CN113229200A - 一种层流式鱼菜共生循环水养殖系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种层流式鱼菜共生循环水养殖系统，水培系统包括一水培架，自上而下分为若干水培箱；水培箱内水平固定设有一泡沫种植板，泡沫种植板上沿纵向开设多组用于安置种植篮的种植孔单元，每组种植孔单元具有沿横向间隔设置的若干种植孔；位于泡沫种植板下方设有若干层层流板，层流板垂直于水流方向间隔设置导流槽，导流槽与种植孔单元竖直方向一一对应，导流槽上开设落水孔，各层流板上的落水孔以及种植孔一一对应，且自上而下依次横向错开3‑7cm；种植篮内植物根系随着水流而下，形成阶梯式形状；水处理系统中设有用于去除并收集水体中二氧化碳气体的二氧化碳去除装置，二氧化碳去除装置通过二氧化碳引导管与水培箱上部气体连通。

Description

一种层流式鱼菜共生循环水养殖系统和方法
技术领域
本发明涉及一种层流式鱼菜共生循环水养殖系统和方法，属于鱼菜共生系统技术领域。
背景技术
鱼菜共生是一个融合了水产养殖与水耕栽培两种不同的农业工程技术所发展而来的新型循环水养殖技术。鱼菜共生系统在生态环境方面具有显著的效益,通过鱼、菜和微生物三者之间协同共生关系，提高养殖水体中营养物质的利用，减少和降低水体中有害物质的产生和累积，从而提高鱼跟菜的总产量，降低了养殖废水的排放,属可持续循环型低碳渔业，是一种新型复合养殖技术模式。
循环水养殖系统中，饲料经鱼体消化代谢，只有少部分被利用，如其中25～35％氮素成为生物量，而75％的氮素没有被利用而浪费。鱼菜共生系统是利用在RAS系统中没被利用的营养物质进行植物生产。如何将循环水系统和植物养殖的关键特性有效结合，不仅能减少换水和尾水排放还能一套系统产出两种无污染健康产物，形成一套高产、高效的鱼菜共生系统，是影响鱼菜共生系统健康可持续发展的关键所在。
现有技术存在以下技术问题：
1、传统的水培模式多种多样，常用的有深液流水培(DFT)、营养液膜水培(NFT)等。DFT模式中，植物的根部必须全部浸泡在水体之中，养殖品种具有局限性，而且水体中容易失氧造成根部发黑烂根等情况。NFT模式中，对于强壮的生根植物，生产周期也更久，容易造成管道堵塞等情况。造价高，功能单一，管道不易清理，水培槽无法排空，空气不流通等问题。
2、循环水养殖系统中，容易造成水体中无机盐如氮、磷、钾、钙等元素的富集，其中亚硝酸态氮和氨态氮会使鱼类营养代谢失调，免疫系统紊乱，抗病力下降，最终引起大量死亡。循环水养殖系统中，水体中二氧化碳会累加，导致水体酸化，威胁鱼类和微生物菌群的生存。通常会采用提高换水率，通过换水的方式降低系统中污染物浓度。但间接造成，大量无机盐被排放，引起赤潮等危害，生态环境被严重破坏。该方式不但造成养殖成本提高，还对生态环境造成威胁。
3、循环水养殖系统中，无法被水处理系统过滤的TSS容易吸附在鱼鳃里，造成鱼类疾病和死亡。传统方式采用安装臭氧设备、提高系统换水率等方式，不仅增加了系统造价成本，还有提高了系统管理要求。
4、传统的循环水养殖系统中的营养元素来源于饲料，但是并不满足一些果菜的需求。
5、循环水养殖系统尾水排放造成的环境污染问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种层流式鱼菜共生循环水养殖系统，在系统中设置了层流式水培系统，最终形成层流式鱼菜共生系统，并将循环水系统中的二氧化碳去除收集后通入层流式水培系统中，不仅能将水体中产生的无机盐和TSS固化、转化和吸收，还可以将水体中二氧化碳变废为肥，成为植物光合作用不可缺少的空气肥。
本发明采取以下技术方案：
一种层流式鱼菜共生循环水养殖系统，包括循环水养殖系统和水培系统；所述水培系统包括一水培架，自上而下分为若干水培箱5；设水培架内水体流动方向为纵向，水平垂直于水体流向方向为横向；所述水培箱5内水平固定设有一泡沫种植板6，所述泡沫种植板6上沿纵向开设多组用于安置种植篮7的种植孔单元，每组种植孔单元具有沿横向间隔设置的若干种植孔；位于泡沫种植板6下方设有若干层层流板，所述层流板垂直于水流方向间隔设置导流槽，所述导流槽与所述种植孔单元竖直方向一一对应，导流槽上开设落水孔，各层流板上的落水孔以及所述种植孔一一对应，且自上而下依次横向错开3-7cm；所述水培箱5纵向一端设有水培架进水管 14，所述水培架进水管14通过分流管13分流并自各层流板所在高度部位与所述水培箱5连通；所述水培箱5纵向另一端下部设有水培箱出水管11；所述水培箱底板12沿纵向自前向后逐渐降低；种植篮7内植物根系随着水流而下，形成阶梯式形状；所述循环水养殖系统包括养殖池、水处理系统；所述水处理系统中设有用于去除并收集水体中二氧化碳气体的二氧化碳去除装置，所述二氧化碳去除装置通过二氧化碳引导管3与所述水培箱5上部气体连通。
优选的，所述水培箱内侧壁设有层流板支撑件10，层流板可以从层流板支撑件10上拆卸。
优选的，所述循环水养殖系统还包括控温系统、水质监测设备。
优选的，所述养殖池为双排水鱼池，底排配置竖流沉淀器；水处理系统包括依次连接的微滤机池、调节池、移动床生物滤器、紫外杀菌装置、所述二氧化碳去除装置和营养液添加装置。
进一步的，所述水质监测设备由氨氮、亚硝氮、pH值和EC水质探头和控制版面组成，其中氨氮和亚硝氮水质探头安装于调节池和进水口，EC探头安装于水培箱内；杀菌装置采用紫外管道杀菌；控温系统由盘管，冷水机组和水泵组成；所述水质探头根据测定的水质指标来调节进入养殖池和水培系统的流量，实现元素的循环流动。
优选的，所述水培系统还包括设于水培箱顶部的LED灯条2以及空气循环扇4，所述水培系统由铝合金支撑架支撑。
优选的，养殖池中的水分成2路，一路从侧排直接进入微滤机，一路从底排进入竖流沉淀器，再进入微滤机池，微滤机池安装水位保持器，低于水位要求自动补水。
进一步的，微滤机池的水被水泵提到移动床生物过滤器内，流经杀菌装置后，经二氧化碳去除装置流入营养液添加装置内，再分成2路，一路直接进入鱼池，一路分成若干路经水泵打到所述水培系统中。
进一步的，水处理系统中二氧化碳去除装置产生的废气，经二氧化碳引导管3引到空气循环扇4上，空气循环扇4同时用于空气流通和二氧化碳引流。
进一步的，每层所述层流板设置溢流孔，防止水流过大而溢出水培箱。
一种层流式鱼菜共生循环水养殖方法，鱼池出水经过水处理系统后直接引入水培架；水流被分成若干分支，以分流的方式进入水培箱层流层中；植物定植于水培箱第一层泡沫板上，根系在第二层中生长，不断生长的根随着水流进入第二层开孔处，顺着水流垂下，同样的方式进入第三层空间，最终抵达最后一层空间；植物根系经过层层水流的冲刷，利用每根根系，增大与水流接触面积。
进一步的，层流式鱼菜共生养殖系统分为耦合部分和解耦部分；所述耦合部分：养殖池出水经过水处理系统后直接引入水培架，水流被分成若干分支，以分流的方式进入水培箱层流层中；植物定植于水培箱第一层泡沫板上，根系在第二层中生长，不断生长的根随着水流进入第二层开孔处，顺着水流垂下，同样的方式进入第三层空间，最终抵达最后一层空间；所述解耦部分：循环水系统的尾水经过发酵罐进行发酵后，灌溉到土埂区域，实现零排放。
本发明的有益效果在于：
1)水培架可以满足多种植物种植要求，品种不单一；水培架可以改成 2种以上模式，满足更多种植需求，减少投资和空间的浪费。层流板可拆卸的功能，不仅可防止堵塞还方便维护、清理简便等功能。
2)层流式鱼菜共生系统不仅能将水体中产生的无机盐和TSS固化、转化和吸收。还可以将水体中二氧化碳变废为肥，成为植物光合作用不可缺少的空气肥。一套系统产出2种产物的高效养殖系统。
3)植物根系的吸附作用大大减少水处理系统的处理负荷，减少管理的难度，提高水质进化的效率。
4)优化营养物的回收和循环利用，实现零排放的循环系统。
5)鱼菜共生水体中添加营养液，不仅能养好鱼还能养好菜，可养殖经济附加值高的鱼和植物，增加经济效益。
6)该鱼菜共生系统结合耦合系统和解耦系统，该系统无需设计排污管，实现零排放。
附图说明
图1是本发明水培系统中水培架的立体图。
图2是本发明水培系统中水培架的侧视图。
图3是本发明层流式鱼菜共生循环水养殖系统的结构布置图。
图中，1、铝合金支撑架；2、LED灯条；3、二氧化碳引导管；4、空气循环扇；5、水培箱；6、泡沫种植板；7、种植篮；8、第一层层流板；9、第二层层流板；10、层流板支撑件；11、水培箱出水管；12、水培箱底板；13、分流管；14、水培架进水管，801.第一层层流板的落水孔，802.第二层层流板的落水孔。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进一步说明。
参见图3，一种层流式鱼菜共生养殖系统主要由循环水养殖系统、水培系统和田埂系统组成，循环水养殖系统由养殖池，水处理系统，控温系统，水质监测设备和杀菌装置组成，其中，养殖池为双排水鱼池，底排配置竖流沉淀器；水处理系统主要包括微滤机池、调节池、移动床生物滤器、紫外杀菌装置、二氧化碳去除装置和营养液添加装置组成；水质监测设备由氨氮、亚硝氮、pH值和EC值等水质探头和控制版面组成，其中氨氮和亚硝氮水质探头安装于调节池和进水口，pH值和EC值水质探头安装于水培系统， EC探头安装于水培箱内；杀菌装置采用紫外管道杀菌；控温系统主要由盘管，冷水机组和水泵组成。该系统的流程图如图3所示，水培系统主要包括水培箱、LED灯条、空气循环扇和铝合金支撑架组成。该系统的流程图如下所示，养殖池中的水分成2路，一路从侧排直接进入微滤机，一路从底排进入竖流沉淀器，再进入微滤机池，微滤机池按照水位保持器，低于水位要求自动补水。微滤机池的水被水泵提到移动床生物过滤器内，流经杀菌装置后，经二氧化碳装置流入营养液添加装置内，回流到鱼池中。
水培系统由水培架构成，水培架上一般设置2层水培箱，水培箱顶部按照LED灯管和空气循环扇。每个水培箱设计成四层，顶层为泡沫板，纵向2个间距为25cm的圆孔，可放置定植篮；第二层和第三层为层流层，第二层的层流板上2个圆孔比泡沫板圆孔小，与泡沫板圆孔垂直方向沿着水流方向错开大概5-8cm，第三层的层流板上2个圆孔与第二层的2个圆孔大小一致，圆孔垂直方向也错开，每层设置溢流孔，防止水流过大而溢出水培箱。植物根系随着水流而下，形成阶梯式形状，充分与水流和空气接触，从而起到固化有机物净化水质的功效，被净化过的水在回流进鱼池，进行新一轮的循环。水培箱中层流板可以拆卸，方便清理和更改模式使用。水处理系统中二氧化碳去除装置产生的废气，经倒流管引到水培架空气循环扇上，循环扇用于空气流通和二氧化碳引流，空气流通减少环境湿度可以降低植物病虫害危险，植物每天需要光照，一般10-12h，二氧化碳是必不可少的空气肥。
田埂系统由发酵罐和田埂区组成，循环水养殖系统产生的尾水(粪便和残留饲料)集中于发酵罐中，发酵罐中投入益生菌分解物质，发酵水经过水泵直接灌溉田埂区，产生的元素直接被植物吸收。
参见图1，水流方向沿纵向。
循环水系统和水培系统根据探头测量的水质指标调节进入鱼池和蔬菜培养区的流量，当蔬菜培养区EC值低于设定值，自动营养添加系统启动添加，水泵打入水培系统的水流量增大；当水培系统需要关闭或者收成的时候，水泵切断进入水培系统进水，直接打入鱼池。
植物收成周期短，该鱼菜共生系统种养殖系统和水培系统这2路可以随意切换，当水培系统需要解耦的时候，可以直接切换成循环水养殖系统，待水培系统重新种上蔬菜后，再切换成鱼菜共生系统。
参见图3，该层流式鱼菜共生养殖系统为耦合系统的耦合部分，鱼池出水经过水处理系统后直接引入水培架。水流被分成若干分支，以分流的方式进入水培箱层流层中。植物定植于水培箱第一层泡沫板上，根系在第二层中生长，不断生长的根随着水流进入第二层开孔处，顺着水流垂下，同样的方式进入第三层空间，最终抵达最后一层空间。植物根系经过层层水流的冲刷，充分利用每根根系，增大了与水流接触面积，提高了硝化效果。这种设计可以防止根部长期浸没在水体中，缺氧造成根部发黑、腐烂造成植物死亡的情况，因为层流板之间的根系充分可与空气充分接触。该设计提高植物发达的根系对无机盐吸附、截留和促进沉降的效率，让根部充分吸收水体中的无机盐。该设计利用植物发达的根部充当生物过滤，植物的根系的茎基和茎节等处可长出许多不定根，还形成大量的侧根，致使根长和根表面积都比较大，根系不但为微生物的附着、栖生、繁殖提供了场所，而且还能分泌一些有机物促进微生物的代谢，可以减少水体中污染物的形成和富集，根毛还能吸附、截留水处理系统无法有效去除的微小TSS，净化水质。
该层流式鱼菜共生养殖系统的水培架可以改成单层，为植物提供更多生长空间。水培箱的层流板可以随意拆卸，水培箱随意切换成2种水培模式，NFT和NGS。
需要说明的是，参见图3，该层流式鱼菜共生养殖系统安装一套二氧化碳去除装置，结合图2，废气通过引流的方式直接连接到水培架上空气循环扇中4，让植物叶片充分接触二氧化碳，提高光合作用效率。
在循环水养殖系统中，鱼类代谢的无机盐并不能完全满足一些果蔬植物的营养需求。该鱼菜共生系统中安装一套自动添加无机盐处理箱，处理箱上可电磁阀，定期添加果蔬需要的大量元素和微量元素。
该系统水质探头能测定水质指标来调节进入鱼池和水培区的流量，实现元素的循环流动。
该鱼菜共生系统的解耦部分，循环水系统的尾水经过发酵罐进行发酵后，灌溉到土埂区域，实现零排放。
以上是本发明的优选实施例，本领域普通技术人员还可以在此基础上进行各种变换或改进，在不脱离本发明总的构思的前提下，这些变换或改进都应当属于本发明要求保护的范围之内。

Claims (12)

1.一种层流式鱼菜共生循环水养殖系统，其特征在于：
包括循环水养殖系统和水培系统；
所述水培系统包括一水培架，自上而下分为若干水培箱(5)；设水培架内水体流动方向为纵向，水平垂直于水体流向方向为横向；
所述水培箱(5)内水平固定设有一泡沫种植板(6)，所述泡沫种植板(6)上沿纵向开设多组用于安置种植篮(7)的种植孔单元，每组种植孔单元具有沿横向间隔设置的若干种植孔；
位于泡沫种植板(6)下方设有若干层层流板，所述层流板垂直于水流方向间隔设置导流槽，所述导流槽与所述种植孔单元竖直方向一一对应，导流槽上开设落水孔，各层流板上的落水孔以及所述种植孔一一对应，且自上而下依次横向错开3-7cm；
所述水培箱(5)纵向一端设有水培架进水管(14)，所述水培架进水管(14)通过分流管(13)分流并自各层流板所在高度部位与所述水培箱(5)连通；所述水培箱(5)纵向另一端下部设有水培箱出水管(11)；所述水培箱底板(12)沿纵向自前向后逐渐降低；种植篮(7)内植物根系随着水流而下，形成阶梯式形状；
所述循环水养殖系统包括养殖池、水处理系统；所述水处理系统中设有用于去除并收集水体中二氧化碳气体的二氧化碳去除装置，所述二氧化碳去除装置通过二氧化碳引导管(3)与所述水培箱(5)上部气体连通。
2.如权利要求1所述的层流式鱼菜共生循环水养殖系统，其特征在于：所述水培箱内侧壁设有层流板支撑件(10)，层流板可以从层流板支撑件(10)上拆卸。
3.如权利要求1所述的层流式鱼菜共生循环水养殖系统，其特征在于：所述循环水养殖系统还包括控温系统、水质监测设备。
4.如权利要求1所述的层流式鱼菜共生循环水养殖系统，其特征在于：所述养殖池为双排水鱼池，底排配置竖流沉淀器；水处理系统包括依次连接的微滤机池、调节池、移动床生物滤器、紫外杀菌装置、所述二氧化碳去除装置和营养液添加装置。
5.如权利要求3所述的层流式鱼菜共生循环水养殖系统，其特征在于：所述水质监测设备由氨氮、亚硝氮、pH值和EC水质探头和控制版面组成，其中氨氮和亚硝氮水质探头安装于调节池和进水口，EC探头安装于水培箱内；杀菌装置采用紫外管道杀菌；控温系统由盘管，冷水机组和水泵组成；所述水质探头根据测定的水质指标来调节进入养殖池和水培系统的流量，实现元素的循环流动。
6.如权利要求1所述的层流式鱼菜共生循环水养殖系统，其特征在于：所述水培系统还包括设于水培箱顶部的LED灯条(2)以及空气循环扇(4)，所述水培系统由铝合金支撑架支撑。
7.如权利要求1所述的层流式鱼菜共生循环水养殖系统，其特征在于：养殖池中的水分成2路，一路从侧排直接进入微滤机，一路从底排进入竖流沉淀器，再进入微滤机池，微滤机池安装水位保持器，低于水位要求自动补水。
8.如权利要求7所述的层流式鱼菜共生循环水养殖系统，其特征在于：微滤机池的水被水泵提到移动床生物过滤器内，流经杀菌装置后，经二氧化碳去除装置流入营养液添加装置内，再分成2路，一路直接进入鱼池，一路分成若干路经水泵打到所述水培系统中。
9.如权利要求7所述的层流式鱼菜共生循环水养殖系统，其特征在于：水处理系统中二氧化碳去除装置产生的废气，经二氧化碳引导管(3)引到空气循环扇(4)上，空气循环扇(4)同时用于空气流通和二氧化碳引流。
10.如权利要求7所述的层流式鱼菜共生循环水养殖系统，其特征在于：每层所述层流板设置溢流孔，防止水流过大而溢出水培箱。
11.一种层流式鱼菜共生循环水养殖方法，其特征在于：采用权利要求1-10中任意一项所述的层流式鱼菜共生循环水养殖系统，
鱼池出水经过水处理系统后直接引入水培架；水流被分成若干分支，以分流的方式进入水培箱层流层中；植物定植于水培箱第一层泡沫板上，根系在第二层中生长，不断生长的根随着水流进入第二层开孔处，顺着水流垂下，同样的方式进入第三层空间，最终抵达最后一层空间；
植物根系经过层层水流的冲刷，利用每根根系，增大与水流接触面积。
12.如权利要求11所述的层流式鱼菜共生循环水养殖方法，其特征在于：层流式鱼菜共生养殖系统分为耦合部分和解耦部分；
所述耦合部分：养殖池出水经过水处理系统后直接引入水培架，水流被分成若干分支，以分流的方式进入水培箱层流层中；植物定植于水培箱第一层泡沫板上，根系在第二层中生长，不断生长的根随着水流进入第二层开孔处，顺着水流垂下，同样的方式进入第三层空间，最终抵达最后一层空间；
所述解耦部分：循环水系统的尾水经过发酵罐进行发酵后，灌溉到土埂区域，实现零排放。
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