CN108432685B - 高负荷水产养殖的水环境调控和循环水养殖系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种水环境调控系统，尤其涉及高负荷水产养殖的水环境调控和循环水养殖系统，属于水产养殖技术领域。本发明的系统包主要功能单元包括：离心式残饵、粪便沉降，好氧、厌氧生物膜降解、水生植物三级强化净化，病原菌杀灭、水循环设备等功能单元。能很好解决高密度水产养殖过程中的自身水质恶化以及污染环境等关键技术难题。可持续、快速去除水产养殖水体的饲料残渣、粪便、氨氮、亚硝态氮、总氮、总磷、COD和颗粒物、病原微生物、鱼药残留、激素等，同时可实现养殖尾水再生利用；可用于高密度工厂化养殖、工厂化池塘养殖以及普通池塘养殖，可适用于不同养殖密度。具有高效、无污染、净化能力强、见效快等诸多优点，可保障水产养殖业可持续发展。
Description
技术领域
本发明涉及一种水环境调控系统，尤其涉及高负荷水产养殖的水环境调控和循环水养殖系统，属于水产养殖技术领域。
背景技术
中国水产养殖的产量约占世界的70％，发展集约化高密度养殖技术在未来水产养殖业中占有重要地位。利用湖泊、水库、河沟发展高密度淡水养鱼潜力很大，而养殖水环境是关键问题，既关系到养殖产品的质量安全、经济效益还关系到国家水环境的问题。传统水产养殖是以牺牲环境为代价，既影响了养殖水体内部环境，又污染了外部环境。饲料残渣、鱼类排泄物的分解致使养殖水体生态环境恶化，从而影响鱼类摄食、生长,甚至导致中毒、疾病和发生死亡。目前采用频繁换水的方法来改善鱼类生态环境。如每生产1kg罗非鱼耗水3000-21000L；生产1kg斑点叉尾徊和虹蹲鱼，分别耗水29000L和21000L。养殖1kg鲤鱼,每天排出300毫克氨及7000毫克的BOD5,产生100公斤含大量氮肥的废水。这势必造成水资源和肥料的巨大浪费,同时废水排放导致河流、湖泊和区域性的富营养化,严重破坏了生态环境。"养殖尾水排放造成污染，亟需净化及循环利用。因此，控制养殖水环境，尾水净化处理及循环利用显得及其重要。现有的池塘养殖净化系统主要采用生态沟渠、植物净化塘等措施对养殖尾水净化，其最大的缺点是净化系统需要占用大面积土地(一般占养殖面积的10％～30％)，降低了养殖效益，且难以适应高密度养殖；而工厂化水产养殖净化尾水净化投资成本和净化成本高；现有的净化系统残渣、粪便沉降不彻底，且设备放在养殖池中，高密度养殖时容易引起鱼类受伤或被吸入排污口。
发明内容
本发明是针对高密度水产养殖易发生鱼苗病害，环境污染的缺陷，提出一种水产养殖的水环境调控系统，通过调控高密度水产养殖的水环境，达到减少鱼苗病害，改善水质以及养殖尾水净化循环利用和污染物减排的目的。
本发明通过以下技术方案解决技术问题：高负荷水产养殖的水环境调控和循环水养殖系统，所述系统与高密度水产养殖池相连，所述系统包括5个处理单元，所述5个处理单元依次为残饵、粪便沉降抽吸单元，好氧、厌氧生物膜降解单元，水生植物强化净化单元，病原体杀灭单元和循环水单元；所述残饵、粪便沉降抽吸单元含有漏斗形状的沉降池，所述沉降池内设有与池壁呈1-89°角的进水管，所述沉降池底部安装排污装置，沉降池的出水口连接好氧、厌氧生物膜降解单元，所述好氧、厌氧生物膜降解单元按进水顺序依次设有厌氧区、第一缺氧区、好氧区、第二缺氧区和膜池，由膜池分别排出水和泥，膜池的出水口连接水生植物净化单元，所述水生植物净化单元由三级净化池组成，第一、二级净化池种植有速生漂浮植物、挺水植物，第三级净化池种植有沉水植物，每级净化池中养殖有滤食性动物，所述第三级净化池连接病原体杀灭单元，所述病原体杀灭单元含有池塘和消毒设备或试剂，所述病原体杀灭单元连接循环水单元，所述循环水单元与高密度水产养殖池连接。
本发明中所指的高密度水产养殖池是指鱼产量达50kg/m2以上的养殖池。
所述沉降池的池体结构为砖混池、铁池、塑料池或土池护坡，池体高0.1m～10m，上口尺寸为1m～200m，下口直径为0.1m～20m；池壁中上部设有排水口，池体内壁均布数量为1～200个、尺寸为1cm～100cm的进水管，所述进水管凸出池壁1cm～100cm，确保进水流呈顺时针或逆时针旋转，从而形成离心力，饲料残渣、粪便迅速沉降到排污口。本发明中沉降池最大特点是实现鱼类粪便、饲料残渣快速沉降，且水流自身产生离心力不需要耗能。
沉降池底部安装排污装置，排污装置为带阀门的排污管，所述排污管连接抽污泵，高浓度的饲料残渣、粪便发酵后可作为农作物的有机肥。
所述好氧、厌氧生物膜降解单元的生物膜为海绵炭化膜，投放量为0.1～2kg/m3水，所述海绵炭化膜是海绵在缺氧条件下炭化，炭化过程中通入惰性气体进行吹气，在厌氧环境下，温度保持在110℃-350℃。优选的惰性气体为氮气。
所述好氧、厌氧生物膜降解单元采用厌氧区单点进水和三级单点回流方式，所述三级单点回流方式如下，第一级是膜池混合液回流到好氧区前端，回流比为R1为50～500％；第二级是好氧区混合液回流至第一缺氧区，回流比R2为100％～400％；第三级是从第二缺氧区回流至厌氧区，回流比R3为100％～200％。
所述第一、二、三级净化池的植物覆盖度为10～100％，所述滤食性动物包括鲢鱼、鳙鱼、螺类。所述消毒设备为臭氧发生设备，所述试剂为二氧化氯。
所述循环水单元包括曝气池、增氧推流泵。
本发明进一步提供高负荷水产养殖的水环境调控和循环水养殖系统的使用方法，包括以下步骤：
步骤一、采用增氧推流泵将循环水单元的清洁水抽入养殖池，将养殖池中含有鱼类粪便、饲料残渣的水体替换排出；
步骤二、将排出的水体通过管道进入残饵、粪便沉降抽吸单元，经过离心沉降，将大部分的粪便、残渣去除，上清水排入下一个单元；
步骤三、上清水进入好氧、厌氧生物膜降解单元中通过微生物降解作用，降解有机质、残留、激素以及去除营养得到尾水；
步骤四、将生物膜降解单元的尾水排入多级水生植物净化单元，由植物吸收剩余的营养元素、吸附部分有害物质进入病原体杀灭单元；
步骤五、尾水经植物净化单元后仍含有病原体，经过臭氧灭菌或二氧化氯，杀灭了病原体后得到灭菌水体；
步骤六、所述灭菌水体经过循环水单元的曝气、增氧，作为清洁水源供给养殖池。
本发明克服现有技术的缺点，净化效率高，其净化系统占地面积只需要养殖面积的5％～8％，适用于不同养殖密度，更能满足高密度养殖(50kg/m2以上)水质净化需求；能耗低，利用落差形成水流，只需要一次泵水；建设成本远低于现有的工厂化净化方式；炭化生物膜可以为养殖废水净化过程中提供缓释性碳源，弥补了碳源不足净化能力差的缺点。本发明的系统可以解决高密度水产养殖过程中的自身水质恶化以及污染环境等关键技术难题。可持续、快速去除水产养殖水体的饲料残渣、粪便、氨氮、亚硝态氮、总氮、总磷、COD和颗粒物、病原微生物、鱼药残留、激素等，同时可实现养殖尾水再生利用；该系统可用于高密度工厂化养殖、工厂化池塘养殖以及普通池塘养殖，可适用于不同养殖密度，具有高效、无污染、净化能力强、见效快等诸多优点，可保障水产养殖业可持续发展。
附图说明
图1为本发明的系统流程示意图。
图2为图1中好氧、厌氧生物膜降解单元的工艺流程图。
具体实施方式
实施例
本实施例采用以下系统进行调控高密度水产养殖水环境：
高负荷水产养殖的水环境调控和循环水养殖系统，系统与高密度水产养殖池相连，系统包括5个处理单元，5个处理单元依次为残饵、粪便沉降抽吸单元，好氧、厌氧生物膜降解单元，水生植物净化单元，病原体杀灭单元和循环水单元；残饵、粪便沉降抽吸单元含有漏斗形状的沉降池，沉降池的池体结构为砖混池、铁池、塑料池或土池护坡，池体高0.1m～10m，上口尺寸为1m～200m，下口直径为0.1m～20m；池壁中上部设有排水口，所述池体内壁均布数量为1～200个、尺寸为1cm～100cm、凸出池壁1cm～100cm、与池壁呈1-89°角的进水管，确保进水流呈顺时针或逆时针旋转，从而形成离心力，饲料残渣、粪便迅速沉降到排污口。沉降池底部安装排污装置，排污装置为带阀门的排污管，所述排污管连接抽污泵，高浓度的饲料残渣、粪便发酵后可作为农作物的有机肥。沉降池的出水口连接好氧、厌氧生物膜降解单元，所述好氧、厌氧生物膜降解单元按进水顺序依次设有厌氧区、第一缺氧区、好氧区、第二缺氧区和膜池，好氧、厌氧生物膜降解单元采用厌氧区单点进水和三级单点回流方式，三级单点回流方式如下，第一级是膜池混合液回流到好氧区前端，回流比为R1为50～500％；第二级是好氧区混合液回流至第一缺氧区，回流比R2为100％～400％；第三级是从第二缺氧区回流至厌氧区，回流比R3为100％～200％。再由膜池分别排出水和泥，膜池的出水口连接水生植物净化单元，所述水生植物净化单元由三级净化池组成，第一、二级净化池种植有速生漂浮植物、挺水植物，第三级净化池种植有沉水植物，每级净化池中养殖有滤食性动物，第一、二、三级净化池的植物覆盖度为10～100％，滤食性动物包括鲢鱼、鳙鱼、螺类。第三级净化池连接病原体杀灭单元，原菌杀灭单元含有池塘和消毒设备或试剂，消毒设备为臭氧发生设备，试剂为二氧化氯。病原体杀灭单元连接循环水单元，循环水单元与高密度水产养殖池连接。
使用时，采用以下步骤进行：
步骤一、采用增氧推流泵将循环水单元的清洁水抽入养殖池，将养殖池中含有鱼类粪便、饲料残渣的水体替换排出。
步骤二、排出水体通过管道进入残饵、粪便沉降抽吸单元，经过离心沉降，将大部分的粪便、残渣去除，上清水排入下一个单元。
步骤三、上清水中仍含有大量的氮素(氨氮、硝态氮、亚硝态氮、有机氮)、磷素、有机质等富营养化因子，药物残留、激素等以及藻类、病原体等。上清水在好氧、厌氧生物膜降解单元中通过微生物降解作用，达到降解有机质、残留、激素以及去除营养的目的。
步骤四、生物膜降解单元的尾水排入多级水生植物净化单元，植物吸收了剩余的营养元素、吸附部分有害物质(如重金属、药物残留、激素等)。
步骤五、尾水经植物净化单元后仍含有病原体，经过臭氧灭菌或二氧化氯，杀灭了病原体。
步骤六、杀灭病原菌后的水体含有臭氧等经过循环水单元的曝气、增氧，作为清洁水源供给养殖池。
利用该系统做水产养殖污染物消减最大负荷试验，当养殖鱼产量达到35062kg/亩，日投料5％情况下，由表1-6可见，鱼池出水进入净化系统处理后有机质被分解，水体不同形态氮显著下降，水环境和水质明显好转。当生物膜挂膜成熟并稳定启动后，尽管鱼池和净化功能区水体交换量在逐渐增加，每天水体交换量从鱼池水量的6％逐渐增加到37.5％(远远超出水产养殖的换水率)，经循环净化后的水体总氮﹑总磷、硝态氮、亚硝态氮以及氨氮的去除率良好，水体亚硝态氮和氨氮的含量经系统净化后均低于养殖水进水标准值0.12mg/L和0.02mg/L，符合养殖水进水标准。即使每天水体交换量达到养鱼池水体负荷的50％时，净化系统对鱼池水体污染物仍有很好的去除效果，其总氮﹑总磷﹑硝态氮、亚硝态氮以及氨氮的去除率分别为60.04％﹑72.17％﹑70.93％﹑30.7％﹑60.7％。处理后出水的CODcr的去除率在50％以上，各时期对应含量均符合Ш类水标准。
表1.对养殖水体总氮的去除效果
表2.对养殖水体总磷的去除效果
表3.对养殖水体硝态氮的去除效果
表4.对养殖水体亚硝态氮的去除效果
表5.对养殖水体氨氮的去除效果
表6.对养殖水体CODcr的去除效果
除上述实施外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
Claims (9)
1.高负荷水产养殖的水环境调控和循环水养殖系统，其特征在于：所述系统与高密度水产养殖池相连，所述系统包括5个处理单元，所述5个处理单元依次为残饵、粪便沉降抽吸单元，好氧、厌氧生物膜降解单元，水生植物净化单元，病原体杀灭单元和循环水单元；所述残饵、粪便沉降抽吸单元含有漏斗形状的沉降池，所述沉降池内设有与池壁呈1-89°角的进水管，所述沉降池底部安装排污装置，沉降池的出水口连接好氧、厌氧生物膜降解单元，所述好氧、厌氧生物膜降解单元按进水顺序依次设有厌氧区、第一缺氧区、好氧区、第二缺氧区和膜池，由膜池分别排出水和泥，膜池的出水口连接水生植物净化单元，所述水生植物净化单元由三级净化池组成，第一、二级净化池种植有速生漂浮植物、挺水植物，第三级净化池种植有沉水植物，每级净化池中养殖有滤食性动物，所述第三级净化池连接病原体杀灭单元，所述病原体杀灭单元含有池塘和消毒设备或试剂，所述病原体杀灭单元连接循环水单元，所述循环水单元与高密度水产养殖池连接；
所述好氧、厌氧生物膜降解单元的生物膜为海绵炭化膜，投入量为每立方米水0.1～2kg，所述海绵炭化膜是海绵在缺氧条件下炭化，炭化过程中通入惰性气体进行吹气，在厌氧环境下，温度保持在110℃-350℃。
2.根据权利要求1所述高负荷水产养殖的水环境调控和循环水养殖系统，其特征在于：所述沉降池的池体结构为砖混池、铁池、塑料池或土池护坡，池体高0.1m～10m，上口尺寸为1m～200m，下口直径为0.1m～20m；池壁中上部设有排水口，池体内壁均布数量为1～200个、尺寸为1cm～100cm的进水管，所述进水管凸出池壁1cm～100cm。
3.根据权利要求1所述高负荷水产养殖的水环境调控和循环水养殖系统，其特征在于：所述排污装置为带阀门的排污管，所述排污管连接抽污泵。
4.据权利要求1所述高负荷水产养殖的水环境调控和循环水养殖系统，其特征在于：所述惰性气体为氮气。
5.根据权利要求1所述高负荷水产养殖的水环境调控和循环水养殖系统，其特征在于：所述好氧、厌氧生物膜降解单元采用厌氧区单点进水和三级单点回流方式，所述三级单点回流方式如下，第一级是膜池混合液回流到好氧区前端，回流比R1为50～500％；第二级是好氧区混合液回流至第一缺氧区，回流比R2为100％～400％；第三级是从第二缺氧区回流至厌氧区，回流比R3为100％～200％。
6.根据权利要求1所述高负荷水产养殖的水环境调控和循环水养殖系统，其特征在于：所述第一、二、三级净化池的植物覆盖度为10～100％，所述滤食性动物包括鲢鱼、鳙鱼、螺类。
7.根据权利要求1所述高负荷水产养殖的水环境调控和循环水养殖系统，其特征在于：所述消毒设备为臭氧发生设备；所述试剂为二氧化氯。
8.根据权利要求1所述高负荷水产养殖的水环境调控和循环水养殖系统，其特征在于：所述循环水单元包括曝气池、增氧推流泵。
9.根据权利要求1所述高负荷水产养殖的水环境调控和循环水养殖系统的使用方法，包括以下步骤：
步骤一、采用增氧推流泵将循环水单元的清洁水抽入养殖池，将养殖池中含有鱼类粪便、饲料残渣的水体替换排出；
步骤二、将排出的水体通过管道进入残饵、粪便沉降抽吸单元，经过离心沉降，将大部分的粪便、残渣去除，上清水排入下一个单元；
步骤三、上清水进入好氧、厌氧生物膜降解单元中通过微生物降解作用，降解有机质、鱼药残留、激素以及去除营养得到尾水；
步骤四、将生物膜降解单元的尾水排入多级水生植物净化单元，由植物吸收剩余的营养元素、吸附部分有害物质进入病原体杀灭单元；
步骤五、尾水经植物净化单元后仍含有病原体，经过臭氧或二氧化氯灭菌，杀灭了病原体后得到灭菌水体；
步骤六、所述灭菌水体经过循环水单元的曝气、增氧，作为清洁水源供给养殖池。
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