CN103039396B - 绿色，有机农业种植、养殖生态循环系统 - Google Patents
绿色，有机农业种植、养殖生态循环系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了绿色，有机农业种植、养殖生态循环系统，其包括水产养殖容器（1）、第一连接管（2）、沉淀容器（3）、第一暂存容器（5）、第一过滤容器（6）、硝化容器（7）、第二过滤容器（8）、第二暂存容器（9）和植物种植容器（10）。另外，本发明还提供了可使用上述系统实施的循环种植和养殖的方法以及上述系统中的部件在制造种植和养殖生态循环系统中的应用。
Description
技术领域
本发明属于种植业和养殖业农用机械技术领域，具体而言，本发明涉及用于绿色有机农业的种植、养殖生态循环系统及其应用。
背景技术
通过养殖水产（如，非底栖类动物，如鱼）产生的废水和/或废渣来种植农作物，以此来进行循环种植和养殖，该技术的研发工作起步较早。例如，中国专利90100155号公开了鱼（虾）菜共生系统，通过水中养鱼、水面和空间立体无土栽培蔬菜，然而该专利的系统结构的实施细节比较粗略，尤其是“养殖水池中间有鱼粪收集井，收集井内的鱼粪及污水由污水泵抽吸向上浇入最上层的栽培槽”，导致养殖产生的废水和废渣不分离。
中国专利99110087号公开了水生植物及动物生态循环养殖系统，在水生植物槽中种植浮萍类植物，与水生动物槽中的水进行循环，然而该专利的系统结构的实施细节比较粗略，而且废水和废渣不分离，限于种植水生植物。
中国专利200810204130号公开了养鱼水体的光催化-植物协同净水方法，设计了过滤槽排放养殖的固体杂志，利用含二氧化钛光催化材料处理，然后再用于培养植物，然而其效率不高，主要用于市政景观的低浓度水质处理，而非大规模的养殖/种植业，而且其中使用的含二氧化钛光催化材料对于大规模的养殖/种植业推广来说，也过于昂贵。
中国专利200880123138号公开了蔬菜和鱼类共生设备，其中除了较常规的养殖和培养单元之外，还包括冷凝管的使用来收集植物蒸腾的水分，这实质上效率不高，甚至有舍本逐末的意味。
中国专利200910037806号公开了可高效循环利用水产养殖的装置和实现方法，包括植物栽培浮床、微生物培养中间层以及底层共振板，然而该专利中的植物栽培量受限于植物栽培浮床所能漂浮的水体面积，其装置结构的养殖效率也不高。
中国专利201010103123号公开了闭合循环养殖水体中有机颗粒和营养盐的去除方法，主要利用藻类或黑麦草等经济性不佳的植物，而且相应结构也只适合养殖水日循环量在10倍左右的情况。
中国专利201010138335号公开了双层鱼菜共生型工厂化循环水养殖系统，其中所有养殖产生的水均通过生物滤器进入喜水植物水培养装置，然后进行水质条配，再回流养殖池，这会导致效率不佳。
中国专利201120090260号公开了零排放鱼菜互生循环装置，采用了较为普通的装置结构，而且缺乏实施的细节。
尽管有如此之多的技术，但是这类设备始终未能在我国推广使用。究其原因，本发明人长期研究发现主要有两条，首先是缺乏实施细节，例如收集、排污等设备一笔带过，而现实中如果没有完善设计，或者排污不充分导致水质劣化，或者排出过多水体而需要补充，失去循环的本意；其次，无法有效平衡微生物和植物对水体的不同净化作用；再次，也是更重要的，生产效率不高，投入/产出比过高，往往是亏损（循环所需的泵送电量无法省），为了环保循环而失去了产业化推广的利润来源。
本发明人通过长期而艰苦的努力，通过对产业的成本和产出以及各环节的详细研究，首先摒弃了节省泵送电力减慢循环的常规做法（因为其会减少循环通量，导致种植/养殖的效率低下，尤其是养殖的效率低下），采用高循环通量处理的指导思想，配合一系列超越现有技术的装置/部件结构的改进措施，平衡微生物和植物对水体的不同净化作用并提高能源利用效率，开发了用于绿色有机农业的种植、养殖生态循环系统，即绿色，有机农业种植、养殖生态循环系统，在达到用水内部循环等环保要求的基础上，使得投入/产出比达到了经济上能实际可持续推广的要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供了新的种植、养殖生态循环系统，即绿色，有机农业种植、养殖生态循环系统，其能用于绿色有机农业。另外，本发明还提供了利用该系统的应用（循环种植、养殖的方法）及该系统中的部件等。
具体而言，在第一方面，本发明提供了种植和养殖循环系统，其包括具有排水口（14）的水产养殖容器（1）和植物种植容器（10），其特征在于，其包括，
沉淀容器（3），其上部具有低于水产养殖容器（1）的水面（12）的排水口（34）并具有低于水产养殖容器（1）的水面（12）的进水口（35），而且其进水口（35）通过第一连接管（2）与水产养殖容器（1）的排水口（14）连通；
第一暂存容器（5），其上部与沉淀容器（3）的排水口（34）连通，而且其下部具有排水口（51），并且其排水口（51）与第一过滤容器（6）的下部连通；
第一过滤容器（6），其上部具有低于水产养殖容器（1）的水面（12）的排水口（63），而且其排水口（63）与硝化容器（7）上部连通，并且其内部能装载过滤填料（61）；
硝化容器（7），其下部具有排水口（73），并且其排水口（73）与第二过滤容器（8）下部连通，而且其内部能装载培菌球（71）和/或活性炭；
第二过滤容器（8），其上部具有低于水产养殖容器（1）的水面（12）的排水口（83），而且其排水口（83）与第二暂存容器（9）上部连通，并且其内部能装载过滤填料（81）；和，
第二暂存容器（9），其通过第二连接管（11）向水产养殖容器（1）输送水，通过第三连接管（91）向植物种植容器（10）输送水，而且通过第四连接管（92）接收来自植物种植容器（10）的水。
在本文中，本发明第一方面的系统被命名为绿色，有机农业种植、养殖生态循环系统。本发明第一方面的系统用于农业种植、养殖中，做到了水体和水溶性种植、养殖废弃物的循环利用，为绿色和/或有机农业提供了基础。
在本文中，如无相反说明，“第一”、“第二”…“第五”等词表示所指代的部件是位于不同位置的，但是并不对所指代的部件的功能、材料等起到限定作用。例如，第四联接管和第三连接管同为起到连接而输送水体的功能，可以使用相同或不同的材料制备而成，但是它们的位置是不同的。
在本文中，如无相反说明，在本文中，“上部”和“下部”等词对于本领域技术人员来说是可以清楚理解的，但是为了清楚起见，“上部”可以指相应物体高度一半以上部分的位置，“下部”可以指相应物体指高度一半以下部分的位置。
在本文中，如无相反说明，在本文中，“低于”和“略低于”等词对于本领域技术人员来说是可以清楚理解的，但是为了清楚起见，“低于”指水平高度更低，而“略低于”指的是水平高度更低1-30cm，优选是2-20cm，如5-10cm。
在本文中，如无相反说明，“水产”或“水产品”指的是具有养殖价值的水产生物，优选是非底栖水产生物，如鱼，即优选水产养殖容器（1）中养殖的水产品是非底栖类水产品，如鱼。水产生物的饲料均可以从市场上购买。
在本文中，如无相反说明，“容器”的形状一般为立方体或圆柱体。“容器”和其他管线可以使用水泥、不锈钢、塑料或者其他适宜的现有材料制成，这些通常与泵和阀门一样，都能从市场上购买。
在本发明第一方面的系统中，“容器”可以有盖，也可以没有盖。在本发明第一方面的系统中，至少有一个容器（优选是水产养殖容器（1），因为该容器本身需要投入饲料；也可以是第一暂存容器（5）和/或第二暂存容器（9），因为可以避免直接向水产养殖容器（1）投导致局部pH失控）没有盖或者盖可以打开，从而能补充因蒸发和生物生长等所消耗的水、微量元素（如，硝酸镁）和/或投入pH调节剂（如，酸或碱，例如盐酸或NaOH，又如磷酸氢二钾和/或磷酸二氢钾），以维持适于水产生物生长的环境。
在本发明第一方面的系统中，水产养殖容器（1）、第一连接管（2）、沉淀容器（3）、第一暂存容器（5）、第一过滤容器（6）、硝化容器（7）、第二过滤容器（8）和第二暂存容器（9）的底面可以处于同一水平位置上上，也可以不处于同一水平位置上，优选水产养殖容器（1）、第一连接管（2）、第一暂存容器（5）、第一过滤容器（6）、硝化容器（7）和第二过滤容器（8）的底面处于同一水平位置上；沉淀容器（3）的底面（或底角）不与水产养殖容器（1）的底面处于同一水平位置上，更优选沉淀容器（3）的底面（或底角）低于水产养殖容器（1）的底面，这样更有利于收集沉淀；和/或，第二暂存容器（9）可以与水产养殖容器（1）的底面处于同一水平位置上，也可以不与水产养殖容器（1）的底面处于同一水平位置上，如低于水产养殖容器（1）的底面。
经本发明人研究发现，水产品（如，鱼）的饲料有许多可以漂浮或悬浮存在，而影响水质的代谢残渣则多为沉淀，因此优选在本发明第一方面的系统中，沉淀容器（3）的进水口（35）通过第一连接管（2）与水产养殖容器（1）下部的排水口（14）连通，也就是说，水产养殖容器（1）下部具有排水口（14）。这样，可以尽量避免饲料的浪费，并提高水质净化的效率。
第一暂存容器（5）可以与沉淀容器（3）紧密相连，即第一暂存容器（5）与沉淀容器（3）具有共用的容器壁，而沉淀容器（3）的排水口（34）可以位于该容器壁上。然而，经本发明人研究发现，由于沉淀容器（3）是整个系统中污物积累最多的部件，其检修、维护频率要大于其他部件，并且与其他部件不同步，因此优选在本发明第一方面的系统中，第一暂存容器（5）上部通过第五连接管（4）与沉淀容器（3）的排水口（34）连通。这样，采用独立的第五连接管（4），尤其是可以进行开闭的第五连接管（4），可以方便从系统中隔离沉淀容器（3）。所以，也优选第五连接管（4）上设置有阀门（41）。
经本发明人研究，采用反重力方向的过滤能够更有效地过滤清除有害颗粒型杂质，所以第一暂存容器（5）的排水口（51）与第一过滤容器（6）的下部连通。第一暂存容器（5）的排水口（51）可以通过连接管与第一过滤容器（6）的下部连通，然而，经本发明人设计，可以更有效利用空间，因此优选在本发明第一方面的系统中，第一暂存容器（5）与第一过滤容器（6）是紧密相连的，即第一暂存容器（5）与第一过滤容器（6）具有共用的容器壁（52）。也优选其中，第一暂存容器（5）的排水口（51）是容器壁（52）上的开口。
优选在本发明第一方面的系统中，第一过滤容器（6）上部具有低于沉淀容器（3）的排水口（34））的排水口（63）。
第一过滤容器（6）的排水口（63）可以通过连接管与硝化容器（7）上部连通。然而，经本发明人设计，可以更有效利用空间，因此优选在本发明第一方面的系统中，第一过滤容器（6）与硝化容器（7）是紧密相连的，即第一过滤容器（6）与硝化容器（7）具有共用的容器壁（62）。也优选其中，第一过滤容器（6）的排水口（63）是由容器壁（62）顶部降低而形成的溢流口。
同样基于本发明人的反重力方向的过滤研究，硝化容器（7）的排水口（73）可以通过连接管与第二过滤容器（8）下部连通。而且，同样经本发明人设计以更有效利用空间，可以优选在本发明第一方面的系统中，硝化容器（7）与第二过滤容器（8）是紧密相连的，即硝化容器（7）与第二过滤容器（8）具有共用的容器壁（72），也优选其中，硝化容器（7）的排水口（73）是容器壁（72）上的开口。
优选在本发明第一方面的系统中，第二过滤容器（8）上部具有低于沉淀容器（3）的排水口（34）或低于第一过滤容器（6）的排水口（63）的排水口（83）。
第二过滤容器（8）的排水口（83）可以通过连接管与第二暂存容器（9）上部连通。然而，经本发明人设计，可以更有效利用空间，因此优选在本发明第一方面的系统中，第二过滤容器（8）与第二暂存容器（9）是紧密相连的，即第二过滤容器（8）与第二暂存容器（9）具有共用的容器壁（82）。也优选其中，第二过滤容器（8）的排水口（83）是由容器壁（82）顶部降低而形成的溢流口。
在本发明第一方面的系统中，第一连接管（2）上可以设置有泵和/或阀门（21）。经本发明人研究发现，第一连接管（2）如果是虹吸管，则相对于普通管线更不容易堵塞，而且还可以不设置泵，从而降低成本。因此，优选在本发明第一方面的系统中，第一连接管（2）是虹吸管（即，该管的最高处高于水产养殖容器（1）的水面（12），但不高于10m），进一步优选第一连接管（2）是虹吸管而且不设置泵。另外，对于虹吸管，可以设置阀门（21），从而便于将沉淀容器（3）隔离开来。
经本发明人研究发现，尽管在系统中设置了沉淀容器（3），但是由于高密度养殖水产品对水循环处理要求高，因此有些时候（如，鱼集中喂食后一段时间的集中排便），当水中污物含量高时，会来不及沉淀到沉淀容器（3）的底部，而直接流入沉淀容器（3）的排水口（34），一方面给后面的水循环处理带来压力，另一方面容易堵塞沉淀容器（3）的排水口（34）。因此经本发明人设计，优选在本发明第一方面的系统中，沉淀容器（3）的进水口（35）低于沉淀容器（3）的排水口（34），而且沉淀容器（3）内部高于进水口（35）且低于排水口（34）处设置滤网（31）。这样，可以有效避免上述问题。滤网（31）可以是可拆卸的，从而便于维护清理。
沉淀容器（3）下部可以具有允许开闭的排污口。这样，打开排污口，可以将沉淀在底部的污物清理到外界。然而，经本发明人研究发现，排污口如果设置得过低，如设置在沉淀容器（3）的底面，在系统运行的时候打开排污口进行清理，由于水压过大，清理操作十分不便；而如果设置得较高，则沉淀容器（3）底部将积累污物而难以清理，长期使用将导致沉淀容器（3）的容量减少。因此经本发明人设计，优选在本发明第一方面的系统中，沉淀容器（3）下部呈现逐渐收缩形状，而且沉淀容器（3）内部下部具有对着收缩中心的罩（32），并且罩（32）上设置能与外界连通的排污管（33）。这样，污物及不容易在底部积累，而且也能避免水压过大的问题。通常，排污管（33）上设置有阀门（331）。另外，与现有技术的设备热衷于搞设备来处理清理到外界的污物的启示截然相反，经本发明人研究，由于污物（或沉积物）经过循环的水流，基本上都是非水溶性成份，针对植物的营养水平低，没有再处理的经济和技术价值，收集后可以直接作为肥料、农药或者饲料的填料使用，而不进行处理，因此外界不设置用于处理该沉积物的污物处理设备。所以，优选排污管（33）的外界不设置污物处理设备。
优选在本发明第一方面的系统中，第一暂存容器（5）的排水口（51）上设置有用于防止第一过滤容器（6）的过滤填料（61）进入第一暂存容器（5）的滤网。
第一过滤容器（6）的过滤填料（61）可以包括碎石和/或活性炭。经本发明人研究发现，为了取得更好的过滤效果，优选在本发明第一方面的系统中，第一过滤容器（6）的过滤填料（61）包括碎石和活性炭，更优选自下而上依次包括碎石和活性炭。
在本文中，碎石可以是砾石和/或鹅卵石，通常直径在1~5cm。另外在本文中，由于活性炭容易随水流而流动，因此通常将其包裹在纱布袋中使用，必要时，可以在袋中加碎石以使其更加稳定。
在本文中，培菌球是本领域技术人员所熟知的水产养殖中使用的水处理设备，为硝化细菌在其表面或内部提供固置的场所。培菌球可以本身不带有硝化细菌，而通过养殖一段时间后自然形成；也可以预先植入硝化细菌。另外，在培菌球中添加些活性炭也是有益的。这些培菌球均可以从市场上购买。在本发明的具体实施方式中，培菌球可购自浙江铭峰。为了促进硝化细菌对水体的硝化，优选硝化容器（7）内部通入第一通气管（74）。这样可以通入空气或氧气，促进硝化细菌在培菌球上生长和代谢硝化。
优选在本发明第一方面的系统中，硝化容器（7）的排水口（73）上设置有用于防止第二过滤容器（8）的过滤填料（81）和硝化容器（7）的培菌球（71）和/或活性炭交流的滤网。
第二过滤容器（8）的过滤填料（81）可以包括碎石和/或活性炭。然而经本发明人研究发现，只需要使用碎石就能很好地满足这一步骤的处理要求，因此优选在本发明第一方面的系统中，第二过滤容器（8）的过滤填料（81）包括碎石而不包括活性炭。
在本发明第一方面的系统中，第二连接管（11）上设置有泵（111）和/或阀门，优选设置有泵（111）而不设置阀门，更优选其中泵（111）是高功率泵，即其规格（功率）能每小时循环水产养殖容器（1）中水体大于0.5次，优选大于1次，更优选大于2次，如3~5次。经本发明人研究发现，水体的高流量循环是能够高密度养殖从而产生足够经济效益的关键，所以泵（111）一般不关闭，从而也无需阀门。水体的高流量循环为水体带来了足够的氧气，因此水产养殖容器（1）可以不设置第二通气管（13）；当然为了防止泵（111）故障而需要应急，水产养殖容器（1）内部也可以通入第二通气管（13）。
经本发明人研究发现，向植物种植容器（10）输送的水量无需过高。因此在本发明第一方面的系统中，第三连接管（91）上设置有泵（911）和/或阀门（912），优选设置有泵（911）和阀门（912）；和，第四连接管（92）上设置有泵（921）和/或阀门（922），优选设置有泵（921）和阀门（922）。泵和阀门的开关可以调节向植物种植容器（10）输送的水量。向植物种植容器（10）输送的水量能润湿植物种植容器（10）中的多孔颗粒（101），如以0.5~5L/分钟流速的流水润湿，优选以1~3 L/分钟流速的流水润湿，更优选以2L/分钟流速的流水润湿。
优选在本发明第一方面的系统中，植物种植容器（10）是一个或多个植物种植槽，更优选是一个或多个向下倾斜的植物种植槽，如优选是一个或多个带有转角的向下倾斜的植物种植槽。在本文中，槽具有公众常规理解的含义，即带有长裂缝或开口的容器，植物可以从裂缝或开口处生长出来。植物种植容器（10）内部能装填多孔颗粒（101），优选是陶粒，其中不带有可溶性氮、磷、钾，只是为植物提供生根的附着物并保持水分。
在本发明第一方面的系统中，水产养殖容器（1）中养殖密度可以大于10kg/m3水体，优选大于20 kg/m3水体，更优选大于30 kg/m3水体，优选为35~100kg/m3水体，如50~75kg/m3水体。在本发明的具体实施方式中，水产养殖容器（1）中每m3水体可以养殖50~100条鲤鱼或罗非鱼。
现有技术的养殖密度低，水体中的植物营养物质浓度低，因此可供支持的植物种植量少，难以实践中应用推广。而在本发明的高密度养殖的情况下（相应水产生物代谢产生的植物营养物质浓度较高），水产养殖容器（1）中1m3水体的养殖量对应植物种植容器（10）中100~3000kg植物的种植量（即，1m3水体养殖的同时，可以供应植物生长，以最终成熟长成100~3000kg的植物量），优选对应植物种植容器（10）中500~2000kg植物的种植量，更优选对应植物种植容器（10）中800~1500kg植物的种植量。植物种植容器（10）可以种植蔬菜和/或水果，优选种植叶菜（如，白菜），也优选种植诸如草莓的水果。
在第二方面，本发明提供了循环种植和养殖的方法，其包括，水产养殖容器（1）中养殖水产品的水依次经过沉淀、第一过滤、硝化和第二过滤等处理，然后，第一部分水直接输送回水产养殖容器（1）中，第二部分水流经装填有多孔颗粒（101）的植物种植容器（10）种植植物后再输送回水产养殖容器（1）中，其中输送回水产养殖容器（1）中的水的总流速为每小时循环水产养殖容器（1）中水体大于0.5次，优选大于1次，更优选大于2次，如3~5次。
而流经植物种植容器（10）种植植物的水量不必太高。优选在本发明第二方面的方法中，流经植物种植容器（10）种植植物的水量植物种植容器（10）输送的水量能润湿植物种植容器（10）中的多孔颗粒（101），如以0.5~5L/分钟流速的流水润湿，优选以1~3 L/分钟流速的流水润湿。
优选在本发明第二方面的方法中，第一过滤用碎石和/或活性炭过滤，更优选用碎石和活性炭过滤，如优选依次用碎石和活性炭过滤。
优选在本发明第二方面的方法中，第二过滤用碎石和/或活性炭过滤，更优选用碎石过滤。
优选在本发明第二方面的方法中，水产养殖容器（1）中养殖密度可以大于10kg/m3水体，优选大于20 kg/m3水体，更优选大于30 kg/m3水体，优选为35~100kg/m3水体，如50~75kg/m3水体。从而在相应的高密度养殖的情况下，能够支持植物的高种植量。
在本文中，（植物的）种植量是以植物生长周期末尾成熟或可收割时的植物量计算的。水产养殖容器（1）中1m3水体的养殖量对应植物种植容器（10）中100~3000kg植物的种植量（即，1m3水体养殖的同时，可以供应植物生长，以最终成熟长成100~3000kg的植物量），优选对应植物种植容器（10）中500~2000kg植物的种植量，更优选对应植物种植容器（10）中800~1500kg植物的种植量。
最优选本发明第二方面的方法使用本发明第一方面的系统。
在第三方面，本发明提供了本发明第一方面的系统中的部分在制造种植和养殖循环系统中的应用，优选在制造本发明第一方面的系统中的应用。
本发明第一方面的系统中的部分可以是本发明第一方面的系统中的第一连接管（2）、沉淀容器（3）、第一暂存容器（5）、第一过滤容器（6）、硝化容器（7）、第二过滤容器（8）和第二暂存容器（9）之一个部分或多个组合部分。例如，本发明的第三方面提供了本发明第一方面的系统中的第一连接管（2）在制造种植和养殖循环系统中的应用；本发明的第三方面提供了本发明第一方面的系统中的沉淀容器（3）在制造种植和养殖循环系统中的应用；本发明的第三方面提供了本发明第一方面的系统中的由第一暂存容器（5）、第一过滤容器（6）、硝化容器（7）、第二过滤容器（8）与第二暂存容器（9）组成的部件在制造种植和养殖循环系统中的应用；和，本发明的第三方面提供了本发明第一方面的系统中的植物种植容器（10）在制造种植和养殖循环系统中的应用。
例如，具体优选本发明第一方面的系统中的部分可以选自：
第一连接管（2），其是带有阀门（21）的虹吸管，而且其中不设置泵；
沉淀容器（3），其上部具有排水口（34）和进水口（35），而且其进水口（35）低于其排水口（34），而且其内部高于进水口（35）且低于排水口（34）处设置滤网（31）；优选其下部呈现逐渐收缩形状，而且其内部下部具有对着收缩中心的罩（32），并且罩（32）上设置能与外界连通的排污管（33）；进一步优选排污管（33）上设置有阀门（331）；
由第一暂存容器（5）、第一过滤容器（6）、硝化容器（7）、第二过滤容器（8）与第二暂存容器（9）组成的部件，其中，第一暂存容器（5）能接收水，并且其下部具有排水口（51）；第一暂存容器（5）与第一过滤容器（6）是紧密相连的，即第一暂存容器（5）与第一过滤容器（6）具有共用的容器壁（52），而且第一暂存容器（5）的排水口（51）是容器壁（52）上的开口；第一过滤容器（6）能装载过滤填料（61），并且其上部具有排水口（63）；第一过滤容器（6）与硝化容器（7）是紧密相连的，即第一过滤容器（6）与硝化容器（7）具有共用的容器壁（62），而且第一过滤容器（6）的排水口（63）是由容器壁（62）顶部降低而形成的溢流口；硝化容器（7）能装载培菌球和/或活性炭，并且其下部具有排水口（73）；硝化容器（7）与第二过滤容器（8）是紧密相连的，即硝化容器（7）与第二过滤容器（8）具有共用的容器壁（72），而且硝化容器（7）的排水口（73）是容器壁（72）上的开口；第二过滤容器（8）能装载过滤填料（81），并且其上部具有低于第一过滤容器（6）的排水口（63）的排水口（83）；第二过滤容器（8）与第二暂存容器（9）是紧密相连的，即第二过滤容器（8）与第二暂存容器（9）具有共用的容器壁（82）。也优选其中，第二过滤容器（8）的排水口（83）是由容器壁（82）顶部降低而形成的溢流口；而且，第二暂存容器（9）能输出水；
和，
植物种植容器（10），其包括一个或多个带有转角的向下倾斜的植物种植槽，而且槽内部能装填多孔颗粒（101），优选是陶粒。
本发明取得的有益效果在于，水体在水产养殖和/或植物种植中循环，除了需要补充少量耗散掉的水之外，达到了循环利用水体的环保要求，即既大为减少了水的消耗，同时也大为降低了污水的排放；本发明的系统能够进行高密度的水产养殖，同时能够支持高种植量的植物种植，大幅提高了养殖量和种植量，并且由于本发明的系统的封闭性，因此可以避免污染侵入，使得绿色有机农业得以实施，除了景观等社会效益，也能取得良好的经济效益；所消耗的能源（电量）相对养殖和种植效益而言，达到了可持续推广应用的水平，这一方面得益于养殖量和种植量的提高以及绿色有机农业的收益，另一方面也得益于本发明的系统的大量细节部分的创新设计。
为了便于理解，以下将通过具体的附图和实施例对本发明进行详细地描述。需要特别指出的是，具体实例和附图仅是为了说明，并不构成对本发明范围的限制。显然本领域的普通技术人员可以根据本文说明，在本发明的范围内对本发明做出各种各样的修正和改变，这些修正和改变也纳入本发明的范围内。另外，本发明引用了公开文献，这些文献也是为了更清楚地描述本发明，它们的全文内容均纳入本发明进行参考，就好像它们的全文已经在本发明说明书中重复叙述过一样。
附图说明
图1显示了本发明种植和养殖循环系统的部分构成（水产养殖部分）。
图2显示了本发明种植和养殖循环系统的部分构成（水处理部分）。
图3显示了本发明种植和养殖循环系统的部分构成（植物种植部分）。
具体实施方式
以下通过示例性的实施例加以说明，其中各部件的材料、养殖的饲料等均可以通过市场购买。
实施例1 本发明的种植和养殖循环系统的构成
本发明的种植和养殖循环系统的结构如图1-3所示，其包括以下部件及其构成和连接形式：
水产养殖容器1：水产养殖容器1接近于底部的下部具有排水口14；另外，水产养殖容器1内部可以通入第二通气管13，用于向水体通入空气或氧气，但是也可以不设置第二通气管13；
第一连接管2：沉淀容器3进水口35通过第一连接管2与水产养殖容器1的排水口14连通；第一连接管2是虹吸管（即其中最高处高于水产养殖容器1的水面12），而且设置阀门21以控制流速和流量，但是第一连接管2不设置泵；
沉淀容器3：沉淀容器3上部具有略低于水产养殖容器1的水面12（显然水产养殖容器1的容器壁高度应当能高于投入使用时的水面12，另外，其他各个容器的壁的高度如非特别指出，也应当能高于投入使用时的水面12）的排水口34和低于沉淀容器3的排水口34的进水口35；沉淀容器3内部高于进水口35且低于排水口34处设置滤网31，以防止未来得及沉淀的大颗粒杂质直接流入（并可能堵塞）排水口34，尽管不是必须的，但是滤网31优选能开闭，从而方便捞取（清理）漂浮物；沉淀容器3下部呈现逐渐收缩形状（如，倒置的锥形或倒金字塔形），而且沉淀容器3内部下部具有对着收缩形状中心的罩32，并且罩32上设置能与外界连通的排污管33，而且优选排污管上设置有阀门331，开启阀门331后收缩形状中心的沉积物收水压作用涌起进入罩32内并通过排污管33流到外界（由于沉积物是非水溶性成份，针对植物的营养水平低，因此外界不设置用于处理该沉积物的污物处理设备，该沉积物收集后可以直接作为肥料、农药或者饲料的填料使用）；
第五连接管4：第一暂存容器5上部通过第五连接管4与沉淀容器3的排水口34连通；第五连接管4上设置有阀门41以控制流速和流量，但是第五连接管4不设置泵；
第一暂存容器5：第一暂存容器5与第一过滤容器6具有共用的容器壁52，容器壁52接近于底部的下部上开口作为第一暂存容器5的排水口51，用于与第一过滤容器6的下部连通；排水口51上设置有滤网，用于防止第一过滤容器6的碎石和包裹活性炭的纱布袋进入第一暂存容器5；
第一过滤容器6：第一过滤容器6与硝化容器7具有共用的容器壁62，容器壁62顶部降低至略低于沉淀容器3的排水口34，从而形成溢流口作为第一过滤容器6的排水口63，用于与硝化容器7上部连通；第一过滤容器6内部自下而上依次装填碎石和活性炭，其中碎石可以装填到第一暂存容器5的排水口51以上，另外为了防止活性炭堵塞排水口，因此活性炭可以用一个或多个纱布袋包裹，纱布袋里也可以放置碎石以压重；
硝化容器7：硝化容器7内部能装载培菌球71，通过培菌球71上负载的氨氮转化菌将水体中的氨氮硝化；为了增加氨氮转化菌的转化效率，硝化容器7内部可以通入第一通气管74，用以提高溶解氧；硝化容器7与第二过滤容器8具有共用的容器壁72，容器壁72接近于底部的下部上开口作为硝化容器7的排水口73，用于与第二过滤容器8下部连通，而且硝化容器7的排水口73上设置有滤网，用于防止第二过滤容器8的过滤填料81和硝化容器7的培菌球71互窜；
第二过滤容器8：第二过滤容器8与第二暂存容器9具有共用的容器壁82，容器壁82 62顶部降低至略低于第一过滤容器6的排水口63，从而形成溢流口作为第一过滤容器8的排水口83，用于与第二暂存容器9上部连通；第二过滤容器8内部装填碎石，而且不装填活性炭；
第二暂存容器9：第二暂存容器9通过设置有泵111而不设置阀门的第二连接管11向水产养殖容器1输送水，其中泵111是高功率泵，能每小时循环水产养殖容器1中水体3~5次；第二暂存容器9通过设置有泵911和阀门912的第三连接管91向植物种植容器10以0.5~5L/分钟流速输送水；而且，第二暂存容器9通过设置有泵921和阀门922的第四连接管92接收来自植物种植容器10的水，其中泵911和泵921可以只需要能维持植物种植容器10内部装填的多孔颗粒101全部湿润即可，一般流速在2L/min即可；和，
植物种植容器10：植物种植容器10是多个带有转角的向下倾斜的植物种植槽，向下倾斜的角度为3度到20度，内部能装填有陶土制的多孔颗粒101。
实施例2 本发明的种植和养殖循环的方法
可以不使用本发明的种植和养殖循环系统来实施本发明的循环种植和养殖的方法，但是优选使用本发明的种植和养殖循环系统（如实施例1的种植和养殖循环系统）来实施本发明的循环种植和养殖的方法，具体而言：
该方法使用实施例1的种植和养殖循环系统，首先将各容器注满水；然后在除了排污管33的阀门331之外的各阀门开启的情况下，在水产养殖容器1中按鱼生长需求投常规饲料以高密度（50~75kg/m3水体）养殖鱼（如，罗非鱼或鲤鱼，约100条/m3水体）；同时，水产养殖容器1中的水通过第一连接器2进入沉淀容器3，然后通过第五连接管4进入第一暂存容器5，然后反重力方向逆流进第一过滤容器6进行第一次过滤，然后溢流进入硝化容器7进行硝化，再反重力方向逆流进第二过滤容器8进行第二次过滤，最后溢流进入第二暂存容器9，然后通过第二连接管11上的泵111的作用流回水产养殖容器1，其中泵111的泵送流速约为每小时循环水产养殖容器1中水体3~5次；同时，第二暂存容器9中的水通过第三连接管91慢速流经植物种植容器10，然后再通过第四连接管92流回第二暂存容器9，一般流速在2L/min即可，以维持植物种植容器10内部装填的多孔颗粒101全部湿润。
在高密度（50~75kg/m3水体）养殖鱼（如，罗非鱼或鲤鱼，约100条/m3水体）的条件下，每m3水体的鱼的代谢产物能够供应植物种植容器10中种植收获800~1500kg蔬菜（如，白菜）。
在上述方法中，流经植物种植容器10的水量少，因此相应循环所需的泵送能量（电量）少；尽管向水产养殖容器1泵送的水量大，但是一方面由于整套系统通过微生物和植物已经能够使水体净化得足以满足高密度养殖鱼的水平，另一方面由于设计的合理使得泵送消耗的能量（电量）理论上只需要满足水从第二暂存容器9的水面到水产养殖容器1的水面12的提升，因此消耗的总能量（电量）相对于鱼和蔬菜（尤其是鱼）的产出来说，仍旧是经济的，从而可以真正推广使用。
Claims (55)
1.一种种植和养殖循环系统，其包括具有排水口（14）的水产养殖容器（1）和植物种植容器（10），其特征在于，其包括，
沉淀容器（3），其上部具有低于水产养殖容器（1）的水面（12）的排水口（34）并具有低于水产养殖容器（1）的水面（12）的进水口（35），而且其进水口（35）通过第一连接管（2）与水产养殖容器（1）的排水口（14）连通；
沉淀容器（3）的进水口（35）低于沉淀容器（3）的排水口（34），而且沉淀容器（3）内部高于进水口（35）且低于排水口（34）处设置滤网（31）；
沉淀容器（3）下部具有允许开闭的排污口；沉淀容器（3）下部呈现逐渐收缩形状，而且沉淀容器（3）内部下部具有对着收缩中心的罩（32），并且罩（32）上设置能与外界连通的排污管（33）；
第一暂存容器（5），其上部与沉淀容器（3）的排水口（34）连通，而且其下部具有排水口（51），并且其排水口（51）与第一过滤容器（6）的下部连通；
第一过滤容器（6），其上部具有低于水产养殖容器（1）的水面（12）的排水口（63），而且其排水口（63）与硝化容器（7）上部连通，并且其内部能装载过滤填料（61）；
硝化容器（7），其下部具有排水口（73），并且其排水口（73）与第二过滤容器（8）下部连通，而且其内部能装载培菌球（71）和/或活性炭；
第二过滤容器（8），其上部具有低于水产养殖容器（1）的水面（12）的排水口（83），而且其排水口（83）与第二暂存容器（9）上部连通，并且其内部能装载过滤填料（81）；和，
第二暂存容器（9），其通过第二连接管（11）向水产养殖容器（1）输送水，通过第三连接管（91）向植物种植容器（10）输送水，而且通过第四连接管（92）接收来自植物种植容器（10）的水。
2.根据权利要求1所述的种植和养殖循环系统，其特征在于，其中，罩（32）上设置的排污管（33）上设置有阀门（331）。
3.根据权利要求1所述的种植和养殖循环系统，其特征在于，其中，罩（32）上设置的排污管（33）的外界不设置污物处理设备。
4.根据权利要求1所述的种植和养殖循环系统，其特征在于，其中，第一暂存容器（5）上部通过第五连接管（4）与沉淀容器（3）的排水口（34）连通。
5.根据权利要求1所述的种植和养殖循环系统，其特征在于，其中，第一暂存容器（5）的排水口（51）与第一过滤容器（6）的下部通过连接管连通。
6.根据权利要求1所述的种植和养殖循环系统，其特征在于，其中，第一过滤容器（6）上部具有低于沉淀容器（3）的排水口（34）的排水口（63）。
7.根据权利要求1所述的种植和养殖循环系统，其特征在于，其中，第一过滤容器（6）的排水口（63）与硝化容器（7）上部通过连接管连通。
8.根据权利要求1所述的种植和养殖循环系统，其特征在于，其中，硝化容器（7）的排水口（73）与第二过滤容器（8）下部通过连接管连通。
9.根据权利要求1所述的种植和养殖循环系统，其特征在于，其中，第二过滤容器（8）上部具有低于沉淀容器（3）的排水口（34）或低于第一过滤容器（6）的排水口（63）的排水口（83）。
10.根据权利要求1所述的种植和养殖循环系统，其特征在于，其中，第二过滤容器（8）的排水口（83）与第二暂存容器（9）上部通过连接管连通。
11.根据权利要求1所述的种植和养殖循环系统，其特征在于，其中，
第一连接管（2）上设置有泵和/或阀门（21）；
第五连接管（4）上设置有阀门（41）；
第一暂存容器（5）与第一过滤容器（6）是紧密相连的，即第一暂存容器（5）与第一过滤容器（6）具有共用的容器壁（52）；
第一暂存容器（5）的排水口（51）上设置有用于防止第一过滤容器（6）的过滤填料（61）进入第一暂存容器（5）的滤网；
第一过滤容器（6）的过滤填料（61）包括碎石和/或活性炭；
第一过滤容器（6）与硝化容器（7）是紧密相连的，即第一过滤容器（6）与硝化容器（7）具有共用的容器壁（62）；
硝化容器（7）内部通入第一通气管（74）；
硝化容器（7）与第二过滤容器（8）是紧密相连的，即硝化容器（7）与第二过滤容器（8）具有共用的容器壁（72）；
硝化容器（7）的排水口（73）上设置有用于防止第二过滤容器（8）的过滤填料（81）和硝化容器（7）的培菌球（71）和/或活性炭交流的滤网；
第二过滤容器（8）的过滤填料（81）包括碎石和/或活性炭；
第二过滤容器（8）与第二暂存容器（9）是紧密相连的，即第二过滤容器（8）与第二暂存容器（9）具有共用的容器壁（82）；
第二连接管（11）上设置有泵（111）和/或阀门；
第三连接管（91）上设置有泵（911）和/或阀门（912）；
第四连接管（92）上设置有泵（921）和/或阀门（922）；
植物种植容器（10）是一个或多个植物种植槽；
植物种植容器（10）内部能装填多孔颗粒（101）；和，
水产养殖容器（1）内部通入第二通气管（13），或者不设置第二通气管（13）。
12.根据权利要求11所述的种植和养殖循环系统，其特征在于，其中，第一暂存容器（5）的排水口（51）是容器壁（52）上的开口。
13.根据权利要求11所述的种植和养殖循环系统，其特征在于，其中，第一过滤容器（6）的过滤填料（61）自下而上包括碎石和活性炭。
14.根据权利要求11所述的种植和养殖循环系统，其特征在于，其中，第一过滤容器（6）的排水口（63）是由容器壁（62）顶部降低而形成的溢流口。
15.根据权利要求11所述的种植和养殖循环系统，其特征在于，其中，硝化容器（7）的排水口（73）是容器壁（72）上的开口。
16.根据权利要求11所述的种植和养殖循环系统，其特征在于，其中，第二过滤容器（8）的排水口（83）是由容器壁（82）顶部降低而形成的溢流口。
17.根据权利要求11所述的种植和养殖循环系统，其特征在于，其中，第二连接管（11）上的泵（111）是高功率泵。
18.根据权利要求11所述的种植和养殖循环系统，其特征在于，其中，植物种植容器（10）是一个或多个向下倾斜的植物种植槽。
19.根据权利要求18所述的种植和养殖循环系统，其特征在于，其中，植物种植容器（10）是一个或多个带有转角的向下倾斜的植物种植槽。
20.根据权利要求11所述的种植和养殖循环系统，其特征在于，其中，植物种植容器（10）内部能装填陶粒。
21.根据权利要求1所述的种植和养殖循环系统，其特征在于，其中
水产养殖容器（1）中养殖的水产品是非底栖类水产品；
水产养殖容器（1）中养殖密度大于10kg/m3水体；和，
第二连接管（11）的泵（111）的规格为能每小时循环水产养殖容器（1）中水体大于0.5次。
22.根据权利要求21所述的种植和养殖循环系统，其特征在于，其中，水产养殖容器（1）中养殖的水产品是鱼。
23.根据权利要求21所述的种植和养殖循环系统，其特征在于，其中，水产养殖容器（1）中养殖密度大于20 kg/m3水体。
24.根据权利要求23所述的种植和养殖循环系统，其特征在于，其中，水产养殖容器（1）中养殖密度大于30 kg/m3水体。
25.根据权利要求24所述的种植和养殖循环系统，其特征在于，其中，水产养殖容器（1）中养殖密度为35~100kg/m3水体。
26.根据权利要求25所述的种植和养殖循环系统，其特征在于，其中，水产养殖容器（1）中养殖密度为50~75kg/m3水体。
27.根据权利要求21所述的种植和养殖循环系统，其特征在于，其中，第二连接管（11）的泵（111）的规格为能每小时循环水产养殖容器（1）中水体大于1次。
28.根据权利要求27所述的种植和养殖循环系统，其特征在于，其中，第二连接管（11）的泵（111）的规格为能每小时循环水产养殖容器（1）中水体大于2次。
29.根据权利要求28所述的种植和养殖循环系统，其特征在于，其中，第二连接管（11）的泵（111）的规格为能每小时循环水产养殖容器（1）中水体3~5次。
30.根据权利要求1所述的种植和养殖循环系统，其特征在于，其中水产养殖容器（1）中1m3水体的养殖量对应植物种植容器（10）中100~3000kg植物的种植量。
31.根据权利要求30所述的种植和养殖循环系统，其特征在于，其中水产养殖容器（1）中1m3水体的养殖量对应植物种植容器（10）中500~2000kg植物的种植量。
32.根据权利要求31所述的种植和养殖循环系统，其特征在于，其中水产养殖容器（1）中1m3水体的养殖量对应植物种植容器（10）中800~1500kg植物的种植量。
33.根据权利要求1所述的种植和养殖循环系统，其特征在于，其中
植物种植容器（10）种植蔬菜和/或水果；和，
向植物种植容器（10）输送的水量能润湿植物种植容器（10）中的多孔颗粒（101）。
34.根据权利要求33所述的种植和养殖循环系统，其特征在于，其中，植物种植容器（10）种植叶菜。
35.根据权利要求33所述的种植和养殖循环系统，其特征在于，其中，向植物种植容器（10）输送的水量能以0.5~5L/分钟流速的流水润湿植物种植容器（10）中的多孔颗粒（101）。
36.根据权利要求35所述的种植和养殖循环系统，其特征在于，其中，向植物种植容器（10）输送的水量能以1~3 L/分钟流速的流水润湿植物种植容器（10）中的多孔颗粒（101）。
37.根据权利要求36所述的种植和养殖循环系统，其特征在于，其中，向植物种植容器（10）输送的水量能以2L/分钟流速的流水润湿植物种植容器（10）中的多孔颗粒（101）。
38.一种循环种植和养殖的方法，其使用权利要求1-37之任一所述的种植和养殖循环系统，其包括，水产养殖容器（1）中养殖水产品的水依次经过沉淀、第一过滤、硝化和第二过滤处理，然后，第一部分水直接输送回水产养殖容器（1）中，第二部分水流经装填有多孔颗粒（101）的植物种植容器（10）种植植物后再输送回水产养殖容器（1）中，其中输送回水产养殖容器（1）中的水的总流速为每小时循环水产养殖容器（1）中水体大于0.5次。
39.根据权利要求38所述的循环种植和养殖的方法，其中，第一过滤是用碎石和/或活性炭过滤。
40.根据权利要求39所述的循环种植和养殖的方法，其中，第一过滤自下而上依次是用碎石和活性炭过滤。
41.根据权利要求38所述的循环种植和养殖的方法，其中，第二过滤是用碎石和/或活性炭过滤。
42.根据权利要求38所述的循环种植和养殖的方法，其中，输送回水产养殖容器（1）中的水的总流速为每小时循环水产养殖容器（1）中水体大于1次。
43.根据权利要求42所述的循环种植和养殖的方法，其中，输送回水产养殖容器（1）中的水的总流速为每小时循环水产养殖容器（1）中水体大于2次。
44.根据权利要求43所述的循环种植和养殖的方法，其中，输送回水产养殖容器（1）中的水的总流速为每小时循环水产养殖容器（1）中水体3~5次。
45.根据权利要求38所述的循环种植和养殖的方法，其中，
水产养殖容器（1）中养殖密度大于10kg/m3水体；和，
水产养殖容器（1）中1m3水体的养殖量对应植物种植容器（10）中100~3000kg植物的种植量。
46.根据权利要求45所述的循环种植和养殖的方法，其中，水产养殖容器（1）中养殖密度大于20 kg/m3水体。
47.根据权利要求46所述的循环种植和养殖的方法，其中，水产养殖容器（1）中养殖密度大于30 kg/m3水体。
48.根据权利要求47所述的循环种植和养殖的方法，其中，水产养殖容器（1）中养殖密度为35~100kg/m3水体。
49.根据权利要求48所述的循环种植和养殖的方法，其中，水产养殖容器（1）中养殖密度为50~75kg/m3水体。
50.根据权利要求38所述的循环种植和养殖的方法，其中，水产养殖容器（1）中1m3水体的养殖量对应植物种植容器（10）中500~2000kg植物的种植量。
51.根据权利要求50所述的循环种植和养殖的方法，其中，水产养殖容器（1）中1m3水体的养殖量对应植物种植容器（10）中800~1500kg植物的种植量。
52.根据权利要求38所述的循环种植和养殖的方法，其中流经植物种植容器（10）种植植物的水量植物种植容器（10）输送的水量能润湿植物种植容器（10）中的多孔颗粒（101）。
53.根据权利要求52所述的循环种植和养殖的方法，其中流经植物种植容器（10）种植植物的水量植物种植容器（10）输送的水量能以0.5~5L/分钟流速的流水润湿植物种植容器（10）中的多孔颗粒（101）。
54.根据权利要求53所述的循环种植和养殖的方法，其中流经植物种植容器（10）种植植物的水量植物种植容器（10）输送的水量能以1~3L/分钟流速的流水润湿植物种植容器（10）中的多孔颗粒（101）。
55.一种种植和养殖循环系统的应用，其包括沉淀容器（3）、第一暂存容器（5）、第一过滤容器（6）、硝化容器（7）、第二过滤容器（8）与第二暂存容器（9）组成的部件在制造种植和养殖循环系统中的应用，其中，
沉淀容器（3）的进水口（35）低于沉淀容器（3）的排水口（34），而且沉淀容器（3）内部高于进水口（35）且低于排水口（34）处设置滤网（31）；
沉淀容器（3）下部具有允许开闭的排污口；沉淀容器（3）下部呈现逐渐收缩形状，而且沉淀容器（3）内部下部具有对着收缩中心的罩（32），并且罩（32）上设置能与外界连通的排污管（33）；
第一暂存容器（5）能接收水，并且其下部具有排水口（51）；
第一暂存容器（5）与第一过滤容器（6）是紧密相连的，即第一暂存容器（5）与第一过滤容器（6）具有共用的容器壁（52），而且第一暂存容器（5）的排水口（51）是容器壁（52）上的开口；
第一过滤容器（6）能装载过滤填料（61），并且其上部具有排水口（63）；第一过滤容器（6）与硝化容器（7）是紧密相连的，即第一过滤容器（6）与硝化容器（7）具有共用的容器壁（62），而且第一过滤容器（6）的排水口（63）是由容器壁（62）顶部降低而形成的溢流口；
硝化容器（7）能装载培菌球和/或活性炭，并且其下部具有排水口（73）；硝化容器（7）与第二过滤容器（8）是紧密相连的，即硝化容器（7）与第二过滤容器（8）具有共用的容器壁（72），而且硝化容器（7）的排水口（73）是容器壁（72）上的开口；
第二过滤容器（8）能装载过滤填料（81），并且其上部具有低于第一过滤容器（6）的排水口（63）的排水口（83）；和，
第二过滤容器（8）与第二暂存容器（9）是紧密相连的，即第二过滤容器（8）与第二暂存容器（9）具有共用的容器壁（82）。
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