TWI814610B

TWI814610B - 用於集約化養蝦的多功能設備和使用該設備的集約化養蝦系統

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Publication number: TWI814610B
Application number: TW111138607A
Authority: TW
Inventors: 清美阮; 國全陳; 伍慶武; 國越武; 樂一好黃; 明洲裴; 國強洪; 黃玉維蘇; 帝都亭阮; 太平范; 寶當范
Original assignee: 越南商瑞南科技越南股份有限公司
Priority date: 2021-10-14
Filing date: 2022-10-12
Publication date: 2023-09-01
Also published as: MX2022016095A; TW202316955A; WO2023062438A1; PE20230751A1; ECSP22093224A; CL2022003679A1; CN116264820A

Abstract

本發明提供用於集約化養蝦的多功能設備和使用該設備的集約化養蝦系統。該系統包括：蝦池(100)，從河流或海洋中抽出的鹹水，然後用化學品、沉澱物和微生物進行處理；至少一個多功能設備(200)，用於產生水流、溶解氧分子、輸送和分配蝦飼料及提供含有礦物質、微生物和其他添加劑的溶液；純氧供應設備(300)，能從空氣中產生氧，向集約化養殖池的水供應純度高於90%的氧，以達到持續較高的溶解氧濃度和飽和溶解氧濃度；多孔片網，漂浮在水面上，以減少氧分子從水中擴散到空氣中；以及燈網，用於提供人造光，以用產業和天然食物改變蝦的餵養週期。本發明系統整合多個部件（其中以多功能設備最為重要），有助於養蝦過程的高度自動化、各部件佈置合理、協調靈活、操作靈活、幫助蝦類養殖系統更活躍和高集約化、提高蝦養殖效率、並降低生產成本。

Description

用於集約化養蝦的多功能設備和使用該設備的集約化養蝦系統

本發明涉及用於集約化養蝦的多功能設備和使用該設備的集約化養蝦系統。本發明的系統和設備一般可用於養蝦，但最適用於白蝦養殖。本發明是一種高度專業化的集約化養蝦系統，能夠監測養殖條件、調節水中溶解氧（O2）的量以及分配食物和營養物質。

越南和其他亞洲國家的白蝦養殖業採用集約化養殖。連結高密度聚乙烯管（HDPE）的圓形和矩形蝦池越來越常用於增加白蝦養殖的密度。商業蝦池通常包含1,000m³至2,000m³處理過的鹹水，鹽度範圍為10g/L至30g/L、邊緣深度約為1.2m、中心深度可達1.8m，並帶有虹吸系統。

水中的氧溶解量對於在集約化養蝦中使用大量飼料是非常重要和必要。水中的大部分溶解氧被蝦池中的好氧微生物用來分解蝦糞中的蛋白質和養蝦過程中釋放的有機化合物。水中溶解氧為水生動物提供了必要的氧，有利於好氧微生物的生長繁殖，促進有機物分解、減少有毒物質、抑制有害厭氧微生物的活性，並增強對蝦的免疫力。低溶解氧對蝦捕捉獵物和消化食物的能力有負面影響。用於幫助增加蝦池中溶解氧量的方法之一是使用機械系統為蝦池創造氧。

越南和其他國家普遍使用的機械製氧系統包括一個與位於蝦池底部的多個氧擴散器相連的鼓風機、以及一個漂浮在水面上的槳輪設備，將含有約20.5%氧的空氣混合到水。槳輪設備還用於將死蝦、蝦殼、蝦糞和有機化合物離心至虹吸系統，然後定期將其吸出蝦池。

在運行過程中，鼓風機將吸入並透過擴散器吹出空氣，形成氣泡上升到水面。水面上的槳輪旋轉，將水打成小水滴，增加空氣與水的接觸面積，增加水中的溶解氧。

氧從空氣中溶解到水中的速率由下面的氣體轉移方程式描述： dC/dt = Kl.(A/V).(Cs – Cm)，其中：dC/dt為空氣中氧溶解到水中的速率； Kl是取決於水的湍流率的水面更新常數； A 為蝦池的水與空氣的接觸表面積； V為蝦池水量； Cs是取決於水的溫度和鹽度條件的飽和溶解氧濃度； Cm是測得的氧濃度。

在實踐中，由鼓風機和槳輪設備組成的製氧系統每天24小時連續運行，以將氧溶解到水中。但是，水中的溶解氧濃度Cm永遠不會超過飽和溶解氧濃度Cs，因為當Cm等於Cs時，dC/dt=0。換句話說，空氣中的氧溶解到水中的速率等於水中的氧蒸發到空氣中的速率。

目前使用的機械製氧系統非常耗能。一次收獲一噸蝦平均需要4,500千瓦時到5,500千瓦時的電力來溶解氧。

因此，鹹水的白蝦養殖業迫切需要一種能夠在蝦池中溶解氧濃度高於飽和溶解氧濃度的養蝦系統，以提高集約化養蝦業每平方公尺對蝦養殖密度，並減少電能消耗。

本發明的目的是克服與蝦池中溶解氧濃度相關的限制。為了實現這一目標，根據本發明的一個態樣，提供一種用於集約化養蝦的多功能設備，該多功能設備包括：支撐架，用於支撐（或錨定）設備的其餘部件；水流產生器，從蝦池底部到表面產生減小的體積流速的分層水流，包括：葉輪，透過驅動軸由馬達驅動（用於攪拌以產生水流）、覆蓋所述葉輪的外部的主體，其構造成具有半圓弧形的平板，用於捕捉內部的水流，整個主體為螺旋形管狀結構，其便於產生和引導水流；餵食器單元，用於為蝦提供產業機能食品，包括：第一容器、第一容器上方的蓋子、第一容器內部的食物感測器，所述食物感測器可感應裡面的食物量、飼料輸出端，位於第一容器下方、以及飼料配給馬達，放置在飼料輸出端的頂部上；物質供應單元，用於將礦物質、微生物和其他添加劑等物質輸送到蝦池環境中，包括：第二容器、連接所述第二容器的開口的兩端橫截面的橫桿、位於所述橫桿中部的攪拌馬達、所述第二容器下方的管，用於將物質溶液引導至出口、位於所述管上的自動閥，用於控制待供應物質的量；氣體溶解單元，用於將氧擴散到水中，包括：多孔陶瓷管、置於所述多孔陶瓷管內部的不銹鋼管，在所述不銹鋼管與所述多孔陶瓷管內壁之間的間隙填充有沙子，不銹鋼棒配置於所述多孔陶瓷管周圍，其中這些元件透過橡膠緊固件、圓扁不銹鋼板、螺栓和鉚釘固定在一起；感測器，用於測量水質，包含溶解氧濃度、pH、鹽度、水溫、濁度和陽光；控制器，用於操作所述多功能設備，所述控制器透過諸如Wifi、3G、4G或LoRa的有線及/或無線通訊與其他組件連接和通訊，其中，所述控制器可操作地從感測器接收系統資料訊息，然後確定和調整合適的參數，並將所述系統資料訊息傳遞給所述組件，以使所述組件按照定義的參數運行。

在多功能設備的一個或多個實施例中，多孔陶瓷管具有小於1.0µm的孔隙，砂粒的直徑在0.5mm與2.0mm之間，而不銹鋼棒排列在該多孔陶瓷管周圍的37度角度。

在多功能設備的一個或多個實施例中，水流產生器以50m ³/h至1,000m ³/h的體積流速運行，用於含有100m ³至2,000m ³的鹹水的集約化蝦池。

在多功能設備的一個或多個實施例中，所述多功能設備還包括指示燈，與控制器連接並通訊，以產生不同模式的警示訊號。

在多功能設備的一個或多個實施例中，控制器透過主機伺服器與外部設備連接和通訊，以允許使用者遠端操作和控制。

本發明的另一態樣是集約化養蝦系統，包括：蝦池，使用從河流或海洋中抽出的鹹水，然後與化學品、沉澱物和微生物進行處理；至少一個多功能設備，用於產生水流、溶解氧分子、輸送和分配蝦飼料以及提供含有礦物質、微生物和其他添加劑的溶液；純氧供應設備，其從空氣中產生氧，以為集約化養殖池的水體提供純度高於90%的氧；以及多孔片網，漂浮在水面上，以減少氧分子從水中擴散到空氣中。

在集約化養蝦系統的一個或多個實施例中，所述集約化養蝦系統還包括燈網，其提供人造光，以用產業和天然食物改變蝦的餵養週期。

較佳地，所述集約化養蝦系統在溶解氧濃度下運行，所述溶解氧濃度必定高於當前養蝦業中常見的飽和溶解氧濃度。

較佳地，多孔片網由密度小於1g/L的多孔片組成並固定在一起。

較佳地，所述多孔片由聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯材料製成，具有各種顏色和5mm至50mm的各種厚度。

較佳地，所述燈網包括波長在380nm與580nm之間的燈，結合了發射紫色（380nm波長）、藍色（450nm波長）、綠色（510nm波長）和黃色（580nm波長）的LED 。

所述燈網在日出前至少2小時以逐漸增加的強度自動開啟，並在日落後至少2小時逐漸降低強度並完全開啟。

較佳地，所述燈網在日出和日落之前和之後至少4小時提供額外的人造光。

本發明的養蝦系統透過純氧供應設備和特殊結構的氣體溶解單元，提供溶解氧的優越能力，由於多孔片網而具有抵抗氧擴散的能力…有助於克服池水中氧溶解度的固有限制，即水中的溶解氧濃度Cm永遠不會超過飽和溶解氧濃度Cs，這通常是養蝦的關鍵問題。此外，所述養蝦系統整合了多個部件（其中以多功能設備最為重要），有助於養蝦過程的高度自動化、各部件佈置合理、協調靈活、操作靈活、幫助蝦養殖系統實現更加積極和高集約化、提高蝦養殖效率、並降低生產成本。【圖示簡單說明】

圖1A為顯示根據本發明一實施例的集約化養蝦系統的俯視圖。圖1B為顯示根據本發明一實施例的集約化養蝦系統的側視圖。圖2為顯示本發明的多功能設備的結構。圖3為顯示本發明的多功能設備的水流產生器的結構。圖4為顯示本發明的多功能設備的氣體溶解單元的結構。圖5為顯示本發明的多功能設備的餵食器單元的結構。圖6為顯示本發明的多功能設備的物質供應單元的結構。圖 7 為顯示可用於製造漂浮在水上的多孔片網的多孔片的材料類型，其中 a）和 b）是剛性和可撓性聚合物多孔片，而c）是多孔發泡聚合物膜。圖8為顯示在本發明實驗例2中的集約化養蝦系統。圖9為顯示在本發明實驗例2中的集約化養蝦系統的燈光開關時間調整的過程的示意圖。圖 10 為顯示描繪了在添加至在 2021 年 9 月 14 日收集之實驗集約化養蝦池中的水中溶解氧濃度、陽光強度和氧流速的變化的圖表。圖 11A 為顯示描繪了在添加至從 2021 年 9 月 1 日至 2021 年 9 月 30 日收集之實驗集約化養蝦池中的水中溶解氧濃度、陽光強度和氧流速變化的圖表。圖 11B為顯示描繪了在使用傳統機械製氧系統的集約化養蝦池中的溶解氧濃度變化的圖表，該系統由連接到位於蝦池底部的擴散器的鼓風機和漂浮在水面上的槳輪設備組成。圖 12為顯示描繪了在從 2021 年 9 月 1 日至 2021 年 9 月 30 日收集之集約化養蝦池中的 pH 值和陽光強度的變化的圖表。圖 13為顯示描繪了蝦在養殖天數中的平均體重增長情況的圖表，其中每天使用應用人工智能的 RYNAN ^®Vis100A 蝦生長監測儀測量平均體重值。圖 14A、圖 14B 和圖 14C為顯示從 1 號、2 號和 3 號蝦池捕撈的蝦在存活時和用熱水加熱時的影像。

透過下面的詳細描述，本發明的保護範圍將變得更加清楚。然而，應當理解的是，表示本發明較佳實施例的詳細描述和具體示例僅用於說明目的，本發明並不限於此。在本發明的範圍和精神內的各種修改和變化對於本發明所屬技術領域具有通常知識者來說是顯而易見的。

參考圖1A和圖1B，所述集約化養蝦系統包括：蝦池(100)；多功能設備(200)，能夠產生水流、溶解氧分子、輸送和分配蝦飼料以及提供含有礦物質、微生物和其他添加劑的溶液；純氧供應設備(300)（氧純度高於90%）；純二氧化碳（CO2）供應設備（CO2純度高於90%）；多孔片網，漂浮在水面上，以減少氧分子從水中擴散到空氣並進行遮陽；以及燈網，用於改變蝦的行為。＜蝦池＞

蝦池100具有圓形表面，但不限於此，具體地，蝦池100可以根據蝦池經營者的需要和規模而具有其他形狀的表面，例如矩形、正方形或多邊形。在蝦池100的中間，有虹吸系統120的設計（這是一種常見的結構，這裡不再贅述）。在任何溫度、鹽度和大氣壓力下，在含有比飽和溶解氧「更高」的溶解氧濃度的鹹水的蝦池100中飼養蝦。＜鹹水＞

本發明的集約化養蝦系統由從河流或海洋中獲得的鹹水組成，鹹水用包含過錳酸鉀（KMnO ₄）、苯扎氯銨（benzalkonium chloride）和乙酸（acetic acid）的化學品處理。然後添加聚合氯化鋁以幫助沉澱水中的懸浮顆粒。沉降後的鹹水用氯處理並透過沙子過濾，且準備用於養蝦。

較佳地，鹹水的鹽度在5g/L與30g/L之間，pH在6.0與9.0之間並且鹼度大於80mg/L。

較佳地，鹹水含有：大量礦物質，包含鈣（Ca）、鉀（K）、鎂（Mg）、磷（P）的含陽離子化合物；以及微量礦物質，包含鈷（Co）、銅（Cu）、鐵（Fe)、碘（I）、錳（Mn）、硒（Se）和鋅（Zn）的含陽離子化合物，而蝦池中的鹹水鹼度在80mg/L與250mg/L之間。

較佳地，鹹水還含有藻類，以透過自然光或人造光的光合作用提供氧，並作為蝦的天然食物。以下藻類優先存在於蝦養殖水中，濃度為10 ³CFU/ml至10 ⁵CFU/ml：綠藻：綠球藻屬（Chlorella sp.）、微綠藻屬（Nannochloropsis sp.）、月形藻屬（Scenedesmus sp.）、單針扭角藻（Monoraphidium contortum）、單胞綠藻屬（Chlamydomonas sp.）、纖維藻屬（Ankistrodesmus sp.）、紅球藻屬（Haematococcus sp.）、杜氏藻屬（Dunaliella sp.）、卵囊藻屬（Oocystis sp.）、團藻（Volvox sp.）、絲藻屬（và Ulothrix sp.）；矽藻：鏈藻屬（Thalassiosira sp.）、角毛藻屬（Chaetoceros sp.）、短縫藻屬（Eunotia sp.）、鞭藻屬(Isochrysis sp.）、骨條藻屬（Skeletonema sp.）、菱形藻屬（Nitzschia sp.）、舟形藻屬（và Navicula sp.）；螺旋藻（spirulina algae）：螺旋藻屬（Spirulina sp.）。

較佳地，在根據本發明的蝦池100中的鹹水還包括具有各種功能的微生物，包括：用於環境處理、有機分解和有毒氣體處理的微生物：枯草芽孢桿菌(Bacillus subtilis sp.）、地衣芽孢桿菌（Bacillus licheniformis）、凝結芽孢桿菌（Bacillus coagulans）、解澱粉芽孢桿菌（Bacillus amyloliquefaciens）、短小芽孢桿菌（Bacillus pumilus）、鏈黴菌屬（Streptomyces sp.）、紅假單胞菌屬（Rhodopseudomonas sp.）、硝化桿菌屬（Nitrobacter sp.）、亞硝化單胞菌屬（Nitrosomonas sp.）和其他具有類似功能的微生物。支持消化、增加抵抗力、抵抗有害細菌的微生物：乳酸桿菌屬（Lactobacillus sp.）、植物乳桿菌（Lactobacillus plantarum ）、嗜酸乳桿菌（Lactobacillus acidophilus ）、枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis sp.）、地衣芽孢桿菌（Bacillus licheniformis ）、酵母菌屬（Saccharomyces sp.）、釀酒酵母（Saccharomyces cerevisiae ）、布拉酵母菌（Saccharomyces boulardii）和其他具有類似功能的微生物。＜多功能設備200＞

參考圖1A、圖1B和圖2，本發明的多功能設備200（部分浸入水中）包括：支撐架202；水流產生器220；感測器210，用於測量水質，包含溶解氧濃度、pH值、鹽度、水溫度、濁度、陽光、藻類密度；餵食器單元250；物質供應單元270，用於輸送諸如礦物質、微生物和其他添加劑的物質；氣體溶解單元230，用於將氧及/或二氧化碳分子擴散到水中。

參照圖1B，水流產生器220位於靠近蝦池100的底部。參見圖3，水流產生器220包括葉輪224，其由馬達204驅動攪拌，以透過驅動軸206產生水流（3.7kW，380V）；葉輪224的外側是水流產生器220的主體222，主體222的上部設計成半圓形彎曲的平板，用於捕捉內部的水流，且主體222的整個部分呈螺旋形管狀結構，其便於產生和引導水流。水流產生器220設計以產生分層水流，從蝦池底部到表面的體積流速減小。較佳地，水流產生器(220)以體積流速操作，其中空氣和水界面處的水的流速盡可能慢，以避免湍流可能進一步讓水中氧擴散到空氣中。較佳地，用於容積100m ³到2,000m ³的鹹水集約化蝦池100的體積水流速在50m ³/h與1,000m ³/h之間。

參照圖4，本發明的多功能設備200至少包括用於將氧擴散到水中的氣體溶解單元230，其位於水流的入口處並置於水流產生器220的葉輪224上方。氣體溶解單元230透過空氣通道系統310連接到純氧供應設備300。氣體溶解單元230由多孔陶瓷管232和不銹鋼管234組成，所述多孔陶瓷管232具有尺寸小於1.0µm的孔隙（購自新加坡的Doulton Water Filters，商品名為Doulton Sterasyl Slimelin Microfilter，兩端開口直徑為10英吋），所述不銹鋼管234具有小孔，置於多孔陶瓷管232內部，不銹鋼管234與多孔陶瓷管232的壁之間的間隙填充有沙子，其中沙粒的直徑為0.5mm至2.0mm，有助於輕鬆控製氧的流動；6個不銹鋼棒240（但無限制）圍繞多孔陶瓷管232以37度角度佈置。不銹鋼棒240的作用是在與多孔陶瓷管232接觸時提高水流的速度並帶動水流，以幫助氧分子更快地溶解在水中，氣體溶解單元230的所有所述部件都是由橡膠緊固件238、兩個圓形扁平不銹鋼板242、三個螺栓244和三個鉚釘246固定在一起。

參見圖2，感測器210設計為圓柱體形式（但不限於此），感測器210的一端（底部）浸沒在蝦池100的水中，該端內部有感測器晶片，另一端（上部）具有將訊息傳輸到電子控制器290的線連接。本發明的感測器210用於測量蝦池100中水的pH值、鹽度、溶解氧濃度、水位和藻類濃度。

參考圖5，餵食器單元250用於為蝦提供產業機能食品。餵食器單元250包括由兩部件組成的第一容器252：圓柱形上部和錐形下部，在第一容器252上方有蓋子254，在第一容器252內部可能有食物感測器256，用於感測在第一容器252中剩餘食物的量，在第一容器252下方有一個飼料輸出端260。飼料輸出端260為方盒形管（但不限於此），而可直接向下或斜向地朝向水流產生器220的位置（由於水流產生器220中的吸力，食物被吸起）。此外，在飼料輸出端260的頂部上，可以佈置用於飼料配給的飼料配給馬達258，以測量準確的飼料量並將其供應到蝦池100中。

參考圖6，用於向蝦池100供應礦物質和微生物溶液的物質供應單元270包括第二容器272，用於接收和容納礦物質溶液或養蝦所需的其他物質，例如水處理溶液、微生物、pH值調節… 。根據使用需求與物質之間的相容性，放入容器中的物質可以是一種類型，或可以是不同類型的組合。第二容器272的上方開口，且有橫桿連接該第二容器開口的橫截面的兩點，該橫桿中部設有馬達274，其用於攪拌第二容器內的物質。在第二容器的下方是管278，用於在礦物質溶液、微生物和其他添加劑進入蝦池100之前將這些物質引至出口280。自動閥276位於管278的頂部，以控制供應到蝦池100的物質的量。第二容器272可獨立操作或與第一容器252組合操作。更具體地說，兩個容器並不總是同時間運作（通常不會同時運作），而是根據特性和時間搭配，它們將會組合起來來操作，例如兩者可以在同時間使用以補充微生物和飼食至蝦池中。

設置控制器290用於操作整個多功能設備200。控制器290透過諸如Wifi、3G、4G或LoRa之類的有線及/或無線通訊與其他組件連接和通訊。控制器290具有處理器，該處理器可操作以從感測器接收系統資料訊息，然後分析和確定蝦池100的適當參數，並將訊號傳輸到所述組件以使組件能夠根據定義的參數進行操作。具體而言，感測器210測量蝦池100中的水質指標，測量值將每15分鐘到180分鐘更新到控制器290。控制器290的處理器將對多功能設備200和整個系統進行分析、評估，然後做出適當的操作要求。例如，當溶解氧濃度值低於「允許值」時，將資料傳送至控制器290進行分析，然後控制器290開啟純氧供應設備300，透過氣體溶解單元230將氧輸送至水流產生器220的主體222內部的水柱，以溶解到蝦池中。當水中的溶解氧濃度升高到「允許值」以上時，感測器210將訊息傳送給控制器290進行分析，然後控制器290停止純氧供應設備300，該機制是為了將水中溶解氧的濃度控制在允許閾值，並節省能源。該機制同樣適用於控制蝦池100中其他物質的濃度。具有整合微處理器的控制器290可以獨立地操作整個系統，但本發明並不限於此。如上，控制箱內部是電路，透過Wifi、3G、4G和LoRa連接到網路，因此控制器290可以與外部伺服器完全連接和通訊，及/或使用者可以透過控制器290遠端間接控制操作系統。

此外，請參閱圖2，本發明的多功能設備200包括指示燈208。指示燈208可以與控制器290連接和通訊，以產生不同模式的警示訊號。例如，蝦池中氧濃度高時，指示燈208持續亮紅色，當第一個容器中的食物快用完時，指示燈208持續亮藍色…。＜純氧供應設備300＞

本發明的集約化養蝦系統包括用於提供純度大於90％的氧分子的設備。在本發明中使用的設備基於變壓吸附技術由越南RYNAN ^®Technologies公司製造，名稱為 RYNAN ^®OXYGEN GENERATOR M300。該設備機器的容量為40L/min，氧純度高於90%。來自設備的氧分子透過空氣通道系統310，以1L/min至30L/min的流速引至氣體溶解單元230。較佳地，水流速與氧分子流速的比值在1,500至2,000之間變化，以避免氧分子形成氣泡並蒸發到水的表面。更佳地，純氧供應設備300由控制器290控制以與其他設備協同工作，使得蝦池100中的溶解氧濃度始終高於飽和溶解氧濃度，這在目前養蝦業中很常見。並且更佳地，至少比飽和溶解氧濃度高1mg/L。

除了純氧供應設備300，還可以設置純二氧化碳供應設備400，使用相同的空氣通道系統310將氣體引入蝦池100中。所述設備在某些特定情況下工作，目的是為藻類提供二氧化碳，因為在光合作用過程中，藻類利用二氧化碳產生氧分子。＜漂浮在水上的多孔片網＞

本發明的集約化養蝦系統由漂浮在水面130上的多孔片500的網組成，具有減少氧分子從水中擴散到空氣中的功能。這些多孔片的密度小於1.0g/L。

較佳地，多孔片500由各種顏色的聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯材料製成，厚度從5mm到50mm。另外，多孔片500可以是1mm至5mm厚的聚酯棉織物。多孔片500也可以是具有通常用於建築防水的聚乙烯和聚丙烯塑料層的雙面聚酯網狀織物。

本發明中使用的多孔片500可以用掛繩固定。＜燈網600＞

本發明的集約養蝦系統還可以包含用於蝦池100的燈網600，目的是在燈亮時刺激蝦吃更多的產業食物。

在商業集約化養殖蝦池中養殖的白蝦是雜食性動物，可以連續進食。同時，蝦的飲食習慣也會隨著白天和黑夜的時間而改變。在白天，日出後約一個小時，蝦會聚集並成群移動，然後成群結隊，總是在池底和池壁周圍移動以尋找食物。在自然光下，根據蝦的年齡，蝦喜歡吃直徑在 0.5mm至5mm不等的顆粒形式的產業飼料。到了晚上，當太陽下山時，白蝦的進食行為就完全改變了。比起產業飼料，蝦更喜歡吃天然食物，如藻類和浮游動物。因此，可以使用燈網來改變白蝦的雜食行為。

許多研究報告說，藍色（450nm 波長）和綠色（510nm 波長）光有助於蝦快速生長並具有最高的存活率。因此，在本發明的集約化蝦池中的燈網具有380nm到580nm的波長，結合4種類型的LED，發出紫色（波長 380nm）和藍色（波長 450nm）、綠色（波長 510nm）和黃色（波長為 580nm）。在本發明中使用的每種燈中，都有許多LED，包含：5 個紫色LED、40個藍色LED、50個綠色 LED和5個黃色LED。

較佳地，燈網在日出前至少2小時逐漸開啟，並且在日落至少2小時後變暗和關閉。較佳地，燈網在日出和日落之前和之後至少4小時提供額外的人造光。＜發明實施例＞

實驗例1（1號蝦池）：在這個實驗示例中，建立了一個集約化養蝦系統，具有以下條件：＜蝦池＞

蝦池規模為100m ³鹹水，覆蓋有HDPE膜，具有半徑6m，深度1.2m圍繞壁面，虹吸系統所在的中心向下傾斜至1.5m。＜鹹水源＞

蝦池含有100m ³鹹水，鹹水的性質在整個養蝦期間保持不變，並總結在表1中：表1：實驗蝦池中鹹水的理想特性

描述	所需屬性
蝦養殖規模	100m ³
換水量（每天）	8m ³
鹽度	12g/L–22g/L
pH值	7.2 –8.5
鹼度	140mg/L–200mg/L
濁度	2 NTU–10 NTU
溶解氧（DO）	10,0mg/L–15,0mg/L
水溫	28–32 ^oC
微生物	10 ³CFU/mL–10 ⁵CFU/mL
微綠藻屬（ Nannochloropsissp.）、紅球藻屬（Haematococcus sp.）、杜氏藻屬（Dunaliella sp.）	10 ³CFU/mL–10 ⁵CFU/mL

具體來說，蝦池的鹹水中含有細菌和放線菌的混合物，它們可以處理有機物和殘留物，參與有毒氣體NH3 、NO2 、H2S的代謝。此外，它們還製造含蛋白質的絮狀顆粒，為蝦提供天然食物。這些細菌和放線菌（actinomycetes）由 Mylan Joint Stock Company, Tra Vinh 供應的 MICRAQUA 產品提供，其中包含枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilis sp.）、地衣芽孢桿菌（Bacillus licheniformis）、凝結芽孢桿菌（Bacillus coaglulans）、解澱粉芽孢桿菌（Bacillus amyloliquefaciens）、短小芽孢桿菌（Bacillus pumilus）、鏈黴菌（Streptomyces sp.）、紅假單胞菌（Rhodopseudomonas sp.）、硝化桿菌（Nitrobacter sp.）和亞硝化單胞菌屬（Nitrosomonas sp.）。MICRAQUA溶液的微生物密度約為10 ⁷CFU/mL–10 ⁹CFU/mL。

蝦池的水中含有藻類微擬球藻屬（Nannochloropsis sp.）、杜氏鹽藻（Dunaliella salina sp.）和雨生紅球藻（Haematococcus pluvialis），β-胡蘿蔔素和蝦青素含量高，總密度為10 ³CFU/mL–10 ⁵CFU/mL。這些藻類購自 Mylan Group （Tra Vinh）的液態生物質，產品中藻類的密度為10 ⁴CFU/mL-10 ⁶CFU/mL。＜純氧供應設備＞

本實驗使用的純氧供應設備是由RYNAN ^®Technologies Vietnam （Tra Vinh）提供的RYNAN ^®OXYGEN GENERATOR M300，氧的容量為40 L/min，純度超過90%。氧供應到氧擴散器以溶解在水中，其流速可以根據水中所需的溶解氧濃度自動設定。在本實驗例中，蝦池水中溶解氧濃度為 10.0mg/L–10.5mg/L。＜多功能設備＞

該集約化養蝦系統包括：具有水流產生器的多功能設備，可產生3,000L/min至6,000L/min的流速；餵食器單元，其可自動設定一次餵入100克至1000克的飼料，然後停止餵食5分鐘，再重新開始餵食，飼料混有80%的蝦餌：Gold 6804 （CP Vietnam Animal Feed Group, Ben Tre）、以及20%的蝦用機能食品Functional Gold 100（RYNAN ^®Smart Fertilizers, Tra Vinh）；感測器，其是由RYNAN ^®Technologies Vietnam（Tra Vinh）提供的RYNAN ^®MPROBES 100設備；以及氣體溶解單元，其能夠有效擴散氧，並與純氧供應設備連接。

在培育過程中，光照強度、溶解氧濃度、pH、鹽度和水溫參數始終透過感測器進行監測和測量，並且每15分鐘一次自動更新到網際網路並儲存在 RYNAN ^®Technologies Vietnam（Tra Vinh）的資料中心的伺服器上。

藉由分析和評估伺服器上所提到的資料，處理器為系統提供最佳的操作計劃。

溶解氧設定以濃度為10.0mg/L至10.5mg/L自動運行。純度90%以上的氧從純氧供應設備以2.0L/min～3.0L/min的流速供應到氣體溶解單元。供氧閥在蝦池溶解氧濃度低於10.0mg/L時自動開啟，而當溶解氧濃度高於10.5mg/L時自動關閉。水流產生器設定以自動產生3,000L/min至6,000L/min的水流速。較佳地，水流速與氧分子流速的比值在1,500至2,000之間變化，以避免氧分子形成氣泡並蒸發到水的表面。

每天太陽在6:00時左右升起，在18:00時左右落下。陽光的強度逐漸增加並在中午達到峰值，然後根據太陽週期而降低。2021年9月14日的最高光照強度在11:45時測得為35,710勒克斯（lux）。光強度隨雲層狀態變化和減弱（見圖 9）。同日，溶解氧濃度從8:45時開始逐漸升高，並在14:15時達到最高濃度13.89mg/L，然後在18：30時逐漸下降至10mg/L。水中溶解氧濃度的增加是由於蝦池中藻類的光合作用。純氧供應設備於從7:15時至18:45時停止向蝦池供應氧分子。可以看出，在有陽光的情況下，本發明的集約化養蝦系統無需供應氧分子並會節約能源（見圖10）。

在2021年9月11日和29日，由於下雨多雲，日照強度相對較弱，藻類光合作用不足以產生大量氧。因此，純氧供應設備必須全天順暢地向蝦池輸送氧。在其他正常的晴天，純氧供應設備每天至少有8小時不必將氧分子輸送到蝦池中（見圖 11A）。因此，與配備水扇和鼓風機的養蝦系統相比，用於向蝦池供應氧的能源至少減少了 33.0%。

在光合作用過程中，藻類利用碳酸產生氧分子，因此水的pH值逐漸升高。在本實驗的蝦池操作條件下，pH在所需範圍內變化，從7.0到8.4（見圖 12）。＜漂浮在水上的多孔片網＞

雙層聚乙烯發泡膜在水面上用作泡沫片材，以減少氧分子擴散到水面以上的空氣中。實驗蝦池中泡沫板的面積佔表面積的50%。

實驗例2（2號蝦池）：在本實驗示例中，集約化養蝦系統的條件與實驗示例 1（1 號蝦池）完全相同，但該系統還包括：燈網。

只有「2號蝦池」的集約化養蝦系統配備了由10個功率為400W的LED組成的燈網，其中包含180個波長為450nm的藍色LED（1W）和220個波長為510nm的綠色LED（1W）。來自本發明的燈網的光覆蓋20％至30％的區域，且燈安置在水流產生器的水流出口處（見圖8）。

在早上4:00時左右（日出前 2 小時），波長為380nm和450nm的LED將自動開啟，亮度逐漸增加。在早上430時，波長為510 n和580nm的LED以逐漸增加的強度開啟。在早上5:30時，波長為450nm的LED逐漸降低強度，並在早上6:00完全關閉。在早上6:30時，波長為380nm、510nm和580nm的LED逐漸降低強度，並在早上7:00完全關閉。

在17:00時左右，波長為510nm的LED自動開啟，亮度逐漸增加。在18:00時，波長為450nm的LED以逐漸增加的強度開啟。在早上下午 07:00時，波長為510nm的LED逐漸降低強度，並在早上下午 07:30完全關閉。在早上下午 07:30時，波長為450nm的LED逐漸降低強度，並在早上下午 08:00完全關閉。與上述程序相比，燈的開關時間可以更長或更短（見圖9）。

比較例1（3號蝦池）：在本比較例中，機械製氧系統由連接到位於蝦池底部的20個氧擴散器的鼓風機（容量為 2.2 kW）和 8 個漂浮在水面上的槳輪設備（2.5 kW）組成，以將含有約20.5%的氧混合至水中。該系統每天24小時不間斷運行。在70 天的成長期，溶解氧濃度始終低於 7 mg/L（見圖 11B）。

在採用由與蝦池底的擴散器結合的鼓風機和漂浮在水面上的槳輪設備組合的機械製氧系統的蝦池中，在養殖商用蝦過程中溶解氧濃度不能高於7mg/L（見圖 11B）。因此，現有系統難以實現對蝦密度的增加和高集約化。＜結果＞

在實驗例1、2和比較例1中，三個集約化商業蝦池放養了大約32,000隻30天齡、平均體重為1.82g的種蝦（CP Corporation），並在100天後收穫。養殖過程中對蝦體重的結果如圖 13 所示。表2總結了1號、2號和3號蝦池的蝦收穫重量、平均蝦體重、存活率、飼料轉化率和蝦青素含量。此外，參考圖14A、圖14B和圖14C，在實驗例中收穫後的蝦表現出更好的品質（由於富含β-胡蘿蔔素和蝦青素，所以顏色較深）。表2：在1、2和3號蝦池收穫蝦的結果

描述	1號蝦池	2號蝦池	3號蝦池
收穫（噸）	0,924	1.058	0.589
蝦平均重量（g/隻）	33.6	37.05	27.46
存活率（％）	85.9	89.3	66.9
飼料轉化率	1.35	1.27	1.60
蝦的蝦青素含量（µg/g）	23.17	57.03	18.62
用於產生氧氣的能量（kWh/噸）	2,754	2,405	8,043

透過上述結果，可以清楚地看到，與採用機械製氧系統的傳統集約化養殖方式相比，根據本發明的集約化養蝦系統有助於提高收穫的蝦的產量，減少整個養殖過程的能耗，從而提高養蝦的效率，降低生產成本。

以上描述的具體實施例和示例僅用於說明目的，本發明不限於此。所屬技術領域具有通常知識者可以做出不同的修改或添加或使用類似的替代方案，但它們仍然不會落入或超出本發明的範圍，本發明的範圍由以下請求項確定。

100:蝦池 110:壁面 120:虹吸系統 130:水面 200:多功能設備 202:支撐架 204:馬達 206:驅動軸 208:指示燈 210:感測器 220:水流產生器 222:主體 224:葉輪 230:氣體溶解單元 232:多孔陶瓷管 234:不銹鋼管 238:橡膠緊固件 240:不銹鋼棒 242:圓形扁平不銹鋼板 244:螺栓 246:鉚釘 250:餵食器單元 252:第一容器 254:蓋子 256:食物感測器 258:飼料配給馬達 260:飼料輸出端 270:物質供應單元 272:第二容器 274:馬達 276:自動閥 278:管 280:出口 290:控制器 300:純氧供應設備 310:空氣通道系統 400:純二氧化碳供應設備 500:多孔片 600:燈網

100:蝦池

110:壁面

120:虹吸系統

130:水面

200:多功能設備

300:純氧供應設備

310:空氣通道系統

400:純二氧化碳供應設備

500:多孔片

600:燈網

Claims

一種用於集約化養蝦的多功能設備(200)，包括：一支撐架(202)，用於支撐該多功能設備的部件；一水流產生器(220)，從蝦池底部到表面產生減小的體積流速的分層水流，包括：一葉輪(224)、透過驅動軸(206)驅動所述葉輪(224)的一馬達(204)、覆蓋所述葉輪(224)外部的一主體(222)，其構造成具有半圓形彎曲的平板，用於捕捉內部的水流，且所述主體(222)整體具有螺旋形管狀結構以利於產生和引導水流；一餵食器單元(250)，用於為蝦提供產業機能食品，包括：一第一容器(252)、所述第一容器(252)上方的一蓋子(254)、所述第一容器(252)內部的一食物感測器(256)，其能感測裡面的食物量、在所述第一容器(252)下方的一飼料輸出端(260)、以及放置在所述飼料輸出端(260)的頂部上的一飼料配給馬達(258)；一物質供應單元(270)，用於將礦物質、微生物和添加劑輸送到所述蝦池環境中，包括一第二容器(272)、位於所述第二容器(272)頂部上的一橫桿、位於所述橫桿中部的一攪拌馬達(274)、所述第二容器(272)下方的一管(278)，用於將物質溶液引至一出口(280)、以及位於所述管(278)的一自動閥(276)，用於控制供應物質的量；一氣體溶解單元(230)，用於將氧擴散到水中，包括至少一多孔陶瓷管(232)、一不銹鋼管(234)，所述不銹鋼管(234)包括放置在所述多孔陶瓷管(232)內部的孔和在所述不銹鋼管(234)與所述多孔陶瓷管(232)之間填充有沙子的間隙、圍繞所述多孔陶瓷管(232)設置的不銹鋼棒(240)，其中，所述多孔陶瓷管(232)、所述不銹鋼管(234)和所述不銹鋼棒(240)透過橡膠緊固件(238)以及圓形扁平不銹鋼板(242)、螺栓(244)和鉚釘(246)固定在一起；一感測器(210)，用於測量水質，包含溶解氧濃度、pH值、鹽度、水溫、濁度和陽光；一控制器(290)，用於操作所述多功能設備(200)，以經由Wifi、3G、4G或LoRa的無線及/或有線通訊與一組件連接和通訊，其中，所述控制器(290)可操作地從所述感測器接收系統資料訊息，然後確定和調整合適的參數，並將所述系統資料訊息傳遞給所述組件，以使所述組件按照定義的參數運行。
如請求項1所述之用於集約化養蝦的多功能設備，其中，所述多孔陶瓷管(232)具有小於1.0μm的孔隙，砂粒的直徑在0.5mm與2.0mm之間，而所述不銹鋼棒(240)在所述多孔陶瓷管(232)周圍以37度角度佈置。
如請求項1或2所述之用於集約化養蝦的多功能設備，其中，所述水流產生器(220)以50m³/h與1,000m³/h之間的體積流速運行。
如請求項1或2所述之用於集約化養蝦的多功能設備，其中，所述多功能設備還包括一指示燈(208)，與所述控制器(290)連接並通訊，以產生不同模式的警示訊號。
如請求項1所述之用於集約化養蝦的多功能設備，其中，所述控制器(290)透過一主機伺服器與一外部設備連接和通訊，以允許使用者遠端操作和控制。
一種集約化養蝦系統，包括：蝦池(100)，使用從河流或海洋中抽出的鹹水，然後與化學品、沉澱物和微生物進行處理；如請求項1至5中任一項所述之至少一個用於集約化養蝦的多功能設備(200)，用於產生水流、溶解氧分子、輸送和分配蝦飼料以及提供含有礦物質、微生物和添加劑的溶液；一純氧供應設備(300)，其能從空氣中產生氧，以為集約化養殖池的水提供純度高於90%的氧；以及一多孔片網，漂浮在水面上，以減少氧分子從水中擴散到空氣中。
如請求項6所述的集約化養蝦系統，其中，所述集約化養蝦系統還包括一燈網，用於提供人造光，以用產業和天然食物改變蝦的餵養週期。
如請求項6或7所述的集約化養蝦系統，其中，所述鹹水的鹽度在5g/L與30g/L之間，pH在6.0與9.0之間並且鹼度大於80mg/L。
如請求項6或7所述的集約化養蝦系統，其中，所述鹹水含有：礦物質，包含鈣(Ca)、鉀(K)、鎂(Mg)、磷(P)、鈷(Co)、銅(Cu)、鐵(Fe)、碘(I)、錳(Mn)、硒(Se)和鋅(Zn)的含陽離子化合物，且蝦池中的鹹水鹼度在80mg/L與250mg/L之間。
如請求項6或7所述的集約化養蝦系統，其中，所述鹹水含有一種或多種選自以下群組的藻類：綠藻：綠球藻屬(Chlorella sp.)、微綠藻屬(Nannochloropsis sp.)、月形藻屬(Scenedesmus sp.)、單針扭角藻(Monoraphidium contortum)、單胞綠藻屬(Chlamydomonas sp.)、纖維藻屬(Ankistrodesmus sp.)、紅球藻屬(Haematococcus sp.)、杜氏藻屬(Dunaliella sp.)、卵囊藻屬(Oocystis sp.)、團藻(Volvox sp.)、絲藻屬(và Ulothrix sp.)；矽藻：鏈藻屬(Thalassiosira sp.)、角毛藻屬(Chaetoceros sp.)、短縫藻屬(Eunotia sp.)、鞭藻屬(Isochrysis sp.)、骨條藻屬(Skeletonema sp.)、菱形藻屬(Nitzschia sp.)、舟形藻屬(và Navicula sp.)；螺旋藻(spirulina algae)：螺旋藻屬(Spirulina sp.)。
如請求項6或7所述的集約化養蝦系統，其中，所述鹹水還包含一組用於環境處理、有機分解、和有毒氣體處理的微生物；及/或一組支持消化、增加抵抗力和抵抗有害細菌的微生物。
如請求項6所述的集約化養蝦系統，其中，所述多孔片網由密度小於1g/L的多孔片組成並固定在一起。
如請求項12所述的集約化養蝦系統，其中，所述多孔片(500)由聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯材料製成，所述多孔片(500)的厚度介於5mm和50mm之間。
如請求項7所述的集約化養蝦系統，其中，所述燈網包括波長在380nm與580nm之間的燈，並結合發射紫色(波長380nm)、藍色(波長450nm)、綠色(波長510nm)和黃色(波長580nm)的LED。
如請求項14所述的集約化養蝦系統，其中，所述燈網在日出前至少2小時以逐漸增加的強度自動開啟，並在日落後至少2小時逐漸降低強度並完全開啟。
如請求項15所述的集約化養蝦系統，其中，所述燈網在日出和日落之前和之後至少4小時提供額外的人造光。
如請求項6或7所述的集約化養蝦系統，其中，所述集約化養蝦系統在溶解氧濃度下運行，所述溶解氧濃度總是高於飽和溶解氧濃度。