CN104737952B - 一种基于生物絮凝反应器的浅水跑道式养殖系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于生物絮凝反应器的浅水跑道式养殖系统及其方法,所述生物絮凝反应器包含一圆柱形筒体,圆柱形筒体内部设置中隔板(5)将圆柱形筒体分为体积比1∶1的左右两部分,一部分为反应区(6),另一部分为沉淀区(7);反应区(6)上部设置进水口(2),沉淀区(7)上部设置出水口(4),中隔板正中央设有一个流水孔(10),使反应区和沉淀区中的混合液可以充分流通;中隔板(5)下部和反应器底部保持一定空隙作为回泥口(12)。使用一个水处理单元同步去除循环水养殖用水中悬浮固体颗粒物、氨氮、亚硝氮和硝氮等污染物,不需要固液分离机,减少装备投入和减少换水。

Description

一种基于生物絮凝反应器的浅水跑道式养殖系统及其方法
技术领域
[0001] 本发明涉及循环水养殖水处理领域,尤其涉及的是一种基于生物絮凝反应器的浅 水跑道式养殖系统及其方法。
背景技术
[0002] 循环水养殖方式能够节水、节地,实现全年的高密度集约化养殖。但是水产动物的 蛋白需求明显高于哺乳动物,仅约20-30%的投喂蛋白质被转化成鱼获物,大部分N元素不 能被利用而存在于养殖水体中,一般养殖水体中的碳氮比(C/N)低于4.0。循环水养殖用水 通常首先通过固液分离机去除大部分的悬浮颗粒物,然后使用硝化反应器将水体中的氨氮 通过自养硝化细菌的硝化作用转变亚硝氮,直至硝态氮,但是固液分离需要消耗大量能源 和排除大量废水,目前开发的固液分离机大多性能不够稳定,而且养殖水体硝氮过高也会 对鱼类的福利产生负面影响。通常,当硝态氮高于l〇〇mg/L就要适当换水,闭合式循环水养 殖系统日换水率小于5%,半闭合循环水养殖系统日换水率为5-15%。
[0003] 此外,每生产Ikg鲜鱼需消耗l_3kg干饲料。全球大约1/3的鱼粉产量被用作鱼类饲 料原料,生产Ikg罗非鱼大约需要消耗1.41kg野生鱼资源(鲜重),每生产Ikg海产肉食性鱼 类大约消耗5.16kg野生鱼资源,可是野生鱼资源是有限的,饲料短缺被认为是水产养殖可 持续发展的主要限制因素之一。
[0004] 研究者根据异养细菌生长代谢需求特征,提出将养殖水体中的C/N提高到15以上, 促进异养细菌的生长繁殖,形成微生物絮凝体,而异养微生物的同化作用可以快速去除水 体中的氨氮,并将其转化为可被鱼虾摄食的微生物有机氮,从而高效地控制水质和提高饲 料利用率。并且,相关研究者成功将硝态氮作为生物絮凝反应器的底物,实现了硝态氮的去 除和生物絮凝体的生产。研究表明,絮体可以直接被水产动物摄食,或者作为饲料中鱼粉的 替代品。絮体的粗蛋白含量一般为20-60 %,粗脂肪含量为1-5%,能量20-25) kj/g,可以部 分满足养殖对象的营养需求;絮凝体中含有的其他物质对水产养殖也具有重要意义,比如 短链脂肪酸、聚β轻丁酸(P〇ly-0-hydroxybutyrate,PHB)和某些生物未知因子等。
发明内容
[0005] 本发明提出一种基于生物絮凝反应器的浅水跑道式养殖系统及其方法,同步去除 循环水养殖用水中悬浮固体颗粒物、氨氮、亚硝氮和硝氮等污染物,剩余的生物絮凝体可作 为水产饲料蛋白源。
[0006] 本发明采用如下技术方案:
[0007] —种基于生物絮凝反应器的浅水跑道式养殖系统,包括生物絮凝反应器和浅水跑 道式循环水养殖单元;所述生物絮凝反应器包含一圆柱形筒体,圆柱形筒体内部设置中隔 板⑸将圆柱形筒体分为体积比1:1的左右两部分,一部分为反应区(6),另一部分为沉淀区 (7);反应区(6)上部设置进水口(2),通过进水口(2)通入来自浅水跑道式循环水养殖单元 的养殖污水,沉淀区(7)上部设置出水口(4),处理后的水从出水口排出进入浅水跑道式循 环水养殖单元上层养殖槽,中隔板正中央设有一个流水孔(10),使反应区和沉淀区中的混 合液可以充分流通;中隔板(5)下部和生物絮凝反应器底部保持一定空隙作为回泥口(12); 在沉淀区(7)的底部设置一个倾斜的导泥板(11),将沉淀区内的沉淀物通过回泥口(12)重 新导流进入反应区⑹参与反应,反应区⑹底部设有一曝气盘(13),通过顶部空气入口(1) 向曝气盘(13)导入空气,对反应区搅拌、曝气、增氧;所述浅水跑道式循环水养殖单元包括 养殖槽(16)和一个位于养殖槽(16)下部的缓冲池(20),养殖槽(16)分为平行的上下两层; 两层养殖槽的尾部集污槽(17)通过连通管道(23)连通,下层养殖槽的集污槽通过连通管道 (23)连接到缓冲池(20);两个集污槽(17)设有独立的排污管道(18);养殖用水依次经过上 下两层养殖槽后进入缓冲池;缓冲池和反应区之间为离心栗(15);养殖用水在生物絮凝反 应器经曝气反应,沉淀区沉淀后,重回上层养殖槽;养殖用水通过生物絮凝反应器处理并实 现二次利用;所述生物絮凝反应器由一台离心栗(15)提供进水,离心栗(15)进水管与缓冲 池出水口连接,离心栗(15)出水管分为两路支管,一路支管连接反应区(6)的进水口,另一 路支管直接接回浅水跑道式循环水养殖单元入水口,两路支管均设有流量计及水流量调节 的阀门(9);所述反应区底部设有一个排泥口(14),在生物絮凝体达到一定量时打开排泥口 收集多余的生物絮体,用作水产养殖动物的饵料。
[0008] 所述的养殖系统,所述圆柱形筒体高210cm、直径100cm;所述进水口(2)设在反应 区高190cm高处,所述出水口⑷设在沉淀区⑺高180cm处;中隔板⑸为宽100cm,长195cm 的矩形板,其宽度与圆柱形筒体直径相等。
[0009] 所述的养殖系统,所述流水孔设置在距生物絮凝反应器底部50cm处,其直径为 10cm〇
[0010] 所述的养殖系统,所述中隔板(5)下部和生物絮凝反应器底部保持IOcm的空隙作 为回泥口(12)。
[0011] 所述的养殖系统,所述导泥板(11)与圆柱形筒体底部呈30°斜角。
[0012] 所述的养殖系统,所述反应区和沉淀区顶盖上各开设有一个直径45cm的检查口 ⑶。
[0013] 所述的养殖系统,所述曝气盘由一根总长250cm的纳米微管以直径40cm环绕两周 形成。
[0014] 应用任一所述养殖系统的水处理及养殖方法,将生物絮凝反应器同浅水跑道式循 环水养殖单元连接,关闭生物絮凝反应器的排泥口(14);在生物絮凝反应器的反应区⑹预 先填充培养好的生物絮凝体,启动絮凝反应,浅水跑道式循环水养殖单元的养殖废水经离 心栗进入反应区,曝气反应,沉淀区沉淀后上层洁净水通过出水口重回浅水跑道式循环水 养殖单元,浑浊反应液沉淀后的絮凝体污泥经导泥板重回反应区;养殖用水通过生物絮凝 反应器处理并实现二次利用;或者在反应区(6)内预先加入养殖废水和鱼类的残饵粪便进 行生物絮凝体的培养,生物絮凝体培养完成一周之前,上下两层养殖槽和缓冲池均加入自 来水,水深20cm,自来水经曝气处理后放入暂养鱼类;暂养期间,打开离心栗,打开通入上层 养殖槽支水路的阀门,关闭通入生物絮凝反应器进水口的阀门;待生物絮凝反应器内的生 物絮凝体已培养完成,打开通入生物絮凝反应器进水口的阀门,调节阀门大小;每天按日投 饵总重的50%,分早晚两次向生物絮凝反应器的反应区加入葡萄糖,使反应区水体中溶解 性有机碳(DOC)与总氨氮(TAN)之比大于15。
[0015] 本发明运用生物絮凝反应器处理循环水养殖用水,使用一个水处理单元同步去除 循环水养殖用水中悬浮固体颗粒物、氨氮、亚硝氮和硝氮等污染物,不需要固液分离机,减 少装备投入和减少换水;生物絮凝反应器内多余的絮凝体可用作水产动物的鲜饲料或饲料 原料,实现系统投饲中N的再次利用,节约养殖成本。
附图说明
[0016] 图1为本发明生物絮凝反应器的剖视图;
[0017] 图2为本发明生物絮凝反应器的俯视图;
[0018] 图3为本发明基于生物絮凝反应器的循环水养殖系统侧视图。
[0019] 图中标号的含义为:1.空气入口,2.进水口,3.检查口,4.出水口,5.中隔板,6.反 应区,7.沉淀区,8.流量计,9.阀门,10.流水孔,11.导泥板,12.回泥口,13.曝气盘,14.排泥 口,15.离心栗,16.养殖槽,17 .集污槽,18.排污管道,19.阀门,20.缓冲池,21.支架,22.地 面,23.连通管道,24.钢丝隔网。
具体实施方式
[0020] 以下结合具体实施例,对本发明进行详细说明。
[0021] 参考图1和图2,该生物絮凝反应器包括一高210cm,直径IOOcm的圆柱形筒体,圆柱 形筒体内部设置中隔板5将圆柱形筒体分为体积比1:1的左右两部分,一部分为反应区6,另 一部分为沉淀区7。反应器6顶部设置进水口 2,进水口 2设在反应区高190cm高处,沉淀区7设 置出水口4,出水口4设在沉淀区7高180cm处。中隔板5为宽100cm,长195cm的矩形板,其宽度 与圆柱形筒体直径相等。中隔板正中央距反应器底部50cm处设有一个直径IOcm的流水孔 10,使反应区和沉淀区中的混合液可以充分流通。中隔板5下部和反应器底部保持IOcm空隙 作为回泥口 12。在沉淀区7的底部设置一个倾斜的导泥板11,将沉淀区内的沉淀物通过回泥 口 12重新导流进入反应区6参与反应,导泥板11与圆柱形筒体底部呈30°斜角。反应区和沉 淀区顶盖上各开设有一个直径45cm的检查口 3。用一根总长250cm的纳米微管以直径40cm环 绕两周成曝气盘13,设置在反应区6底部,通过顶部空气入口 1导入空气,进行搅拌、曝气、增 氧。
[0022] 反应器由一台离心栗15(2.2kW,总流量8m3/h)提供进水,离心栗15进水管与养殖 单元出水口(水产养殖污水)连接,离心栗15出水管分为两路支管,一路支管连接反应区6的 进水口,另一路支管直接接回浅水跑道式循环水养殖单元入水口,两路支管均设有流量计 及水流量调节的阀门9,因此反应器的进水流量可以合理地调节。在生物絮凝反应器的反应 区6预先填充培养好生物絮凝体,启动絮凝反应,养殖废水经离心栗进入反应区,曝气反应, 沉淀区沉淀后上层洁净水通过出水口重回浅水跑道式循环水养殖单元,浑浊反应液沉淀后 的絮凝体污泥经导泥板重回反应区。养殖用水通过生物絮凝反应器处理并实现二次利用。 反应区底部设有一个排泥口 14,在生物絮凝体达到一定量时可以打开排泥口收集多余的生 物絮体,用作水产养殖动物的饵料。
[0023] 参考图3,浅水跑道式循环水养殖单元包括养殖槽16和一个位于养殖槽16下部的 缓冲池20,玻璃纤维制作的养殖槽16分为平行的上下两层,每层养殖槽长1000cm,宽100cm, 高45cm,槽壁厚0.6cm。养殖槽每隔200cm设有一个高40cm的钢丝隔网24 (孔径I. Ocm X 1.0cm)。每层养殖槽尾部设有一个长50cm,宽100cm,高80cm的斜斗式集污槽17。下层养殖槽 的下部,设有一个长500cm,宽IOOcm,高45cm的PVC材质的缓冲池20。两层养殖槽的尾部集污 槽17通过PVC材质的连通管道23连通,下层养殖槽的集污槽通过连通管道23连接到缓冲池 20。两个集污槽17设有独立的PVC材质的排污管道18。
[0024] 浅水跑道式循环水养殖单元分为上下两层养殖槽,养殖槽串联、叠放,实现了水体 的连续流动,缩减了养殖系统的占地面积。养殖用水依次经过上下两层养殖槽后进入缓冲 池。缓冲池和反应区之间为离心栗15。生物絮凝反应器的反应区已预先培养好生物絮凝体, 浑浊反应液沉淀后的絮凝体污泥经导泥板重回反应区。养殖用水经曝气反应,沉淀区沉淀 后,重回上层养殖槽。养殖用水通过生物絮凝反应器处理并实现二次利用。
[0025] 使用时,将上述生物絮凝反应器同浅水跑道式循环水养殖单元(总养殖水体4m3) 连接,首先关闭生物絮凝反应器的排泥口 14,向反应器的反应区6加入养殖废水和鱼类的残 饵粪便,全天24h使用3台总功率为540w的电磁式空气栗连续曝气,然后每日额外加入适量 葡萄糖,使反应区水体中溶解性有机碳(DOC)与总氨氮(TAN)之比大于15,经过3周的培养, 反应区形成了具有强吸附和絮凝能力的生物絮凝体,絮凝体浓度为2.9g/L。生物絮凝体培 养完成一周之前,上下两层养殖槽和缓冲池均加入自来水,水深20cm。自来水经曝气处理 后,养殖槽放入35g/尾左右的罗非鱼,放养密度12.5kg/m3。暂养期间,开离心栗,打开通入 上层养殖槽支水路的阀门,关闭通入生物絮凝反应器支水路的阀门。
[0026] 待生物絮凝反应器内的生物絮凝体已培养完成,打开通入生物絮凝反应器支水路 的阀门,调节阀门大小,使进水流量为1.9L/min,即生物絮凝反应器的水力停留时间为12h。 离心栗总流量为8m3/h,即养殖槽的平均水流速为0. Olm/s。罗非鱼日投饵三次,日投饵率为 1%。每天按日投饵总重的50%,分早晚两次向生物絮凝反应器的反应区加入葡萄糖。
[0027] 养殖期间,分别从养殖槽、生物絮凝反应器的进水口和出水口取样,分别测试PH, 化学需氧量(CODct)、总氮(TN)、总氨氮(TAN),亚硝酸(NO2-N),硝态氮(NO3-N)和悬浮物(SS) 浓度。经过4周的养殖,罗非鱼终密度为15.2kg/m3,成活率为90.5%。整个养殖期间生物絮 凝反应器对养殖水具有很好的净化效果。表1所列数据为养殖系统中连续流式生物絮凝反 应器对养殖水净化的实测效果和养殖区水质情况,数据表明本反应器有效地去除养殖水中 的悬浮物和较好的脱氮效果。
[0028] 表1
Figure CN104737952BD00071
Figure CN104737952BD00081
[0031]应当理解的是,对本领域普通技术人员来说,可以根据上述说明加以改进或变换, 而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1. 一种基于生物絮凝反应器的浅水跑道式养殖系统,其特征在于,包括生物絮凝反应 器和浅水跑道式循环水养殖单元;所述生物絮凝反应器包含一圆柱形筒体,圆柱形筒体内 部设置中隔板⑸将圆柱形筒体分为体积比1:1的左右两部分,一部分为反应区(6),另一部 分为沉淀区(7);反应区(6)上部设置进水口(2),通过进水口(2)通入来自浅水跑道式循环 水养殖单元的养殖污水,沉淀区⑺上部设置出水口(4),处理后的水从出水口排出进入浅 水跑道式循环水养殖单元上层养殖槽,中隔板正中央设有一个流水孔(10),使反应区和沉 淀区中的混合液可以充分流通;中隔板(5)下部和生物絮凝反应器底部保持一定空隙作为 回泥口(12);在沉淀区⑺的底部设置一个倾斜的导泥板(11),将沉淀区内的沉淀物通过回 泥口(12)重新导流进入反应区(6)参与反应,反应区(6)底部设有一曝气盘(13),通过顶部 空气入口(1)向曝气盘(13)导入空气,对反应区搅拌、曝气、增氧;所述浅水跑道式循环水养 殖单元包括养殖槽(16)和一个位于养殖槽(16)下部的缓冲池(20),养殖槽(16)分为平行的 上下两层;两层养殖槽的尾部集污槽(17)通过连通管道(23)连通,下层养殖槽的集污槽通 过连通管道(23)连接到缓冲池(20);两个集污槽(17)设有独立的排污管道(18);养殖用水 依次经过上下两层养殖槽后进入缓冲池;缓冲池和反应区之间为离心栗(15);养殖用水在 生物絮凝反应器经曝气反应,沉淀区沉淀后,重回上层养殖槽;养殖用水通过生物絮凝反应 器处理并实现二次利用;所述生物絮凝反应器由一台离心栗(15)提供进水,离心栗(15)进 水管与缓冲池出水口连接,离心栗(15)出水管分为两路支管,一路支管连接反应区(6)的进 水口,另一路支管直接接回浅水跑道式循环水养殖单元入水口,两路支管均设有流量计及 水流量调节的阀门⑼;所述反应区底部设有一个排泥口(14),在生物絮凝体达到一定量时 打开排泥口收集多余的生物絮凝体,用作水产养殖动物的饵料。
2. 根据权利要求1所述的养殖系统,其特征在于,所述圆柱形筒体高210cm、直径100cm; 所述进水口⑵设在反应区高190cm高处,所述出水口(4)设在沉淀区⑺高180cm处;中隔板 (5)为宽100cm,长195cm的矩形板,其宽度与圆柱形筒体直径相等。
3. 根据权利要求1所述的养殖系统,其特征在于,所述流水孔设置在距生物絮凝反应器 底部50cm处,其直径为10cm。
4. 根据权利要求1所述的养殖系统,其特征在于,所述中隔板(5)下部和生物絮凝反应 器底部保持IOcm的空隙作为回泥口(12)。
5. 根据权利要求1所述的养殖系统,其特征在于,所述导泥板(11)与圆柱形筒体底部呈 30°斜角。
6. 根据权利要求1所述的养殖系统,其特征在于,所述反应区和沉淀区顶盖上各开设有 一个直径45cm的检查口(3)。
7. 根据权利要求1所述的养殖系统,其特征在于,所述曝气盘由一根总长250cm的纳米 微管以直径40cm环绕两周形成。
8. 根据权利要求1-7任一所述养殖系统的水处理及养殖方法,其特征在于,将生物絮凝 反应器同浅水跑道式循环水养殖单元连接,关闭生物絮凝反应器的排泥口(14);在生物絮 凝反应器的反应区(6)预先填充培养好的生物絮凝体,启动絮凝反应,浅水跑道式循环水养 殖单元的养殖废水经离心栗进入反应区,曝气反应,沉淀区沉淀后上层洁净水通过出水口 重回浅水跑道式循环水养殖单元,浑浊反应液沉淀后的絮凝体污泥经导泥板重回反应区; 养殖用水通过生物絮凝反应器处理并实现二次利用;或者在反应区(6)内预先加入养殖废 水和鱼类的残饵粪便进行生物絮凝体的培养,生物絮凝体培养完成一周之前,上下两层养 殖槽和缓冲池均加入自来水,水深20cm,自来水经曝气处理后放入暂养鱼类;暂养期间,打 开离心栗,打开通入上层养殖槽支水路的阀门,关闭通入生物絮凝反应器进水口的阀门;待 生物絮凝反应器内的生物絮凝体已培养完成,打开通入生物絮凝反应器进水口的阀门,调 节阀门大小;每天按日投饵总重的50%,分早晚两次向生物絮凝反应器的反应区加入葡萄 糖,使反应区水体中溶解性有机碳(DOC)与总氨氮(TAN)之比大于15。
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生物絮凝对半咸水养殖水体中固体废弃物的处理效果;唐华钟等;《江苏农业科学》;20130225;第41卷(第2期);第321-325页 *
生物絮凝技术在水产养殖中的应用;罗国芝等;《中国水产》;20100205(第2期);第62-63页 *
生物絮凝技术处理水产养殖用水效果的初步研究;鲁璐等;《渔业现代化》;20101220;第37卷(第6期);第6-10页 *

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