CN106746344A - 鱼菜共生系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种鱼菜共生系统，本发明通过将养殖单元和种植单元相对独立设置，从而可以满足养殖和种植的不同需求。由于养殖废水作为有机液肥，不仅富含植物生长所需的各种元素，同时含有腐植酸、氨基酸等其他营养，可提高蔬菜风味，比水培产品营养更丰富,因此，可以将养殖水池排放的污水经过物理过滤器去除悬浮物质之后的水通过营养转换装置进行营养需求调节，同时使pH值下降至蔬菜种植的合适范围，从而作为有机液肥输送至种植单元；种植单元的水经过植物的吸收净化后还可以返回养殖水池作为养鱼用水，由系统蒸发、植物蒸腾所损失的水，则通过水源补充装置补充新水，从而本发明的鱼菜共生系统可以真正实现零排放标准。

Description

鱼菜共生系统
技术领域
本发明涉及水养殖及种植技术领域，尤其涉及一种鱼菜共生系统。
背景技术
中国是农业大国，但生产方式相对落后，传统的水产养殖其密度低，从而导致饲料利用率低，由于管理粗放，外界环境复杂，大量的污水排放，污染环境，从而容易接触病原，加之水质环境差，存在滥用抗生素和鱼药问题，使得养殖产品存在人畜共患寄生虫问题。而传统的种植业，尤其是蔬菜种植需要用到大量的土地，且由于滥用农药、化肥，容易导致土地板结、环境污染。
而鱼菜共生是一种新型的复合耕作体系，它将水产养殖与农业种植这两种原本完全不同的农耕技术融合在一起，以达到科学的协同共生，是未来可持续循环型零排放的低碳生产模式，更是有效解决农业生态危机的最有效方法。但是，由于鱼、菜存在生长环境的差异，例如鱼生长的最佳水温一般在28度，pH值一般在7至8之间，而菜生长的最佳水温一般在24度，pH值一般在6至7之间，因此，两者串联运行的话无法在各自最佳的生产区间同时达到高产，而进行额外的水体温度调节，则会因为种植区域面积大，而导致成本大幅增加。
发明内容
本发明的目的在于提供一种鱼菜共生系统，用以解决现有技术中由于鱼菜生长环境的差异导致其无法在各自最佳的生产区间同时达到高产的问题。
为了实现上述目的，本发明提供一种鱼菜共生系统，包括相对独立的养殖单元和种植单元，其中，养殖单元和种植单元之间通过营养转换装置连接；养殖单元包括通过水管依次连接的养殖水池、物理过滤器、水泵井、生物过滤器和调节池，调节池上设置有氧气供给装置和温度控制装置，调节池的出水口连接至养殖水池，养殖水池还连接有水源补充装置；
种植单元包括若干个通过水管循环连接的栽培槽和与各栽培槽连接的曝气器，各栽培槽的出水口连接至养殖水池。
进一步的，养殖单元设置在养殖车间，养殖车间内壁喷涂有保温材料。
进一步的，物理过滤器采用沉淀池、弧形筛、微滤机、转鼓过滤器或吸附式转鼓过滤器。
进一步的，吸附式转鼓过滤器包括转鼓主体、设置在转鼓主体内部的圆筒支撑壁以及过滤网，过滤网设置在圆筒支撑壁的外侧，过滤网上设置有吸污嘴，吸污嘴通过吸污管连接至气液分离器，气液分离器的顶端设置有负压风机，气液分离器的底端设置有排污管，圆筒支撑壁上设置有多个用于水流通过的流水孔，延圆筒支撑壁的轴向中心设置有空心中轴，空心中轴上设置有多个出水孔和第一出水口，空心中轴的两端穿过圆筒支撑壁的侧壁并固定在转鼓主体的两个侧壁上，转鼓主体的一个侧壁上设置有第一进水口，转鼓主体上还设置有驱动装置。
进一步的，生物过滤器采用高负荷生物滤池、移动床生物反应器、固定床生物反应器、曝气生物滤池、生物接触氧化反应器、流化床生物反应器、生物转盘过滤器或膨胀床生物反应器。
进一步的，膨胀床生物反应器包括中空本体和设置在中空本体上端的环形布水模块，环形布水模块包括顶壁和延顶壁边缘设置的环道，环道上设置有第二进水口，环道与中空本体之间形成环形缝隙，顶壁上设置有导流椎，中空本体内设置有生物填料层，中空本体的底端设置有第二出水口。
进一步的，温度控制装置采用电热加热锅炉、太阳能加热设备或热泵。
进一步的，营养转换装置采用序批式生物反应器。
进一步的，种植单元设置在大棚内，种植单元采用无土栽培工艺。
进一步的，曝气器采用脱气曝气器，脱气曝气器包括壳体、设置在壳体内部的填料层和集水层、设置在集水层的回水口和设置在壳体上端的第三进水口，与填料层相对应的外壳上设置有风机。
采用上述本发明技术方案的有益效果是：通过将养殖单元和种植单元相对独立设置，从而可以满足养殖和种植的不同需求。由于养殖废水作为有机液肥，不仅富含植物生长所需的各种元素，同时含有腐植酸、氨基酸等其他营养，可提高蔬菜风味，比水培产品营养更丰富,因此，可以将养殖水池排放的污水经过物理过滤器去除悬浮物质之后的水通过营养转换装置进行营养需求调节，实现鱼排泄物的水解、矿化、氨化、硝化、反硝化以及磷的吸收及释放反应，以充分分解营养，并达到营养均衡，同时使pH值下降至蔬菜种植的合适范围，从而作为有机液肥输送至种植单元。种植单元的水经过植物的吸收净化后还可以返回养殖水池作为养鱼用水，由系统蒸发、植物蒸腾所损失的水，则通过水源补充装置补充新水，从而本发明的鱼菜共生系统可以真正实现零排放标准。
附图说明
图1为本发明鱼菜共生系统的结构示意图；
图2A为吸附式转鼓过滤器的结构示意图；
图2B为图2A中空心中轴210的结构示意图；
图3为膨胀床生物反应器的结构示意图；
图4A为脱气曝气器的正面结构示意图；
图4B为脱气曝气器的背面结构示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
10、养殖单元，20、种植单元，30、营养转换装置，11、水管，12、养殖水池，13、物理过滤器，14、水泵井，15、生物过滤器，16、调节池，17、氧气供给装置，18、温度控制装置，19、水源补充装置，21、栽培槽，22、曝气器，201、转鼓主体，202、圆筒支撑壁，203、过滤网，204、吸污嘴，205、吸污管，206、气液分离器，207、负压风机，208、排污管，209、流水孔，210、空心中轴，211、出水孔，212、第一出水口，213、第一进水口，214、驱动装置，215、密封垫，301、中空本体，302、环形布水模块，303、顶壁，304、环道，305、第二进水口，306、环形缝隙，307、导流椎，308、生物填料层，309、第二出水口，401、壳体，402、填料层，403、集水层，404、回水口，405、第三进水口，406、风机，407、水泵，408、布水板。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
本发明通过将高密度水产养殖和无土栽培的生产技术有机结合以形成鱼菜共生系统，鱼为菜提供生长所需营养，菜吸收营养的同时为鱼净化水质，二者循环运行。本发明的鱼菜共生系统如图1所示，包括相对独立的养殖单元10和种植单元20，其中，养殖单元10和种植单元20之间通过营养转换装置30连接。在本实施例中，养殖单元10可以包括通过水管11依次连接的养殖水池12、物理过滤器13、水泵井14、生物过滤器15和调节池16，在调节池16上还设置有氧气供给装置17和温度控制装置18，调节池16的出水口连接至养殖水池12，从而形成循环的养殖单元。养殖水池12还连接有水源补充装置19，从而可以为养殖水池提供充足的水源。
种植单元20则可以设置在大棚内，从而可以利用大棚来隔离虫害、遮阳等，以保持蔬菜适合的生长条件，同时防止病虫害以及减少自然灾害所带来的损害。在本实施例中，还可以使用生物、物理的防治技术代替农药的使用，使种植的农产品绿色、环保、安全，同时又不会危害养殖的鱼，例如，可以喷洒苏云金杆菌来防止鳞翅目昆虫(如小菜蛾等)；可以在大棚的通风口使用防虫网，在大棚内利用瓢虫及草蛉等天敌生物防止蚜虫，不仅可以隔绝害虫进入，同时也可以防止天敌生物逃逸，并保持天敌生物在大棚内的有效密度；还可以利用间种藿香蓟防止红蜘蛛等。
具体的，种植单元采用无土栽培工艺，包括但不限于深水栽培、浅液膜栽培、气雾栽培、立体栽培、无机基质栽培、有机基质栽培等，本实施例中优选深液栽培。在本实施例中，种植单元20包括若干个通过水管循环连接的栽培槽21和与各栽培槽21连接的曝气器22，各栽培槽21的出水口则连接至养殖水池12。
在本发明实施例中，养殖单元和种植单元相对独立设置，从而可以满足养殖和种植的不同需求。养殖水池排放的污水经过物理过滤器，去除悬浮物质之后进入水泵井，水泵井将水抽入生物过滤器实现氨氮向硝酸盐的转换，最后进入调节池，通过氧气供给装置和温度控制装置进行温度、氧气的调节，并将消毒、净化后的水回流至养殖水池以循环利用。
由于养殖废水作为有机液肥，不仅富含植物生长所需的各种元素，同时含有腐植酸、氨基酸等其他营养，可提高蔬菜风味，比水培产品营养更丰富。因此，还可以将养殖水池排放的污水经过物理过滤器去除悬浮物质之后的水通过营养转换装置进行营养需求调节，实现鱼排泄物的水解、矿化、氨化、硝化、反硝化以及磷的吸收及释放反应，以充分分解营养，并达到营养均衡，同时使pH值下降至蔬菜种植的合适范围，从而作为有机液肥输送至种植单元。种植单元的水经过植物的吸收净化后还可以返回养殖水池作为养鱼用水，由系统蒸发、植物蒸腾所损失的水，则通过水源补充装置补充新水，从而本发明的鱼菜共生系统可以真正实现零排放标准。
在本实施例中，养殖单元10可以设置在养殖车间，而养殖车间的内壁则可以喷涂保温材料，优选聚氨酯进行喷涂，从而可以有效保持养殖车间的温度恒定，加强养殖区域保温，减少热量损耗，降低加温成本。
具体的，养殖水池12可以设置为任意形状，在本实施例中优选为圆形水池，从而有利于排污及水质的均匀。温度控制装置18可以采用电热加热、锅炉、太阳能加热设备或热泵，本实施例中优选热泵。营养转换装置30可以采用序批式生物反应器，具体包括厌氧好氧工艺序批生物反应器、添加移动床填料的序批生物反应器等。物理过滤器13可以采用沉淀池、弧形筛、微滤机、转鼓过滤器或吸附式转鼓过滤器等，本实施例中优选吸附式转鼓过滤器。
具体的，吸附式转鼓过滤器的结构如图2A和图2B所示，其包括转鼓主体201、设置在转鼓主体201内部的圆筒支撑壁202以及过滤网203，其中，过滤网203设置在圆筒支撑壁202的外侧，过滤网203上设置有吸污嘴204，吸污嘴204通过吸污管205连接至气液分离器206，气液分离器206的顶端设置有负压风机207，为吸污嘴提供负压，迫使污物流入气液分离器；气液分离器206的底端为椎形，并设置有排污管208，便于污物集中排泄，圆筒支撑壁202上设置有多个用于水流通过的流水孔209，延圆筒支撑壁202的轴向中心设置有空心中轴210，空心中轴210上设置有多个出水孔211，其端部设置有第一出水口212，空心中轴210的两端穿过圆筒支撑壁202的侧壁并固定在转鼓主体201的两个侧壁上，从而起到支撑转鼓过滤转鼓作用，转鼓主体201的一个侧壁上设置有第一进水口213，转鼓主体201上还设置有驱动装置214。具体的，过滤网203优选不锈钢316材质，过滤精度范围通常在20～200um，优选为50um。转鼓主体采用密度低于水的塑料材质，如PP、PE等。
具体的，驱动装置214可以采用驱动电机或驱动叶轮，过滤转鼓由驱动电机或驱动叶轮驱动运转，旋转速度在1～20rpm，具体可以根据水质进行调节。旋转所需能耗由370w减少到5w，由于旋转摩擦力小；还可以利用进水水流冲击叶轮，轻松转动转鼓，实现无能耗运行。
吸污嘴紧贴在过滤网外侧，开有平行于过滤转鼓轴线方向并且与转鼓同宽的细缝，转鼓外表面截留的污物通过细缝吸入吸污嘴。
污水由第一进水口流入，然后由外侧通过过滤网进入过滤转鼓内侧，比过滤网孔径大的悬浮物被截留在过滤网外侧，过滤转鼓连续转动，当旋转至吸污嘴处，悬浮物及少量的水在负压的作用下由吸污嘴吸进吸污管并进入气液分离器中，气体则由抽气口抽出，悬浮物沉积在气液分离器的底部由排污口排出，被吸污嘴清洗干净的过滤网继续转入污水中实现连续过滤，从而实现连续运转、连续吸污以及连续清洗过滤网，使得过滤网过滤速度高，流量可比现有产品提高一倍。
为防止污水从空心中轴和圆筒支撑壁的侧壁之间的缝隙流入过滤转鼓内部，因此，可以在空心中轴和圆筒支撑壁的侧壁之间的接触面安装密封垫215。
本发明实施例中的吸附式转鼓过滤器，其过滤方向由外向内，过滤网的过滤面光滑，不受支撑壁的阻挡影响；过滤网内部无排污部件，浸没率可提高到80％以上；通过负压清洗过滤网表面，其清洗动作温和，对过滤网损伤小，从而过滤网使用寿命长；通过吸污嘴可以将过滤下来的固体完全收集，从而避免过滤物飞溅泄露、污染系统。
如图3所示，生物过滤器15可以采用高负荷生物滤池、移动床生物反应器、固定床生物反应器、曝气生物滤池、生物接触氧化反应器、流化床生物反应器、生物转盘过滤器或膨胀床生物反应器，在本实施例中优选膨胀床生物反应器。具体的，该膨胀床生物反应器具体包括中空本体301和设置在中空本体301上端的环形布水模块302，其中，环形布水模块302包括顶壁303和延顶壁303边缘设置的环道304，环道304上设置有第二进水口305，环道304与中空本体301之间形成环形缝隙306，在顶壁303上设置有导流椎307，中空本体301内还设置有生物填料层308，在中空本体301的底端设置有第二出水口309。
本发明中生物过滤器的工作原理为：加压污水由水泵泵入第二进水口，经过环道均匀后由环形缝隙进入反应器内部，在导流椎的协同作用下形成均一流速的水流向下流动。其向下的压力约等于生物填料层的浮力，使得生物填料开始膨胀，形成膨胀床，并保持一定的膨胀率，以控制填料层下边界高于出水口，防止填料流失，经过细菌分解吸收后，污水得到净化，从第二出水口流出。
具体的，环道内角做圆角处理，从而可以减少水头损失；生物填料层具有一定密度和浮性，具体可以采用聚氨酯闭孔发泡颗粒，相比同等膨胀率的沙子填料，其质量轻、阻力低、运行水头损失小。由于填料处于膨胀状态，填料颗粒之间保持一定的间隙，形成大的空隙率，从而在一定程度上增加细菌的生长空间以及和污水的接触面积，从而可以为细菌提供良好的生长环境，有利于细菌的大量繁殖。
细菌分解水体的营养物质，同时生成生物膜，当生物膜过度增生，内侧生物膜处于厌氧，生物膜附着力降低，在水的紊流剪切下自然脱落，脱落后的填料重新生长生物膜，形成生物膜的更新，脱落生物膜厚实，容易程度处理。
填料颗粒在水力的作用下保持相对静止的分散状态，每颗填料在一定的空间旋转往复运动不会造成强烈的摩擦，从而有利于生物膜的附着以及更新；由于水流方向和填料的运动趋势相反，所以填料颗粒在一定的活动范围内保持旋转和往复运动，加上较高的水流速度，使得填料表面雷诺数高，液面更新速度快，从而可以为生物膜带来更多的氧气和底物，其挂膜稳定、反应速率高。
本发明实施例中的膨胀床生物反应器采用生物填料，其表面积大，生物亲和性好，具有挂膜稳定、反应速率高等优点。
具体的，如图4A和图4B所示，在深液栽培中曝气器22可以采用脱气曝气器，该脱气曝气器包括壳体401、设置在壳体401内部的填料层402和集水层403、设置在集水层403的回水口404和设置在壳体401上端的第三进水口405，与填料层402相对应的外壳上设置有风机406，通过风机将空气鼓入脱气曝气器中，从而可以提高脱气曝气效率，同时可降低水温。进水口405连接有水泵407，在填料层402的上端设置有布水板408。
在本实施例中，脱气曝气器设置在栽培槽的一端，栽培槽的深度一般设置在20～50cm，栽培槽中设置有溶氧传感器，通过溶氧传感器对水体溶氧进行实时监测，当溶氧低于设定值时，启动水泵将栽培槽的水抽至布水板，布水板将待曝气的水均匀的洒在填料层上，并在填料层形成均匀流动的水膜，由于填料层具有巨大的表面积，从而加大了水气交换的界面，使二氧化碳从废水中脱除，从而减少二氧化碳对植物根系呼吸的抑制，同时为植物地上部分提供二氧化碳，提高光合作用。在水泵启动的同时，风机启动，鼓风使液体下落逆流，从而提高脱气曝气效率，通过填料层后，水完成脱气曝气过程，溶解氧接近饱和，二氧化碳降至理想水平，经充分曝气后的饱和溶氧水经回水口流回栽培槽，以供种植的蔬菜吸收。
另外，可根据夏季、冬季温度的不同按不同气液比运行，夏季温度高，溶氧饱和度低，从而需要较大的风量来满足溶氧要求，同时可以在一定程度降低水温；冬季运行时风机无需启动便可满溶氧，同时减少热量损耗。
本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种鱼菜共生系统，其特征在于，包括相对独立的养殖单元和种植单元，所述养殖单元和种植单元之间通过营养转换装置连接；所述养殖单元包括通过水管依次连接的养殖水池、物理过滤器、水泵井、生物过滤器和调节池，所述调节池上设置有氧气供给装置和温度控制装置，所述调节池的出水口连接至养殖水池，所述养殖水池还连接有水源补充装置；
所述种植单元包括若干个通过水管循环连接的栽培槽和与各栽培槽连接的曝气器，所述各栽培槽的出水口连接至养殖水池。
2.根据权利要求1所述的鱼菜共生系统，其特征在于，所述养殖单元设置在养殖车间，所述养殖车间内壁喷涂有保温材料。
3.根据权利要求1或2所述的鱼菜共生系统，其特征在于，所述物理过滤器采用沉淀池、弧形筛、微滤机、转鼓过滤器或吸附式转鼓过滤器。
4.根据权利要求3所述的鱼菜共生系统，其特征在于，所述吸附式转鼓过滤器包括转鼓主体、设置在转鼓主体内部的圆筒支撑壁以及过滤网，所述过滤网设置在所述圆筒支撑壁的外侧，所述过滤网上设置有吸污嘴，所述吸污嘴通过吸污管连接至气液分离器，所述气液分离器的顶端设置有负压风机，所述气液分离器的底端设置有排污管，所述圆筒支撑壁上设置有多个用于水流通过的流水孔，延所述圆筒支撑壁的轴向中心设置有空心中轴，所述空心中轴上设置有多个出水孔和第一出水口，所述空心中轴的两端穿过圆筒支撑壁的侧壁并固定在转鼓主体的两个侧壁上，所述转鼓主体的一个侧壁上设置有第一进水口，所述转鼓主体上还设置有驱动装置。
5.根据权利要求3所述的鱼菜共生系统，其特征在于，所述生物过滤器采用高负荷生物滤池、移动床生物反应器、固定床生物反应器、曝气生物滤池、生物接触氧化反应器、流化床生物反应器、生物转盘过滤器或膨胀床生物反应器。
6.根据权利要求5所述的鱼菜共生系统，其特征在于，所述膨胀床生物反应器包括中空本体和设置在所述中空本体上端的环形布水模块，所述环形布水模块包括顶壁和延顶壁边缘设置的环道，所述环道上设置有第二进水口，所述环道与所述中空本体之间形成环形缝隙，所述顶壁上设置有导流椎，所述中空本体内设置有生物填料层，所述中空本体的底端设置有第二出水口。
7.根据权利要求3所述的鱼菜共生系统，其特征在于，所述温度控制装置采用电热加热、锅炉、太阳能加热设备或热泵。
8.根据权利要求1所述的鱼菜共生系统，其特征在于，所述营养转换装置采用序批式生物反应器。
9.根据权利要求1或8所述的鱼菜共生系统，其特征在于，所述种植单元设置在大棚内，所述种植单元采用无土栽培工艺。
10.根据权利要求9所述的鱼菜共生系统，其特征在于，所述曝气器采用脱气曝气器，所述脱气曝气器包括壳体、设置在所述壳体内部的填料层和集水层、设置在所述集水层的回水口和设置在所述壳体上端的第三进水口，与所述填料层相对应的外壳上设置有风机。
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