专利名称：一种结合水产养殖及无土农业种植的系统的制作方法
技术领域：
本发明属于水产业与农业技术领域，尤其是涉及一种结合水产养殖及无土农业种植的系统。
背景技术：
传统的水产业与农业分属于不同的领域。水产业的生产场地为水面，池塘、水库、湖泊、河流、海洋是其主要的生产场地；农业的生产场地为土地，水田、旱田、是其主要的生产场地。这两种产业有一个共同点，那就是都需要水，水是这两种产业的血液，支配者这两种产业的命脉。目前，虽然发展出了工厂化的水产业和农业，但是引进水处理高新技术，通过人工强化维持水质的方式，将两者结合成一个相互融合的系统的技术尚没有出现。现有技术的工厂化水产养殖或者工厂化的农业种植是一种单一化的工厂，他只能生产水产养殖产品或者农业种植产品。将水产养殖过程中产生的粪便类固体及溶解性氮、磷等物质，通过水循环被植物的根系截留、作为肥料吸收，使农作物得到收获，以此来进行循环种植和养殖，该技术的研发工作起步较早。例如，中国专利90100155号公开了鱼(虾)菜共生系统，通过水中养鱼、水面和空间立体无土栽培蔬菜，然而该专利的系统结构的实施细节比较粗略，尤其是“养殖水池中间有鱼粪收集井，收集井内的鱼粪及污水由污水泵抽吸向上浇入最上层的栽培槽”，导致养殖产生的废水和废渣不分离。存在着明显的水质控制技术上的缺陷，难以实用化。中国专利99110087号公开了水生植物及动物生态循环养殖系统，在水生植物槽中种植浮萍类植物，与水生动物槽中的水进行循环，然而该专利的系统结构的实施细节比较粗略，而且废水和废渣不分离，限于种植水生植物。也同样存在着明显的水质控制技术上的缺陷。中国专利200810204130号公开了养鱼水体的光催化-植物协同净水方法，设计了过滤槽排放养殖的固体杂质，利用含二氧化钛光催化材料处理，然后再用于培养植物，然而其效率不高，主要用于市政景观的低浓度水质处理，而非大规模的养殖/种植业，而且其中使用的含二氧化钛光催化材料对于大规模的养殖/种植业推广来说，也过于昂贵。中国专利200880123138号公开了蔬菜和鱼类共生设备，其中除了较常规的养殖和培养单元之外，还包括冷凝管的使用来收集植物蒸腾的水分，这实质上效率不高，甚至有舍本逐末的意味。中国专利200910037806号公开了可高效循环利用水产养殖的装置和实现方法，包括植物栽培浮床、微生物培养中间层以及底层共振板，然而该专利中的植物栽培量受限于植物栽培浮床所能漂浮的水体面积，其装置结构的养殖效率也不高。中国专利201010103123号公开了闭合循环养殖水体中有机颗粒和营养盐的去除方法，主要利用藻类或黑麦草等经济性不佳的非主流农业植物，而且相应结构也只适合养殖水日循环量在10倍左右的情况。
中国专利201010138335号公开了双层鱼菜共生型工厂化循环水养殖系统，其中所有养殖产生的水均通过生物滤器进入喜水植物水培养装置，然后进行水质调配，再回流养殖池，这种单靠植物净化水质的方法的效率不佳，不能适合于高密度和大规模生产。中国专利201120090260号公开了零排放鱼菜互生循环装置，采用了较为普通的装置结构，而且缺乏实施的细节。 尽管有如此之多的技术，但是这类设备始终未能在我国推广使用。究其原因，本发明人长期研究发现主要有两条，首先是缺乏实施细节，例如收集、排污等设备一笔带过，而现实中如果没有完善设计，或者排污不充分导致水质劣化，或者排出过多水量而需要补充，失去循环的本意；其次，无法有效平衡微生物和植物对水体的不同净化作用；再次，也是更重要的，生产效率不高，投入/产出比过高，失去了产业化推广的利润来源。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术的缺陷，充分强化水处理的重要功能，充分利用空间和资源，提供一种了可以将水产养殖与无土农业种植结合在一起的技术。本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:一种结合水产养殖及无土农业种植的系统，包括水产养殖单元、无土种植单元及水处理单元，上述各单元经水流管道连接，所述的水产养殖单元包括水产养殖水池以及与水池连接的增氧装置和水温控制器，水产养殖单元可以养殖所有现有养殖业可以养殖的水产品。
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所述的无土种植单元包括无土种植床室以及与床室连接的植物营养控制器及种植室二氧化碳浓度控制器，无土种植单元可以种植包括水稻在内的所有可以进行无土栽培的植物。所述的水处理单元包括依次连接的氮类处理装置、超滤膜过滤装置及消毒装置。所述的水产养殖单元、无土种植单元及水处理单元设置在平地上经水流管道中的流水连接形成循环。所述的水产养殖单元、无土种植单元及水处理单元呈纵向设置并形成高度差，可以在一座楼房里实施，经水流管道中的流水连接形成循环。所述的水产养殖水池中的水深与同类水产养殖池没有区别。所述的增氧装置控制水产养殖水池中溶解氧的浓度为8_12mg/L以上，所述的水温控制器可以根据所养殖的种类进行温度控制，适合于不同的水产养殖种类。所述的无土种植单元与同类的无土栽培种植阳光温室相比，其区别是增加了室内控制中二氧化碳浓度的调节。所述的氮类处理装置处理氨氮、亚硝酸氮及总氮的处理装置。所述的水处理单元采用固定化生物技术、膜处理技术和紫外激发空气生成臭氧，对水流流程流过的水体进行紫外照射与臭氧氧化消毒处理。通过控制水产养殖水池中的温度和溶解氧的浓度,使鱼、奸等水产品可以一年四季得到高产，同时无土种植床室内的植物也可以适宜的温水循环下常年种植和收获。根据所种植的植物种类不同，通过植物营养控制器和种植室内二氧化碳浓度控制器调节最佳的条件，使所种植的植物不仅高产而且应用达到最丰富。种植床室利用阳光和人工光来为植物的光合作用提供条件。水产养殖池流出水中所含有的粪便类颗粒物在植物种植床中被植物根系所过滤截留并作为肥料加以吸收利用。从无土种植床室流出的水中的溶解性有机物、无机性氨氮、亚硝酸氮以及总氮等对水生生物(鱼、虾等)产生危害的物质被后续的氨氮、亚硝酸氮、总氮处理装置和超滤膜过滤装置以及消毒装置除去，水流再循环到水产养殖池。水流管道上设置压力泵控制水流的流向和流速。与现有技术相比，本发明具有以下优点:(I)本发明节约水和能源消耗，基本不排放污水和消耗水，而且热能得到充分利用。因此，本发明适合于任何地方实施，不受地理位置和地理条件限制，在任何地方都可以建厂生产，为当地提供常年鲜活的水产品和蔬菜瓜果。(2)本发明的实施设施作为城市观光农业施舍，增进市民对生态农业的认识和亲近感。突破传统，创造出城镇化的水产及农业结合模式，使食材生产真正步入工厂化，不再依赖传统土地的生产模式。(3)本发明可以在不适合农业和水产业的地区实施，可以解决该地区的副食甚至粮食生产/供应问题。对于解决我国西部等气候差、土地少且贫瘠地区的粮食与人口问题有促进效果。如果应用于非洲等气候恶劣、粮食需求与人口问题突出的地区，则可以有更大效果。(4)本发明可以使水产品与新鲜蔬菜的生产地与消费地结合在一起，减少运输成本/减少碳排放，同时由于采用了工厂化生产模式，可以更好地保证食品安全和食品质量。在当今非粮食材(副食)比例逐渐占到全部食物一半以上，并且传统肉类(猪肉、鸡肉、牛肉、等)的产量难以再提高，而且食品安全风问题险频发的时代，采用新的技术发展水产品来改变传统肉类蛋白食材的结构，增加水产肉类蛋白食`材的产量和种类，不仅可以缓解甚至解决目前的问题，更是可以为保障食品安全提供技术保障。(5)本发明的种植采用无土种植，因此与当地的土地土质无关。在任何地方都可以通过人工来提高产量。总之，本发明的特点，是对养殖池的水温进行人为控制，保证水温适合于不同养殖种类的要求，并同时把还有养殖粪便的有机固体颗粒的水循环到无土种植床，利用植物根系的过滤截留作用将其去除，并使其成为植物的肥料:溶解性的有机物、氨氮、亚硝酸氮和总氮再经过水处理系统加以去除，最后再使水流循环回到养殖池。在此过程中始终对温水进行了控制，适宜的水温不仅满足了水产养殖的要求，也使无土种植可以常年进行，并且无土种植床设在密闭的阳光房内，它既可以有利人工调节其内部的二氧化碳浓度，又可以防止水分蒸发和温度散失，具有节水、节能，种植不受地理环境和季节影响的优势。
图1为本发明的结构示意图。图中，I为水产养殖单元、11为水产养殖水池、12为增氧装置、13为水温控制器、2为无土种植单元、21为无土种植床室、22为植物营养控制器、23为种植室二氧化碳浓度控制器、3为水处理单元、31为氮类处理装置、32为超滤膜过滤装置、33为消毒装置、4为流水管道。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。实施例一种结合水产养殖及无土农业种植的系统，其结构如图1所示，包括水产养殖单元1、无土种植单元2及水处理单元3，上述各单元经水流管道4连接。水产养殖单元I包括水产养殖水池11以及与水池连接的增氧装置12和水温控制器13，水产养殖单元I可以养殖所有现有养殖业可以养殖的水产品。无土种植单元2包括无土种植床室21以及与床室连接的植物营养控制器22及种植室二氧化碳浓度控制器23，无土种植单元2可以种植包括水稻在内的所有可以进行无土栽培的植物。水处理单元3是本发明的最重要单元，它包括依次连接的氮类处理装置31、超滤膜过滤装置32及消毒装置33，氮类处理装置31为处理氨氮、亚硝酸氮及总氮的处理装置。通过增氧装置12和水温控制器13可以把水产养殖水池11中的溶解氧浓度和温度分别控制在8-12mg/L以上和最适宜的范围内，这样鱼、虾等水产品可以一年四季得到高产，同时无土种植床室21内的植物也可以常年种植和收获。根据所种植的植物种类不同，通过植物营养控制器22和种植室内二氧化碳浓度控制器23调节最佳的条件，使所种植的植物不仅高产而且应用达到最丰富。种植床室利用阳光和人工光来为植物的光合作用提供条件。水产养殖池流出水中所含有的粪便类颗粒物在植物种植床中被植物根系所过滤截留并作为肥料加以吸收利用。从无土种植床室流出的水中的溶解性有机物、无机性氨氮、亚硝酸氮以及总氮等对水生生物(鱼、虾等)产生危害的物质被后续的氮类处理装置31和超滤膜过滤装置32以及消毒装置33除去，水流再循环到水产养殖水池11中。水流管道4上设置压力泵控制水流的流向和流速。本发明可以设置在平地上经水流管道中的流水连接形成循环或者是呈纵向设置并形成高度差，经水流管道中的流水连接形成循环。
在平地上的实施方法如果不受土地面积限制，本发明可以在平地上实施。根据可以使用的平地面积及形状，将本发明按三个功能单元分区布置，水产养殖单元1、无土种植单元2及水处理单元3可以灵活布置，以利于相互衔接。水产养殖单元1、无土种植单元2及水处理单元3的工作条件不同，水产养殖单元1、无土种植单元2属于生产车间，需要根据各自的要求和特点进行设计和管理，要满足食品生产的卫生条件和生物、植物的不同防疫要求。水处理单元3为生产保障车间，要保证可靠、稳定的运行。各个分区的物流及人流既有独立性又有有机衔接性。在楼房中的实施方法如果土地面积受限制，本发明可以在一座楼房建筑物内实施。根据可以使用的楼房的层数以及面积，将本发明按三个功能单元分楼层布置，水产养殖单元I可以布置在二楼以上，无土种植单元2最好布置在楼顶增加的阳光室内，水处理单元3可以布置在一楼。各个单元通过楼层相互联系和隔离，通过竖向电梯进行物流和人流交通。一楼还可以作为产品加工、包装，原料储存的场地。在上述实施过程中，水流处在一个密闭的环境里，基本无废水排放和消耗，水中的热量也得到充分的利用。水处理单元3起到了维持水质稳定的关键作用。
权利要求
1.一种结合水产养殖及无土农业种植的系统，其特征在于，该装置包括水产养殖单元、无土种植单元及水处理单元，上述各单元经水流管道连接， 所述的水产养殖单元包括水产养殖水池以及与水池连接的增氧装置和水温控制器； 所述的无土种植单元包括无土种植床室以及与床室连接的植物营养控制器及种植室二氧化碳浓度控制器， 所述的水处理单元包括依次连接的氮类处理装置、超滤膜过滤装置及消毒装置。
2.根据权利要求I所述的一种结合水产养殖及无土农业种植的系统，其特征在于，所述的水产养殖单元、无土种植单元及水处理单元设置在平地上经水流管道中的流水连接形成循环。
3.根据权利要求I所述的一种结合水产养殖及无土农业种植的系统，其特征在于，所述的水产养殖单元、无土种植单元及水处理单元呈纵向设置并形成高度差，经水流管道中的流水连接形成循环。
4.根据权利要求I所述的一种结合水产养殖及无土农业种植的系统，其特征在于，所述的增氧装置控制水产养殖水池中溶解氧的浓度为8-12mg/L，所述的水温控制器可以根据所养殖的种类进行温度控制，适合于不同的水产养殖种类。
5.根据权利要求I所述的一种结合水产养殖及无土农业种植的系统，其特征在于，所述的氮类处理装置处理氨氮、亚硝酸氮及总氮的处理装置。
6.根据权利要求I所述的一种结合水产养殖及无土农业种植的系统，其特征在于，所述的水处理单元采用固定化生物技术、膜处理技术和紫外激发空气生成臭氧，对水流流程流过的水体进行紫外照射与臭氧结合的消毒处理。
7.根据权利要求I所述的一种结合水产养殖及无土农业种植的系统，其特征在于，水流管道上设置压力泵控制水流的流向和流速。
全文摘要
本发明涉及一种结合水产养殖及无土农业种植的系统，包括水产养殖单元、无土种植单元及水处理单元，上述各单元经水流管道连接，水产养殖单元包括水产养殖水池以及与水池连接的增氧装置和水温控制器；无土种植单元包括无土种植床室以及与床室连接的植物营养控制器及种植室二氧化碳浓度控制器，水处理单元包括依次连接的氮类处理装置、超滤膜过滤装置及消毒装置。与现有技术相比，本发明克服了现有技术在水质处理技术上和没有种植室控制二氧化碳浓度方面的缺陷，使养殖和种植的密度大幅度提高，空间、能量等资源得到最大化利用。本发明的实施不受地理位置、气候、土地贫瘠与否的限制，可以在任何地方实施。
文档编号A01K63/00GK103250668SQ201310202390
公开日2013年8月21日 申请日期2013年5月27日 优先权日2013年5月27日
发明者张振家 申请人:上海交通大学