝气石一方面增加溶解氧，另一方面驱除二氧化碳。
生物挂膜在国内都是一个还没有很好方法解决的难点，相关研究报告证实在自然海水中硝化细菌在生物填料上繁殖过程是相当缓慢的，设计中采用自认挂膜和投加硝化细菌相结合的方式。流量50m3/h/台，共计4台。
(5)消毒系统
臭氧消毒具有反应快、投加量少、光谱高效、水中无持久残余、不造成二次污染等优点，也是目前公认的最有效的消毒方法。紫外线消毒具有成本低、危险性小的特点。但设计中要使用纯氧因此建议使用臭氧消毒方式。流量30g/h/台，共计2台。
三、自动调温系统
生产过程中不可避免补加水和自然散热，需要对水体补充热量，最经济的升温设备是锅炉。系统设计使用不锈钢板式自动加热换热器，不腐蚀，在工作过程中可根据要求设定的水温值自动调节出水的温度，误差小、占地少、节能好，节省了建设调温池的基础费用，也节省了人工调节水温的繁琐人工费用。功率1.1kw/h/台，共计2台。
四、自动溶氧系统
要保持水体中有一定的溶解氧，必须向水中充气增氧，传统的增氧机为气泵，气源为未经过过滤消毒的空气，含氧量21％，4/5的气体会从水中逃逸，因此浪费大量的电能才能保证足够的溶解氧，投加过量则会因二氧化碳过多造成鱼类的气泡病，严重的制约了养殖的密度和品种的品质。因此溶解氧的多少直接影响着鱼类的生长和饵料效率，水中的溶解氧高时，鱼吃的少，长的快，因而生长成本低，所以工厂化养殖为了达到最低的饵料系数，最大的养殖密度，最大的增重率，最好的品质，需要采用纯氧溶入水中。
4.1.利用加拿大POINT FOUR生产的压力溶氧系统，将纯氧溶入水中，溶氧效果可以达到100％。而溶氧系统还可以对水体的溶氧度根据需要自动控制，低于设定要求值时，系统自动开启充氧，高于设定要求值时，自动关闭，避免过渡增氧而浪费能耗，并且对异常进行报警。
4.2.备用：采用同厂生产的氧气陶瓷曝气器作为停电和养殖量少时的备用溶氧系统(使用液氧杜瓦瓶)。建议使用液氧，成本比使用制氧机低50％，而且免维护，但是受到加氧地点和加氧条件的制约。国产制氧机价格为进口纯氧机的30％左右，但存在故障率高、氧气纯度低的、使用寿命短的缺点。流量5m3/h/台，共计2台。
五、水质在线自动监测控制系统
采用加拿大公司生产的水质在线自动监测控制系统PT4ION。1.可以在线监测水质的一些重要参数，必备的参数比如溶解氧，温度和ORP或者TGP(通过ORP或TGP值可以大概反映氨氮含量，我公司提供对应的换算表格)，其它可选取参数比如盐度，PH，电导率，浊度等。2.通过对溶解氧设定数值，系统可以自动控制补充氧气或者停止充氧，这样可以大大的节省氧气的消耗。3.所有监测的参数可以通过专用软件实时地显示在电脑屏幕上，并且可以将数据存贮到电脑中，以便进一步的分析。4.该套系统还可以在电脑和主控制器之间进行无线传输，可以大大方便管理人员对渔池进行监测。5.该系统具有报警功能，当溶解氧低于或超过所设定的值时，系统将自动报警，以便进行处理及24小时无人监控。整套设计方案处于国内一流，国际先进。
Claims (4)
1、一种集约化的循环水养殖系统，该系统包括至少一配置于水产养殖池的、主要由水泵、过滤器以及消毒装置构成的水质净化系统，其特征在于所述的水泵至少被设置在回水调节池与一由砂滤罐之间，所述的砂滤罐之后依次相接有生物滤池和蛋白分离器并构成所述的过滤器。
2、根据权利要求1所述的集约化的循环水养殖系统，其特征在于所述的水质净化系统中配置有溶解氧投放设备，且该设备通过相接于蛋白分离器向水质净化系统充氧。
3、根据权利要求1或2所述的集约化的循环水养殖系统，其特征在于所述的水质净化系统中配置有臭氧发生器和带锅炉的自动调温机组，且它们分别通过管道接于水质净化系统中。
4、根据权利要求3所述的集约化的循环水养殖系统，其特征在于所述的水质净化系统通过一回水调节池与水产养殖池的中央底部设置的出水口相连，而所述的水质净化系统净化后的回水通过养殖池的池壁上沿周切向方向设置的循环水进水管口相连。
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