RU157255U1 - Устройство для совместного выращивания гидробионтов и растений - Google Patents

Abstract

1. Устройство для совместного выращивания гидробионтов и растений, включающее аквариум для выращивания гидробионтов с автокормушкой, приспособление для вегетации гидропонных растений, состоящее из лотков с лампами досвечивания и элементов для циркуляции питательного раствора, отличающееся тем, что устройство выполнено в виде автономных биологических блоков - для выращивания гидробионтов, микроорганизмов и, по меньшей мере, одним блоком для выращивания гидропонных растений, причем блок для выращивания гидробионтов включает один аквариум, дно которого выполнено в виде перевернутой усеченной пирамиды, блок микроорганизмов выполнен в виде биореактора, соединенного через патрубок с основанием дна аквариума, для обеспечения жизнедеятельности всех выращиваемых биологических объектов элементы устройства объединены в единую конструкцию, обеспечивающую цикличность передачи водной среды обитания от одного биологического объекта другому, определяемую скоростью метаболических процессов, происходящих в блоках, кроме того, устройство снабжено реверсивным расходомером жидкости и первичными преобразователями давления для контроля количества среды обитания при приеме/передаче между биологическими объектами и начале/завершении передачи среды обитания.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что гидропонные лотки блока для выращивания гидропонных растений установлены в три уровня друг над другом с наклоном в противоположные стороны.3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что снабжено средствами для регулирования температурного режима циркулируемой жидкости и насыщения её кислородом.4. Устройство по п.1, отлича

Description

Полезная модель относится к сельскому хозяйству и может быть использована при выращивании гидробионтов и растительной продукции.

Существуют различные устройства для совместного выращивания рыб и растений. Принцип действия таких установок, например [SU 1149906, SU 1528393, RU 2078500, RU 2124828, RU 2290784], состоит в организации прохождения общей среды обитания, в данном случае воды, через последовательно соединенные блоки производства биологической продукции: рыбного и гидропонного. В качестве сопрягающего рыбный и гидропонный блоки используется биофильтр. В рыборазводном бассейне воды насыщается остатками несведенного рыбами корма, до 50% объема, выдаваемого рыбам, и продуктами их жизнедеятельности, затем с помощью технических средств, вода направляется в биологический фильтр, в котором с бактериями осуществляется преобразование органической составляющей в неорганическую с выделением тепловой энергии. Далее вода, с растворенными в ней неорганическими элементами и температурой выше требуемой для роста растений на гидропонике, поступает в корневую систему растений, которые потребляют растворенные в ней химические элементы. Среда обитания, освобожденная таким образом от органической и неорганической нагрузки, возвращается в рыбный блок. Все решения имеют один общий недостаток - непрерывная циркуляция воды через блоки, повышенная температура раствора, поступающая в корневую систему растений.

Наиболее близким аналогом к заявленному устройству является экологический комплекс для совместного производства овощей и рыбы [Патент RU 2075925 Экологический комплекс, дата публикации 1997.03.27], который содержит аквариумы для рыб, стеллажи с лотками для культивации растений и сообщающуюся систему непрерывной циркуляции питательного раствора, включающую емкость для питательного раствора, подающие насосы, фильтры, подающие и отводящие трубопроводы.

Недостатками устройства являются накопление продуктов жизнедеятельности и продуктов распада остатков корма рыб в среде обитания гидробионтов в процессе их выращивания вследствие положительной обратной связи, имеющей место при непрерывном прохождении питательного раствора через все модули экологического комплекса, необходимость согласования массы выращивания растениеводческой продукции с возрастом гидробионтов и, как следствие этого, невозможность использования полного генетического потенциала растений из-за различных сроков жизни биологических объектов, а также относительно большие расходы электрической энергии на изменение теплоэнергетических параметров среды обитания биологических объектов.

Заявленная полезная модель решает задачу упрощения процесса производства биологических объектов (гидробионтов и растений).

Для решения поставленной задачи устройство для совместного выращивания гидробионтов и растений выполнено в виде автономных биологических блоков - для выращивания гидробионтов, микроорганизмов и, по меньшей мере, одного блока для выращивания гидропонных растений, причем блок для выращивания гидробионтов включает один аквариум, дно которого выполнено в виде перевернутой усеченной пирамиды, блок микроорганизмов выполнен в виде биореактора, соединенного через патрубок с основанием дна аквариума. Для обеспечения жизнедеятельности всех выращиваемых биологических объектов элементы устройства объединены в единую конструкцию, обеспечивающую цикличность передачи водной среды обитания от одного биологического объекта другому, определяемую скоростью метаболических процессов, происходящих в блоках. Для контроля количества среды обитания при приеме-передачи между биологическими объектами, и начала-завершения передачи среды обитания устройство снабжено реверсивным расходомером жидкости и первичными преобразователями давления, а также средствами для регулирования температурного режима циркулируемой жидкости и насыщения ее кислородом. Кроме того, биологические блоки для выращивания гидробионтов и микроорганизмов оснащены общим устройством управления, а, по меньшей мере, один блок для выращивания гидропонных растений - обособленным.

Биологические блоки для выращивания гидробионтов, микроорганизмов и гидропонных растений работают автономно, используя ресурсы среды обитания для обеспечения своей нормальной жизнедеятельности. При ухудшении условий среды обитания биологических объектов вследствие накопления продуктов метаболизма и разложения невостребованного гидробионтами корма, биологические блоки объединяются, образуя квазиединую среду обитания: блок для выращивания гидробионтов объединяется с блоком для выращивания микроорганизмов, блок для выращивания микроорганизмов объединяется с блоком для выращивания гидропонных растений, который в свою очередь объединяется с блоком для выращивания гидробионтов. В период работы блоков в квазиедином режиме с помощью технических средств происходит передача ресурсов одного блока (донора) другому блоку (акцептору), при этом каждый блок выступает с одной стороны донором, а с другой акцептором. Т.е. в квазиединой среде обитания пополняются ресурсы, обеспечивающие жизнедеятельность биологических объектов: донора и акцептора, донор освобождается от продуктов метаболизма, ухудшающих условия его жизнедеятельности, а акцептор получает ресурсы, изменяющие параметры среды обитания до значений, обеспечивающих его комфортную жизнедеятельность. После пополнения ресурсов доноров и акцепторов квазиединая среда перестает существовать.

Полезная модель поясняется чертежом, на котором представлена схема устройства. Устройство включает биологические блоки для выращивания гидробионтов, микроорганизмов и, по меньшей мере, один блок для выращивания гидропонных растений. Блок для выращивания гидробионтов состоит из аквариума 1, дно которого выполнено в виде перевернутой усеченной пирамиды, с автокормушкой 2, аэратором 3 и датчиком уровня 4. Он соединен посредством патрубка 5, снабженного шиберной заслонкой 6, с блоком для выращивания микроорганизмов, выполненного в виде биореактора 7. Блоки для выращивания гидробионтов и микроорганизмов снабжены устройством управления 8, а блок для выращивания гидропонных растений - устройством управления 9 и содержит накопительный бак 10 с датчиком уровня 11, над которым смонтированы гидропонные лотки 12 для растений с лампами досвечивания 13. На трубопроводе, подведенном к верхнему гидропонному лотку 12, расположены эжектор 14 и ленточный нагреватель 15. Биологические блоки, снабженные насосами 16, 17, 18 и реверсивными расходомерами жидкости 19, 20, 21. Автономность и объединение биологических блоков осуществляется посредством элементов для циркуляции питательного раствора, объединенных в единую конструкцию, а именно: трубопроводов, выполненных из полипропилена, двухходовых электромагнитных клапанов 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, первичных преобразователей давления 30, 31, ультразвукового стерилизатора 32, теплообменника 33 и электрического нагревателя 34.

При включении в состав устройства нескольких блоков для выращивания гидропонных растений, каждый из них имеет устройство управления 9.

Устройство работает следующим образом.

При автономной работе блоков для выращивания гидробионтов, микроорганизмов и гидропонных растений двухходовые электромагнитные клапаны 22, 27 открыты, остальные 23, 24, 25, 26, 28, 29 - закрыты, насосы 16, 17, 18 обеспечивают постоянную циркуляцию жидкости внутри каждого блока.

Циркуляция жидкости по блоку для выращивания гидробионтов происходит посредством насоса 16 по трубопроводу из нижней части аквариума 1 в верхнюю. При этом жидкость проходит через теплообменник 33 и электрический нагреватель 34. В верхней части аквариума 1 расположен аэратор 3, в котором жидкость, поступающая под давлением, распыляется и насыщается кислородом, содержащимся в атмосферном воздухе.

Циркуляция жидкости по блоку для выращивания микроорганизмов заключается в ее циркуляции с помощью насоса 17 по биореактору 7 с подогревом в теплообменнике 33. При этом происходит барботирование накопленных на дне биореактора 7 отходов, их растворение, подъем и пропускание жидкости через субстрат с бактериями, находящимися в кассетах.

Циркуляция жидкости по блоку для выращивания гидропонных растений обеспечивается насосом 18 из накопительного бака 10 по трубопроводу через эжектор 14 и ленточный нагреватель 15, гидропонные лотки 12, расположенные в три уровня друг над другом и имеющие наклон в противоположные стороны, и обратно в накопительный бак 10. Над гидропонными лотками 12 установлены лампы досвечивания 13.

Для передачи жидкости из блока для выращивания микроорганизмов в блок для выращивания гидропонных растений устройство управления 8 отключает двухходовой электромагнитный клапан 22, включает двухходовые электромагнитные клапаны 23, 25 и ультразвуковой стерилизатор 32. Т.к. двухходовые электромагнитные клапаны 28, 29 закрыты, в трубопроводе повышается давление. Первичный преобразователь гидравлического давления 31 передает информацию о повышении давления устройству управления 9, которое в свою очередь отключает насос 18 и открывает двухходовой электромагнитный клапан 28. Жидкость поступает в накопительный бак 10. Датчик давления 11 контролирует уровень жидкости в накопительном баке 10. При достижении заданного уровня жидкости в накопительном баке 10, устройство управления 9 закрывает двухходовой электромагнитный клапан 28, давление в трубопроводе возрастает до максимального значения и первичный преобразователь гидравлического давления 30 передает информацию о величине давления устройству управления 8, которое выключает ультразвуковой стерилизатор 32, переводит двухходовые электромагнитные клапаны 23, 25 в закрытое состояние, а двухходовой электромагнитный клапан 22 - в открытое. Таким образом, восстанавливается циркуляция жидкости по биореактору 7.

Устройство управления 9 включает насос 18, закрывает двухходовой электромагнитный клапан 27 и открывает двухходовой электромагнитный клапан 29. Т.к. двухходовые электромагнитные клапаны 25, 26 закрыты, давление в трубопроводе возрастает. Первичный преобразователь гидравлического давления 30 подает сигнал устройству управления 8, которое открывает двухходовые электромагнитные клапаны 24, 26, включает ультразвуковой стерилизатор 32 и отключает насос 16. Жидкость по трубопроводу через ультразвуковой стерилизатор 32, теплообменник 33, электрический нагреватель 34 и аэратор 3 поступает в аквариум 1. Давление в трубопроводе снижается до номинального значения. При достижении заданного уровня жидкости в аквариуме 1, датчик уровня 4 подает соответствующий сигнал устройству управления 8, которое закрывает двухходовые электромагнитные клапаны 24, 26, выключает ультразвуковой стерилизатор 32 и включает насос 16. Давление в трубопроводе возрастает, первичный преобразователь гидравлического давления 31 подает сигнал устройству управления 9, которое открывает двухходовой электромагнитный клапан 27 и закрывает двухходовой электромагнитный клапан 29. Давление в трубопроводе нормализуется и восстанавливается циркуляция жидкости по блоку для выращивания гидропонных растений.

Гидробионты, находящиеся в аквариуме 1, потребляют ресурсы из автокормушки 2. Метаболизмы гидробионтов и не съеденный ими корм опускаются на наклонную поверхность дна аквариума 1 и, стекая к его центру, там накапливаются. Шиберная заслонка 6 периодически открывается, и накопленные отходы проваливаются на дно биореактора 7. Момент времени открытия шиберной заслонки 6 определяется программно устройством управления 8 после передачи жидкости из блока для выращивания гидропонных растений в блок для выращивания гидробионтов.

По сравнению с прототипом, предложенное устройство позволяет упростить процесс производства биологических объектов (гидробионтов и растений) за счет:

1. использования невостребованных гидробионтами ресурсов обеспечения жизнедеятельности и продуктов их метаболизма в производстве растительной продукции при относительной независимости массы выращиваемых растений от возраста гидробионтов;

2. улучшения условий среды обитания посредством цикличности ее передачи от одного биологического объекта другому, определяемую скоростью метаболических процессов, происходящих в блоках.

Claims (5)

1. Устройство для совместного выращивания гидробионтов и растений, включающее аквариум для выращивания гидробионтов с автокормушкой, приспособление для вегетации гидропонных растений, состоящее из лотков с лампами досвечивания и элементов для циркуляции питательного раствора, отличающееся тем, что устройство выполнено в виде автономных биологических блоков - для выращивания гидробионтов, микроорганизмов и, по меньшей мере, одним блоком для выращивания гидропонных растений, причем блок для выращивания гидробионтов включает один аквариум, дно которого выполнено в виде перевернутой усеченной пирамиды, блок микроорганизмов выполнен в виде биореактора, соединенного через патрубок с основанием дна аквариума, для обеспечения жизнедеятельности всех выращиваемых биологических объектов элементы устройства объединены в единую конструкцию, обеспечивающую цикличность передачи водной среды обитания от одного биологического объекта другому, определяемую скоростью метаболических процессов, происходящих в блоках, кроме того, устройство снабжено реверсивным расходомером жидкости и первичными преобразователями давления для контроля количества среды обитания при приеме/передаче между биологическими объектами и начале/завершении передачи среды обитания.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что гидропонные лотки блока для выращивания гидропонных растений установлены в три уровня друг над другом с наклоном в противоположные стороны.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что снабжено средствами для регулирования температурного режима циркулируемой жидкости и насыщения её кислородом.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что биологические блоки для выращивания гидробионтов и микроорганизмов оснащены общим устройством управления, а по меньшей мере один блок для выращивания гидропонных растений - обособленным.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что трубопроводы устройства выполнены из полипропилена.

Images