CN105417856A - 一种封闭循环的多级生物净化系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种封闭循环的多级生物净化系统，该系统包括养殖池塘，养殖池塘通过池塘排放水渠与多级生物净化水渠连接，多级生物净化水渠通过水泵输水管道与净化池连接，净化池通过净化水渠与沉淀池连接，沉淀池通过自流水渠与养殖池塘连接。本发明实现了养殖水质点净化和面净化，养殖池塘排放水经过多级生物净化系统后，主要营养盐含量、浮游生物的生物量由高变低，点净化显著，同时，在整个养殖期间，整体养殖水质各项指标均维持在较低水平，具有显著的面净化效应，为中国沿海半咸水地区的池塘养殖提供了较好的科学范例。
Description
技术领域
本发明属于富营养化水体净化技术领域，尤其是针对水产养殖场中营养化水体净化技术，具体是一种封闭循环的多级生物净化系统。
背景技术
养殖池塘污染限制了水产业向集约化、规模化方向的发展。为实现养殖废水的循环利用，促进养殖集约化、规模化，保障渔业可持续发展，研发适宜的池塘水环境修复技术具有重要意义。
近年来，随着我国不断开发池塘养殖新品种和新技术，提高了养殖产量和效益。然而，也带来了一些不良影响，其主要表现为：一是养殖环境恶化，病害日趋严重，突发性、不明原因的病害种类增多，大面积死鱼现象时有发生，导致药物滥用，严重影响养殖生物的品质。二是水质污染严重，主要表现在总氮、总磷污染比较严重，在某种程度上限制了养殖业的可持续发展。其中最为突出的是养殖环境的恶化，以及由此而引发的其它相关的问题，如：养殖生物的病害、水产品质量，以及池塘养殖排水对外环境的影响等。因此，如何改善养殖水体环境既是发展可持续渔业的重要内容，又是我国水域环境保护的重要内容。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，而提出一种封闭循环的多级生物净化系统。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种封闭循环的多级生物净化系统，该系统包括养殖池塘，养殖池塘通过池塘排放水渠与多级生物净化水渠连接，多级生物净化水渠通过水泵输水管道与净化池连接，净化池通过净化水渠与沉淀池连接，沉淀池通过自流水渠与养殖池塘连接，
其中，所述多级生物净化水渠为一条长1000m-2000m、宽15～20m、深1.5～3m的水渠，自多级生物净化水渠入水口至出水口，在水渠中依次设置有水生经济植物浮床区、人工基质固定化微生物膜区、底栖软体动物区及芦苇湿地区，同时，在出水口处安置有抽水泵，抽水泵的抽水流速保持在360m·h-1以上，水渠中整体水的流速在15cm/s-25cm/s之间；
其中，净化池为养殖了滤食性及刮食性鱼类的净化池，净化池面积在120亩-180亩之间，平均水深在1.2m-2.5m之间，净化池四周为斜度边坡结构；
其中，沉淀池的面积在100亩-150亩之间，平均深度为1.2m-2.0m，在沉淀池中泼洒有微生态制剂。
其中，自流水渠为进水口高出水口低的水渠，水渠长度250m-400m，坡度以保持水流速在0.8m/s-1.2m/s为准，水渠内布满芦苇。
而且，每块水生经济植物浮床的规格为1m×2m＝2m2，每块浮床之间紧密连接，每块浮床上分别培植水蕹菜、水芹、紫背天葵、薄荷、美人蕉及韭菜水生经济植物。
而且，所述水蕹菜、水芹、紫背天葵、薄荷、美人蕉及韭菜的养殖面积比例为：100﹕18﹕4﹕10﹕4﹕4。
而且，所述人工基质固定化微生物膜的具体规格为宽10m-17m，高1.2m-1.8m，每片人工基质固定化微生物膜两两相接，构成与多级生物净化水渠横截面相同的过滤截面，沿水流流动方向，在多级生物净化水渠中共设置6-10个由人工基质固定化微生物膜构成的截面。
而且，底栖软体动物具体为当地采集的褶纹冠蚌，褶纹冠蚌由挂笼方式养殖，每笼放养8只-15只，共计40笼-60笼，集中放置。
而且，芦苇湿地的面积在8000m2-15000m2之间，占整个多级生物净化水渠面积的12％-18％。
而且，所述滤食性及刮食性鱼类包括滤食性鲢鱼、滤食性鳙鱼及刮食性梭鱼，鲢鱼、鳙鱼及梭鱼之间的数量比为26﹕11﹕32，放养密度在40尾/亩-50尾/亩之间，鲢鱼、鳙鱼及梭鱼的规格分别为鲢鱼0.5斤/尾-0.7斤/尾、鳙鱼2.5斤/尾-3.5斤/尾和梭鱼0.4斤/尾-0.7斤/尾。
而且，所述沉淀池中泼洒的微生态制剂为光合细菌或枯草芽孢杆菌，光合细菌浓度为1000000000cfu/ml，泼洒量1Kg/亩，枯草芽孢杆菌浓度为1000000000cfu/ml，泼洒量100g/亩。
而且，养殖池塘的换水频率为每6天-8天1次，每次换水率为养殖池塘的10％～20％。
本发明的优点和积极效果是：
1、通过本发明封闭循环多级生物净化系统修复前后的池塘排放水对比：营养盐NO2-N、NO3-N和PO4-P的去除率分别为27～96％(年均87％)、37～84％(年均84％)和30～17％(年均9％)，CODMn的去除率为1～17％(年均9％)。水体透明度提高了17％，最高达52cm。浮游植物生物量平均减少63.93％，尤其是蓝藻，平均减少68.17％。浮游植物群落结构转好，硅藻大量繁殖，成为优势种。浮游动物群落结构也由小型原生动物占优向大型枝角类、轮虫转变。受控于滤食性鱼类，浮游动物生物量维持在较低水平。
2、本发明利用不同生物的功能特性及其间的协同作用，建立了由水生经济植物浮床、人工基质固定化微生物膜、底栖软体动物、芦苇湿地和滤食性鱼类组成的新型封闭循环多级生物净化系统，该系统净化池塘排放水，然后再将净化后的池塘排放水输回池塘，使养殖池塘排放水循环利用，水环境中的营养物质多级利用，充分利用水面，节能减排，低碳高效，有效调控了养殖池塘水质，以尽可能小的资源消耗和环境成本，获得了尽可能大的生态效益、经济效益和社会效益，实现了养殖废水的循环利用，并提高了养殖效益，养殖南美白对虾产量达80.53kg·hm-2，最高产达100.67kg·hm-2。
3、实现了养殖水质点净化和面净化，养殖池塘排放水经过多级生物净化系统后，主要营养盐含量、浮游生物的生物量由高变低，点净化显著，同时，在整个养殖期间，整体养殖水质各项指标均维持在较低水平，具有显著的面净化效应。
4、本发明通过数理统计、软件应用分析检测结果，更加科学的评价养殖池塘排放水净化效果。
5、本发明将经济植物水芹浮床第一次在半咸水中试种成功，为中国北方半咸水地区的池塘养殖提供了较好的科学范例。
附图说明
图1是本发明系统的平面结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施做进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种封闭循环的多级生物净化系统，如图1所示，该系统包括养殖池塘，养殖池塘通过池塘排放水渠与多级生物净化水渠连接，将池塘需要净化的养殖水排入多级生物净化水渠，多级生物净化水渠通过水泵输水管道与净化池连接，将多级生物净化后的水体排入净化池，净化池通过净化水渠与沉淀池连接，将滤食性及刮食性鱼类净化后的水体排入沉淀池，沉淀池通过自流水渠与养殖池塘连接，将经过沉淀、消毒、泼洒微生态制剂和自流水渠中芦苇湿地交换的水体排入养殖池塘，
其中，所述多级生物净化水渠为一条长1000m-2000m、宽15～20m、深1.5～3m的水渠，自多级生物净化水渠入水口至出水口，在水渠中依次设置有水生经济植物浮床区、人工基质固定化微生物膜区、底栖软体动物区及芦苇湿地区，同时，在出水口处安置有抽水泵，抽水泵的抽水流速保持在360m·h-1以上，水渠中整体水的流速在15cm/s-25cm/s之间，
抽水泵的排水量在600m3/h-1200m3/h之间，水泵提升池塘排放水，流速在15cm/s-25cm/s之间，经过1000m-2000m流程，流速对浮游植物的群落组成具有明显作用，当流速超过360m·h-1时，蓝藻在浮游植物中所占比例将大幅度降低，过高的流速对蓝藻有抑制作用，硅藻因细胞壁由硅质组成，在水流中呈悬浮状态，故水流能促进硅藻的生长繁殖，由于动力水渠形成一定流速的水流，改变了蓝藻繁殖的适宜环境，从而抑制了蓝藻的生长繁殖，促进了硅藻的大量生长繁殖。
在本发明的具体实施中，水生经济植物浮床具体为每块浮床规格1m×2m＝2m2，各浮床之间紧密连接，每块浮床上分别培植水蕹菜、水芹、紫背天葵、薄荷、美人蕉及韭菜水生经济植物，其中水蕹菜100m2、水芹18m2、紫背天葵4m2，薄荷10m2，美人蕉4m2，韭菜4m2。水生经济植物在其生长过程中，吸收水环境中大量的氮、磷等营养元素，当水从水生经济植物流过时，被水生经济植物吸收的大量氮、磷等营养元素随之而带走，减轻了水体富营养化程度。同时水生经济植物连续释放化感物质(Allelochemical)，抑制藻类生长，使水质得到净化。
在本发明的具体实施中，人工基质固定化微生物膜具体采用宽10m-17m，高1.2m-1.8m，每片面积在15.0m～25.5m2的人工基质材料膜，每片人工基质固定化微生物膜两两相接，构成与多级生物净化水渠横截面相同的过滤截面，沿水流流动方向，在多级生物净化水渠中共设置6-10个由人工基质固定化微生物膜构成的截面。固定化微生物因在人工基质上定殖成膜，提高了微生物的数量和成活率，提高了与水体的接触时间和面积及水体的净化效果。固定化微生物膜主要是通过微生物对氮、磷和有机物等的利用，促进了自身的生长，降低了水中各种污染物质的含量，提高了水中溶氧，同时竞争了藻类生长的营养物质氮、磷，减少水中藻类数量，水体透明度增大，稳定了pH。
在本发明的具体实施中，底栖软体动物具体为当地采集的褶纹冠蚌(Cristariaplicata)，褶纹冠蚌由挂笼方式养殖每笼放养8只-15只，共计47笼，集中放置。底栖软体动物褶纹冠蚌是原位生物修复的重要选择，它就像生物过滤器，昼夜不停地过滤着水体有机物质和藻类。褶纹冠蚌能够大量过滤养殖废水，并将沉入水底的有机污染物及水体中矿物元素转化为自身物质，通过生物地球化学循环，实现资源再利用，从而有效地降低了养殖水体的营养盐含量。
在本发明的具体实施中，芦苇湿地的面积在8000m2-15000m2之间，占整个多级生物净化水渠面积的12％-18％；首先通过保持低水位，深度约1.5m，延长低水位时间约50d，直至挺水植物芦苇(Phragmitesaustralis)最大限度长出，并达到一定高度后再蓄水，芦苇湿地也能够连续释放化感物质(Allelochemical)，抑制藻类生长，同时吸收利用水体中各种营养盐，并能影响池塘不同层面中氮循环细菌和真菌的数量，使不同类群的微生物共存于同一水层，促进了物质循环，提高了系统的净化能力。
其中，净化池为养殖了滤食性鱼类的净化池，净化池面积在120亩-180亩之间，平均水深在1.2m-2.5m之间，净化池四周为斜度边坡。
在本发明的具体实施中，所述滤食性鱼类包括滤食性鲢鱼、滤食性鳙鱼及刮食性梭鱼，鲢鱼、鳙鱼及梭鱼之间的数量比为26﹕11﹕32，放养密度在40尾/亩-50尾/亩之间，鲢鱼、鳙鱼及梭鱼的规格分别为鲢鱼0.5斤/尾-0.7斤/尾、鳙鱼2.5斤/尾-3.5斤/尾和梭鱼0.4斤/尾-0.7斤/尾。受控于养殖鲢、鳙和梭鱼，显著降低了浮游生物量和腐屑数量，进一步净化了水质。减少的浮游生物和腐屑被转化成鱼肉蛋白，获得了一定的经济效益。然后进入沉淀池。
其中，沉淀池的面积在100亩-150亩之间，平均深度为1.2m-2.0m，在沉淀池中泼洒有微生态制剂。
在本发明的具体实施中，所述沉淀池中泼洒的微生态制剂为光合细菌或枯草芽孢杆菌，光合细菌浓度为1000000000cfu/ml，泼洒量1Kg/亩，枯草芽孢杆菌浓度为1000000000cfu/ml，泼洒量100g/亩。沉淀池进一步调节水质，然后流入自流水渠。
其中，自流水渠为进水口高出水口低的水渠，水渠长度250m-400m，坡度以保持水流速在0.8m/s-1.2m/s为准，水渠内布满芦苇，进一步发挥芦苇湿地的功能，经过多级生物净化系统全程净化的养殖池塘排放水，有效去除了水体中氮、磷营养盐，减少浮游生物量，特别是浮游植物生物量，改善了浮游植物的群落结构，符合养殖池塘水质标准，最后由自流水渠输回养殖池塘，
在本发明的具体实施中，养殖池塘的换水频率为每6天-8天1次，每次换水率为养殖池塘的10％～20％。
Claims (9)
1.一种封闭循环的多级生物净化系统，该系统包括养殖池塘，其特征在于：养殖池塘通过池塘排放水渠与多级生物净化水渠连接，多级生物净化水渠通过水泵输水管道与净化池连接，净化池通过净化水渠与沉淀池连接，沉淀池通过自流水渠与养殖池塘连接，
其中，所述多级生物净化水渠为一条长1000m-2000m、宽15～20m、深1.5～3m的水渠，自多级生物净化水渠入水口至出水口，在水渠中依次设置有由水生经济植物浮床构成的水生经济植物浮床区、由多块人工基质固定化微生物膜构成的人工基质固定化微生物膜区、底栖软体动物区及芦苇湿地区，同时，在出水口处安置有抽水泵，抽水泵的抽水流速保持在360m·h-1以上，水渠中整体水的流速在15cm/s-25cm/s之间；
其中，净化池为养殖了滤食性及刮食性鱼类的净化池，净化池面积在120亩-180亩之间，平均水深在1.2m-2.5m之间，净化池四周为斜度边坡结构；
其中，沉淀池的面积在100亩-150亩之间，平均深度为1.2m-2.0m，在沉淀池中泼洒有微生态制剂。
其中，自流水渠为进水口高出水口低的水渠，水渠长度250m-400m，坡度以保持水流速在0.8m/s-1.2m/s为准，水渠内布满芦苇。
2.根据权利要求1所述的封闭循环的多级生物净化系统，其特征在于：每块水生经济植物浮床的规格为1m×2m＝2m2，每块浮床之间紧密连接，每块浮床上分别培植水蕹菜、水芹、紫背天葵、薄荷、美人蕉及韭菜水生经济植物。
3.根据权利要求2所述的封闭循环的多级生物净化系统，其特征在于：所述水蕹菜、水芹、紫背天葵、薄荷、美人蕉及韭菜的养殖面积比例为：100﹕18﹕4﹕10﹕4﹕4。
4.根据权利要求1所述的封闭循环的多级生物净化系统，其特征在于：所述人工基质固定化微生物膜的具体规格为宽10m-17m，高1.2m-1.8m，每片人工基质固定化微生物膜两两相接，构成与多级生物净化水渠横截面相同的过滤截面，沿水流流动方向，在多级生物净化水渠中共设置6-10个由人工基质固定化微生物膜构成的截面。
5.根据权利要求1所述的封闭循环的多级生物净化系统，其特征在于：所述底栖软体动物区的底栖软体动物具体为当地采集的褶纹冠蚌，褶纹冠蚌由挂笼方式养殖，每笼放养8只-15只，共计40笼-60笼，集中放置。
6.根据权利要求1所述的封闭循环的多级生物净化系统，其特征在于：所述芦苇湿地区的面积在8000m2-15000m2之间，占整个多级生物净化水渠面积的12％-18％。
7.根据权利要求1所述的封闭循环的多级生物净化系统，其特征在于：所述滤食性及刮食性鱼类包括滤食性鲢鱼、滤食性鳙鱼及刮食性梭鱼，鲢鱼、鳙鱼及梭鱼之间的数量比为26﹕11﹕32，放养密度在40尾/亩-50尾/亩之间，鲢鱼、鳙鱼及梭鱼的规格分别为鲢鱼0.5斤/尾-0.7斤/尾、鳙鱼2.5斤/尾-3.5斤/尾和梭鱼0.4斤/尾-0.7斤/尾。
8.根据权利要求1所述的封闭循环的多级生物净化系统，其特征在于：所述沉淀池中泼洒的微生态制剂为光合细菌或枯草芽孢杆菌，光合细菌浓度为1000000000cfu/ml，泼洒量1Kg/亩，枯草芽孢杆菌浓度为1000000000cfu/ml，泼洒量100g/亩。
9.根据权利要求1所述的封闭循环的多级生物净化系统，其特征在于：养殖池塘的换水频率为每6天-8天1次，每次换水率为养殖池塘总水量的10％～20％。
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