CN110547238B - 一种水产养殖生态系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水产养殖技术领域，具体地说是一种水产养殖生态系统及其控制方法，其中水产养殖池设置于清水池中，在清水池外侧设有生物砂滤池，水产养殖池包括养殖网箱和浮筒，其中浮筒上设有与清水池相通的水接口，养殖网箱上设有与清水池相通的清水入口，且所述清水入口处设有清水管阀，养殖网箱上设有排污口，且所述排污口分别通过管路与生物砂滤池和排泄粪污池相连，生物砂滤池与所述清水池相通，在养殖网箱内设有与高压气罐相连的曝气装置，浮筒上设有气接口，且所述气接口与所述输气管路相连，各管路上的管阀通过控制系统控制。本发明集成了水产养殖中的多个工序流程，体现了各个环节的技术联动，提高了水处理效果和品质，且利于应用推广。

Description

一种水产养殖生态系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及水产养殖技术领域，具体地说是一种水产养殖生态系统及其控制方法。

背景技术

水产养殖是我国重要的民生行业，水产养殖前期大量采用网箱养殖，能够有效利用海洋和湖泊等自然水域，实现鱼类集中高密度养殖，从而可以收获大量渔业水产品，丰富了老百姓的饭桌，提高了生活品质。但利用海洋和湖泊水体的开放式网箱养殖方式，由于饲料和鱼粪便等有机污染源比较集中，直接对外排放会超过自然水域污染消纳能力，造成养殖周边水域富营养化，成为水产养殖集中区域环境污染、水质恶化、病害高发的主要原因，反过来又造成鱼病传播性扩散，制约水产和渔业生产。

构建一种生态修复的循环水养殖系统，成为水产养殖和环境保护并重发展的必由之路。工厂化循环水养殖模式的最大特点是水产养殖污水通过过滤、生物处理、杀菌处理达标后循环利用，没有对外污染物排污，在节约水资源和能源同时，也减少对外部水环境的过度依赖，并且有利于防治和阻隔鱼病的传播。据报道，工厂化水产养殖已经是国外得到普遍推崇并广泛使用的标准化水产生产模式。我国相关行业专家也一直在研究适合我国推广的循环水工厂化养殖模式，形成了大量的研究论文和专利成果。《中国水产》2017年第6期“工厂化循环水养殖研究现状及应用前景”一文中，就总结了工厂化养殖过程水处理的技术进步与应用成果。《渔业现代化》2006年第4期“工厂化内循环海水鱼类养殖水质净化技术”一文中，就归纳了行业内普遍认可的沉淀、过滤、生物降解氮磷和杀菌处理的封闭循环水处理工艺流程和实施效果。在此基础上，更多的科研成果则体现在针对不同养殖对象污染源产生特点，不断完善高效生物降解技术对不同含量的污水处理实效，如《水处理技术》2017年第8期“A/O生物接触氧化工艺处理海水养殖废水”一文中就针对养殖水的生物降解处理方法及效果进行研究。《水处理技术》2017年第1期“MBR工艺处理海水养殖废水的研究进展”一文中则就膜材料的生物处理技术的效果进行了研究，而国内专利则大多集中于养殖装置的局部改进。

总体来说，循环水工厂化养殖中水处理，需要在保障全工艺流程的生态处理的基础上，分别提高单个处理单元的水处理能效，从而获得水产养殖循环水处理的最佳效果。在这个过程中，强化节能降耗并便于工厂化实施，才会获得实用性效果。在工艺流程上，通过技术工艺和装备配套创新，污染源的分类收集、沉淀、生物降解消减氮磷、过滤净化和水体杀菌几个环节的有效联动，才能确保整体效果的提升和水质的稳定性，而依托高效装备的系统集成技术是确定该项技术是否能得以推广的关键所在。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水产养殖生态系统及其控制方法，系统性的集成了水产养殖废弃物分类收集、固废沉淀集中处理、循环水有机物的生物消减、过滤和杀菌过程，更好地体现了污染物分类处理、生物降解过程和过滤净化环节的技术联动，大大提高了循环水处理效果和品质，且设计布置紧凑可控，循环水生物稳定性更好，过程节能降耗，管控成本更低，具备较好的产业技术复制性，更有利于产品和技术的应用推广。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种水产养殖生态系统，包括水产养殖池、清水池、排泄粪污池、生物砂滤池和控制系统，水产养殖池设置于清水池中，在清水池外侧设有生物砂滤池，所述水产养殖池包括养殖网箱和浮筒，其中浮筒上设有与所述清水池相通的水接口，所述养殖网箱上设有与清水池相通的清水入口，且所述清水入口处设有通过控制系统控制的清水管阀，所述养殖网箱上设有排污口，且所述排污口通过污水管路与生物砂滤池输入端相连，生物砂滤池输出端与所述清水池相通，所述排污口同时通过排泄管路与排泄粪污池相连，在所述养殖网箱内设有曝气装置，且所述曝气装置通过输气管路与高压气罐相连，所述浮筒上设有气接口，且所述气接口与所述输气管路相连，所述污水管路、排泄管路、输气管路、曝气装置上均设有通过控制系统控制的管阀。

所述清水池与生物砂滤池之间通过隔砂网隔开，所述生物砂滤池包括排污区、降解区和澄清区，所述养殖网箱上的排污口通过污水管路与所述排污区相连通，所述澄清区与所述清水池相通。

所述降解区内设有微生物富集网和交错设置的隔板，所述澄清区内设有砂滤层，且水经过砂滤层并穿过隔砂网后重新进入清水池中。

所述养殖网箱内设有液位浮球控制器，所述液位浮球控制器通过线路与所述控制系统相连。

所述的排污口为下缩口喇叭形，所述排污口处设有拦阻网。

所述清水池内安装有水质检测装置和灭菌装置，所述水质检测装置和灭菌装置均通过线路与所述控制系统相连。

所述高压气罐的出口设有气体加热器，所述排泄粪污池连接污泥泵。

所述清水池内设有限定水产养殖池下潜深度的水底支撑座。

所述污水管路上设有排污管阀，所述排泄管路上设有排泄管阀，所述输气管路上设有输气管阀，所述曝气装置上设有曝气管阀，各个管阀均通过控制系统控制。

一种根据所述水产养殖生态系统的控制方法，水产养殖池上浮或下潜时，输气管阀开启，关闭曝气管阀时，高压气罐内的气体输入浮筒中直至水产养殖池上浮，开启曝气管阀时，浮筒内的气体流向曝气装置，同时清水池中的水流入浮筒中直至水产养殖池下潜；

养殖网箱内粪污排出时，若养殖网箱的水面低于排泄粪污池的液面，先上浮水产养殖池，当养殖网箱水面高于排泄粪污池的液面后，开启排泄管阀；

养殖网箱内污水排放时，若养殖网箱的水面低于生物砂滤池水面，先上浮水产养殖池，当养殖网箱的水面高于生物砂滤池水面后，开启排污管阀；

养殖网箱内补充清水时，如果养殖网箱内的水面高于清水池水面，先下潜水产养殖池，当养殖网箱的水面低于清水池水面后，开启清水管阀。

本发明的优点与积极效果为：

1、本发明将养殖水域与外界分割为独立的生态内循环养殖区，清水池、生物砂滤池和养殖网箱组成生态循环净化功能系统，各功能区块之间不仅实现了有效隔离，而且也实现了有效衔接，污水源的得以持续净化和循环利用，实现污染零排放，能够根据生物养殖量及养殖过程产生的水溶性和非水溶性污染物总量，合理调配各分区块的水容积大小和光照与供养条件，实现养殖生物量与生态循环治理的有效统一。

2、本发明利用浮筒结构，实现了无动力的养殖网箱污水的对外排放和清水补充，系统节能可操，简单易控，便于实际使用推广。

3、本发明根据不同废弃物的情况，设计有排泄粪污池实现高浓度固废的专业处理，减轻了生物砂滤池处理全部可溶性和不可溶固废有机污染物的负担。

附图说明

图1为本发明的结构示意图，

图2为图1中本发明右端管路连接示意图，

图3为本发明各部分连接关系示意图。

1、养殖网箱；11、液位浮球控制器；12、清水管阀；13、排污口；14、曝气装置；15、曝气管阀；16、曝气管；17、曝气头；

2、浮筒；21、水接口；22、气接口；

3、清水池；

4、排泄粪污池；41、排泄管阀；

5、生物砂滤池；51、排污管阀；52、砂滤层；53、隔板；54、排污区；55、降解区；56澄清区；57、微生物富集网；58、隔砂网； 59、端隔板；

6、高压气罐；61、输气管阀；

7、控制系统；

8、养殖池支架；

91、排泄管路，92、污水管路，93为输气管路。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图1～3所示，本发明包括水产养殖池、清水池3、排泄粪污池4、生物砂滤池5、高压气罐6和控制系统7，所述水产养殖池可升降地设置于清水池3中，在清水池3外侧设有生物砂滤池5。

如图1～3所示，所述水产养殖池包括养殖网箱1和浮筒2，且浮筒2设置于养殖网箱1下侧，如图3所示，所述浮筒2下侧设有与所述清水池3相通的水接口21，所述养殖网箱1底部一侧设有与清水池3相通的清水入口，并且在所述清水入口处设有清水管阀12，另外养殖网箱1下侧设有排污口13，所述排污口13通过污水管路92 与生物砂滤池5输入端相连，污水经由所述污水管路92进入生物砂滤池5中，所述排污口13同时通过排泄管路91与系统外部的排泄粪污池4相连，沉积的粪污经由所述排泄管路91进入排泄粪污池4中，生物砂滤池5输出端与所述清水池3相通，污水经过生物砂滤池5过滤后重新流入清水池3中。

如图1～3所示，在养殖网箱1内设有曝气装置14，所述曝气装置14包括多个曝气管16，在每个曝气管16上均布有若干曝气头17，高压气罐6设置于系统外部并通过输气管路93与所述曝气管16相连，如图3所示，所述浮筒2一侧设有气接口22，且所述气接口22 通过管路与所述输气管路93相连。本实施例中，所述曝气装置14优选微孔曝气管或曝气头。

如图1～3所示，在养殖网箱1内设有液位浮球控制器11，所述液位浮球控制器11通过线路与所述控制系统7相连，在所述污水管路92上设有排污管阀51，系统工作时，由所述液位浮球控制器11 将养殖网箱1内的液位信号发送给控制系统7，控制系统7发出指令开启或关闭所述排污管阀51以及设置于养殖网箱1上清水入口处的清水管阀12，从而实现向养殖网箱1内补充清水或对外排出污水操作。另外如图3所示，在所述排泄管路91上设有排泄管阀41，在所述输气管路93上设有输气管阀61，在所述曝气管16上设有曝气管阀15，所述排泄管阀41、输气管阀61、曝气管阀15均通过线路与所述控制系统7相连并通过所述控制系统7控制启闭。所述控制系统 7、各个管阀以及液位浮球控制器11均为本领域公知技术且为市购产品。

如图1～3所示，清水池3外侧部分或全部紧邻所述生物砂滤池 5，所述清水池3与生物砂滤池5之间通过隔砂网58隔开，生物砂滤池5内部根据污水处理生物降解工艺要求被划分为排污区54、降解区55和澄清区56，如图1所示，所述排污区54、降解区55和澄清区56之间通过端隔板59隔开，所述养殖网箱1下侧的排污口13通过污水管路92与所述排污区54相连通，污水进入后即依次经过所述排污区54、降解区55和澄清区56，所述降解区55内设有交错设置的隔板53以提高污水的降解和澄清效果，另外在降解区55内还设有微生物富集网57，且所述微生物富集网57往复折弯设置于所述交错设置的隔板53之间，以提高微生物数量和强化生物降解效果，在澄清区56内设有砂滤层52，生物砂滤池5内处理过的污水经过砂滤层 52并穿过隔砂网58后重新进入清水池3中，另外所述生物砂滤池5 内栽培一定量的水生植物，以提高有机污染物降解的速度。

本实施例中，所述的养殖网箱1为非透水材料制作而成的包含四侧壁面以及底面的上开口容器。所述微生物富集网57为多孔板、柔性编织网、柔性漂浮带、硬质编织网、绒球或塑料球组成的微生物易于附着的材料或结构。所述砂滤层52根据水质处理要求确定沙层颗粒大小和沙层厚度，以提高快速降低污水中氮磷和颗粒杂质的能力，另外所述砂滤层52通往清水池3的交界口设置有阻砂细网或管形滤水通道。所述的浮筒2为塑料或金属材料制造的刚性或柔性封闭箱式容器。

所述的排污口13为下缩口喇叭形，便于养殖网箱1内沉降的固体残渣向排污口13沉积，另外在所述排污口13处设有拦阻网，防止养殖生物随水流冲出养殖网箱1。

所述清水池3内安装有水质检测装置和灭菌装置，所述水质检测装置和灭菌装置均通过线路与所述控制系统7相连，控制系统7根据水质检测装置检测水质变化情况，并控制启动灭菌装置运行，控制净化回用水中有毒有害病菌的数量。本实施例中，所述水质检测装置为水质传感器，所述灭菌装置可以为紫外灯灭菌装置、臭氧发生器、加药装置或微波发生器中的一种。所述水质检测装置和灭菌装置均为本领域公知技术且为市购产品。

所述高压气罐6的出口加装气体加热器，以通过提高气体温度提高养殖水体温度。所述气体加热器为本领域公知技术且为市购产品。

所述排泄粪污池4连接污泥泵，粪污通过所述污泥泵作用经由排泄管路91进入排泄粪污池4中，同时所述污泥泵将收集在排泄粪污池4中的生物粪便和食品残渣等固体有机废弃物，输送到专用的生物肥料制造装置，制备生物肥料，或者通过厌氧发酵制备沼气，为养殖过程提供能源。

所述养殖网箱1和浮筒2通过养殖池支架8固连，保证养殖网箱 1和浮筒2一体垂直升降，另外所述清水池3内设置有水底支撑座作为水产养殖池下潜极限深度的限位支撑。

本发明的工作原理为：

本发明具体控制过程如下：

a.水产养殖池的上浮和下潜运行控制：控制系统7控制开启输气管路93上的输气管阀61，同时关闭曝气管16上的曝气管阀15，此时高压气罐6内的气体输入浮筒2中，排挤出浮筒2内的水，水由浮筒2下侧的水接口21流入清水池3中，此时整个水产养殖池的浮力逐渐增加，当水产养殖池的浮力大于其重量后，水产养殖池上浮。开启曝气管阀15后，浮筒2内的气体经由曝气管阀15流向养殖网箱 1内的曝气装置14，浮筒2外部水源由水接口21涌入浮筒2，水产养殖池的浮力下降，当水产养殖池的浮力小于其重量后，水产养殖池开始下潜；当水产养殖池的浮力与重量平衡时，水产养殖池就处于不上不下的平衡态。

b.养殖网箱1内粪污排出控制：养殖网箱1内的粪污主要来源于鱼类的粪便和食物残渣，这些粪污固体残渣会逐渐沉淀在养殖网箱 1的底部，并向排污口13聚集和沉积。在排泄粪污池4液面低于养殖网箱1的水面时，开启排泄管阀41将沉积于排污口13内的粪污固体残渣排入排泄粪污池4中；如果养殖网箱1的水面低于排泄粪污池 4的液面时，通过上浮水产养殖池，实现养殖网箱1水面高于排泄粪污池4的液面后，再开启排泄管阀41实施粪污排出控制。

c.养殖网箱1内污水排放控制：养殖网箱1内水经过一段时间的养殖过程，废弃物的累积会导致水体污染物含量增加，需要定期排出污水，并补充新的净化水以改善养殖网箱1的水质。排污水时，如果养殖网箱1的水面低于生物砂滤池5排污区54水面，先上浮水产养殖池，当养殖网箱1的水面高于生物砂滤池5排污区54水面后，开启排污管阀51，养殖网箱1内的高水位污水向低水位的生物砂滤池5排污区54排出；

d.养殖网箱1内补充清水控制：补充清水时，如果养殖网箱1 内的水面高于清水池3水面，先下潜水产养殖池，当养殖网箱1的水面低于清水池3水面时，开启清水管阀12，清水池3内的高水位洁净水流入低水位的养殖网箱1，实现向养殖网箱1补充清水过程，直至设定的水位；

e.监控清水池3中水质变化，必要时通过启动灭菌装置给清水池3灭菌，调节清水池3中水质稳定达标。

Claims (7)

1.一种水产养殖生态系统，其特征在于：包括水产养殖池、清水池(3)、排泄粪污池(4)、生物砂滤池(5)和控制系统(7)，水产养殖池设置于清水池(3)中，在清水池(3)外侧设有生物砂滤池(5)，所述水产养殖池包括养殖网箱(1)和浮筒(2)，其中浮筒(2)上设有与所述清水池(3)相通的水接口(21)，所述养殖网箱(1)上设有与清水池(3)相通的清水入口，且所述清水入口处设有通过控制系统(7)控制的清水管阀(12)，所述养殖网箱(1)上设有排污口(13)，且所述排污口(13)通过污水管路(92)与生物砂滤池(5)输入端相连，生物砂滤池(5)输出端与所述清水池(3)相通，所述排污口(13)同时通过排泄管路(91)与排泄粪污池(4)相连，在所述养殖网箱(1)内设有曝气装置(14)，且所述曝气装置(14)通过输气管路(93)与高压气罐(6)相连，所述浮筒(2)上设有气接口(22)，且所述气接口(22)与所述输气管路(93)相连，所述污水管路(92)、排泄管路(91)、输气管路(93)、曝气装置(14)上均设有通过控制系统(7)控制的管阀；

所述污水管路(92)上设有排污管阀(51)，所述排泄管路(91)上设有排泄管阀(41)，所述输气管路(93)上设有输气管阀(61)，所述曝气装置(14)上设有曝气管阀(15)，各个管阀均通过控制系统(7)控制；

所述清水池(3)与生物砂滤池(5)之间通过隔砂网(58)隔开，所述生物砂滤池(5)包括排污区(54)、降解区(55)和澄清区(56)，所述养殖网箱(1)上的排污口(13)通过污水管路(92)与所述排污区(54)相连通，所述澄清区(56)与所述清水池(3)相通；

所述降解区(55)内设有微生物富集网(57)和交错设置的隔板(53)，所述澄清区(56)内设有砂滤层(52)，且水经过砂滤层(52)并穿过隔砂网(58)后重新进入清水池(3)中。

2.根据权利要求1所述的水产养殖生态系统，其特征在于：所述养殖网箱(1)内设有液位浮球控制器(11)，所述液位浮球控制器(11)通过线路与所述控制系统(7)相连。

3.根据权利要求1所述的水产养殖生态系统，其特征在于：所述的排污口(13)为下缩口喇叭形，所述排污口(13)处设有拦阻网。

4.根据权利要求1所述的水产养殖生态系统，其特征在于：所述清水池(3)内安装有水质检测装置和灭菌装置，所述水质检测装置和灭菌装置均通过线路与所述控制系统(7)相连。

5.根据权利要求1所述的水产养殖生态系统，其特征在于：所述高压气罐(6)的出口设有气体加热器，所述排泄粪污池(4)连接污泥泵。

6.根据权利要求1所述的水产养殖生态系统，其特征在于：所述清水池(3)内设有限定水产养殖池下潜深度的水底支撑座。

7.一种根据权利要求1所述的水产养殖生态系统的控制方法，其特征在于：水产养殖池上浮或下潜时，输气管阀(61)开启，关闭曝气管阀(15)时，高压气罐(6)内的气体输入浮筒(2)中直至水产养殖池上浮，开启曝气管阀(15)时，浮筒(2)内的气体流向曝气装置(14)，同时清水池(3)中的水流入浮筒(2)中直至水产养殖池下潜；

养殖网箱(1)内粪污排出时，若养殖网箱(1)的水面低于排泄粪污池(4)的液面，先上浮水产养殖池，当养殖网箱(1)水面高于排泄粪污池(4)的液面后，开启排泄管阀(41)；

养殖网箱(1)内污水排放时，若养殖网箱(1)的水面低于生物砂滤池(5)水面，先上浮水产养殖池，当养殖网箱(1)的水面高于生物砂滤池(5)水面后，开启排污管阀(51)；

养殖网箱(1)内补充清水时，如果养殖网箱(1)内的水面高于清水池(3)水面，先下潜水产养殖池，当养殖网箱(1)的水面低于清水池(3)水面后，开启清水管阀(12)。