CN115382413A - 无菌活氧水及其在无抗养殖中的应用和制备方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及畜牧养殖饮用水处理设备技术领域，具体公开了无菌活氧水及其在无抗养殖中的应用和制备方法和系统，管道泵输入端与原水箱连接且输出端与过滤器连接，集束式射流混合器由出水合流管、与过滤器输出端连接的进水分水管、与活氧发生设备输出端连接的分气管、若干进水端与进水分水管连接且出水端与出水合流管连接的小孔射流器以及若干两端分别连接于小孔射流器进气端和分气管的气管组成，净水箱与出水合流管相连，供水泵输入、出端分别与净水箱和供水管线连接，箱式设备房用于容纳上述活氧水制备设备，供水管线中活氧水的活氧浓度为0.5～1.2ppm，使得无抗养殖牧场能够高效、低成本、无污染地为禽畜提供健康饮用水。

Description

无菌活氧水及其在无抗养殖中的应用和制备方法及系统

技术领域

本发明涉及畜牧养殖饮用水处理设备技术领域，具体为基于无抗养殖的无菌活氧水制备系统。

背景技术

当前，畜禽养殖在我国已经形成了专业化、集约化、规模化，极大地满足了人民群众的生活需求。同时，集约化、规模化养殖又加大了养殖难度，在生物防控、疾病预防上，传统的抗生素使用，给食品安全，环境污染带来严重的后果。随着国家对食品安全要求的不断提高，畜禽养殖业从以产量为目的常规养殖方式，转型到以高品质和高效的减抗或无抗养殖方式。养殖企业只有不断寻求新技术、新模式，达到减抗、无抗养殖效果，提高养殖品质和效益，才能不断发展壮大，取得良好的经济效益和社会效益。

目前，各国养殖企业都在积极研究减抗、替抗产品或方案，除养殖企业，饲料公司也在寻找抗生素的替代品。但是显然并没有发现可以替代抗生素的单一解决方案。研究人员在过去20年里进行了大量试验以寻找抗生素的替代品，这些研究主要在欧洲(瑞典、丹麦、荷兰)进行，这些国家最先禁用抗生素且受法规严格控制。这些研究发现了一系列具有抗菌效果的抗生素替代方案。

目前，畜牧养殖业常用的抗生素替代物有很多种，如益生菌、益生元、酶、植物抗生素、矿物质、精油或多糖。但是，这些少抗、替抗方案均是从饲料添加入手，目的都是为禽畜肠道健康。而提供安全饮水，预防动物肠道疾病是养殖环节的必然过程。

目前，养殖用水一般以普通水为主，有以下几种方式及特点:

1、对地下水(地表水)进行沉淀或微滤后直接供禽畜饮用，此类水处理方式没有改善水质，虽然具有无废水和低成本的优点，但没有采取杀菌工艺，有生物安全隐患。

2、对地下水(地表水)进行沉淀或微滤后加化学消毒剂，再供禽畜饮用，此类水处理方式对水中的微生物进行处理，虽然具有工艺简单、无废水和低成本的优点，但药物投放量很难精准控制，混合杀菌效果无法保障且有化学药物残留，影响饮水。

3、对地下水(地表水)进行沉淀或微滤后进行超滤、反渗透处理后供禽畜饮用，此类处理水处理方式使得水质纯净，并适合多类原水净化，但耗材投入及运行成本高，并有大量废水排放。

以上供水模式不同程度存在饮水系统生物安全隐患、产生大量废水污染物或投入成本高等问题。特别是水源环境污染情况下，集约化、规模养殖方式，对禽畜成活率、料肉比、药比等养殖指标都有直接影响。

因此，当前畜牧养殖业亟需提供一种具有杀菌抑菌作用且无残留、无抗药性的饮用水，以改善牲畜肠道微生态环境，促进肠道健康，减少或免除抗生素的使用。

发明内容

本发明针对解决现有技术中无抗养殖牧场难以高效、低成本、无污染地为禽畜提供健康饮用水的问题，设计了无菌活氧水及其在无抗养殖中的应用和制备方法和系统。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：无菌活氧水制备系统，包括原水箱、用于将地下井水供入所述原水箱内的提水泵以及与所述原水箱输出端连接的供水管线，所述管道泵的输入端与所述原水箱的输出端相连接；所述过滤器的输入端与所述管道泵的输出端相连接；所述活氧发生设备采用变频控制，且其制备活氧浓度在20～100％范围内可调节；所述集束式射流混合器由出水合流管、输入端与所述过滤器输出端相连接的进水分水管、输入端与所述活氧发生设备输出端相连接的分气管、若干个进水端与所述进水分水管的支管接头相连接且出水端与所述出水合流管的支管接头相连接的小孔射流器以及若干根两端分别连接于所述小孔射流器进气端和所述分气管支管接头的气管组成；所述净水箱的输入端与所述出水合流管的输出端相连；所述供水泵的输入端与所述净水箱的输出端相连，且供水泵的输出端与供水管线相连接；箱式设备房用于容纳所述管道泵、过滤器、活氧发生设备、集束式射流混合器、净水箱和供水泵；所述出水合流管输出端活氧水中剩余活氧浓度为2～4ppm。

优选的，所述小孔射流器对应于进水端、出水端和进气端处分别为进水接口、出水接口和进气接口，所述进水接口与所述出水接口之间依次沿轴向设有连接管段、减缩管段、混合管段和扩散管段，所述进气接口沿垂直于所述进水接口和出水接口轴线的方向与所述混合管段相连接。

优选的，所述扩散管段的长度大于所述减缩管段的长度，所述减缩管段的长度大于所述混合管段的长度。

优选的，所述箱式设备房为集装箱式保温房，所述箱式设备房内设有温度控制设备和通风设施，所述管道泵、过滤器、活氧发生设备、集束式射流混合器、净水箱和供水泵分别固定安装于所述箱式设备房内腔的底板上。

优选的，所述过滤器为纳米级过滤器。

优选的，所述供水泵为不锈钢恒压水泵。

优选的，所述气管为聚四氟乙烯管。

无菌活氧水制备方法，包括以下步骤：

S1、采用提水泵从水井中抽取地下水注入原水箱中进行存储；

S2、采用管道泵从原水箱内抽取存储的原水，并将抽取的原水注入过滤器进行过滤；

S3、过滤后的原水输入进水分水管，进水分水管中的原水分别经支管接头流入小孔射流器，与此同时，活氧发生设备产生的活氧输入分气管内，分气管内的活氧依次经支管接口和气管分别从小孔射流器的进气端输入，在小孔射流器内腔，活氧与原水进行高效充分的混合，制成剩余活氧浓度为2～4ppm的初步活氧水；

S4、将初步活氧水输入净水箱内存储；

S5、供水泵从净水箱内抽取并输送至供水管线中的活氧水即为无菌活氧水。

一种无菌活氧水，该无菌活氧水作为饮用水时的浓度为0.5～1.2ppm。

优选的，前述无菌活氧水在无抗养殖中的应用。

其中，活氧杀菌的主要机理：

活氧是一种强氧化剂，其分子极不稳定，能分解产生氧化能力极强的单原子氧(O)和羟基(OH)，是独有的融菌型制剂，可迅速融入细胞壁，破坏细菌、病毒等微生物的内部结构，对各种致病微生物有极强的杀灭作用。

活氧的灭菌过程属生物化学氧化反应。其作用主要是通过以下几种形式实现的：1)活氧能氧化分解细菌内部葡萄糖所需的酶，使细菌灭活死亡；2)作用于细菌细胞内的核物质，如核酸中的嘌呤和嘧啶，破坏它们的细胞器和DNA、RNA，使细菌的新陈代谢受到破坏，导致细菌死亡；3)活氧与细菌细胞壁脂类双链反应，透过细胞膜组织，侵入细胞内，作用于外膜的脂蛋白和内部的脂多糖，使细菌发生通透性畸变与新陈代谢障碍而溶解死亡；4)活氧作用于病毒的衣体壳蛋白的4条多肽链，使RNA和DNA受到损伤，破坏了形成它的蛋白质，从而导致病毒死亡。噬菌体被活氧氧化后，其表皮被破碎成许多碎片，从中释放出许多核糖核酸，干扰其吸附到寄存体上的能力。

另外活氧还能刺激机体白细胞的增殖，并增强粒细胞的吞噬功能，进而刺激单核细胞的形成，这些都有助于对细菌、真菌和病毒的杀灭。

活氧还可以和免疫细胞表面的不饱和脂肪酸反应生成脂质过氧化氢链，脂质过氧化氢链进入细胞内，可以激活核因子NFKD,从而激活细胞MRNA复制、转录和翻译，促进蛋白质合成，细胞因子(干扰素、白介素)的释放，增强机体免疫功能。临床研究证实：当活氧的治疗浓度达到50ug/ml时，血清中干扰素可达到最大值，而干扰素可加快病毒及细菌感染的愈合。

合适浓度的活氧水对畜禽消化系统的作用：

用活氧制成合适浓度的活氧水供给畜禽类饮用，无菌活氧水有杀菌抑菌作用，可调节畜禽肠道微生态环境。活氧在畜禽肠道内减少了以宿主营养为生的细菌数量，减少宿主营养消耗。同时活氧分解产物为氧气，不仅无毒、无副作用、无残留、无污染，还可以活化细胞，加强新陈代谢，提高免疫力，增强分泌的淀粉酶的活性，提高畜禽尤其是幼体对食物营养成份的利用率，增加幼畜禽营养供应，促使畜禽健康生长。

畜禽养殖过程中分解和替代抗生素的意义：

活氧杀菌能力是抗生素600倍，酒精的1000倍，是抗生素良好的替代品，没有任何的副作用、耐药性与残留。目前，滥用抗生素、肉蛋奶抗生素残留、超级耐药菌等是影响畜禽养殖业发展的几大重要问题，而活氧不仅具有分解化学药物(抗生素)的能力，又可替代抗生素，从根本上确保养殖与食品安全。

活氧对抗生素的作用：

活氧的强氧化作用对四环素类抗生素(TCs)的降解效率非常高，只需活氧处理4～6min，四环素(TET)就可以完全去除，如20mg/L的TET经过5min活氧处理就可以完全降解。

采用活氧氧化法降解水溶液中8种磺胺类抗生素，分析了活氧作用时间对8种磺胺类抗生素的降解影响，并对活氧氧化去除水中抗生素的反应动力学进行了研究。结果表明，活氧氧化法对SIZ、SN、SCPD、SDZ、SMX可全部去除，对SMR、SG、SA的去除率分别为99.30％、98.19％和98.49％。活氧氧化法对8种磺胺类抗生素的降解符合一级反应动力学，其反应速率常数为0.0547～0.1210min^-1。

活氧对超级细菌的作用：

超级细菌不是特指某一种细菌，而是泛指那些对多种抗生素具有耐药性的细菌，它的准确称呼应该是“多重耐药性细菌”。这类细菌能对抗生素有强大的抵抗作用，能逃避被杀灭的危险。基因突变是产生超级细菌的根本原因。细菌耐药性的产生是临床上广泛应用抗生素的结果，而抗生素的滥用则加速了这一过程。抗生素的滥用使得处于平衡状态的抗菌药物和细菌耐药之间的矛盾被破坏，具有耐药能力的细菌也通过不断的进化与变异，获得针对不同抗菌药物耐药的能力，这种能力在矛盾斗争中不断强化，细菌逐步从单一耐药到多重耐药甚至泛耐药，最终成为耐药超级细菌。其耐药机制主要有：1)细菌产生灭活酶或钝化酶，破坏抗生素的结构，使其失去活性；2)改变抗生素作用的靶位蛋白结构和数量，使细菌对抗生素不再敏感；3)细菌细胞膜渗透性改变，使抗生素不能进入菌体内部；4)细菌主动药物外排泵作用，将抗生素排出菌体；5)细菌生物被膜的形成，降低抗生素作用。活氧结构单一，氧化能力强，可快速融入细菌细胞壁，破坏其内部结构，将不会产生耐药的情况，从根本上解决了超级细菌的形成。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本无菌活氧水制备系统为一次性投入设备，能够长期受益，制取活氧水过程无耗材、无废水，符合国家节能节水政策。

2、本无菌活氧水制备系统对无菌活氧水即用即制，保障了牧场整条饮水系统的生物安全及恒压健康饮水，避免饮水系统造成的禽畜肠道疾病发生以及预防性抗菌药物的投放。

3、本无菌活氧水制备系统制备的活氧水中，活氧具有超强的杀菌能力，而且无残留、无抗药性，优于各类抗生素的投喂效果，大大地提高了禽畜肉中蛋品质含量，节约了大量投喂药物的人力物力，是无抗养殖的理想模式，也是食品安全保障的有效措施。

4、本无菌活氧水制备系统制备的活氧水具有杀菌抑菌作用，有利于调节动物肠道微生态环境，加强新陈代谢作用，提高禽畜对营养成分的吸收率，降低料肉比，降低饲料成本。经济效益显著，且在粮食安全方面具有重大的社会效益。

5、本无菌活氧水制备系统的投入使用可大量减少抗生素的使用，为保护环境作出重要贡献，具有重大的社会效益。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图；

图2为本发明小孔射流器的剖视结构示意图。

图中：1-原水箱；2-提水泵；3-管道泵；4-过滤器；5-活氧发生设备；6-集束式射流混合器；61-进水分水管；62-分气管；63-出水合流管；64-小孔射流器；641-进水接口；642-出水接口；643-进气接口；644-连接管段；645-减缩管段；646-扩散管段；647-混合管段；65-气管；7-净水箱；8-供水泵；9-箱式设备房。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-2，基于无抗养殖的无菌活氧水制备系统，包括原水箱1、用于将地下井水供入原水箱1内的提水泵2以及与原水箱1输出端连接的供水管线，管道泵3的输入端与原水箱1的输出端相连接；过滤器4的输入端与管道泵3的输出端相连接；活氧发生设备5采用变频控制，且其制备活氧浓度在20～100％范围内可调节；集束式射流混合器6由出水合流管63、输入端与过滤器4输出端相连接的进水分水管61、输入端与活氧发生设备5输出端相连接的分气管62、若干个进水端与进水分水管61的支管接头相连接且出水端与出水合流管63的支管接头相连接的小孔射流器64以及若干根两端分别连接于小孔射流器64进气端和分气管62支管接头的气管65组成；净水箱7的输入端与出水合流管63的输出端相连；供水泵8的输入端与净水箱7的输出端相连，且供水泵8的输出端与供水管线相连接；箱式设备房9用于容纳管道泵3、过滤器4、活氧发生设备5、集束式射流混合器6、净水箱7和供水泵8；出水合流管63输出端活氧水中剩余活氧浓度为2～4ppm。

综上，提水泵2从水井中抽取地下水注入原水箱1中存储；管道泵3从原水箱1内抽取存储原水注入活氧水制备系统内；原水经过滤器4过滤后进入进水分水管61，进水分水管61中的原水分别经支管接头流入小孔射流器64；活氧发生设备5产生的活氧输入分气管62内，分气管62内的活氧经支管接口和气管65分别从小孔射流器64的进气端输入，在小孔射流器64内腔，活氧与原水进行高效充分的混合，制成剩余活氧浓度为2～4ppm的活氧水，活氧水被缓存至净水箱7内，随后经供水泵8输入供水管线中，以供禽畜饮用。

其中，在标准大气压下，1体积水溶解0.494体积活氧，温度和压力都是影响活氧在水中溶解度的因素。在处理水量、水温、活氧浓度都一样的前提下混合效率越高，活氧溶解度越大；在一定压力下活氧气与水的接触面积大(也就是说水流喷射的流量和压力与加入的活氧量达到合适的比例，形成的微气泡越多、越均匀)混合效率高，而小孔射流器64是理想的混合装置，而且安装简单可靠。一定压力的水流进入每个小孔射流器64，活氧与水经过高效混合、溶解后流出。根据各种净水量需求，配置相应数量的射流器单元，可满足各种水量要求，因为水流都经过了混合、溶解效果最好的小孔射流器64，从出水合流器流出的活氧水活氧含量均匀、杀菌效果稳定。

可根据养殖规模、养殖类别配置相应规格的活氧发生器组合、相应规格的射流混合器组合、合理的水泵管路阀门规格以满足不同水质、不同活氧浓度及产水量的禽畜饮用需求。

由于活氧在水中的半衰期只有20～30min，所以制取的活氧水中剩余活氧浓度达到2～4ppm，这样能保证禽畜饮用含一定浓度的优质活氧水(活氧浓度为0.5～1.2ppm)。

另外，上述活氧水制备系统可配置智能化物联网模块，实现中央集中控制、数据采集上传、手机APP软件控制等，可远程监控设备运转状况及水质、水量状况，实现无人值守。

箱式设备房9安装简单快捷，只需要相应面积的硬化平面即可安放。

本实施例中，小孔射流器64对应于进水端、出水端和进气端处分别为进水接口641、出水接口642和进气接口643，进水接口641与出水接口642之间依次沿轴向设有连接管段644、减缩管段645、混合管段647和扩散管段646，进气接口643沿垂直于进水接口641和出水接口642轴线的方向与混合管段647相连接。

本实施例中，扩散管段646的长度大于减缩管段645的长度，减缩管段645的长度大于混合管段647的长度。

本实施例中，箱式设备房9为集装箱式保温房，箱式设备房9内设有温度控制设备和通风设施，管道泵3、过滤器4、活氧发生设备5、集束式射流混合器6、净水箱7和供水泵8分别固定安装于箱式设备房9内腔的底板上。

本实施例中，过滤器4为纳米级过滤器。

本实施例中，供水泵8为不锈钢恒压水泵。

本实施例中，气管65为聚四氟乙烯管。

无菌活氧水在养鸡场进行效果验证实验数据如下：

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.无菌活氧水制备系统，包括原水箱(1)、用于将地下井水供入所述原水箱(1)内的提水泵(2)以及与所述原水箱(1)输出端连接的供水管线，其特征在于，还包括：

管道泵(3)，所述管道泵(3)的输入端与所述原水箱(1)的输出端相连接；

过滤器(4)，所述过滤器(4)的输入端与所述管道泵(3)的输出端相连接；

活氧发生设备(5)，所述活氧发生设备(5)采用变频控制，且其制备活氧浓度在20～100％范围内可调节；

集束式射流混合器(6)，所述集束式射流混合器(6)由出水合流管(63)、输入端与所述过滤器(4)输出端相连接的进水分水管(61)、输入端与所述活氧发生设备(5)输出端相连接的分气管(62)、若干个进水端与所述进水分水管(61)的支管接头相连接且出水端与所述出水合流管(63)的支管接头相连接的小孔射流器(64)以及若干根两端分别连接于所述小孔射流器(64)进气端和所述分气管(62)支管接头的气管(65)组成；

净水箱(7)，所述净水箱(7)的输入端与所述出水合流管(63)的输出端相连；

供水泵(8)，所述供水泵(8)的输入端与所述净水箱(7)的输出端相连，且供水泵(8)的输出端与供水管线相连接；以及

箱式设备房(9)，所述箱式设备房(9)用于容纳所述管道泵(3)、过滤器(4)、活氧发生设备(5)、集束式射流混合器(6)、净水箱(7)和供水泵(8)；

所述出水合流管(63)输出端活氧水中剩余活氧浓度为2～4ppm。

2.根据权利要求1所述的无菌活氧水制备系统，其特征在于：所述小孔射流器(64)对应于进水端、出水端和进气端处分别为进水接口(641)、出水接口(642)和进气接口(643)，所述进水接口(641)与所述出水接口(642)之间依次沿轴向设有连接管段(644)、减缩管段(645)、混合管段(647)和扩散管段(646)，所述进气接口(643)沿垂直于所述进水接口(641)和出水接口(642)轴线的方向与所述混合管段(647)相连接。

3.根据权利要求2所述的无菌活氧水制备系统，其特征在于：所述扩散管段(646)的长度大于所述减缩管段(645)的长度，所述减缩管段(645)的长度大于所述混合管段(647)的长度。

4.根据权利要求1所述的无菌活氧水制备系统，其特征在于：所述箱式设备房(9)为集装箱式保温房，所述箱式设备房(9)内设有温度控制设备和通风设施，所述管道泵(3)、过滤器(4)、活氧发生设备(5)、集束式射流混合器(6)、净水箱(7)和供水泵(8)分别固定安装于所述箱式设备房(9)内腔的底板上。

5.根据权利要求1所述的无菌活氧水制备系统，其特征在于：所述过滤器(4)为纳米级过滤器。

6.根据权利要求1所述的无菌活氧水制备系统，其特征在于：所述供水泵(8)为不锈钢恒压水泵。

7.根据权利要求1所述的无菌活氧水制备系统，其特征在于：所述气管(65)为聚四氟乙烯管。

8.无菌活氧水制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、采用提水泵(2)从水井中抽取地下水注入原水箱(1)中进行存储；

S2、采用管道泵(3)从原水箱(1)内抽取存储的原水，并将抽取的原水注入过滤器(4)进行过滤；

S3、过滤后的原水输入进水分水管(61)，进水分水管(61)中的原水分别经支管接头流入小孔射流器(64)，与此同时，活氧发生设备(5)产生的活氧输入分气管(62)内，分气管(62)内的活氧依次经支管接口和气管(65)分别从小孔射流器(64)的进气端输入，在小孔射流器(64)内腔，活氧与原水进行高效充分的混合，制成剩余活氧浓度为2～4ppm的初步活氧水；

S4、将初步活氧水输入净水箱(7)内存储；

S5、供水泵(8)从净水箱(7)内抽取并输送至供水管线中的活氧水即为无菌活氧水。

9.无菌活氧水，其特征在于：所述无菌活氧水作为饮用水时的浓度为0.5～1.2ppm。

10.权利要求9所述的无菌活氧水在无抗养殖中的应用。

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