CN107302885A - 结合循环水进行水产养殖与植物栽培的方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种结合循环水进行水产养殖与植物栽培的方法，是将一养殖槽上层溢流水及底层污水送至一圆型平板超滤膜单元及一蛋白分离器，使通过膜过滤及蛋白分离后的水体再流入养殖槽形成循环水，而被超滤膜截留的浓缩废液与蛋白分离器所生成的气泡杂液则静置发酵为养殖废水，养殖废水经另一圆型平板超滤膜单元以分离出初滤液及混浊高蛋白浓缩液，最后将初滤液泵送入一纳滤膜单元以除去氨氮，以获得一富含胺基酸的回收水及澄清高蛋白浓缩液，回收水则抽送回该养殖槽内再利用。

Description

结合循环水进行水产养殖与植物栽培的方法及系统

技术领域

本发明是有关于一种养殖水的处理方法，且特别是有关于一种能提高循环水的回收效能，以降低养殖水的补充用水量，且又能自养殖废水中分离出高蛋白浓缩液，以提供植物工厂进行植物培植所需养分的结合循环水进行水产养殖与植物栽培的方法。

背景技术

随着近海渔业资源的逐渐枯竭以及远洋渔业发展的限制，国内渔业近年来已逐渐转为水产养殖发展，但由于台湾土地面积狭小，且超抽地下水所造成的地层下陷问题，使得传统水产养殖方式造成极大的养殖瓶颈，所以，密闭式的循环水养殖系统便应运而生。

为此，本案发明人先前所申请的中国大陆第201410295843.97号「高密度养殖循环水的处理设备」发明专利申请案，就揭露了一种集约式的循环水养殖系统，这种养殖系统是先将养殖水以进水设备打入养殖槽内，养殖槽内设有曝气设备以提供充足氧气，并在槽内设有一溢流堰连接到一循环水净化设备，经过净化过滤后的水液会再回流到养殖槽内循环使用，所以，基本上每周只要补充约10%养殖水体积的水到桶槽内，就能达到连续式的水循环使用效果。

此外，为了降低养殖槽体内水质的氨氮浓度，以提高饲养物的存活率，本案发明人更进一步地在循环水净化设备（UF膜过滤单元）之前，利用一蛋白分离器来取代原先的包埋式硝化菌，借由泡沫吸附分离方式来预先去除水体中的胶状黏液（蛋白质）与悬浮微粒，一方面能防止滤膜被鱼体所分泌的黏液堵塞，以维持滤膜应有的固液分离效能，另一方面也能补充更多的氧气在水中，以提供优良的循环水质，来提高饲养物的存活率，并延长滤膜的清洗周期及使用寿命。

虽然，上述的设计已经能够达成以循环水来进行集约式养殖的目的，但在实际运作一段时间后，本案发明人却发现现有设计对于循环水的回收效能上仍稍嫌不足，主因有以下两点：

一、首先，养殖水除了少量是自然地蒸发散失之外，大部份都是由蛋白分离器在去除水中蛋白质时一并被排放掉（因蛋白分离器时所排出的泡沫大部份仍为水液），所以目前的循环水养殖业者每天必须更换至少10%的养殖水来解决这个问题，这数字虽然看来不大，但是对一个有30吨水体以上的养殖事业而言，代表每周需要排放掉3吨的养殖废水，并再补充洁净的水进来，长期以往，这显然是一种不小的成本负担。

二、其次，以往的循环水养殖系统固然设有喷洗单元来喷刷净化设备的滤膜，但是在冲洗滤膜后夹带有大量污泥的喷洗水，因浊度与悬浮固体（SS）值过高，通常只能直接排出外界，相对的，能够被引取回养殖槽的循环水量也将大幅降低，所以实际上养殖槽所必须补充的水体已远超过10%这个数字，而且，排放水还有环保法规须遵守，也对养殖业者产生极大的困扰，但无形中仍将消耗掉不少的回收循环水。

另外，还有一个更严重的问题在于，由蛋白分离器所带出的这些水溶性养殖废水中饱含氨氮与磷，这对于养殖水体是一种极大的污染源，但却是植物栽培所需要的大量元素，如果任由此含有营养源的可溶性废水直接排放，不仅是一种资源上的浪费，也容易造成生态环境的冲击。

发明内容

因此本发明所提供的一种结合循环水进行水产养殖与植物栽培的方法，是将蛋白分离器及冲洗滤膜时所带出的养殖废水，再经过两道不同的膜过滤处理，所产出的回收水能作为养殖槽的补充水源，以降低养殖系统对于循环水所需的补充量，而经过膜过滤所截留下的高蛋白浓缩液则能被引取至植物工厂，进一步成为进行栽培植床的营养液，进而达到减废再利用的目的。

为达上述目的，本发明的解决方案是：

一种结合循环水进行水产养殖与植物栽培的方法，包含以下步骤：

步骤（A）：准备一养殖槽，该养殖槽内容置有养殖水；

步骤（B）：对该养殖槽内的养殖水进行曝气，以提供养殖水充足的溶氧量；

步骤（C）：将该养殖槽上层溢流水及底层污水分别汲取至一圆形平板超滤膜单元及一蛋白分离器，利用该圆型平板超滤膜单元对养殖水进行循环过滤，以获得能直接抽送回该养殖槽的循环水，同时，自该蛋白分离器内的一超微细气泡产生单元吸入喷射气体，让喷射气体快速与水体产生气液混合，以形成大量微细气泡，进而将水体中的蛋白质、残饵、排泄物与较大分子胶体积聚在气泡表面，并朝上推升形成气泡杂液，而与气泡到达分离界面后的水体则向下流动，而形成回流到该养殖槽的另一股循环水；

步骤（D）：将前述气泡杂液和被该圆形平板超滤膜单元截留所生成的浓缩废液输送至一集沫槽内静置发酵，以成为养殖废水；

步骤（E）：将该养殖废水经另一圆型平板超滤膜单元内进行第一次膜过滤处理，利用超滤膜来截留水体中的黏液及悬浮物，以分离出初滤液及混浊高蛋白浓缩液；

步骤（F）：将该混浊蛋白浓缩液排放至一收集桶，以做为植物工厂进行栽培植床的肥料营养剂或生物饵料培养液之用；

步骤（G）：将透析过超滤膜后的初滤液泵送入一纳滤膜单元内，以进行第二次膜过滤处理，利用纳滤膜来进一步除去初滤液中的氨氮，以成为富含胺基酸的回收水，而被截留的水体则成为澄清高蛋白浓缩液，以作为水耕植物或海菜、蕨类培养液；

步骤（H）：将通过纳滤膜所产出的回收水送回该养殖槽内再利用。

进一步，在步骤（D）中，该超微细气泡产生单元所吸入的喷射气体内包含有臭氧，以提高蛋白质分离器去除氨氮的效率。

进一步，在步骤（F）中，在混浊高蛋白浓缩液内更加入有淡水进行稀释。

进一步，稀释后的混浊高蛋白浓缩液在供应植物栽培植床吸收利用后，可由其植床排放出渗出液，渗出液可在通过一过滤程序后后回流至该收集桶内再利用。

进一步，在步骤（G）中，所截留的澄清高蛋白浓缩液内更加入有淡水进行稀释。

一种结合循环水进行水产养殖与植物栽培的系统，接设在一养殖槽与一植物工厂之间，包含有：

一养殖槽，其内容置有养殖水；

一鼓风机，可对该养殖槽内打入空气，以维持养殖水有充足的溶氧量；

一第一抽水泵浦，具一邻近该养殖槽且位于养殖水液面的溢流管，以及一伸设到该养殖槽底部且与该溢流管连通的排污管；

一蛋白分离器，具有一与该排污管连通的筒槽、一设置在筒槽内的微细气泡产生单元、一自该筒槽底部延伸至该养殖槽的出水管，以及一装设于该筒槽顶部的泡沫流出管，该超微细气泡产生单元吸入喷射气体，使喷射气体快速与该筒槽内水体产生气液混合，以形成大量微细气泡，进而将水体中的蛋白质、残饵、排泄物与较大分子胶体积聚在气泡表面，并朝上推升形成气泡杂液，再由该泡沫流出管排出，而与气泡到达分离界面后的水体则向下流动再经由该出水管回流到该养殖槽中；

一集沫槽，用以盛接由该泡沫流出管所排出的气泡杂液，并经过静置后成为养殖废水；

一个以上的圆型平板超滤膜单元，接设在该集沫槽一侧并可泵入该养殖废水至其内，该圆型平板超滤膜单元具有呈等间隔垂直排列的超滤膜，以在水压作用下，利用超滤膜来截留待过水体中的黏液及悬浮物，以分离出初滤液及混浊高蛋白浓缩液；

一收集桶，以承接该混浊高蛋白浓缩液，以作为植物工厂进行栽培植床的肥料营养剂或生物饵料的培养液之用；

一纳滤膜单元，接设在该圆型平板超滤膜单元一侧，并可泵送入该初滤液至其内，利用纳滤膜来进一步除去初滤液中的氨氮，以成为富含胺基酸的回收水，而被截留的水体则成为澄清高蛋白浓缩液，以作为植物工厂的植物的有机肥或海菜、蕨类培养液；

一回收水槽，设置在该纳滤膜单元一侧，用以盛接由该纳滤膜单元所产出的回收水；

一第二抽水泵浦，设置在该养殖槽与该回收水槽之间，以将回收水送回该养殖槽内再利用。

进一步，该圆型平板超滤膜单元有两个，其中一圆型平板超滤膜单元接设在该养殖槽与第二抽水泵浦之间，以直接对养殖槽内的养殖水进行膜过滤后成为循环水使用，而另一圆型平板超滤膜单元接设在该集沫槽和该纳滤膜单元之间，以过滤养殖废水。

进一步，更包含有一臭氧产生器，该臭氧产生器所产生的臭氧是经由该超微细气泡产生单元一起打入该筒槽内的水体。

采用上述方案后，本发明将蛋白分离器处理后所产出的水溶性气泡杂液、对养殖槽内养殖水进行循环过滤时所截留的浓缩废液，以及喷洗超滤膜所排放出的喷洗水先予以收集静置后成为养殖废水，养殖废水再经过超滤膜的固液分离处理，就能进一步分离成混浊高蛋白浓缩液及初滤液，初滤液再经过特殊的纳滤膜过滤处理后，就能产生符合养殖水质标准且作为养殖槽补充水源的回收水，提高了循环水的回收效率，如此一来，让原本只能直接排放到外界的养殖废水及喷洗水能够有效地被回收再利用，使水资源不被浪费，也减少了废水对环境的污染，还能节省水产养殖成本，进而提高养殖效益。

再者，通过上述膜过滤处理后所产出的混浊、澄清高蛋白浓缩液，还能引取至植物工厂，进一步成为进行栽培植床的营养液，进而达到减废再利用的目的。

附图说明

图1为本发明的结合循环水进行水产养殖与植物栽培的方法的设备系统图；

图2为该结合循环水养殖与植物栽培的方法的步骤流程图；

图3为该养殖槽、该溢流堰与该第一抽水泵浦相互连接的示意图。

【符号说明】

10 养殖槽 11 溢流堰

12 养殖水 13 第一抽水泵浦

14 溢流管 15 排污管

16 第二抽水泵浦 20 鼓风机

30 蛋白分离器 31 筒槽

32 超微细气泡产生单元 33 出水管

34 泡沫流出管 35 喷射气体

36 臭氧产生器 40 圆型平板超滤膜单元

50 集沫槽 60 圆型平板超滤膜单元

70 收集桶 80 植物工厂

81 淡水 82 生物饵料培养液

83 渗出液 90 纳滤膜单元

100 回收水槽 110 收集桶

111 澄清高蛋白浓缩液 120 海菜蕨类培养液。

具体实施方式

为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。

参照图1及图2所示 ，本发明的结合循环水进行水产养殖与植物栽培的方法的一实施例，该方法包含以下步骤：

步骤（A）：准备一养殖槽10，该养殖槽10设有一溢流堰11(如图3所示)，且内部容置有预定水位的养殖水12，前述养殖水12是先经过调整PH值、固体物浓度及加入食用盐与多种化学纯级盐类后，而达到符合养殖水质要求。

步骤（B）：对该养殖槽10内的养殖水12进行曝气，以提供养殖水12充足的溶氧量，在本步骤中，是借由一装设在该养殖槽10一侧的鼓风机20，不断地对槽体内打入空气，除维持养殖水12有充足的溶氧量外，更能将该养殖槽10内的饲养分泌物、残余饲料及排泄物予以浮除推升，进而由该溢流堰11上浮溢流出该养殖槽10外。

步骤（C）：将该养殖槽10的上层溢流水及底层污水汲取至一蛋白分离器30及一圆型平板超滤膜单元40。续参图3，在本实施例中，污水是利用一第一抽水泵浦13汲取至蛋白分离器30，该第一抽水泵浦13具有一邻近该养殖槽10且位于其溢流堰11的溢流管14，以及一伸设到该养殖槽10底部且与该溢流管14连通的排污管15，以在该第一抽水泵浦13作动下将养殖槽10的溢流水及污水抽送入该蛋白分离器30。

该蛋白分离器30具有一与该排污管15连通的筒槽31、一设置在筒槽31内的超微细气泡产生单元32、一自该筒槽31底部延伸至该养殖槽10的出水管33，以及一装设于该筒槽31顶部的泡沫流出管34。而该圆型平板超滤膜单元40的具体结构，已可见于中国台湾公告第I312767、I318233、I348389号等发明专利，此不再重复详述，借此，通过膜过滤后的水体就成为循环水，能直接被一第二抽水泵浦16抽送回该养殖槽10内循环使用，而截留的浓缩废液则排放至一集沫槽50内，以进行下阶段处理。附带说明的是，在此步骤直接对养殖槽10内养殖水12所进行的膜过滤处理，只提供过滤水中悬浮物的水质净化作用，以达到循环过滤处理，而不具有除去水中氨氮、水溶性有机物的作用。

此外，在本步骤中，利用该超微细气泡产生单元32将外界的喷射气体35吸入其内，使喷射气体35快速与污水水体产生气液混合，以形成大量微细气泡，进而将水体中的蛋白质、残饵、排泄物与较大分子胶体（如虾只褪壳、鱼鳞）积聚在气泡表面，并朝上推升形成气泡杂液，并自该泡沫流出管34排出该筒槽31外部，而与气泡到达分离界面后的水体则向下流动，进而形成由该出水管33回流到该养殖槽10的另一股循环水，上述蛋白分离器30的细部构造，可参见本案发明人所申请的中国大陆第201410556044.2号发明专利申请案，故此不多加赘述。更进一步地，在本实施例中，该喷射气体35中更混入有一定浓度的臭氧，此臭氧是由一臭氧产生器36所制造生成后，再与喷射气体35一起被吸入该筒槽32内，高浓度的臭氧将会对养殖水12起到更全面更有效的杀菌消毒的作用。这时的蛋白分离器30又兼具了臭氧反应室的功能，适当调节臭氧的进气量，多余的臭氧会直接将水中的氨氮和亚硝酸氮氧化成硝酸氮或氮气从水中析出，从而大大提高蛋白质分离器去除氨氮的效率。

步骤（D）：将前述由该蛋白分离器30所产出的气泡杂液，以及由该圆形平板超滤膜单元40截留所生成的浓缩废液输送至该集沫槽50内静置发酵，以成为含有高氨氮及悬浮物浓度的养殖废水。此外，该蛋白分离器30的气泡杂液是经由该泡沫流出管34输送至该集沫槽50。

步骤（E）：将该集沫槽50内的养殖废水抽送至另一圆型平板超滤膜单元60内进行第一次膜过滤处理，利用超滤膜来截留水体中的固体悬浮物及较大分子物质，以分离出初滤液及混浊高蛋白浓缩液。

步骤（F）：将混浊蛋白浓缩液排放至一收集桶70，由于该混浊高蛋白浓缩液内含蛋白质、胺基酸、脂肪及碳水化合物，在常态下是以浓缩液态或高含水量的膏状物形式存在，所以可在其中另外混入培养土进行堆肥处理，以提供做为植物工厂80进行栽培植床的有机肥料营养剂，或者直接以淡水81稀释后作为养殖业者的生物饵料培养液82之用。

步骤（G）：将透析过超滤膜后的初滤液泵送入一纳滤膜单元90内，以进行第二次膜过滤处理，利用纳滤膜来进一步除去初滤液中的氨氮、水溶性有机物、亚硝酸盐，以成为富含胺基酸的回收水，而能引至一回收水槽100内储放，而被纳滤膜截留的水体则成为澄清高蛋白浓缩液111，最后在将其装设在一收集桶110内，而此澄清高蛋白浓缩液110可用来作为植物工厂80的植物有机肥或海菜、蕨类的培养液120。

步骤（H）：将储放在回收水槽100内的回收水再流送至该养殖槽10内再利用。

值得一提的是，为了提供植物工厂80进行植物栽培适当的营养液浓度，在步骤（F）及步骤（G）所产出的混浊、澄清高浓度蛋白浓缩液可以进行浓度调整，其方式是在各自的收集桶70、110内加入淡水81进行稀释，以达到符合植物工厂80所需浓度。

进一步地，供植物工厂80进行栽培后由植床所排放出的渗出液83，可再回流至该收集桶70内与混浊高蛋白浓缩液混合稀释，如此循环操作下，一方面能降低植物工厂80在栽培上的用水需求，另一方面也能降低植物栽培成本，提高种植效益。

因此，本发明是将蛋白分离器30处理后所产出的水溶性气泡杂液、对养殖槽10内养殖水进行循环过滤时所截留的浓缩废液，以及喷洗超滤膜所排放出的喷洗水先予以收集静置后成为养殖废水，养殖废水再经过超滤膜(UF膜)的固液分离处理，就能进一步分离成混浊高蛋白浓缩液及初滤液，初滤液再经过特殊的纳滤膜过滤处理后，就能产生符合养殖水质标准且作为养殖槽补充水源的回收水，提高了循环水的回收效率，如此一来，让原本只能直接排放到外界的养殖废水及喷洗水能够有效地被回收再利用，使水资源不被浪费，也减少了废水对环境的污染，还能节省水产养殖成本，进而提高养殖效益。

再者，通过上述膜过滤处理后所产出的混浊、澄清高蛋白浓缩液，还能引取至植物工厂80，进一步成为进行栽培植床的营养液，进而达到减废再利用的目的。

以上所述者，仅为本发明的一个实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即大凡依本发明申请专利范围及发明说明内容所作之简单的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖之范围内。

Claims (8)

1.一种结合循环水进行水产养殖与植物栽培的方法，包含以下步骤：

步骤（A）：准备一养殖槽，该养殖槽内容置有养殖水；

步骤（B）：对该养殖槽内的养殖水进行曝气，以提供养殖水充足的溶氧量；

步骤（C）：将该养殖槽上层溢流水及底层污水分别汲取至一圆形平板超滤膜单元及一蛋白分离器，利用该圆型平板超滤膜单元对养殖水进行循环过滤，以获得能直接抽送回该养殖槽的循环水，同时，自该蛋白分离器内的一超微细气泡产生单元吸入喷射气体，让喷射气体快速与水体产生气液混合，以形成大量微细气泡，进而将水体中的蛋白质、残饵、排泄物与较大分子胶体积聚在气泡表面，并朝上推升形成气泡杂液，而与气泡到达分离界面后的水体则向下流动，而形成回流到该养殖槽的另一股循环水；

步骤（D）：将前述气泡杂液和被该圆形平板超滤膜单元截留所生成的浓缩废液输送至一集沫槽内静置发酵，以成为养殖废水；

步骤（E）：将该养殖废水经另一圆型平板超滤膜单元内进行第一次膜过滤处理，利用超滤膜来截留水体中的黏液及悬浮物，以分离出初滤液及混浊高蛋白浓缩液；

步骤（F）：将该混浊蛋白浓缩液排放至一收集桶，以做为植物工厂进行栽培植床的肥料营养剂或生物饵料培养液之用；

步骤（G）：将透析过超滤膜后的初滤液泵送入一纳滤膜单元内，以进行第二次膜过滤处理，利用纳滤膜来进一步除去初滤液中的氨氮，以成为富含胺基酸的回收水，而被截留的水体则成为澄清高蛋白浓缩液，以作为水耕植物或海菜、蕨类培养液；

步骤（H）：将通过纳滤膜所产出的回收水送回该养殖槽内再利用。

2.如权利要求1所述的结合循环水进行水产养殖与植物栽培的方法，其特征在于：在步骤（D）中，该超微细气泡产生单元所吸入的喷射气体内包含有臭氧，以提高蛋白质分离器去除氨氮的效率。

3.如权利要求1所述的结合循环水进行水产养殖与植物栽培的方法，其特征在于：在步骤（F）中，在混浊高蛋白浓缩液内更加入有淡水进行稀释。

4.如权利要求3所述的结合循环水进行水产养殖与植物栽培的方法，其特征在于：稀释后的混浊高蛋白浓缩液在供应植物栽培植床吸收利用后，由其植床排放出渗出液，渗出液在通过一过滤程序后后回流至该收集桶内再利用。

5.如权利要求1所述的结合循环水进行水产养殖与植物栽培的方法，其特征在于：在步骤（G）中，所截留的澄清高蛋白浓缩液内更加入有淡水进行稀释。

6.一种结合循环水进行水产养殖与植物栽培的系统，接设在一养殖槽与一植物工厂之间，其特征在于，包含有：

一养殖槽，其内容置有养殖水；

一鼓风机，对该养殖槽内打入空气，以维持养殖水有充足的溶氧量；

一第一抽水泵浦，具一邻近该养殖槽且位于养殖水液面的溢流管，以及一伸设到该养殖槽底部且与该溢流管连通的排污管；

一蛋白分离器，具有一与该排污管连通的筒槽、一设置在筒槽内的微细气泡产生单元、一自该筒槽底部延伸至该养殖槽的出水管，以及一装设于该筒槽顶部的泡沫流出管，该超微细气泡产生单元吸入喷射气体，使喷射气体快速与该筒槽内水体产生气液混合，以形成大量微细气泡，进而将水体中的蛋白质、残饵、排泄物与较大分子胶体积聚在气泡表面，并朝上推升形成气泡杂液，再由该泡沫流出管排出，而与气泡到达分离界面后的水体则向下流动再经由该出水管回流到该养殖槽中；

一集沫槽，用以盛接由该泡沫流出管所排出的气泡杂液，并经过静置后成为养殖废水；

一个以上的圆型平板超滤膜单元，接设在该集沫槽一侧并可泵入该养殖废水至其内，该圆型平板超滤膜单元具有呈等间隔垂直排列的超滤膜，以在水压作用下，利用超滤膜来截留待过水体中的黏液及悬浮物，以分离出初滤液及混浊高蛋白浓缩液；

一收集桶，以承接该混浊高蛋白浓缩液，以作为植物工厂进行栽培植床的肥料营养剂或生物饵料的培养液之用；

一纳滤膜单元，接设在该圆型平板超滤膜单元一侧，并可泵送入该初滤液至其内，利用纳滤膜来进一步除去初滤液中的氨氮，以成为富含胺基酸的回收水，而被截留的水体则成为澄清高蛋白浓缩液，以作为植物工厂的植物的有机肥或海菜、蕨类培养液；

一回收水槽，设置在该纳滤膜单元一侧，用以盛接由该纳滤膜单元所产出的回收水；

一第二抽水泵浦，设置在该养殖槽与该回收水槽之间，以将回收水送回该养殖槽内再利用。

7.如权利要求6所述的结合循环水进行水产养殖与植物栽培的系统，其特征在于：该圆型平板超滤膜单元有两个，其中一圆型平板超滤膜单元接设在该养殖槽与第二抽水泵浦之间，以直接对养殖槽内的养殖水进行膜过滤后成为循环水使用，而另一圆型平板超滤膜单元接设在该集沫槽和该纳滤膜单元之间，以过滤养殖废水。

8.如权利要求6所述的结合循环水进行水产养殖与植物栽培的系统，其特征在于：更包含有一臭氧产生器，该臭氧产生器所产生的臭氧是经由该超微细气泡产生单元一起打入该筒槽内的水体。