CN113693012A - 一种鲟鱼工厂化循环水智能养殖系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及水产养殖技术领域，公开了一种鲟鱼工厂化循环水智能养殖系统，包括养殖池、水质监控系统、自动投喂系统和水处理系统；所述养殖池和水处理系统中均设置有水质监控系统，所述自动投喂系统设置于养殖池内部；所述水处理系统包括水温调控装置、固液分离装置、自动加碱装置、二氧化碳脱气装置、有机物分离装置、生物净化装置、消毒杀菌装置和液氧增氧装置；所述水温调控装置通过管道连接养殖池和外部源水。本发明中的鲟鱼工厂化循环水智能养殖系统在实现高密度和高产量循环水养殖的同时，能够进行智能监控水质、自动投喂、鱼病防控以及高效循环水处理，有效避免高密度养殖带来的鱼类疾病危害。

Description

一种鲟鱼工厂化循环水智能养殖系统
技术领域
本发明涉及水产养殖技术领域，尤其涉及一种鲟鱼工厂化循环水智能养殖系统。
背景技术
工厂化循环水养殖系统是指通过物理、化学、生物方法对养殖水进行净化处理，使全部或部分养殖水得到循环利用的一种养殖模式。该模式是一种新型的高效养殖模式，以养殖用水净化后循环利用为核心特征，节水、节地、节电、环保，彻底摆脱流水养殖对水资源过度依赖的，以及资源利用率低、能耗高的缺点，是水产养殖业的重要发展方向。
但是，高密度和高产量循环水养殖带来更高收益的同时，也带来更高的病害风险。高密度养殖使水体中细菌密度激增，依靠紫外和臭氧杀菌也难以保证养殖池中细菌密度达标，矿物质，残留的药物，危险的投喂物及代谢物都可能在系统中积累并影响健康，水质和养殖生物的安全。而且一旦发病，高密度环境下传染速度极快，但是循环水系统不允许向水体中投放抗生素或消毒剂，会导致硝化系统崩溃。因此，预防病害在循环水中尤为重要，需要及时监控水质、了解各种因素间的相互作用，以便控制疾病的爆发。
公开号为CN105165678B的中国发明专利公开了一种养殖鲟鱼的方法，将养殖区域排放的污水依次进行生态处理和生物物理处理，然后使得生物物理处理得到的水进入养殖区域作为鲟鱼养殖用水，在养殖过程中，控制养殖区域中水的溶氧量为6-10mg/L，从而可实现高效、节水和环保的发明目的。其不足之处在于仅对污水进行生态处理和生物物理处理，处理后的污水的细菌密度仍较高，残留的有毒微生物、药物和代谢物等都将影响鱼类的健康安全，带来病害风险。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种鲟鱼工厂化循环水智能养殖系统，在实现高密度和高产量循环水养殖的同时，智能监控影响水质的各个因素，有效避免高密度养殖带来的鱼类疾病危害。
本发明的具体技术方案为：
本发明提供了一种鲟鱼工厂化循环水智能养殖系统，其特征在于，包括养殖池，水质监控系统、自动投喂系统和水处理系统；所述养殖池和水处理系统中均设置有水质监控系统，所述水质监控系统和自动投喂系统设置于养殖池内部；
所述水处理系统包括水温调控装置、固液分离装置、自动加碱装置、二氧化碳脱气装置、有机物分离装置、生物净化装置、消毒杀菌装置和液氧增氧装置；
所述水温调控装置通过管道连接养殖池和外部源水；所述固液分离装置与养殖池连通；所述自动加碱装置位于固液分离装置后部；所述二氧化碳脱气装置通过主水泵连接于自动加碱装置后部；所述有机物分离装置通过辅水泵连接于自动加碱装置后部；所述生物净化装置同时与二氧化碳脱气装置、有机物分离装置连通；所述生物净化装置后部依次连接有消毒杀菌装置和液氧增氧装置；所述液氧增氧装置与养殖池连通。
作为优选，其养殖方法包括如下步骤：
(1)在养殖池中设有水质监控系统，对养殖水体中的溶氧、水温、pH、ORP进行实时测量和记录；并设有自动投喂系统，实现对鲟鱼的自动投喂；与养殖池连通有水温调控装置；
(2)在养殖池中产生的尾水进入固液分离装置中，过滤去除水体中的粪便、残饵和有机悬浮颗粒；
(3)尾水进入自动加碱装置后，由主水泵进入二氧化碳脱气装置，用以减少CO2浓度，维持正常养殖pH值；作为辅路，尾水在进入自动加碱装置后，由辅水泵进入有机物分离装置，可对水中可溶性有机物进行去除并进行臭氧消毒；
(4)尾水接着进入生物净化装置，用于净化养殖水体并控制养殖水体中氨氮、亚硝酸盐有毒有害物质的浓度；
(5)尾水依次经过消毒杀菌装置和液氧增氧装置后，返回养殖池中完成循环。
水质监测系统对养殖水质关键指标水温、溶氧、pH、ORP(氧化还原电位)进行实时监测，出现异常后自动报警，通过水温、溶氧、pH调节等措施及时排除故障。对氨氮、亚硝酸盐、二氧化碳、微生物指标等定期进行实验室监测，根据指标情况，研究换水、投喂、臭氧和紫外线杀菌等技术手段确保各项水质指标维持在合理范围内，使鲟鱼处于一个相对可控的生态环境中。对养殖池和水处理系统中的各装置都安装有视频监控系统，可通过手机移动端实现实时监控。
自动投喂系统中的自动投饵机，训练鲟鱼主动摄食，做到均匀按需投喂，改变集中投喂下鲟鱼抢食不均、集中排泄、饲料浪费等不足，节约人力，确保系统水质平稳并高效运行。专用饲料为一种添加粘合剂的鲟鱼循环水养殖专用饲料，可使鲟鱼粪便成型快速沉淀并排出，保持养殖水体干净。
本发明的鲟鱼工厂化循环水智能养殖系统还包括鱼病防控系统。鱼病防控系统从环境消毒、放养鱼体检疫消毒、添加免疫增强剂、物理隔离等方面开展循环水养殖鲟鱼病害防治技术研究。环境消毒从车间人员、养殖设施、工器具等方面进行消毒。鱼品放养前应进行检疫并消毒，不将病虫害带入系统。定期在饲料中拌入益生菌或保肝护肠类饲料添加剂，保证水体和鱼体内菌相稳定健康，抑制致病菌的生长，提高鲟鱼免疫力。物理隔离为每套循环水系统工器具独立，避免交叉感染，达到预防病害的目的。
水处理系统的具体实施方式为：养殖池尾水经微滤机物理过滤，将大颗粒悬浮物通过反冲洗排出系统，减少生物过滤负担；泵池的水通过加碱调pH值后分2路进入毛刷池；主路由水泵提升到CO2脱气装置进行脱气，提高pH值；辅路由水泵提升到蛋白分离器中对水中可溶性有机物进行去除，同时通入臭氧消毒；在毛刷池中进行截污排污，也具备一定的生物过滤作用；接着进入二级移动床过滤和三级移动床过滤，其均为生物过滤，利用生物滤池中的硝化细菌对水体中有害的的氨氮、亚硝酸盐进行降解；生物过滤后的水经紫外线杀菌消毒和纯氧增氧后流回养殖池，至此完成了一个水处理的全过程。
另外，养殖池中的水温调控装置可以控制循环水的温度，将其维持在一个适宜鲟鱼生长的温度。
作为优选，步骤(1)中，所述养殖池设有4个带弯头的进水口和1个出水口；所述进水口包括3个内源循环水进水口和1个外源新水补水口。
在养殖池原有基础上，每个养殖池新增了1个进水口，加大进水量，提高循环量。设备经改造后，系统循环量次数增多，有效提高了循环水处理的效率。养殖池设计为循环水/流水模式，当养殖池为循环水模式时，养殖尾水经水处理后重新流回养殖池，重复循环利用，该部分水占养殖水体的80％～90％，外源新水仅用于补充系统每日损耗的水量，占比10％～20％。当养殖池切换成流水模式时，打开外源新水进水口，关闭内源循环水进水口，养殖尾水不经过水处理直接排出系统，该模式仅为鱼池消毒或水处理系统出现问题时临时使用。此外，进水口处安装弯头，与池壁呈一定角度，使池内水形成一定的水流和旋涡，利于刺激鲟鱼性腺发育和污物排出。
作为优选，步骤(1)中，所述水质监控系统包括主机、探头和天线，主机通过天线发出信号，探头可探测养殖水体中的溶氧、水温、pH和ORP；所述自动投喂系统包括饲料和触碰式自动投喂机；所述饲料包括粘合剂和定期添加的免疫增强剂；所述水温调控装置包括制冷机。
作为优选，步骤(2)中，所述固液分离装置包括转鼓式微滤机、转鼓电机和高压反冲洗水泵；
步骤(3)中，所述自动加碱装置包括泵池、药桶、计量泵、搅拌器、pH控制器、pH探头；所述泵池与固液分离装相连通；所述pH控制器和pH探头检测泵池中的pH并自动控制计量泵；所述药桶与泵池通过计量泵连通；所述搅拌器位于药桶内部；所述二氧化碳脱气装置包括水箱、支撑架和网格填料；所述主水泵连通位于支撑架上方的水箱；所述网格填料位于水箱下方；所述有机物分离装置包括蛋白分离器和臭氧设备；所述辅水泵连通蛋白分离器；所述臭氧设备制备臭氧，并通过管道通入蛋白分离器以实现消毒；所述主水泵为满载常开；所述辅水泵为自动间歇性开关；
步骤(4)中，所述生物净化装置包括毛刷池和移动床生物膜反应器；所述移动床生物膜反应器内填充有改性MBBR悬浮填料；
步骤(5)中，所述消毒杀菌装置包括紫外杀菌池；所述液氧增氧装置包括陶瓷纳米曝气板、液氧控制箱和增氧池；所述陶瓷纳米曝气板安装于增氧池内部；所述液氧控制箱用于控制液氧的大小和开关。
固液分离装置中采用的设备是转鼓式微滤机，通过机械物理过滤方式，可以有效去除水体中的粪便、残饵和有机悬浮颗粒。反冲洗分为自动液位监控模式和手动维修模式，正常养殖情况下采用自动液位模式。自动液位监控模式下，全程自动控制微滤机进行自动工作而无需人工值守，通过液位开关检测液位，带动转鼓转动，通过机器自配的高压反冲洗水泵清洗网布，污水通过排污管排走，清洗后的网布可以循环转动实现水的过滤。手动维修模式下，设定反冲洗的工作时间和停止时间，工作时间内微滤机自动进行反冲洗，停止时间内反冲洗泵不工作。很大程度上减轻了后续生物过滤的负担。固液分离装置还通过物联网连接，可在手机移动端实时查看设备是否正常运行，出现故障会及时报警提示。
自动加碱装置利用pH控制器对循环水养殖水体中的pH进行实时监测并自动控制计量泵开关，实现对养殖水体中自动加药或停药，将循环水水体pH值稳定在设定范围内，避免水体酸跌影响养殖鱼安全。
二氧化碳脱气装置通过将循环水养殖尾水抽至水箱形成小水柱，水柱落下被网格填料充分打散增大与空气的接触面积，从而除去水体中的CO2，减少CO2对鱼的伤害，同时提高水体pH值。
有机物分离装置将循环水由水泵提升到蛋白分离器中，对水中可溶性有机物进行去除，同时通入臭氧消毒。
生物净化装置包括一级毛刷过滤池、二级移动床过滤池和三级移动床过滤池，毛刷池主要功能是截污排污也具备一定的生物过滤作用，二级移动床过滤和三级移动床过滤均为生物过滤。其中，生物过滤采用自然挂膜法，系统开始投喂后，改性MBBR悬浮填料上会逐渐附着微生物，其中以硝化细菌占主导。硝化细菌又分为亚硝酸菌和硝酸菌，亚硝酸菌将氨氮转化为亚硝酸盐，硝酸菌再将亚硝酸盐转化为无害的硝酸盐。养殖前期处于培膜阶段，氨氮和亚硝酸盐处理效率较低，此时应少量投喂并大量换水，时长一般为1～2个月，培膜时间与水温及初始氨氮浓度密切相关。养殖中后期生物膜培养成熟，处理效率大大提高，氨氮和亚硝酸盐趋于稳定的低值，此时可以加大投喂和减少换水。
消毒杀菌装置采用紫外杀菌，循环水系统是一个复杂的系统，系统中含有多种微生物，硝化细菌需要附着在载体上(改性MBBR悬浮填料)完成新陈代谢，而水中其它微生物随水流在系统中流动。如不及时杀灭，随着养殖时间变长，水中滋生的有害微生物将严重危害鱼的健康，导致鱼发病。因此系统中养殖尾水在生物过滤后流经紫外杀菌池，通过紫外杀灭水中微生物，保证养殖池进水安全。
液氧增氧装置选用陶瓷纳米曝气板，使用纯氧向系统增氧。高密度养殖鲟鱼条件下，采用传统的曝气增氧方式已无法满足鲟鱼呼吸耗氧的需要以及微生物硝化反应对于溶氧的消耗。因此，使用该装置可以加大增氧率。
作为优选，所述改性MBBR悬浮填料的制备方法包括如下步骤：
(a)、将质量比为4～6：1～3的硝酸铁六水合物和富马酸溶解于N,N-二甲基甲酰胺中加热反应，冷却后洗涤并离心若干次，之后干燥得到MILs材料；
(b)、将质量比为3～5：1～1.5：1.2～1.8的亲水性聚氨酯、PVDF、步骤(a)中得到的MILs材料分散于N,N-二甲基甲酰胺中，依次经搅拌、超声后，装入模具中于水中固化并干燥，得到改性多孔聚氨酯填料；
(c)、将质量比为1～3：0.5～1：0.5～1的有机碳源材料、无机碳源材料和生物活性材料混合后球磨，加入硅烷偶联剂溶液中超声；
(d)、将步骤(b)中的改性多孔聚氨酯填料浸泡在步骤(c)中所得混合溶液中，取出干燥后，得到改性MBBR悬浮填料。
亲水性聚氨酯作为骨架材料，可提供一定的结构强度，能承受循环水过程中的水流冲击，同时具备亲水性。而PVDF具备疏水性，将少量PVDF与亲水性聚氨酯混合后在水中固化，可得到多孔填料。首先，亲水性聚氨酯会在表面形成一层致密膜，由于PVDF的加入会产生相分离，进而在表面产生由凝胶形成的聚氨酯颗粒包裹PVDF的纳米级胶束，因而并不影响MBBR填料的整体亲水性。其次，形成多孔的原因是两者的亲疏水性和比例不同，存在较大的传质速率差异，占比较小的疏水性PVDF在内部会形成海绵状多孔结构，而占比较大的亲水性聚氨酯则成为多孔结构之间的支撑框架，使其同时具备强度和容置空间。
另外，MILs材料为多孔框架材料，该框架材料能够在吸水时发生微观晶型结构膨胀。在实际应用中，投加入养殖池中的多孔填料会产生体积微胀，这种体积微胀会增大比表面积，为微生物的生长繁殖提供较多有效场所，进而提高微生物的挂膜率。MILs材料还具备弱磁性，提高吸附性能的同时，还能够诱导微生物的活性和酶活性。
步骤(d)中的浸泡过程使得有机碳源材料、无机碳源材料和生物活性物质能够均匀附着在多孔结构中，提供微生物附着点，提高挂膜率。有机碳源材料和无机碳源材料都可为微生物的生长提供营养物质，无机碳源材料还起到提高改性MBBR悬浮填料的亲水性的作用，生物活性物质可以促进微生物的快速繁殖和生长，加快挂膜速度并加大挂膜量。硅烷偶联剂可以提高上述物质和多孔填料间的相容性，形成有机物和无机物间的界面结合层，防止在使用过程中的脱落，实现紧密结合。
作为优选，步骤(c)中，所述有机碳源材料包括聚乳酸、聚羟基脂肪酸酯或聚丁酸二醇酯，优选为聚乳酸；所述无机碳源材料包括竹炭粉、活性炭粉或碳粉，优选为竹炭粉；所述生物活性材料包括铁盐、锰盐或者镁盐，优选为铁盐。
作为优选，步骤(a)中，所述加热反应为在聚四氟乙烯反应釜中130～170℃下反应15-18h；所述洗涤并离心若干次为分别使用无水乙醇和N,N-二甲基甲酰胺洗涤并离心，重复4-6次；所述干燥为在60-80℃下干燥6-10h。
作为优选，步骤(b)中，所述搅拌为在50～60℃下搅拌5～8h；所述超声为振动超声1～3h；所述模具为杆形、柱形或异形，优选为柱形；所述固化的时间为1～3h；所述干燥为在90～120℃下干燥4～9h。
作为优选，步骤(c)中，所述球磨为在高能球磨机中球磨2～4h；所述硅烷偶联剂溶液为将硅烷偶联剂溶解于水/醇混合溶液中，浓度为0.5～1.5mol/L；所述水/醇混合溶液中的醇包括甲醇、乙醇或异丙醇，优选为甲醇，水和醇的质量比为0.8～1.1：0.7～1.2；所述超声的时间为1～2h。
作为优选，步骤(d)中，所述浸泡的时间为3～5h；所述干燥为在室温下自然晾干。
与现有技术对比，本发明的有益效果是：
(1)实现高密度和高产量循环水养殖的同时，该鲟鱼工厂化循环水智能养殖方法能够智能监控水质、自动投喂、鱼病防控以及高效循环水处理，有效避免高密度养殖带来的鱼类疾病危害；
(2)生物过滤使用的改性MBBR悬浮填料，其多孔结构能够遇水微胀，增大比表面积，为微生物的生长繁殖提供较多有效场所，提高微生物挂膜率。
附图说明
图1为本发明中一种鲟鱼工厂化循环水智能养殖方法的示意图。
附图标记为：养殖池1、水质监控系统1-1、水温调控装置1-2、固液分离装置2、自动加碱装置3、主水泵3-1、辅水泵3-2、二氧化碳脱气装置4、有机物分离装置5、生物净化装置6、消毒杀菌装置7、液氧增氧装置8。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
总实施例
一种鲟鱼工厂化循环水智能养殖系统，包括养殖池1，水质监控系统1-1、自动投喂系统和水处理系统。养殖池1和水处理系统中均设置有水质监控系统1-1，自动投喂系统设置于养殖池1内部。水处理系统包括水温调控装置1-2、固液分离装置2、自动加碱装置3、二氧化碳脱气装置4、有机物分离装置5、生物净化装置6、消毒杀菌装置7和液氧增氧装置8。
其养殖方法包括如下步骤：
(1)养殖池1设有4个带弯头的进水口和1个出水口，进水口包括3个内源循环水进水口和1个外源新水补水口。在养殖池1中设有水质监控系统1-1，水质监控系统1-1包括主机、探头和天线，主机通过天线发出信号，探头对养殖水体中的溶氧、水温、pH、ORP进行实时测量和记录，水质监控系统1-1还包括对养殖池1和水处理系统中各装置的视频监控，可通过手机移动端实现实时监控。养殖池1还设有自动投喂系统，将专用饲料装入触碰式自动投喂机中，实现对鲟鱼的自动投喂。与养殖池1连通有水温调控装置1-2，由制冷机通过管道连接养殖池1和外部源水，可以控制循环水的温度，将其维持在一个适宜鲟鱼生长的温度。
(2)在养殖池1中产生的尾水进入固液分离装置2中，固液分离装置2包括转鼓式微滤机、转鼓电机和高压反冲洗水泵，转鼓式微滤机采用机械物理过滤方式，过滤去除水体中的粪便、残饵和有机悬浮颗粒。反冲洗在正常养殖情况下采用自动液位模式。自动液位监控模式下，全程自动控制微滤机进行自动工作而无需人工值守，通过液位开关检测液位，带动转鼓转动，通过机器自配的高压反冲洗水泵清洗网布，污水通过排污管排走，清洗后的网布可以循环转动实现水的过滤。固液分离装置还通过物联网连接，可在手机移动端实时查看设备是否正常运行，出现故障会及时报警提示。
(3)尾水进入自动加碱装置3，自动加碱装置3包括泵池、药桶、计量泵、搅拌器、pH控制器、pH探头，泵池与固液分离装置2相连通，pH控制器和pH探头检测泵池中的pH并自动控制计量泵，药桶与泵池通过计量泵连通，搅拌器位于药桶内部。自动加碱装置3利用pH控制器对循环水养殖水体中的pH进行实时监测并自动控制计量泵开关，实现对养殖水体中自动加药或停药，将循环水水体pH值稳定在设定范围内；
之后由主水泵3-1进入二氧化碳脱气装置4，二氧化碳脱气装置4包括水箱、支撑架和网格填，主水泵连通位于支撑架上方的水箱，网格填料位于水箱下方。通过将循环水养殖尾水抽至水箱形成小水柱，水柱落下被网格填料充分打散增大与空气的接触面积，从而除去水体中的CO2，减少CO2对鱼的伤害，同时提高水体pH值；
作为辅路，尾水在进入自动加碱装置3后，由辅水泵3-2进入有机物分离装置5，有机物分离装置5包括蛋白分离器和臭氧设备，将循环水由辅水泵提升到蛋白分离器中，对水中可溶性有机物进行去除，同时通入臭氧消毒；
其中，主水泵3-1为满载常开，辅水泵3-2为自动间歇性开关。
(4)尾水接着进入生物净化装置6，生物净化装置6包括毛刷池和移动床生物膜反应器，移动床生物膜反应器采用自然挂膜的生物过滤方式，添加改性MBBR悬浮填料，系统开始投喂后，改性MBBR悬浮填料上会逐渐附着微生物。生物净化装置包括一级毛刷过滤池、二级移动床过滤池和三级移动床过滤池，毛刷池主要功能是截污排污也具备一定的生物过滤作用，二级移动床过滤和三级移动床过滤均为生物过滤，用于净化养殖水体并控制养殖水体中氨氮、亚硝酸盐有毒有害物质的浓度。
改性MBBR悬浮填料的制备方法包括如下步骤：
(a)、将质量比为4～6：1～3的硝酸铁六水合物和富马酸溶解于N,N-二甲基甲酰胺中，在聚四氟乙烯反应釜中130～170℃下加热反应15-18h，冷却后，分别使用无水乙醇和N,N-二甲基甲酰胺洗涤并离心洗涤并离心，重复4-6次，之后在60-80℃下干燥6-10h，得到MILs材料；
(b)、将质量比为3～5：1～1.5：1.2～1.8的亲水性聚氨酯、PVDF、MILs材料溶解于N,N-二甲基甲酰胺溶液中，在50～60℃下搅拌5～8h，并且振动超声1～3h，装入柱形模具后于水中固化1～3h，再在90～120℃下干燥4～9h，得到改性多孔聚氨酯填料；
(c)、将硅烷偶联剂溶解于水/甲醇混合溶液中(水和甲醇的质量比为0.8～1.1：0.7～1.2)，得到浓度为0.5～1.5mol/L的硅烷偶联剂溶液，将质量比为1～3：0.5～1：0.5～1的聚乳酸、竹炭粉和铁盐混合后在高能球磨机中球磨2～4h球磨，再加入硅烷偶联剂溶液中超声1～2h；
(d)、将步骤(b)中的改性多孔聚氨酯填料浸泡在步骤(c)中所得混合溶液中3～5h，取出在室温下自然晾干后，得到改性MBBR悬浮填料。
(5)尾水再依次经过消毒杀菌装置7和液氧增氧装置8，消毒杀菌装置7包括紫外杀菌池，通过紫外杀灭水中微生物，保证养殖池进水安全。液氧增氧装置8包括陶瓷纳米曝气板、液氧控制箱和增氧池，陶瓷纳米曝气板安装于增氧池内部，液氧控制箱用于控制液氧的大小和开关。高密度养殖鲟鱼条件下，采用传统的曝气增氧方式已无法满足鲟鱼呼吸耗氧的需要以及微生物硝化反应对于溶氧的消耗。因此，使用该装置可以加大增氧率。尾水进行增氧后通过进水口返回养殖池1中完成循环。
该鲟鱼工厂化循环水智能养殖方法还包括鱼病防控系统。鱼病防控系统从环境消毒、放养鱼体检疫消毒、添加免疫增强剂、物理隔离等方面开展循环水养殖鲟鱼病害防治技术研究。环境消毒从车间人员、养殖设施、工器具等方面进行消毒。鱼品放养前应进行检疫并消毒，不将病虫害带入系统。定期在饲料中拌入益生菌或保肝护肠类饲料添加剂，保证水体和鱼体内菌相稳定健康，抑制致病菌的生长，提高鲟鱼免疫力。物理隔离为每套循环水系统工器具独立，避免交叉感染，达到预防病害的目的。
实施例1
一种鲟鱼工厂化循环水智能养殖系统，包括养殖池1，水质监控系统1-1、自动投喂系统和水处理系统。养殖池1和水处理系统中均设置有水质监控系统1-1，自动投喂系统设置于养殖池1内部。水处理系统包括水温调控装置1-2、固液分离装置2、自动加碱装置3、二氧化碳脱气装置4、有机物分离装置5、生物净化装置6、消毒杀菌装置7和液氧增氧装置8。
其养殖方法包括如下步骤：
(1)养殖池1设有4个带弯头的进水口和1个出水口，进水口包括3个内源循环水进水口和1个外源新水补水口。在养殖池1中设有水质监控系统1-1，水质监控系统1-1包括主机、探头和天线，主机通过天线发出信号，探头对养殖水体中的溶氧、水温、pH、ORP进行实时测量和记录，水质监控系统1-1还包括对养殖池1和水处理系统中各装置的视频监控，可通过手机移动端实现实时监控。养殖池1还设有自动投喂系统，将专用饲料装入触碰式自动投喂机中，实现对鲟鱼的自动投喂。与养殖池1连通有水温调控装置1-2，由制冷机通过管道连接养殖池1和外部源水，可以控制循环水的温度，将其维持在一个适宜鲟鱼生长的温度。
(2)在养殖池1中产生的尾水进入固液分离装置2中，固液分离装置2包括转鼓式微滤机、转鼓电机和高压反冲洗水泵，转鼓式微滤机采用机械物理过滤方式，过滤去除水体中的粪便、残饵和有机悬浮颗粒。反冲洗在正常养殖情况下采用自动液位模式。自动液位监控模式下，全程自动控制微滤机进行自动工作而无需人工值守，通过液位开关检测液位，带动转鼓转动，通过机器自配的高压反冲洗水泵清洗网布，污水通过排污管排走，清洗后的网布可以循环转动实现水的过滤。固液分离装置还通过物联网连接，可在手机移动端实时查看设备是否正常运行，出现故障会及时报警提示。
(3)尾水进入自动加碱装置3，自动加碱装置3包括泵池、药桶、计量泵、搅拌器、pH控制器、pH探头，泵池与固液分离装置2相连通，pH控制器和pH探头检测泵池中的pH并自动控制计量泵，药桶与泵池通过计量泵连通，搅拌器位于药桶内部。自动加碱装置3利用pH控制器对循环水养殖水体中的pH进行实时监测并自动控制计量泵开关，实现对养殖水体中自动加药或停药，将循环水水体pH值稳定在设定范围内；
之后由主水泵3-1进入二氧化碳脱气装置4，二氧化碳脱气装置4包括水箱、支撑架和网格填，主水泵连通位于支撑架上方的水箱，网格填料位于水箱下方。通过将循环水养殖尾水抽至水箱形成小水柱，水柱落下被网格填料充分打散增大与空气的接触面积，从而除去水体中的CO2，减少CO2对鱼的伤害，同时提高水体pH值；
作为辅路，尾水在进入自动加碱装置3后，由辅水泵3-2进入有机物分离装置5，有机物分离装置5包括蛋白分离器和臭氧设备，将循环水由辅水泵提升到蛋白分离器中，对水中可溶性有机物进行去除，同时通入臭氧消毒；
其中，主水泵3-1为满载常开，辅水泵3-2为自动间歇性开关。
(4)尾水接着进入生物净化装置6，生物净化装置6包括毛刷池和移动床生物膜反应器，移动床生物膜反应器采用自然挂膜的生物过滤方式，添加改性MBBR悬浮填料，系统开始投喂后，改性MBBR悬浮填料上会逐渐附着微生物。生物净化装置包括一级毛刷过滤池、二级移动床过滤池和三级移动床过滤池，毛刷池主要功能是截污排污也具备一定的生物过滤作用，二级移动床过滤和三级移动床过滤均为生物过滤，用于净化养殖水体并控制养殖水体中氨氮、亚硝酸盐有毒有害物质的浓度。
改性MBBR悬浮填料的制备方法包括如下步骤：
(a)、将质量比为5：2的硝酸铁六水合物和富马酸溶解于N,N-二甲基甲酰胺中，将混合溶液装入聚四氟乙烯反应釜中，在150℃下反应16h，冷却后，使用无水乙醇和N,N-二甲基甲酰胺洗涤并离心后洗涤并离心，重复5次，之后在70℃下干燥8h，得到MIL-53；(b)、将质量比为4：1.25：1.6的亲水性聚氨酯、PVDF、MIL-53溶解于N,N-二甲基甲酰胺溶液中，在55℃下搅拌7h，并且振动超声2h，装入柱形模具后于水中固化2h，再在100℃下干燥7h，得到改性多孔聚氨酯填料；
(c)、将硅烷偶联剂溶解于水/甲醇混合溶液中(水和甲醇的质量比为1.0：0.9)，得到浓度为1.1mol/L的硅烷偶联剂溶液，将质量比为2：0.8：0.7的聚乳酸、竹炭粉和铁盐混合后在高能球磨机中球磨3h球磨，再加入硅烷偶联剂溶液中超声1.5h；
(d)、将步骤(b)中的改性多孔聚氨酯填料浸泡在步骤(c)中所得混合溶液中4h，取出在室温下自然晾干后，得到改性MBBR悬浮填料。
(5)尾水再依次经过消毒杀菌装置7和液氧增氧装置8，消毒杀菌装置7包括紫外杀菌池，通过紫外杀灭水中微生物，保证养殖池进水安全。液氧增氧装置8包括陶瓷纳米曝气板、液氧控制箱和增氧池，陶瓷纳米曝气板安装于增氧池内部，液氧控制箱用于控制液氧的大小和开关。高密度养殖鲟鱼条件下，采用传统的曝气增氧方式已无法满足鲟鱼呼吸耗氧的需要以及微生物硝化反应对于溶氧的消耗。因此，使用该装置可以加大增氧率。尾水进行增氧后通过进水口返回养殖池1中完成循环。
该鲟鱼工厂化循环水智能养殖方法还包括鱼病防控系统。鱼病防控系统从环境消毒、放养鱼体检疫消毒、添加免疫增强剂、物理隔离等方面开展循环水养殖鲟鱼病害防治技术研究。环境消毒从车间人员、养殖设施、工器具等方面进行消毒。鱼品放养前应进行检疫并消毒，不将病虫害带入系统。定期在饲料中拌入益生菌或保肝护肠类饲料添加剂，保证水体和鱼体内菌相稳定健康，抑制致病菌的生长，提高鲟鱼免疫力。物理隔离为每套循环水系统工器具独立，避免交叉感染，达到预防病害的目的。
实施例2
与实施例1的区别在于：
改性MBBR悬浮填料的制备方法包括如下步骤：
(a)、将质量比为4：1的硝酸铁六水合物和富马酸溶解于N,N-二甲基甲酰胺中，将混合溶液装入聚四氟乙烯反应釜中，在170℃下反应15h，冷却后，使用无水乙醇和N,N-二甲基甲酰胺洗涤并离心后洗涤并离心，重复4次，之后在80℃下干燥6h，得到MILs材料；
(b)、将质量比为5：1：1.2的亲水性聚氨酯、PVDF、MILs材料溶解于N,N-二甲基甲酰胺溶液中，在60℃下搅拌5h，并且振动超声3h，装入柱形模具后于水中固化1h，再在90℃下干燥9h，得到改性多孔聚氨酯填料；
(c)、将硅烷偶联剂溶解于水/甲醇混合溶液中(水和甲醇的质量比为0.8：1.2)，得到浓度为1.5mol/L的硅烷偶联剂溶液，将质量比为3：0.5：0.5的聚乳酸、竹炭粉和铁盐混合后在高能球磨机中球磨2h球磨，再加入硅烷偶联剂溶液中超声2h；
(d)、将步骤(b)中的改性多孔聚氨酯填料浸泡在步骤(c)中所得混合溶液中3h，取出在室温下自然晾干后，得到改性MBBR悬浮填料。
实施例3
与实施例1的区别在于：
改性MBBR悬浮填料的制备方法包括如下步骤：
(a)、将质量比为6：3的硝酸铁六水合物和富马酸溶解于N,N-二甲基甲酰胺中，将混合溶液装入聚四氟乙烯反应釜中，在130℃下反应18h，冷却后，使用无水乙醇和N,N-二甲基甲酰胺洗涤并离心后洗涤并离心，重复6次，之后在60℃下干燥8h，得到MILs材料；
(b)、将质量比为3：1.5：1.8的亲水性聚氨酯、PVDF、MILs材料溶解于N,N-二甲基甲酰胺溶液中，在50℃下搅拌8h，并且振动超声1h，装入柱形模具后于水中固化3h，再在120℃下干燥4h，得到改性多孔聚氨酯填料；
(c)、将硅烷偶联剂溶解于水/甲醇混合溶液中(水和甲醇的质量比为1.1：0.7)，得到浓度为0.5mol/L的硅烷偶联剂溶液，将质量比为1：1：1的聚乳酸、竹炭粉和铁盐混合后在高能球磨机中球磨4h球磨，再加入硅烷偶联剂溶液中超声1h；
(d)、将步骤(b)中的改性多孔聚氨酯填料浸泡在步骤(c)中所得混合溶液中5h，取出在室温下自然晾干后，得到改性MBBR悬浮填料。
对比例1
与实施例1的区别在于：改性MBBR悬浮填料中不添加亲水性聚氨酯。
对比例2
与实施例1的区别在于：改性MBBR悬浮填料中不添加PVDF。
对比例3
与实施例1的区别在于：改性MBBR悬浮填料中不添加MILs材料。
对比例4
与实施例1的区别在于：改性MBBR悬浮填料中不添加硅烷偶联剂。
对上述实施例和对比例中制得的改性MBBR悬浮填料在鲟鱼的工厂化智能养殖系统中进行生物挂膜测试，结果如表1中所示。
表1生物挂膜测试结果
组别 挂膜时间/d 氨氮去除率/％
实施例1 8 92.5
实施例2 9 91.7
实施例3 9 90.9
对比例1 25 23.6
对比例2 16 60.3
对比例3 12 77.9
对比例4 15 57.2
上述结果显示，结合实施例1-3和对比例1-4，可以看出本发明中改性MBBR悬浮填料的生物挂膜性较好，氨氮去除率较高。主要原因是亲水性聚氨酯和PVDF按照一定配比混合，可以得到表面亲水性良好，内部呈现一定强度的海绵状疏松多孔结构，微生物提供更多的容置空间。另外，MILs材料能够在吸水时发生微观晶型结构膨胀。在实际应用中，投加入养殖池中的多孔填料会产生体积微胀，这种体积微胀会增大比表面积，为微生物的生长繁殖提供较多有效场所，进而提高微生物的挂膜率。MILs材料还具备弱磁性，提高吸附性能的同时，还能够诱导微生物的活性和酶活性。
结合实施例1-3和对比例1，不添加亲水性聚氨酯会使得MBBR悬浮填料的亲水性急剧降低，疏水的PVDF会导致MBBR悬浮填料与循环水的接触面积变小，生物挂膜效率降低。同时，不添加亲水性聚氨酯会丧失结构强度，抗水流冲击性弱。
结合实施例1-3和对比例2，不添加PVDF则不会使MBBR悬浮填料形成多孔结构，微生物的生长繁殖只能在填料表面进行。并且相对于多孔结构，通过浸泡获得的有机碳源材料、无机碳源材料和生物活性材料的含量均降低，营养物质的减少不利于微生物的生长代谢。
结合实施例1-3和对比例3，不添加MILs材料后，在将MBBR悬浮填料投加进循环水中不会发生体积微胀，减少了微生物的挂膜空间，氨氮去除率也有所降低。
结合实施例1-3和对比例4，改性MBBR悬浮填料中会形成有机物-无机物界面，不添加硅烷偶联剂会导致界面相容性变差，有机碳源材料、无机碳源材料和生物活性材料不易负载于多孔结构之中，不能提供足够的微生物所需营养物质，生物挂膜率降低。
本发明中所用原料、设备，若无特别说明，均为本领域的常用原料、设备；本发明中所用方法，若无特别说明，均为本领域的常规方法。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种鲟鱼工厂化循环水智能养殖系统，其特征在于，包括养殖池（1），水质监控系统（1-1）、自动投喂系统和水处理系统；所述养殖池（1）和水处理系统中均设置有水质监控系统（1-1），所述自动投喂系统设置于养殖池（1）内部；
所述水处理系统包括水温调控装置（1-2）、固液分离装置（2）、自动加碱装置（3）、二氧化碳脱气装置（4）、有机物分离装置（5）、生物净化装置（6）、消毒杀菌装置（7）和液氧增氧装置（8）；
所述水温调控装置（1-2）通过管道连接养殖池（1）和外部源水；所述固液分离装置（2）与养殖池（1）连通；所述自动加碱装置（3）位于固液分离装置（2）后部；所述二氧化碳脱气装置（4）通过主水泵（3-1）连接于自动加碱装置（3）后部；所述有机物分离装置（5）通过辅水泵（3-2）连接于自动加碱装置（3）后部；所述生物净化装置（6）同时与二氧化碳脱气装置（4）、有机物分离装置（5）连通；所述生物净化装置（6）后部依次连接有消毒杀菌装置（7）和液氧增氧装置（8）；所述液氧增氧装置（8）与养殖池（1）连通。
2.如权利要求1所述的一种鲟鱼工厂化循环水智能养殖系统，其特征在于，其养殖方法包括如下步骤：
（1）在养殖池（1）中设有水质监控系统（1-1），对养殖水体中的溶氧、水温、pH、ORP进行实时测量和记录；并设有自动投喂系统，实现对鲟鱼的自动投喂；与养殖池（1）连通有水温调控装置（1-2）；
（2）在养殖池（1）中产生的尾水进入固液分离装置（2）中，过滤去除水体中的粪便、残饵和有机悬浮颗粒；
（3）尾水进入自动加碱装置（3）后，由主水泵（3-1）进入二氧化碳脱气装置（4），用以减少CO2浓度，维持正常养殖pH值；作为辅路，尾水在进入自动加碱装置（3）后，由辅水泵（3-2）进入有机物分离装置（5），可对水中可溶性有机物进行去除并进行臭氧消毒；
（4）尾水接着进入生物净化装置（6），用于净化养殖水体并控制养殖水体中氨氮、亚硝酸盐有毒有害物质的浓度；
（5）尾水依次经过消毒杀菌装置（7）和液氧增氧装置（8）后，返回养殖池（1）中完成循环。
3.如权利要求2所述的一种鲟鱼工厂化循环水智能养殖系统，其特征在于，步骤（1）中，所述养殖池（1）设有4个带弯头的进水口和1个出水口；所述进水口包括3个内源循环水进水口和1个外源新水补水口；
所述水质监控系统（1-1）包括主机、探头和天线，主机通过天线发出信号，探头可探测养殖水体中的溶氧、水温、pH和ORP；所述自动投喂系统包括饲料和触碰式自动投喂机；所述饲料包括粘合剂和定期添加的免疫增强剂；所述水温调控装置（1-2）包括制冷机。
4.如权利要求2所述的一种鲟鱼工厂化循环水智能养殖系统，其特征在于，
步骤（2）中，所述固液分离装置（2）包括转鼓式微滤机、转鼓电机和高压反冲洗水泵；
步骤（3）中，所述自动加碱装置（3）包括泵池、药桶、计量泵、搅拌器、pH控制器、pH探头；所述泵池与固液分离装置（2）相连通；所述pH控制器和pH探头检测泵池中的pH并自动控制计量泵；所述药桶与泵池通过计量泵连通；所述搅拌器位于药桶内部；
所述二氧化碳脱气装置（4）包括水箱、支撑架和网格填料；所述主水泵（3-1）连通位于支撑架上方的水箱；所述网格填料位于水箱下方；
所述有机物分离装置（5）包括蛋白分离器和臭氧设备；所述辅水泵（3-2）连通蛋白分离器；所述臭氧设备制备臭氧，并通过管道通入蛋白分离器以实现消毒；
所述主水泵（3-1）为满载常开；所述辅水泵（3-2）为自动间歇性开关；
步骤（4）中，所述生物净化装置（6）包括毛刷池和移动床生物膜反应器；所述移动床生物膜反应器内填充有改性MBBR悬浮填料；
步骤（5）中，所述消毒杀菌装置（7）包括紫外杀菌池；所述液氧增氧装置（8）包括陶瓷纳米曝气板、液氧控制箱和增氧池；所述陶瓷纳米曝气板安装于增氧池内部；所述液氧控制箱用于控制液氧的大小和开关。
5.如权利要求4所述的一种鲟鱼工厂化循环水智能养殖系统，其特征在于，所述改性MBBR悬浮填料的制备方法包括如下步骤：
（a）、将质量比为4~6：1~3的硝酸铁六水合物和富马酸溶解于N,N-二甲基甲酰胺中加热反应，冷却后洗涤并离心若干次，之后干燥得到MILs材料；
（b）、将质量比为3~5：1~1.5：1.2~1.8的亲水性聚氨酯、PVDF、步骤（a）中得到的MILs材料分散于N,N-二甲基甲酰胺中，依次经搅拌、超声后，装入模具中于水中固化并干燥，得到改性多孔聚氨酯填料；
（c）、将质量比为1~3：0.5~1：0.5~1的有机碳源材料、无机碳源材料和生物活性材料混合后球磨，加入硅烷偶联剂溶液中超声；
（d）、将步骤（b）中的改性多孔聚氨酯填料浸泡在步骤（c）中所得混合溶液中，取出干燥后，得到改性MBBR悬浮填料。
6.如权利要求5所述的一种鲟鱼工厂化循环水智能养殖系统，其特征在于，步骤（c）中，所述有机碳源材料包括聚乳酸、聚羟基脂肪酸酯或聚丁酸二醇酯；所述无机碳源材料包括竹炭粉、活性炭粉或碳粉；所述生物活性材料包括铁盐、锰盐或者镁盐。
7.如权利要求5所述的一种鲟鱼工厂化循环水智能养殖系统，其特征在于，步骤（a）中，
所述加热反应为在聚四氟乙烯反应釜中130~170℃下反应15-18h；
所述洗涤并离心若干次为分别使用无水乙醇和N,N-二甲基甲酰胺洗涤并离心，重复4-6次；
所述干燥为在60-80℃下干燥6-10h。
8.如权利要求5所述的一种鲟鱼工厂化循环水智能养殖系统，其特征在于，步骤（b）中，
所述搅拌为在50~60℃下搅拌5~8h；所述超声为振动超声1~3h；
所述模具为杆形、柱形或异形；
所述固化的时间为1~3h；
所述干燥为在90~120℃下干燥4~9h。
9.如权利要求5所述的一种鲟鱼工厂化循环水智能养殖系统，其特征在于，步骤（c）中，
所述球磨为在高能球磨机中球磨2~4h；
所述硅烷偶联剂溶液为将硅烷偶联剂溶解于水/醇混合溶液中，浓度为0.5~1.5mol/L；所述水/醇混合溶液中的醇包括甲醇、乙醇或异丙醇，水和醇的质量比为0.8~1.1：0.7~1.2；
所述超声的时间为1~2h。
10.如权利要求5所述的一种鲟鱼工厂化循环水智能养殖系统，其特征在于，步骤（d）中，所述浸泡的时间为3~5h；所述干燥为在室温下自然晾干。
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