一种工厂化高密度水产养殖系统的制作方法

本发明涉及工业化水产养殖技术领域，尤其是指一种工厂化高密度水产养殖系统。

背景技术：

现今世界海洋资源日益枯竭，水环境污染越来越严重以及运行成本不断上升，可发展用地越来越小。在内陆地区养殖海产，地理位置可贴近市场以减低运输成本，也不会引致环境污染及传播疾病，所以工厂化养殖是水产养殖行业唯一的出路。

但是，全球海水养殖业已经进入工业化发展的时期，发展工业化养殖的必要性已经摆在面前。近三十年来，欧美国家开始研究陆地高密度养殖系统，其主要设施是使用养殖缸养殖水产，并将缸中水体串连成一个水处理系统，主要设备包括：采用叶轮水泵将水体循环，经沉淀缸及微孔网式过滤器去除水中悬浮物（主要是鱼粪及剩余鱼粮）；经生物过滤器去除有机炭及氨氮；水体凈化后采用液化氧将水中溶解氧到近饱和或者超饱和（注：采用一般的空气曝气方法不能满足高密庹养殖增氧要求），增氧后的凈化水最后回流至养殖缸；也有加设蛋白质分离器以增强处理效果及消毒功效。上述方法有很多不足之处：（1）须采用液态氧增加水中含氧量，运作较为复杂、运行成本较高;（2）在生物过滤将污染物生物氧化为二氧化碳和硝酸盐的过程中需要耗用碱，因此须要投药（碱）以调整水体ph值，该操作增加运作成本;（3）水产新陈代谢过程中产生大量二氧化碳,须加设除气系统，增加了投资成本及能源的消耗；（4）生物过滤产生硝酸盐，如果浓度过高会损害水产健康，因此需每天换水约10~15％以维持硝酸盐的浓度，但处理富营养殖水成本高,如不处理排放会污染环境；（5）系统布置及设备功能不完善，令耗能增加及运作复杂。

近年在外国也有先进的养殖场设置了试验性质的反硝化系统以解决上述第2及4点之不足。反硝化是一个生化程序：反硝化微生物吸取水中有机物（炭源）生陈代谢，过程将水中硝酸盐转化还原为氮气，并释放碱以平衡水体的ph值，大幅减少投碱费用；系统采用甲烷等有机物作为炭源，其缺点是控制程序复杂、容易引起二次污染，投资及运作成本高，属试验性质，并没有广泛使用。

然而我国目前水产养殖的生产模式较30年前已有很大进步，但总体而言，科技含量较低、规模化和集约化程度不高，尚处于劳动力密集型或准工厂化的养殖水平。设施渔业的水处理技术水平低，设备简陋，大多数只停留在简单沉淀-过滤-气浮-消毒阶段，没有高效生化处理措施，另外该养殖系统每天需要更换大量的水体，不能实现90%的循环水养殖，而且其更加缺乏对养殖原水中农药、除草剂等小分子有毒化合物解毒处理措施，导致排出的养殖污水严重影响了生态环境，这是限制我国海水水产养殖业可持续发展的重要因素。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的问题提供本发明针对现有技术的问题提供一种节能、节水、运作成本低以及零污染的工厂化高密度水产养殖系统。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明提供的一种工厂化高密度水产养殖系统，包括主养殖水净化系统、反硝化系统和若干个管道，所述主养殖水净化系统包括至少一个养殖缸系统、生物过滤器、缓冲缸、消毒及蛋白分离系统和净水缸；所述反硝化系统包括反冲缸、水解缸和反硝化过滤器；所述养殖缸系统输出的待处理水通过管道依次通过生物过滤器、缓冲缸、消毒及蛋白分离系统和净水缸后，又回流到养殖缸系统；所述生物过滤器输出的水体通过管道依次通过反冲缸、水解缸和反硝化过滤器后，又回流到缓冲缸；所述养殖缸安装的高度比所述生物过滤器、缓冲缸、消毒及蛋白分离系统及净水缸安装的高度要高，以减少养殖缸系统与各个设备内的水位差。

其中的，所述养殖缸系统包括养殖缸、曝气水循环装置和污水收集缸，所述养殖缸内设有若干个分层架，所述分层架自下而上设有若干个分层板，所述分层板设有若干个层板孔；所述养殖缸的底部设有排污槽体，所述排污槽体设有排污管，所述曝气水循环装置包括设于养殖缸内的曝气循环回水管、与曝气循环回水管连接的曝气循环水箱、用于水体消毒的紫外线消毒器、与曝气循环水箱连接的第一气液混合器、与第一气液混合器连接的循环水泵和设于养殖缸缸壁的曝气循环进水管；所述污水收集装置包括设于养殖缸内的泡沫撇除器和与泡沫撇除器连接的污水收集缸，所述污水收集缸与排污管连接。

作为优选的，所述曝气循环回水管设有进水段和出水段，所述曝气循环回水管的进水段设有若干个用于水体进入循环的回水孔，所述曝气循环回水管的出水段与紫外线消毒器连接。

其中的，所述生物过滤器内设有三个第一分隔孔板，所述第一分隔孔板将所述生物过滤器的内部自下而上分为第一漩涡沉淀区、第一中部过滤区和第一高部过滤区；所述生物过滤器的底部设有第一出水管，所述第一漩涡沉淀区设有第一进水管，所述生物过滤器的顶部设有第二进水管和第二出水管，所述第一进水管和第二进水管均与污水收集缸连接，所述第一出水管与反冲缸连接，所述第二出水管与缓冲缸连接。

作为优选的，所述第一中部过滤区和所述第一高部过滤区均设有用于过滤的软性粒状填料和用于搅拌水体的第一叶轮片。

作为优选的，所述第一高部过滤区设有用于补充氧气的曝气管。

其中的，所述消毒及蛋白分离系统包括蛋白分离器和气泡发生器；所述蛋白分离器设有气液进水口、净化水出口、泡沫排放口和隔水层，该隔水层与泡沫排放口之间形成水泡分离空间，所述净化水出口连接于水泡分离空间；所述气泡发生器包括臭氧制造装置、第二气液混合装置和注水泵，所述第二气液混合装置分别与臭氧制造装置和水泵连接，所述水泵与气液进水口连接，所述净化水出口与净水缸连接。

其中的，所述反冲缸内设有用于分流反冲缸上层水体的分流撇水器，所述分流撇水器的管道与反硝化过滤器连接。

其中的，所述反硝化过滤器内设有三个第二分隔孔板，所述第二分隔孔板将所述生物过滤器的内部自下而上分为第二漩涡沉淀区、第二中部过滤区和第二高部过滤区。

作为优选的，所述第二中部过滤区和第二高部过滤区均设于软性粒状填料和用于搅拌水体的第二叶轮片。

本发明的有益效果：

本发明提供的一种工厂化高密度水产养殖系统，通过主养殖水净化系统，进行物理过滤和生物过滤，来消除或减少废水中的氨氮和亚硝酸盐等有害物质；通过反硝化系统调整养殖水的orp、温度、ph值、溶解氧等各项指标，并将水体中的高浓度硝酸盐生物转化为氮气排走，使原先废弃排放的水95%以上水的循环再利用，从而节约用水，减少排放污染和节省能耗，降低养殖成本。

附图说明

图1为本发明的主养殖水净化系统结构示意图。

图2为养殖缸系统的结构示意图。

图3为生物过滤器的结构示意图。

图4为消毒及蛋白分离系统的结构示意图。

图5为本发明的反硝化系统的结构示意图。

附图标记说明

1-养殖缸系统；110-养殖缸；111-排污槽体；112-排污管；113-分层架；114-分层板；115-层板孔；151-曝气循环水箱；154-紫外线消毒器；155-第一气液混合器；156-循环水泵；120-曝气循环进水管；130-曝气循环回水管；131-进水段；132-回水孔；133-出水段；160-污水收集缸；140-泡沫撇除器；141-泡沫分流孔；2-生物过滤器；21-第一分隔孔板；211-第一漩涡沉淀区；213-第一中部过滤区；215-第一高部过滤区；214-软性粒状填料；22-第一进水管；23-第二进水管；24-第一出水管；25-第二出水管；26-第一叶轮片；27-环形挡水板；28-曝气管；3-缓冲缸；4-消毒及蛋白分离系统；41-蛋白分离器；411-气液进水口；412-净化水出口；413-泡沫排放口；42-气泡发生器；421-臭氧制造装置；422-第二气液混合装置；423-注水泵；43-隔水层；431-水泡分离空间；5-净水缸；6-反硝化系统；61-反冲缸；611-分流撇水器；612-进水管；613-出水口；614-排渣管；62-水解缸；63-反硝化过滤器；631-第二中部过滤区；632-第二高部过滤区；633-第二分隔孔板；634-第二叶轮片。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。以下结合附图对本发明进行详细的描述。

如图1、图5所示，本发明提供的一种工厂化高密度水产养殖系统，包括主养殖水净化系统、反硝化系统6和若干个管道，所述主养殖水净化系统包括至少一个养殖缸系统1、生物过滤器2、缓冲缸3、消毒及蛋白分离系统4和净水缸5；所述反硝化系统6包括反冲缸61、水解缸62和反硝化过滤器63；所述养殖缸系统1输出的待处理水通过管道依次通过生物过滤器2、缓冲缸3、消毒及蛋白分离系统4和净水缸5后，又回流到养殖缸110；所述生物过滤器2输出的水体通过管道依次通过反冲缸61、水解缸62和反硝化过滤器63后，又回流到缓冲缸3；所述养殖缸系统1安装的高度比所述生物过滤器2、缓冲缸3、消毒及蛋白分离系统4及净水缸5安装的高度要高，以减少养殖缸系统1与各个设备内的水位差，具体的水位高度从高到低依次是消毒及蛋白分离系统、净水缸、养殖缸系统、生物过滤器和缓冲缸，由此使水体达到最佳的流动力，从而减少其它辅助水体的设备投入，达到节省耗能、减少成本的目的。

在实际应用时，养殖缸系统1输出的待处理水通过管道流入生物过滤器2进行对水体中的鱼粪、剩余鱼料等污染物的沉淀收集、机械截留和生物过滤净化；净化后的水体通过管道流入缓冲缸3进行水体压力缓冲，缓冲后的水体进入消毒及蛋白分离系统4进行对水体消毒和对水体中残余的蛋白和颗粒进一步净化；接着水体流入净水缸5进行缓冲储水，让经过消毒和净化的水体内的臭氧逐渐散去，最后水体通过管道回流至养殖缸系统1。同时，由于生物过滤器2所产生的污水含有大量的硝酸盐物质，如不对其进行处理就直接排放到土壤或者河流中，会对周围环境的生物产生毒害，而且传统的处理方式是需要更换部分养殖水以减轻水体中硝酸盐的浓度，该方法浪费了宝贵的水资源。因此，本发明还设有反硝化系统6对硝酸盐浓度大的污水进行处理后循环再用。生物过滤器2输出的污水通过管道流入反硝化系统6，该反硝化系统6利用污水中的鱼粪作为碳源，将水体中的硝酸盐生物转化为氮气排走，净化后的水体流入缓冲缸3接着前面所述的水体处理，从而避免了污水对环境的污染和达到了节省水资源的目的。

如图2所示，本实施例中，所述养殖缸系统1包括养殖缸110、曝气水循环装置和污水收集缸160。所述养殖缸110内设有若干个分层架113，所述分层架113自下而上设有若干个分层板114，所述各个分层板114之间形成一个用于养殖鱼栖息的空间，从而有效地分隔出更多的栖息空间，使其适用于各种各类的养殖鱼的栖息习惯，避免养殖鱼挤兑在养殖缸110的某个位置栖息，提高了养殖缸110的养殖密度。例如石斑鱼，其生活习惯是静态藏于石缝里栖息，增设分层架113后，石斑鱼可以藏于分层板114之间所形成的空间内栖息。所述分层板114设有若干个层板孔115，其作用是使鱼粪可以通过层板孔115掉落到养殖缸底部，避免鱼粪堆积在该栖息空间，既影响养殖鱼的栖息，又难以清洗。所述养殖缸110的底部设有排污槽体111，所述排污槽体111设有排污管112，所述曝气水循环装置包括设于养殖缸110内的曝气循环回水管130、与曝气循环回水管130连接的曝气循环水箱151、用于水体消毒的紫外线消毒器154、与曝气循环水箱151连接的第一气液混合器155、与第一气液混合器155连接的循环水泵156和设于养殖缸110缸壁的曝气循环进水管120，所述曝气循环进水管120设于养殖缸110的低位。所述污水收集装置包括设于养殖缸110内的泡沫撇除器140和与泡沫撇除器140连接的污水收集缸160，所述污水收集缸160与排污管112连接。其中，所述曝气循环回水管130设有进水段131和出水段133，所述曝气循环回水管130的进水段131设有若干个用于水体进入循环的回水孔132，所述曝气循环回水管130的出水段133与紫外线消毒器154连接。所述泡沫撇除器140设有若干个泡沫分流孔141。养殖缸110通过管道与曝气水循环装置和污水收集缸160连接，形成一个独立的、大流量的具有加氧功能的水循环系统。

具体的，养殖缸系统1的工作过程为：养殖缸110的水体通过曝气循环回水管130进水段131的回水孔132流入再通过曝气循环回水管130的出水段133流向紫外线消毒器154进行对水体消毒杀菌，经过消毒后的水体流入曝气循环水箱151进行储存；接着曝气循环水箱151内的水体依次通过第一气液混合器155、循环水泵156和曝气循环进水管120流入养殖缸110内，此时第一气液混合器155对水体进行通入空气，循环水泵156内的叶轮片对混有气体的水体进行搅拌，使水体产生大量的微小气泡从养殖缸110低位的曝气循环进水管120进入养殖缸110；该气泡有效地增加水体中的溶氧量，满足高密度水产养殖所需的氧气，同时，该气泡在养殖缸110底部上升的过程中，能够吸附着水体中悬浮的蛋白质、食物残留和粪便等有机物；当气泡上升到水面时，气泡会通过泡沫分流孔141流入泡沫撇除器140，通过泡沫撇除器140流入污水收集缸160；另外沉淀于排污槽体111的污染物会通过排污管112流入污水收集缸160。污水收集缸160的污水在自身重力的作用下通过管道流入生物过滤器2进行过滤净化。

如图3所示，本实施例中，所述生物过滤器2内设有三个第一分隔孔板21，所述第一分隔孔板21将所述生物过滤器2的内部自下而上分为第一漩涡沉淀区211、第一中部过滤区213和第一高部过滤区215；所述生物过滤器2的底部设有第一出水管24，所述第一漩涡沉淀区211设有第一进水管22，所述生物过滤器2的顶部设有第二进水管23和第二出水管25，所述第一进水管22和第二进水管23均与污水收集缸160连接，所述第一出水管24与反冲缸61连接，所述第二出水管25与缓冲缸3连接。所述第一进水管22、第二进水管23、第一出水管24和第二出水管25均连接有控制水体流向的控制阀。其中，所述第一中部过滤区213和所述第一高部过滤区215均设有用于过滤的软性粒状填料214和用于搅拌水体的叶轮片。所述软性粒状填料214为软性纤维填料，其是以醛化纤纶为基本材料的一种软性提料。所述软性粒状填料214的表面粘附有已经培养和驯化好的好氧微生物，例如兼性菌、异养菌、和氨氮化细菌等。所述第一高部过滤区215设有用于补充氧气的曝气管28。具体的，该生物过滤器2为圆筒形，第一进水管22设于筒壁的切线方向上，第一进水管22的管口处设有一环形挡水板27。在进行水体过滤净化时，将分别与第二进水管23和第一出水管24连接的控制关闭，让污水收集缸160的污水从第一进水管22流入生物过滤器2的第一漩涡沉淀区211，污水在自身重力下沿筒壁的切线方向喷出，在环形挡水板27的作用下污水沿筒壁环绕而下，由于筒壁的水流压力比筒中间的水体压力大，从而推动了中间的水体往上流动；进入第一漩涡沉淀区211的污水含有密度较大的鱼粪渣和粮食渣颗粒，该颗粒在离心力和自身重力的作用下沿着筒壁沉淀与生物过滤的底部；污水向上流动经过第一中部过滤区213，此时污水中密度较小的颗粒会被本区域的软形粒状填料吸附进行机械截留，对水体中的颗粒进一步地过滤；污水继续向上流动经过第一高部过滤区215，此时污水中含有的有机污染物和氨氮生物会被粘附于软性粒状填料214表面的好氧微生物氧化为二氧化碳及硝酸盐，使水体得到净化；最后净化后的水体通过第二出水管25流向缓冲缸3。

另外，该生物过滤器2还具有冲洗功能，因为当软性粒状填料214使用久了的时候会产生失效和表面会产生老化的生物膜，严重影响工作效率，所以当生物过滤进行自我冲洗时，将分别与第一进水管22、第一出水管24和第二出水管25连接的控制阀关闭，让水体从第二进水管23进入生物过滤器2，启动第一叶轮片215转动对水体进行搅拌，此时水体产生漩涡流，其原理跟洗衣机一样，让悬浮在水体中的软性粒状填料214随水流翻滚，从而使粘附在软性颗粒状填料上的颗粒和老化生物膜脱落，同时第一叶轮片215的转动也会对较大的颗粒切割成小颗粒，最后污染物沉淀到生物过滤器2的底部经第一出水管24排出，通过水泵将其泵入反冲缸61进行反硝化处理。

如图4所示，本实施例中，所述消毒及蛋白分离系统4包括蛋白分离器41和气泡发生器42；所述蛋白分离器41设有气液进水口411、净化水出口412、泡沫排放口413和隔水层43，该隔水层43与泡沫排放口413之间形成水泡分离空间431，所述净化水出口412连接于水泡分离空间431；所述气泡发生器42包括臭氧制造装置421、第二气液混合装置422和注水泵423，所述第二气液混合装置422分别与臭氧制造装置421和注水泵423连接，所述注水泵423与气液进水口411连接，所述净化水出口412与净水缸5连接。具体的，缓冲缸3流出的水体依次通过第二气液混合装置422和注水泵423，再通过气液进水口411进入蛋白分离器41。此处注水泵423的作用有一下两点：第一，将缓冲缸3的水体泵入蛋白分离器41并使其水位高于其它设备，使水体在自身重力下按照前述个设备水位的高低，依次流向净水缸5、养殖缸系统1、生物过滤器2和缓冲缸3，从而减少水泵的使用，达到节省能源的目的；第二，注水泵423的叶轮片能够将气泡切割成更多微小气泡，以增强蛋白分离器41的净化效果。

在工作时，从缓冲缸3流出的水体经过第二气液混合装置422时，臭氧制造装置421向第二气液混合装置422通入带臭氧的空气，使待处理水体与臭氧充分混合并产生气泡；带有泡沫的水体通过注水泵423从气液进水口411注入蛋白分离器41的底部，此时的泡沫由于经过注水泵423的叶轮片切割，形成了许多微小的气泡；小气泡从蛋白分离器41的底部逐渐往水泡分离空间431上升，在上升过程中，微小的气泡吸附着水体中微溶解物和悬浮颗粒，同时各个微小气泡在相互碰撞中形成更大气泡，增强泡沫的浮力；接着带有污染物的大气泡在气泡分离空间堆积，并从泡沫排放口413溢流排出收集，从而使水体得到净化；泡沫排出后的净化水体被隔水层43与正在净化的水体隔开于蛋白分离器41的上部，最后通过净化水出口412排出，流入净水缸5。

如图5所示，本实施例中，所述反冲缸61内设有用于分流反冲缸61上层水体的分流撇水器611，所述分流撇水器611的管道与反硝化过滤器63连接。其中，所述反冲缸61的底部设有进水管612，所述反冲缸61在分流撇水器611的管道的下方还设有出水口613，所述出水口613与水解缸62连接；所述反冲缸61底部设有漏斗形排污槽，排污槽连接有用于排出残余渣料的排渣管614。所述生物过滤器2底部的第二出水管25所排出的污水通过水泵注入反冲缸61的进水管612流入反冲缸61，水流中较大的鱼粪和饲料残渣很快沉淀下落到排污槽，在反冲缸61的低位含有有机污染物较多、溶氧量较低的水体经出水口613流出并通过有计量功能的计量水泵注入水解缸62进行水解，使有机物进一步分解为简单分子；在反冲缸61高位含有机污染物较小、溶氧量较高的水体通过分流撇水器611的管道流出并通过水泵与经过水解缸62水解后的水体混合后流入反硝化过滤器63。

如图5所示，本实施例中，所述反硝化过滤器63内设有三个第二分隔孔板，所述第二分隔孔板将所述生物过滤器2的内部自下而上分为第二漩涡沉淀区、第二中部过滤区631和第二高部过滤区632。其中，所述第二中部过滤区631和第二高部过滤区632均设于软性粒状填料214。具体的，从反冲缸61和水解缸62流出的水体经过混合从反硝化过滤器63的低位流入，水体从低位往上流动，经过第二中部过滤区631和第二高部过滤区632的软性粒状填料214，粘附于软性粒状填料214表面的兼氧和厌氧微生物以鱼粪作为碳源将水体中的硝酸盐还原成氮气；反硝化过滤器63的顶部设有排气阀，将排气阀打开，氮气可以通过反硝化过滤器63的顶部排出；脱氮后的水体经出水口613通过管道缓冲缸3进行下一步的消毒处理。其中，所述反硝化系统6还设有用于搅拌水体的第二叶轮片634，其原理与前述的生物过滤器2一样，在这里不再赘述。

以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明以较佳实施例公开如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当利用上述揭示的技术内容作出些许变更或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明技术是指对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。