专利：一种层流式鱼菜共生循环水养殖系统.pdf

19 中华 人民共和国 国家知识产权局 12 实用新型专利 10 授权公告 号 45 授权公告日 21 申请 号 202121026177 0 22 申请日 2021 05 13 73 专利权人 中国水产科 学研究院渔业机 械 仪 器 研究所 地址 200092 上海市杨 浦区四平街道赤峰 路6 3号 72 发明人 顾川 川 74 专利代理 机构 上海伯瑞杰知识产权代理有 限公司 312 27 代理人 王一琦 51 Int Cl A01K 63 00 2017 01 A01K 63 04 2006 01 A01K 63 06 2006 01 A01G 31 02 2006 01 ESM 同样的发明创造已同日申请发明 专利 54 实用新型名称 一种层流式鱼菜 共生循环水养殖系统 57 摘要 本实用新型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 权利要求书2页 说明书5页 附图3页 CN 214801741 U 2021 11 23 CN 214801741 U 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 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水质探头和控制板面组成 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 权 利 要 求 书 1 2 页 2 CN 214801741 U 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 权 利 要 求 书 2 2 页 3 CN 214801741 U 一种层流式鱼菜共生循环水养殖系统 技术领域 0001 本实用新型涉及一种层流式鱼菜共生循环水养殖系统 属于鱼菜共生系统技术领 域 背景技术 0002 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 0003 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 0004 现有技 术存在以下技 术问题 0005 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 0006 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 0007 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 0008 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 0009 5 循环水养殖系统尾水排 放造成的环境污染问题 实用新型内容 0010 本实用新型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 说 明 书 1 5 页 4 CN 214801741 U 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 0011 本实用新型采取以下技 术方案 0012 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 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 0013 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 0014 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 0015 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 0016 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 0017 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 0018 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 0019 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 0020 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 同时用于空气流 通和二氧化 碳引流 0021 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 0022 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 说 明 书 2 5 页 5 CN 214801741 U 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 0023 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 0024 本实用新型的有益效果在于 0025 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 0026 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 0027 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 0028 4 优化营养物的回收和循环利用 实现零 排 放的循环系统 0029 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 0030 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 0031 图1是本实用新型 水培系统中水培架的立体图 0032 图2是本实用新型 水培系统中水培架的侧视图 0033 图3是本实用新型层流式鱼菜 共生循环水养殖系统的结构布置图 0034 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 1 水培箱 出水管 12 水培箱底板 3 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 0035 下面结合附图和具体实施例对本实用新型进一 步说明 0036 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 说 明 书 3 5 页 6 CN 214801741 U 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 0037 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25c m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 0038 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 0039 参见图1 水流方向沿纵向 0040 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 0041 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 0042 参见图3 该层流式鱼菜共生养殖系统的耦合部分 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 说 明 书 4 5 页 7 CN 214801741 U 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 0043 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 0044 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 0045 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 0046 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 0047 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 0048 以上是本实用新型的优选实施例 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 在不脱离本实用新型总的构思的前提下 这些变换或改进都应当属于本实 用新型要求保护的范围之内 说 明 书 5 5 页 8 CN 214801741 U 图1 说 明 书 附 图 1 3 页 9 CN 214801741 U 图2 说 明 书 附 图 2 3 页 10 CN 214801741 U 图3 说 明 书 附 图 3 3 页 11 CN 214801741 U