CN112723543A - 浮动式多功能水质净化装置及其应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于水产养殖技术领域，具体涉及浮动式多功能水质净化装置及其应用方法。包括浮动式船体、组合式净化水箱、进水系统、出水系统、充气系统和太阳能供电系统；所述组合式净化水箱包括厌氧水箱、好氧水箱和释放水箱，从进水到排水，水流经水箱的次序依次为厌氧水箱、好氧水箱、释放水箱。本发明能够进行脱氮、增氧、循环水、调节碳氮比、施肥和监测池塘水质等多种功能，具有针对性强、操作简便和能够提高水产养殖池塘中氮废物排放量去除效率的特点。

Description

浮动式多功能水质净化装置及其应用方法

技术领域

本发明属于水产养殖技术领域，具体涉及浮动式多功能水质净化装置及其应用方法。

背景技术

水产动物，如鱼类、虾类和蟹类，在养殖中往往需要大量投喂配合饲料。投喂配合饲料时饲料利用效率较低，如蛋白质利用效率往往不超过45％，因此会产生大量的养殖废物，包括碳、氮、磷等。随着养殖时间的延长，养殖废物在水体中逐渐积累，不仅导致水体富营养化，一些有毒废物，如氨氮、亚硝酸态氮等浓度过高时还会导致养殖动物生长缓慢、病害爆发甚至大量死亡。降低养殖水体中的氮废物积累是水产养殖中的一个重要问题。目前在水产养殖中存在一些去除养殖废物的方法，如在工厂化养殖中通过生物滤器来将水中的氨氮和亚硝酸态氮转化为硝酸态氮；在池塘养殖中通过栽植水生植物和构建人工湿地等方法进行养殖水体的净化。然而，工厂化养殖所使用的生物滤器设施复杂且运行需要大量消耗能量，不适合在池塘养殖中应用；构建人工湿地需要较多的土地面积，成本较高，难以推广应用；栽植水生植物对于去除水体中含氮废物的作用有限。此外，不同养殖池塘中因放养种类、放养密度、饲料投喂量和养殖管理措施不同导致养殖废物产量和在水体中积累程度变化较大。在同一养殖池塘中，不同水平位置和水层的环境状况也存在较大的差异，这些差异和变化反映了养殖池塘水质处理的复杂性。因此，采用常规的固定式的水处理设施难以针对养殖池塘复杂多变的水质环境有效地去除养殖废物。

对水产养殖废物排放量及化学计量学的研究发现，按数量计，养殖废物排放量中，碳的排放量>氮的排放量>磷的排放量。然而，由于碳废物往往以CO₂的形式扩散到大气中，磷废物主要沉积在池塘底泥中，而氮废物则主要以有机氮和氨氮的形式出现，其向大气扩散和水底沉积的通量有限。因此，随着养殖时间的增加，水体中碳氮比逐渐降低。养殖水体的微生物氮转化和脱氮过程包括在好氧状态下进行的硝化作用和氨氧化作用，以及在厌氧状态下进行的反硝化作用和氨氧化作用。其中，反硝化作用和厌养氨氧化作用是微生物脱氮的重要途径。尽管好养氨氧化作用如硝化作用和厌养氨氧化作用、反硝化作用的原理被广泛应用于各种生物滤器和生物反应器的设计中，但针对水产集约化池塘养殖的有效的微生物脱氮技术尚未成熟。

如申请号为CN201621305615.6的中国实用新型专利所述的一种闭锁式循环水净化系统，包括养殖池、泵压管道、净化装置，其特征在于包括：所述泵压管道包括用于将养殖池中的待处理水抽入净化装置第一泵压管道、将净化装置中处理后的水抽入养殖池的第二泵压管道；所述净化装置依次包括物理过虑部、蛋白质分离部、生物过滤部、脱臭脱色部、酸碱值调节部、水质活化部，所述酸碱值调整部、生物过虑部之间还通过第三泵压管道连接有脱氮部。虽然所提供的水净化系统用于水产养殖池，具有结构简单、便于推广、净化效果强等特点，但是不足之处在于在水质的净化过程中，对水产养殖池塘中氮废物排放量的去除效率较差，难以集约化水产养殖池塘中氮的浓度，进而提高碳氮比，改善养殖环境，提高经济效益。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中，在水产池塘养殖过程中因氮废物积累导致碳氮比下降，导致微生物脱氮作用受阻，以及难以针对养殖池塘复杂多变的水质环境有效地去除养殖废物的问题，提供了一种针对性强、操作简便和能够提高水产养殖池塘中氮废物排放量去除效率的浮动式多功能水质净化装置及其应用方法。

为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

浮动式多功能水质净化装置，包括浮动式船体、组合式净化水箱、进水系统、出水系统、充气系统和太阳能供电系统；所述浮动式船体中空，用于搭载组合式净化水箱；所述组合式净化水箱包括厌氧水箱、好氧水箱和释放水箱，从进水到排水，水流经水箱的次序依次为厌氧水箱、好氧水箱、释放水箱；所述进水系统与厌氧水箱连接；所述出水系统与释放水箱连接；所述充气系统与好氧水箱连接，用于对水箱内补充氧气；所述太阳能供电系统设置在浮动式船体上，且分别与进水系统和充气系统电连接。

作为优选，所述进水系统包括潜水泵和进水管，所述潜水泵与进水管连接，所述进水管与厌氧水箱连接；所述潜水泵悬吊水层深度从表层0.5m至水下3.5m；所述进水管上设有调节阀门。

作为优选，所述出水系统包括出水管，所述出水管与释放水箱连接。

作为优选，所述充气系统包括充气泵、气管和气体释放器；所述充气泵通过气管与好氧水箱连接，所述气体释放器放置在好氧水箱内。

作为优选，所述太阳能供电系统包括太阳能电池板、蓄电池和交流逆变器；所述太阳能电池板、蓄电池和交流逆变器依次电连接；所述交流逆变器分别与潜水泵和充气泵电连接。

作为优选，本发明还包括锚泊系统，所述锚泊系统包括铁锚以及用于连接浮动式船体和铁锚的绳索。

作为优选，本发明还包括水质监测平台，所述水质监测平台固定安装在浮动式船体上；所述水质监测平台搭载溶解氧探头、水温探头和氨氮探头。

作为优选，所述厌氧水箱内还设有碳源释放装置，用于根据池塘水质状况调节厌氧水箱内的碳氮比；所述碳源释放装置内装有碳源物质，所述碳源物质包括液态碳源和固态碳源。

本发明还提供了浮动式多功能水质净化装置的应用方法，包括以下步骤：

S1，利用锚泊系统中的铁锚，在池塘中间选点进行抛锚，启动潜水泵和充气泵，使池塘特定水层的水流过组合式净化水箱；通过定向排水使浮动式多功能水质净化装置围绕抛锚点循环转动进行巡航；

S2，潜水泵抽取的池塘特定水层的水，经过厌氧水箱内的反硝化作用和厌养氨氧化脱氮以及好氧水箱内的硝化作用后，利用释放水箱进行施肥或泼洒药物或输送回特定的水层；

S3，定期维护浮动式多功能水质净化装置，包括维修、清洁组合式净化水箱。

本发明与现有技术相比，有益效果是：(1)本发明处理水质的方法不仅不会占用养殖池塘水体容积，降低水体的溶解氧含量和有益微生物的作用，反而有助于促进水体的循环和流动，增加水体溶解氧含量和促进有益微生物的功能；(2)本发明提高了对水产养殖池塘中氮废物排放量的去除效率，能够显著降低水产养殖池塘中，特别是集约化水产养殖池塘中氮的浓度，进而提高碳氮比，改善养殖环境，提高经济效益；(3)本发明具有生物脱氮、增氧、循环水、调节碳氮比、施肥和监测池塘水质等多种功能。

附图说明

图1为本发明中浮动式多功能水质净化装置的一种主视图；

图2为本发明中浮动式多功能水质净化装置的一种侧视图。

图中：浮动式船体1、厌氧水箱2、好氧水箱3、释放水箱4、潜水泵5、进水管6、出水管7、充气泵8、气管9、气体释放器10、太阳能电池板11、蓄电池12、铁锚13、绳索14、水质监测平台15。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

实施例1：

如图1所示的浮动式多功能水质净化装置，包括浮动式船体1、组合式净化水箱、进水系统、出水系统、充气系统和太阳能供电系统；所述浮动式船体中空，用于搭载组合式净化水箱；所述组合式净化水箱包括厌氧水箱2、好氧水箱3释放水箱4，从进水到排水，水流经水箱的次序依次为厌氧水箱、好氧水箱、释放水箱；所述进水系统与厌氧水箱连接；所述出水系统与释放水箱连接；所述充气系统与好氧水箱连接，用于对水箱内补充氧气；所述太阳能供电系统设置在浮动式船体上，且分别与进水系统和充气系统电连接。

其中，浮动式船体用来搭载组合式净化水箱，浮动式船体的前端、后端有平台和系绳索的装置。浮动式船体可由镀锌钢板或PVC材料制成，浮动式船体的长和宽的尺寸，根据组合式净化水箱的大小和数量来进行设计。组合式净化水箱中的厌氧水箱和好氧水箱内均加装活动折流板用于增加反应面积。厌氧水箱和好氧水箱的数量和大小，根据本发明装置实际所需要的处理功能和能力的要求来进行设计，释放水箱则设计为一个。

另外，本发明所使用的厌氧水箱和好氧水箱是废水处理厂和水产循环水养殖系统领域所熟知的，其工艺设计可参考UASB、EGSB、CANON、SBR、MBR等；所用的释放水箱是水产养殖药物和肥料泼洒操作中所熟知的。

进一步的，所述厌氧水箱内还设有碳源释放装置，用于根据池塘水质状况调节厌氧水箱内的碳氮比；所述碳源释放装置内装有碳源物质，所述碳源物质包括液态碳源和固态碳源。所述碳源释放装置装有检测厌氧水箱内碳含量以及氮含量的传感器，当碳源释放装置内的主芯片根据检测到的碳、氮含量数据，计算出厌氧水箱内的碳氮比低于设定的警戒值时，则释放碳源物质来调节厌氧水箱内的碳氮比。

进一步的，所述进水系统包括潜水泵5和进水管6，所述潜水泵与进水管连接，所述进水管与厌氧水箱连接；所述潜水泵悬吊水层深度从表层0.5m至水下3.5m；所述进水管上设有调节阀门。所述潜水泵的功率为375W，可根据需要悬吊在不同的水层深度，从表层0.5m至水下3.5m。所述出水系统则包括出水管7，所述出水管与释放水箱连接。进水管和出水管均为钢丝软管。进水管和出水管的长度根据需要而定，通常情况下，进水管长3m-5m，出水管长5m-10m。

进一步的，所述充气系统包括充气泵8、气管9和气体释放器10；所述充气泵通过气管与好氧水箱连接，所述气体释放器放置在好氧水箱内。所述气体释放器为纳米管气体释放器，所述充气系统用于给好氧水箱内补充溶解氧。

进一步的，所述太阳能供电系统包括太阳能电池板11、蓄电池12和交流逆变器；所述太阳能电池板、蓄电池和交流逆变器依次电连接；所述交流逆变器分别与潜水泵和充气泵电连接。太阳能供电系统主要用于对潜水泵和充气泵进行供电。

进一步的，本发明还包括锚泊系统，所述锚泊系统包括铁锚13以及用于连接浮动式船体和铁锚的绳索14。浮动式多功能水质净化装置在池塘内的运动范围由锚泊系统的绳索长度决定，一般设定为半径20m-30m，即绳索长度为20m-30m。

如图2所示，本发明还包括水质监测平台15，所述水质监测平台固定安装在浮动式船体上；所述水质监测平台搭载溶解氧探头、水温探头和氨氮探头。溶解氧探头用于监测组合式净化水箱内的溶解氧含量情况，水温探头用于监测组合式净化水箱内的水温情况，氨氮探头用于监测组合式净化水箱内的氨氮含量情况。

基于实施例1，本发明还提供了浮动式多功能水质净化装置的应用方法，包括以下步骤：

S1，利用锚泊系统中的铁锚，在池塘中间选点进行抛锚，启动潜水泵和充气泵，使池塘特定水层的水流过组合式净化水箱；通过定向排水使浮动式多功能水质净化装置围绕抛锚点循环转动进行巡航；

S2，潜水泵抽取的池塘特定水层的水，经过厌氧水箱内的反硝化作用和厌养氨氧化脱氮以及好氧水箱内的硝化作用后，利用释放水箱进行施肥或泼洒药物或输送回特定的水层；

S3，定期维护浮动式多功能水质净化装置，包括维修、清洁组合式净化水箱。

上述方法步骤用于处理水产养殖池塘内的养殖氮废物，所述养殖氮废物是源于饲料投喂所产生的氮废物，主要形式为氨氮、硝酸态氮、亚硝酸态氮和有机氮。

浮动式多功能水质净化装置可以通过定时开关或遥控开关进行控制启动。

在进行上述测定方法前，还需要做如下准备工作：

根据预期净化功能设计组合式净化水箱(组合式净化水箱大小和数量)，利用PVC板焊接方法制作并装配组合式净化水箱；

根据组合式净化水箱大小设计船体，船体前后至少能够承载2-3人活动；

在船体上安装太阳能供电系统；

在组合式净化水箱上连接进水管、出水管、潜水泵、充气泵、气管和气体释放器。

在船体的前侧安装绳索和铁锚。

本发明的浮动式多功能水质净化装置可在池塘内进行一定范围内的运动，工作范围大小取决于抛锚位置和锚泊系统的绳索长度。同时，采用太阳能电池板产生的电能，驱动潜水泵抽取池塘特定水层中养殖废物浓度较高的水源，经过厌氧水箱内的反硝化作用和厌养氨氧化脱氮以及好氧水箱内的硝化作用后，利用释放水箱进行施肥或泼洒药物或输送回特定的水层。根据特定机械结构，还能够周期性地自动改变进水深度。

利用本发明处理后的水可以流回养殖池塘循环使用，即将经过厌氧水箱和好氧水箱处理的水，再经过释放水箱输送回特定的水层。池塘指任意适合于使用本发明的水产养殖池塘，优选是鱼类和虾类养殖池塘，更优选的是鱼类和虾类集约化养殖池塘。

利用本发明处理水质，不仅不会占用养殖池塘水体容积，降低水体的溶解氧含量和有益微生物的作用，反而有助于促进水体的循环和流动，增加水体溶解氧含量和促进有益微生物的功能。

每个浮动式多功能水质净化装置最多每天可处理144m³的水体，约10天可处理1亩水深2m的池塘。

本发明根据养殖池塘养殖废物分布水平和垂直分布异质性的特点，根据养殖池塘内好养和厌氧脱氮系统在空间上分离的特点，在养殖废物碳氮磷化学计量学的基础上，设计浮动式多功能水质净化装置，提高对水产养殖池塘中氮废物排放量的去除效率。利用浮动式多功能水质净化装置可显著降低水产养殖池塘中，特别是集约化水产养殖池塘中氮的浓度，提高碳氮比，改善养殖环境，提高经济效益。

以上所述仅是对本发明的优选实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.浮动式多功能水质净化装置，其特征在于，包括浮动式船体、组合式净化水箱、进水系统、出水系统、充气系统和太阳能供电系统；所述浮动式船体中空，用于搭载组合式净化水箱；所述组合式净化水箱包括厌氧水箱、好氧水箱和释放水箱，从进水到排水，水流经水箱的次序依次为厌氧水箱、好氧水箱、释放水箱；所述进水系统与厌氧水箱连接；所述出水系统与释放水箱连接；所述充气系统与好氧水箱连接，用于对水箱内补充氧气；所述太阳能供电系统设置在浮动式船体上，且分别与进水系统和充气系统电连接。

2.根据权利要求1所述的浮动式多功能水质净化装置，其特征在于，所述进水系统包括潜水泵和进水管，所述潜水泵与进水管连接，所述进水管与厌氧水箱连接；所述潜水泵悬吊水层深度从表层0.5m至水下3.5m；所述进水管上设有调节阀门。

3.根据权利要求1所述的浮动式多功能水质净化装置，其特征在于，所述出水系统包括出水管，所述出水管与释放水箱连接。

4.根据权利要求2所述的浮动式多功能水质净化装置，其特征在于，所述充气系统包括充气泵、气管和气体释放器；所述充气泵通过气管与好氧水箱连接，所述气体释放器放置在好氧水箱内。

5.根据权利要求4所述的浮动式多功能水质净化装置，其特征在于，所述太阳能供电系统包括太阳能电池板、蓄电池和交流逆变器；所述太阳能电池板、蓄电池和交流逆变器依次电连接；所述交流逆变器分别与潜水泵和充气泵电连接。

6.根据权利要求4所述的浮动式多功能水质净化装置，其特征在于，还包括锚泊系统，所述锚泊系统包括铁锚以及用于连接浮动式船体和铁锚的绳索。

7.根据权利要求1所述的浮动式多功能水质净化装置，其特征在于，还包括水质监测平台，所述水质监测平台固定安装在浮动式船体上；所述水质监测平台搭载溶解氧探头、水温探头和氨氮探头。

8.根据权利要求1所述的浮动式多功能水质净化装置，其特征在于，所述厌氧水箱内还设有碳源释放装置，用于根据池塘水质状况调节厌氧水箱内的碳氮比；所述碳源释放装置内装有碳源物质，所述碳源物质包括液态碳源和固态碳源。

9.基于权利要求6所述的浮动式多功能水质净化装置的应用方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，利用锚泊系统中的铁锚，在池塘中间选点进行抛锚，启动潜水泵和充气泵，使池塘特定水层的水流过组合式净化水箱；通过定向排水使浮动式多功能水质净化装置围绕抛锚点循环转动进行巡航；

S2，潜水泵抽取的池塘特定水层的水，经过厌氧水箱内的反硝化作用和厌养氨氧化脱氮以及好氧水箱内的硝化作用后，利用释放水箱进行施肥或泼洒药物或输送回特定的水层；

S3，定期维护浮动式多功能水质净化装置，包括维修、清洁组合式净化水箱。

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