CN110115240A - 一种环境工程化零废生态养殖塘 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种环境工程化零废生态养殖塘，包括养殖区、水质净化区、污泥生态处理区；所述养殖区设有海绵土礁、水泵、曝气推流器；所述水质净化区包括沉淀区、纯净区、缓冲区、过滤区、清水区；所述污泥生态处理区种植经济农作物；所述水质净化区位于养殖区与污泥生态处理区之间；沉淀区与纯净区之间设有第一水泵；清水区与养殖区之间设有第二水泵。如此，养殖塘的结构在一种环境工程化方式改造后，各功能区可实现对养殖废水的速效处理，养殖塘内水体在一种生态的方式下得到循环不断的流动式净化，保持水质稳定，为水产养殖提供水质环境的有力保障，为我国水产养殖与环境污染之间的矛盾提供一种切实可行的解决方案。
Description
技术领域
本发明属于水产养殖领域，具体涉及一种环境工程化零废生态养殖塘，用于零废排放养殖塘水产养殖。
背景技术
水产养殖业前期的迅猛发展已给环境带来了巨大压力，导致了一系列环境问题的产生。据测算，在淡水养殖方面，养1吨淡水鱼产生的粪便相当于20头猪的粪便量，在海水养殖方面，每生产1吨虾需要投下饲料3吨～5吨，相当于蛋白质1吨～1.3吨，利用率却只有20%左右，大量的氮流入水体中，造成养殖水域的二次污染。水产养殖产业给水环境带来的影响成为自然水体水质恶化的主要因素。
水产养殖的水质，是水产养殖物种生存的关键因素，养殖水环境的调节和控制是池塘养殖最重要管理措施，直接影响到水产养殖的质量和效率，最终影响到水产养殖户的经济效益。要养殖出高效、优质的水产品，对养殖水质的控制和管理很重要。
但是现有循环养殖存在水体净化慢、净化不彻底的问题。
发明内容
本发明公开了一种环境工程化零废生态养殖塘，由循环水养殖区、水质净化区、污泥生态处理区等组成，养殖塘内水体流动程序为：进行养殖区水体溶解氧调控时，养殖区内的曝气推流器运行，循环水养殖区内的水体在1号曝气推流器作用下，在海绵土礁的隔流作用下，绕过海绵土礁，流转至2号曝气推流器所在半区，在2号曝气推流器助推流动下，水体以较为稳定的流速通过海绵土礁与养殖区短边间的空隙回流至1号曝气推流器所在半区，实现养殖区水体内循环，迅速将养殖区内溶解氧含量提升至5mg/L以上；进行养殖区水体水质调控时，此时位于沉淀区内水泵启动，将沉淀区内已得到初步沉降的养殖尾水抽取至纯净区，水体经生化处理后，有机质和氨氮含量大幅降低，纯净区内水体溢流至缓冲区，从缓冲区底部进入错流过滤区，逆渗而出，进入清水区，清水区设生态浮床，对水体中的硝酸盐进行速效吸收，水体得以进一步澄清，如此经过水质净化区处理后，养殖尾水中的COD、氨氮，硝酸盐等水质指标将优于地表水环境质量Ⅲ类水水质标准，清水区的净水在水泵的作用下被抽取注入至1号曝气推流器所在半区。
本发明采用如下技术方案：
本发明公开了一种环境工程化零废生态养殖塘，包括养殖区、水质净化区、污泥生态处理区；所述养殖区设有海绵土礁、水泵、曝气推流器；所述水质净化区包括沉淀区、纯净区、缓冲区、过滤区、清水区；所述污泥生态处理区种植经济农作物；所述水质净化区位于养殖区与污泥生态处理区之间；海绵土礁将循环水养殖区分为第一半区、第二半区；海绵土礁由养殖区底部的塘泥配以发泡剂、水泥、氧化铝晶须制成。
本发明的环境工程化零废生态养殖塘中，养殖区用于循环水生态集约化养殖，水质净化区用于以环境工程污水处理技术对养殖尾水进行持续循环利用和生态处理，污泥生态处理区用于对纯净区产生的剩余污泥进行生态无害化处理。
本发明中，养殖区用于水产养殖，其面积为环境工程化零废生态养殖塘面积的90%～98%。本发明通过结构区域的设计，最大化利用养殖区，在保持最高产的基础上，能够零排放的处理养殖废水，取得意想不到的技术效果。
本发明中，养殖区、水质净化区、污泥生态处理区依次接触排布，这样既可以充分利用原位处理水、污泥的便利与优势，又可以对养殖区水体进行快速有效的实时调整；沉淀区、纯净区、缓冲区、过滤区、清水区依次设置，沉淀区与纯净区之间设有第一水泵，一般位于沉淀区与纯净区交界处，用于将沉淀区内初步沉淀的养殖废水送至纯净区内，清水区与养殖区之间设有第二水泵，一般位于清水区与养殖区交界处，用于将净化后的水重新注入养殖区，形成再次利用。本发明中，除了沉淀区与污泥富集区之间设置格栅外，各区域之间都是密实间隔，不透水，通过密实间隔的高度设计实现水流通。
本发明中，养殖区设有曝气推流器，用于促进循环水养殖区水体流动，养殖区的水可以间歇式循环，为循环水养殖区；曝气推流器为现有产品，一般位于水下，可以对水进行曝气推流循环作用；优选的，曝气推流器的数量为2～6台；进一步优选的，海绵土礁两侧都设有曝气推流器，海绵土礁将循环水养殖区均分为两个半区，可以定义与清水区相邻的半区为第一半区，与沉淀区相邻的半区为第二半区，第一半区的宽度大于第二半区的宽度；半区的划分为水体循环提供必要的流通路径，循环水养殖区每个半区设有不少于一台曝气推流设备；现有养殖区没有半区的设计，无法形成有效的水循环，即使利用增氧设备或者吹气设备也不能使得塘内养殖水有效循环，导致溶解氧含量分布变化大，本发明半区结构的设计与曝气推流器的配置，使养殖区内水体流动性加强，溶解氧含量保持稳定，为养殖水体水质实现动态维稳提供结构与水动力上的支撑。
进一步优选的，当曝气推流器的数量大于2时，任意两个曝气推流器中心点的连线不与养殖区的任意一条边平行，如此，养殖区内的水体的可受到均匀分布的动力，节约能源。
本发明中，以养殖区的长边的长度为L，短边的长度为N；海绵土礁与养殖区的长边平行，优选第一半区的宽度为1/2N，第二半区的宽度为5/12N。
本发明中，当曝气推流器的数量为2～6台时；第一半区中，一台曝气推流器的安装位满足以下条件，所述安装位与养殖区的长边之间的长度为1/4N，所述安装位与养殖区的短边之间的长度为1/4L，所述安装位与第二水泵之间的长度大于1/2L（即与清水区间的距离大于1/2L）；第二半区中，一台曝气推流器的安装位满足以下条件，所述安装位与养殖区的长边之间的长度为1/4N，所述安装位与养殖区的短边之间的长度为1/2L；也即是本发明环境工程化零废生态养殖塘中，设养殖区与海绵土礁平行的边长为L，垂直于海绵土礁的边长为N，则第一半区的1号曝气推流机位置为：第一半区位于距离清水区与循环水养殖区交界处水平线3/4L，距离海绵土礁中心线1/4N处，第二半区的2号曝气推流机的位置为：在第二半区位于距离清水区与循环水养殖区交界处水平线1/2L，距离海绵土礁中心线1/4N处。养殖区中，如果曝气推流器大于2台，除了以上限定安装位的两台曝气推流器之外，其他曝气推流器的安装位不做限定，符合循环水流向即可，具体安装方式为本领域常规技术。本发明限定第一半区中以及第二半区中，曝气推流器的安装位置，便于曝气推流器以最小功率覆盖最大面积的养殖水体。
本发明中，海绵土礁的中轴线与养殖区的中轴线平行，都与养殖区的长边平行，海绵土礁长与宽沿中心线具有对称性，优选海绵土礁上表面的长度为3/4L、宽度为1/6N，根据常识可以理解，海绵土礁露出水面，在养殖区具有阻隔水以及两端形成水流通道利于水形成循环的作用。
本发明中，海绵土礁由上表面、下表面、第一侧面、第二侧面、第三侧面、第四侧面组成，定义下表面位于养殖区底面，第一侧面为海绵土礁与第一半区的交界面，第三侧面为海绵土礁与第二半区的交界面，第四侧面与过滤区之间的长度大于第二侧面与过滤区之间的长度，如此，海绵土礁六个面的位置关系定义完成。优选的，第一侧面、第二侧面、第三侧面、第四侧面中的一个或者几个为斜面；进一步优选的，第一侧面、第二侧面、第三侧面、第四侧面都为斜面；最优选的，第一侧面的倾斜角为45°，第二侧面的倾斜角为30°、第三侧面的倾斜角为45°、第四侧面的倾斜角为60°，各个斜面的倾斜角的定义符合常规几何定义，可以理解为斜面与水平面的夹角。海绵土礁斜面的设立，最大程度减少海绵土礁受到的冲刷强度，减少水体内循环因冲刷海绵土礁而带来的泥沙量。
本发明中，海绵土礁由养殖区底部的塘泥配以发泡剂制成，具体配置方法为：取用晒塘后的养殖塘底泥，按照养殖塘底泥与发泡剂的质量比为8:1加入相应比例的发泡剂，搅拌均匀后，倒入模具中，进行海绵土礁的堆砌，固化后得到海绵土礁。海绵土礁具有透水，附着藻类的功能。
本发明中，第二半区的底面设有斜面结构，斜面结构的长度为L，宽度为5/12N，斜面结构的倾斜角为15°，斜面结构远离沉淀区的一边高于接近沉淀区的一边；即从承接第一半区水流处至污泥富集区，第二半区的底面沿水体流动方向呈15°下降，利于养殖区底部泥沙沉积至污泥富集区，第一半区底部平面无斜坡设定。
本发明公开的环境工程化零废生态养殖塘正常运行后，曝气推流设备开始工作，养殖水体内循环开始，养殖区内水体按曝气推流方向进行流动，第二半区塘底朝着沉淀区方向呈下降坡，养殖塘内的泥沙将汇集至沉淀区、养殖区交界处形成污泥富集区。
本发明中，沉淀区与养殖区之间设有污泥富集区，污泥富集区的深度大于养殖区的深度，长度、宽度分别与沉淀区的长度、宽度一样，污泥富集区与养殖区之间没有阻隔，为一体结构，但污泥富集区较养殖区之间有落差，沉淀区与污泥富集区之间设有隔断，隔断由格栅与实心构筑物组成，优选格栅的高度与养殖区深度一致，格栅的网格孔径为5mm；进一步优选的，格栅的网格为圆台型，并且圆台型中面积较大的表面朝着沉淀区，圆台型中面积较大的表面的直径为5mm，面积较小的表面的直径为3.5mm；沉淀区与污泥富集区之间的隔断高于养殖区上表面15mm；这样养殖水从养殖区流经污泥富集区后进入沉淀区，养殖区、沉淀区之间的污泥富集区用以拦截泥沙等悬浮物，沉淀区对水体进行物理沉淀，对进入纯净区的养殖水体进行物理预处理，随着养殖活动的开张，养殖塘正常运行下，污泥富集区与沉淀区底部会逐步聚集起泥沙，污泥被通过常规方法间歇性地转移到栽种有植物的污泥生态利用区。
本发明中，沉淀区的深度大于养殖区、小于污泥富集区，纯净区、缓冲区、过滤区以及清水区的深度与养殖区一致，污泥生态处理区的深度不做限定，养殖区的深度为养殖区第一半区底面至表面的距离；沉淀区与纯净区之间设有第一水泵，养殖区水体需进行水质调节时，将沉淀区内水体通过水泵抽取到纯净区；纯净区与过滤区之间设有缓冲区，缓冲区与纯净区相邻的隔断为隔断A，隔断A与养殖区上表面设5cm落差，缓冲区与过滤区相邻的隔断为隔断B，隔断B顶端与养殖区上表面齐平，底端与缓冲区底面设3cm落差，纯净区内水体溢流至缓冲区，再从缓冲区底部进入到过滤区底部，从下往上，逆渗流出过滤区；过滤区与清水区间设溢流坝，溢流坝与养殖区上表面设15cm落差，过滤区内水体通过溢流坝溢流到清水区，根据清水区内水位情况，按需用第二水泵抽取至养殖区。
养殖区上表面是指养殖区与水质净化区之间的边的上表面，优选养殖区与水质净化区之间的边为养殖区的短边。
本发明中，养殖废水在进入沉淀区前已在污泥富集区内得到初次沉降，沉淀区内的养殖水体在重力作用下，水中的悬浮物进行重力沉降，水中的饲料残渣及水产粪便等得到沉降，沉淀区内聚集的底部沉积物定时转移到污泥生态处理区进行处理。
本发明中，纯净区设有序批式生物膜，选用序批式生物膜法污水处理工艺对进入到纯净区的养殖废水进行强化处理，大幅降低水体中的氨氮与有机物含量；缓冲区的作用为使水流调转方向，从过滤区底部往上渗出，优选没有阻隔物；过滤区设有藕夹式水处理填料搭，搭建错流过滤结构，实现错流过滤效果，且不易堵塞，水体流动性好；清水区设有生态浮床，用以吸收水体中的硝酸盐；其中序批式生物膜、藕夹式水处理填料搭以及生态浮床都为现有产品，其具体在各区内的设置方法也为常规技术。
本发明中，污泥生态处理区内的经济农作物没有特别限制，根据养殖塘实际情况设计，比如芡实等，对来自于污泥富集区的污泥中的有机物进行综合利用；在解决现有技术污泥处理困难、高成本问题的基础上，还增加经济收益。
至此可以理解，本发明生态养殖塘的水流方向为：第一半区的水体在曝气推流器的作用下以一定速度流动至第二半区，然后水体在曝气推流器的作用下以一定速度从海绵土礁与养殖区短边之间的空隙回流至第一半区，形成养殖塘养殖区内循环；进行水质调节工作时，沉淀区内的养殖废水体借助水泵抽送至纯净区，随后依次经过缓冲区、过滤区、清水区，养殖废水的水质得以大幅改善，清水区的水体根据水位经过水泵不定期的抽取，再次回到循环水养殖区，形成养殖塘水体内循环；在养殖水内循环的时候，污泥被逐渐带动至污泥富集区，积累的污泥被用于经济农作物等植物生态利用处理，在净化水质的同时实现零排放。
本发明还公开了上述环境工程化零废生态养殖塘在环境工程化零废生态养殖中的应用。
本发明还公开了上述环境工程化零废生态养殖塘进行养殖水生态处理方法，包括以下步骤：
（1）在曝气推流器作用下，养殖区的养殖废水流入沉淀区，部分泥沙沉积在污泥富集区形成污泥；
（2）经过沉淀的养殖废水经第一水泵抽送进入纯净区，随后依次经过缓冲区、过滤区、清水区，得到处理后的养殖水；然后利用第二水泵将处理后的养殖水输入养殖区；
（3）将污泥运输至污泥生态处理区；
从而实现养殖水生态处理。
本发明中，养殖废水在养殖区内的运行流速为0.06 m/s~0.10 m/s之间，该流速区间内的流速均对浮游藻类的生长具有明显的抑制作用。
经过本发明环境工程化零废生态养殖塘生态处理，养殖废水中的COD、氨氮，硝酸盐等水质指标优于相应标准，沉淀区与纯净区之间设水泵，根据养殖区内水质情况抽取养殖尾水进行水质净化，清水区与养殖区之间设水泵，根据清水区内水位情况自动抽取，水体得以净化后再次回到循环水养殖区，进行下一次循环，实现了养殖水体的生态循环。
附图说明
图1为本发明环境工程化零废生态养殖塘结构示意图；
图2为第二半区斜面结构示意图；
图3为隔断结构示意图；
图4为网格结构示意图；
图5为海绵土礁结构示意图；
其中，循环水养殖区1、海绵土礁2、上表面21、第一侧面22、第二侧面23、第三侧面24、第四侧面25、第一半区11、第二半区12、1号曝气推流机13、2号曝气推流机14、斜面结构121、污泥富集区3、沉淀区4、隔断31、格栅32、网格33、纯净区5、缓冲区6、隔断A61、隔断B62、过滤区7、溢流坝71、污泥生态处理区8、清水区9。
具体实施方式
本发明中，海绵土礁将循环水养殖区均分为两个半区，半区的划分为水体循环提供必要的流通路径，且在水体动力学规律下，循环水养殖区内的泥沙有序的聚集至污泥富集区；污泥生态处理区种植经济农作物，对来自于污泥富集区的污泥中的有机物进行综合利用，实现养殖塘的零废排放；循环水养殖区内运行流速处于0.06 m/s ~0.10 m/s之间，对浮游藻类的生长实现有效抑制。如此，养殖塘的结构在一种环境工程化方式设计后，各功能区可实现对养殖废水的速效处理，养殖塘内水体在一种生态的方式下得到循环不断的流动式净化，保持水质稳定，为水产养殖提供水质环境的有力保障，为我国水产养殖与环境污染之间的矛盾提供一种切实可行的解决方案。
本发明公开的一种环境工程化零废生态养殖塘，包括养殖区、水质净化区、污泥生态处理区；所述养殖区设有海绵土礁、水泵、曝气推流器；所述水质净化区包括沉淀区、纯净区、缓冲区、过滤区、清水区；所述污泥生态处理区种植经济农作物；所述水质净化区位于养殖区与污泥生态处理区之间；沉淀区与纯净区之间设有第一水泵；清水区与养殖区之间设有第二水泵。
养殖区的面积为环境工程化零废生态养殖塘面积的90%～98%；养殖区、水质净化区、污泥生态处理区依次接触排布；第二半区的底面设有斜面结构，宽度为5/12N，斜面结构的倾斜角为15°，斜面结构远离沉淀区的一边高于接近沉淀区的一边，长度可以为第二半区的底面长度。
曝气推流器的数量为2～6台；海绵土礁两侧都设有曝气推流器；当曝气推流器的数量大于2时，任意两个曝气推流器中心点的连线不与养殖区的任意一条边平行；海绵土礁将循环水养殖区分为第一半区、第二半区；第一半区中，一台曝气推流器的安装位满足以下条件，所述安装位与养殖区的长边之间的长度为1/4N，所述安装位与养殖区的短边之间的长度为1/4L，所述安装位与第二水泵之间的长度大于1/2L；第二半区中，一台曝气推流器的安装位满足以下条件，所述安装位与养殖区的长边之间的长度为1/4N，所述安装位与养殖区的短边之间的长度为1/2L。
海绵土礁的中轴线与养殖区的中轴线平行，海绵土礁位于循环水养殖区中心处；选海绵土礁上表面的长度为3/4L、宽度为1/6N；海绵土礁由上表面、下表面、第一侧面、第二侧面、第三侧面、第四侧面组成；第一侧面、第二侧面、第三侧面、第四侧面中的一个或者几个为斜面；第一侧面、第二侧面、第三侧面、第四侧面都为斜面；第一侧面的倾斜角为45°，第二侧面的倾斜角为30°、第三侧面的倾斜角为45°、第四侧面的倾斜角为60°。
沉淀区与养殖区之间设有污泥富集区，污泥富集区的深度大于养殖区的深度，长度、宽度分别与沉淀区的长度、宽度一样；沉淀区的深度大于养殖区、小于污泥富集区，纯净区、缓冲区、过滤区以及清水区的深度与养殖区一致；沉淀区与污泥富集区之间设有隔断，隔断由格栅与实心构筑物组成；缓冲区与纯净区之间设有隔断A，隔断A与养殖区上表面设5cm落差；缓冲区与过滤区之间设有隔断B，隔断B顶端与养殖区上表面齐平，底端与缓冲区底面设3cm落差；过滤区与清水区之间设有溢流坝，溢流坝与养殖区上表面设15cm落差。
上述格栅的高度为与养殖区深度齐平；格栅的网格为圆台型，并且圆台型中面积较大的表面朝着沉淀区，圆台型中面积较大的表面的直径为5mm，面积较小的表面的直径为3.5mm。
纯净区设有序批式生物膜；缓冲区不设置部件；过滤区设有藕夹式水处理填料搭；清水区设有生态浮床；经济农作物为芡实。
本发明中，各部件都是市购产品或者根据本发明可以采用常规技术制备得到，比如曝气推流机为购买产品，其曝气方向为水流方向，序批式生物膜、藕夹式水处理填料搭以及生态浮床都为现有产品，安装都为常规技术，海绵土礁可以根据本发明的方法制备得到。
海绵土礁由养殖区底部的塘泥配以发泡剂制成；具体配置方法为：取用晒塘后的养殖塘底泥，碾展至易于搅拌态，剔除粒径大于3mm的杂质，设筛分过后的塘泥质量为T，加入0.2T的海螺牌复合硅酸盐水泥P·C 32.5R水泥、0.03T质量的常规发泡剂（鑫星德），搅拌均匀后，再加入0.01T的氧化铝晶须，倒入模具中，进行海绵土礁的堆砌，于25℃条件下养护28天，固化后得到海绵土礁。海绵土礁具有透水，附着藻类的功能，而且耐冲刷、水蚀能力很强；不加入氧化铝晶须制备对比海绵土礁；将本发明的海绵土礁与对比海绵土礁经过1m/s水流冲刷实验，不间断冲刷200小时（第一侧面为直接冲刷面），然后干燥，比较冲刷前后的质量，发现本发明的海绵土礁质量损失小于0.8%，对比海绵土礁的质量损失1.3%左右；如果采用长方体海绵土礁，利用本发明海绵土礁的配方，质量损失2.1%左右。
实施例一
养殖塘的规格为L*B*H=100m*40m*4m，则养殖塘各功能区的相应参数为：养殖区：L*B*H=90m*40m*4m，海绵土礁L*B=67.5m*6.7m*4m，污泥富集区：L*B*H =8m*7m*8m；沉淀区：L*B*H=8m*7m*6m；纯净区：L*B*H =14m*7m*4m，缓冲区：L*B*H =2m*7m*4m；过滤区：L*B*H =8m*7m*4m，清水区：L*B*H =8m*7m*4m，污泥生态处理区：L*B*H =40m*3m*4m。1,2号曝气推流机的功率均为2kw/h，使循环水养殖区内水体流速处于0.06 m/s~0.10 m/s之间。
参见附图1-5：
循环水养殖区1相对海绵土礁2设置两台曝气推流器；海绵土礁将循环水养殖区均分为两个半区，设与清水区相邻的半区为第一半区11，与沉淀区相邻的半区为第二半区12。第一、二半区内的曝气推流机分别设为1号曝气推流机13、2号曝气推流机14；设养殖区与海绵土礁平行的边长为L，垂直于海绵土礁的边长为N，第一半区的1号曝气推流机在第一半区位于距离清水区与循环水养殖区交界处水平线67.5m，距离海绵土礁10m，第二半区的2号曝气推流机在第二半区位于距离清水区与循环水养殖区交界处水平线45m，距离海绵土礁10m处，图中箭头表示循环水方向；第二半区的底面设有斜面结构121，宽度为5/12N，斜面结构的倾斜角为15°，斜面结构远离沉淀区的一边高于接近沉淀区的一边，长度可以为第二半区的底面长度，具体结构为常规设计。
循环水养殖区与沉淀区交界处设污泥富集区3；沉淀区4与污泥富集区之间的隔断31上部设高与养殖塘深度一致的格栅32，下部为实心构筑物，格栅的网格33为圆台型，并且圆台型中面积较大的表面朝着沉淀区，这样可以对水流入沉淀区起到一定缓冲效果，对沉淀区的杂质沉淀稳定有些作用，圆台型中面积较大的表面的直径为5mm，面积较小的表面的直径为3.5mm；沉淀区与循环水养殖区间所设隔断高于养殖塘上表面15cm，循环水养殖区内养殖水体通过格栅进入沉淀区；污泥富集区底部平面低于循环水养殖区底部平面，污泥富集区底部污泥被间歇性地转移到栽种有经济农作物的污泥生态处理区；污泥生态处理区8种植经济农作物芡实。
沉淀区内水体通过第一水泵P1，间歇性的抽取到纯净区5，纯净区用SBR水处理工艺，即选用序批式生物膜法污水处理工艺；纯净区与过滤区7间设缓冲区6；缓冲区分别与纯净区和过滤区相邻的隔断为隔断A61与隔断B62，隔断A与养殖塘岸（养殖区上表面）设5cm落差，隔断B顶端与养殖塘岸（养殖区上表面）水平面齐平，底端与缓冲区地面设3cm落差，纯净区内水体通过溢流的方式进入到缓冲区，再从缓冲区底部进入到过滤区底部，从下往上，逆渗流出过滤区；过滤区选用藕夹式水处理填料搭建错流过滤结构；过滤区与清水区9间设溢流坝71，溢流坝与养殖塘岸（养殖区上表面）设15cm落差，过滤区内水体通过溢流坝溢流到清水区；清水区设生态浮床，当清水区内水位与相邻溢流坝落差低于5cm时，即可启动清水区内第二水泵P2，将清水区内水体抽取到循环水养殖区内。
海绵土礁的中轴线与养殖区的中轴线平行，海绵土礁位于循环水养殖区中心处；海绵土礁上表面的长度为67.5m、宽度为6.7m；海绵土礁由上表面21、下表面（图中未表示）、第一侧面22、第二侧面23、第三侧面24、第四侧面25组成；第一侧面、第二侧面、第三侧面、第四侧面都为斜面；第一侧面的倾斜角为45°，第二侧面的倾斜角为30°、第三侧面的倾斜角为45°、第四侧面的倾斜角为60°。
沉淀区与清水区均配置水泵一台，分别设P1，P2，当需进行养殖塘内水体水质调节时，启动水泵P1，将养殖尾水抽送至水质净化区；当清水区内水位与塘岸落差小于5cm时，启动水泵P2，将清水区内水体注入回流至养殖区；生态养殖塘的水流方向为1号曝气推流器后部区域—1号曝气推流器—2号曝气推流器后部区域—2号曝气推流器-沉淀区-纯净区-过滤区-清水区-养殖区；循环水养殖区内运行流速应处于0.06 m/s ~0.10 m/s之间；养殖塘内水体循环工作与水质净化区内水质调解工作无需同步进行；养殖塘水体内循环操作为调节养殖塘内水体溶解氧和聚集污泥至污泥富集区；水质净化区作业为调节养殖水体中C、N含量过高的现象，防止水体富营养化，在水质良好的情况下，无需开启，为满足养殖水体水质维稳和应急使用。
上述环境工程化零废生态养殖塘进行养殖水生态处理方法，包括以下步骤：
（1）在曝气推流器作用下，养殖区的养殖废水流入沉淀区，部分泥沙沉积在污泥富集区形成污泥；养殖废水在养殖区内的运行流速为0.08 m/s，该流速区间内的流速均对浮游藻类的生长具有明显的抑制作用；
（2）经过沉淀的养殖废水经第一水泵抽送进入纯净区，随后依次经过缓冲区、过滤区、清水区，得到处理后的养殖水；然后利用第二水泵将处理后的养殖水输入养殖区；
（3）将污泥运输至污泥生态处理区；
从而实现养殖水生态处理。
养殖塘正常运行开张一段时间后，经检测，养殖区内水体溶解氧含量为3.2mg/L。根据地表水环境质量标准（GB 2002-3838）与渔业水质标准（GB 116017-89），养殖区内水体溶解氧不得低于5mg/L，所以，养殖区内的曝气推流器运行，第一半区位于1号曝气推流器后部区域的水体在1号曝气推流器的作用下以0.08 m/s流速流动至2号曝气推流器后部区域，水体在2号曝气推流器的作用下以0.08 m/s流速通过海绵土礁与水质净化区短边间的空隙回流至第一半区，实现养殖区水体内循环，2小时后可将养殖区内溶解氧含量提升至5mg/L以上；将养殖废水在养殖区内的运行流速提升为0.2m/s时，2小时后养殖区内溶解氧含量未达到5mg/L。建立比较模型，如果采用混凝土浇筑的礁代替上述海绵土礁，2小时后养殖区内溶解氧含量小于5mg/L，需要2.5小时才可达到5mg/L，而且停止曝气后，溶解氧含量的下降速度为海绵土礁的1.25倍左右。
养殖塘正常运行开张一段时间后，经检测，养殖区内水体溶解氧含量为COD为32mg/L，氨氮为2.0 mg/L，硝酸盐为12 mg/L。根据地表水环境质量标准（GB 2002-3838）与渔业水质标准（GB 116017-89），此时养殖区内水体水质差于地表水环境质量标准（GB 2002-3838）中Ⅲ类水水质标准限值（COD≤20 mg/L、氨氮≤1 mg/L，硝酸盐≤10 mg/L），此时沉淀区内水泵P1启动，将沉淀区内已得到初步沉降的养殖尾水抽取至纯净区，随后依次经过缓冲区、过滤区，清水区，如此，经过水质净化区处理后，养殖尾水中的COD含量为14.6 mg/L，低于20 mg/L；氨氮含量为0.7 mg/L，低于1 mg/L；硝酸盐含量为6.3 mg/L，低于10 mg/L；清待清水区水位与塘岸间的落差低于5cm时，水泵P2启动，将清水区内已得到净化处理的清水抽取注入至养殖区，形成养殖区水体外循环，即养殖塘水体内循环。
本发明养殖塘分为三大块，养殖区、水质净化区、污泥处理区，三个区域独立运行，原则上互不干扰，各自实现各自的功能。养殖区内设海绵土礁，曝气推流设备，形成养殖区水体内循环，目的为调节养殖塘内溶解氧含量；水质净化区在入水口（沉淀区）和排水口（清水区），均设水泵，当养殖塘内水体中COD与氨氮含量过高时，水质净化区开始工作，沉淀区处水泵开始工作，清水区水位过高时，开启清水区处水泵，注入养殖区，形成养殖塘内循环，养殖区外循环，目的为调节养殖区水体水质，应对养殖水质过肥等水质恶化情况；污泥处理区种植芡实等经济农作物。
本发明利用环境工程污水处理技术和相关构筑物设计对现有集约化养殖塘进行改造，使养殖塘实现既能改善和提高水产养殖水质，达到有效的养殖水质调控，又能根据养殖污水的特点，妥善对养殖尾水进行生态处理，降低水产养殖对水环境的污染负担，是对当前水产养殖与环境治理的矛盾甚至冲突的一个合理回答，也是助力实现天蓝、地绿、水清的美丽中国的有效方式。
Claims (10)
1.一种环境工程化零废生态养殖塘，包括养殖区、水质净化区、污泥生态处理区；所述养殖区设有海绵土礁、水泵、曝气推流器；所述水质净化区包括沉淀区、纯净区、缓冲区、过滤区、清水区；所述污泥生态处理区种植经济农作物；所述水质净化区位于养殖区与污泥生态处理区之间；沉淀区与纯净区之间设有第一水泵；清水区与养殖区之间设有第二水泵；海绵土礁将循环水养殖区分为第一半区、第二半区；海绵土礁由养殖区底部的塘泥配以发泡剂、水泥、氧化铝晶须制成。
2.根据权利要求1所述环境工程化零废生态养殖塘，其特征在于，养殖区的面积为环境工程化零废生态养殖塘面积的90%～98%；养殖区、水质净化区、污泥生态处理区依次接触排布；第一半区的宽度大于第二半区的宽度；第二半区底部设有斜面结构，斜面结构的倾斜角为15°，斜面结构远离沉淀区的一边高于接近沉淀区的一边。
3.根据权利要求1所述环境工程化零废生态养殖塘，其特征在于，曝气推流器的数量为2～6台；海绵土礁两侧都设有曝气推流器；当曝气推流器的数量大于2时，任意两个曝气推流器中心点的连线不与养殖区的任意一条边平行。
4.根据权利要求3所述环境工程化零废生态养殖塘，其特征在于，第一半区中，一台曝气推流器的安装位满足以下条件，所述安装位与养殖区的长边之间的长度为1/4N，所述安装位与养殖区的短边之间的长度为1/4L，所述安装位与第二水泵之间的长度大于1/2L；第二半区中，一台曝气推流器的安装位满足以下条件，所述安装位与养殖区的长边之间的长度为1/4N，所述安装位与养殖区的短边之间的长度为1/2L。
5.根据权利要求1所述环境工程化零废生态养殖塘，其特征在于，海绵土礁的中轴线与养殖区的中轴线平行；海绵土礁上表面的长度为3/4L、宽度为1/6N；海绵土礁由上表面、下表面、第一侧面、第二侧面、第三侧面、第四侧面组成；第一侧面、第二侧面、第三侧面、第四侧面中的一个或者几个为斜面。
6.根据权利要求5所述环境工程化零废生态养殖塘，其特征在于，第一侧面、第二侧面、第三侧面、第四侧面都为斜面；第一侧面的倾斜角为45°，第二侧面的倾斜角为30°、第三侧面的倾斜角为45°、第四侧面的倾斜角为60°；塘泥、发泡剂、水泥、氧化铝晶须的质量比为1:0.03:0.2:0.01。
7.根据权利要求1所述环境工程化零废生态养殖塘，其特征在于，沉淀区与养殖区之间设有污泥富集区，污泥富集区的深度大于养殖区的深度，长度、宽度分别与沉淀区的长度、宽度一样；沉淀区的深度大于养殖区、小于污泥富集区，纯净区、缓冲区、过滤区以及清水区的深度与养殖区一致；沉淀区与污泥富集区之间设有隔断，隔断由格栅与实心构筑物组成；缓冲区与纯净区之间设有隔断A，隔断A与养殖区上表面设5cm落差；缓冲区与过滤区之间设有隔断B，隔断B顶端与养殖区上表面齐平，底端与缓冲区底面设3cm落差；过滤区与清水区之间设有溢流坝，溢流坝与养殖区上表面设15cm落差。
8.根据权利要求7所述环境工程化零废生态养殖塘，其特征在于，格栅的高度为与养殖区深度一致；格栅的网格为圆台型，并且圆台型中面积较大的表面朝着沉淀区，圆台型中面积较大的表面的直径为5mm，面积较小的表面的直径为3.5mm。
9.根据权利要求1所述环境工程化零废生态养殖塘，其特征在于，纯净区设有序批式生物膜；过滤区设有藕夹式水处理填料搭；清水区设有生态浮床；经济农作物为芡实。
10.权利要求1所述环境工程化零废生态养殖塘在环境工程化零废生态养殖中的应用。
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