自带菌种和培养基的池塘养殖用生物膜净水机及净水方法与流程

本发明属于水产养殖技术领域，具体涉及一种自带菌种和培养基的池塘养殖用生物膜净水机及净水方法。

背景技术：

我国是世界上池塘养鱼面积最大、历史最悠久的国家，海、淡水池塘养殖面积达500多万公顷,有着几千年的养鱼史。但传统的养殖模式制约了产量，当时主养池塘亩产仅有300多斤。70年代初作为我国唯一的渔业机械研究机构上海渔机所经过深入渔区的调查研究,于1972年，成功研制了我国第一台7.5kw的叶轮式增氧机。叶轮式增氧机的研制成功和大面积的推广，大大提高了池塘养殖的产量，从几百斤提高到几千斤甚至更高。被渔民誉为“救鱼机”、“增产机”并成为高产池塘养殖中不可缺少和替代的养殖机械。叶轮增氧机的诞生,预示了中国已开始进入机械化养鱼的新时代，为我国水产养殖高产发挥着举足轻重的作用。由此可见渔业机械和装备在水产养殖中的地位和重要性。

随着增氧机的大面积推广使用，养殖池塘产量的大幅度提高，其相应的问题也接踵而来。养殖池塘载鱼量的大幅度增加导致了水质的恶化，鱼类生存环境的恶化致使鱼病大面积的爆发。而现阶段大部分池塘养殖模式还停留在：进水渠+养殖池塘+排水沟这一原始形式上。养殖池塘中水质的调控、疾病防控靠的是简单换水和化学药物。唯一对养殖水体进行人工控制的增氧机，也只是对水体进行简单的机械曝气和增氧，虽能使水中的溶解氧有所提高，但其在整个养殖过程中难以对养殖水体进行进一步有效改良。从而，池塘水质恶化严重影响了养殖的效果。大量新水的注入造成了水资源的浪费，而养殖废水直接排放造成了环境的污染。目前池塘每养殖1吨四大家鱼，需要排放氨氮2.63千克、化学耗氧量52.4千克，按照2007年全国四大家鱼产量1350.9万吨计算，全国四大家鱼养殖的氨氮年排放量可达3.6万吨，化学耗氧量达70.8万吨，全国池塘养殖每年的氨排放量达到10.4万吨，数据是惊人的。养殖过程中添加在饲料中或直接泼洒用于水质调节、疾病预防、疾病治疗等使用了大量化学药品，其中一些禁用渔药，有些养殖者还在使用。这些有毒物质残留在水体中，影响野生种类免疫力，还造成生物残留，通过食物链危害人类健康。我们应清醒地认识到改善水产养殖减轻对环境的污染、采用各种有效的措施来控制污染的发生及蔓延、开发渔业配套渔业机械已经迫在眉睫。对此2017年中央一号文件再次明确提出“加快发展畜牧水产规模化标准化健康养殖”。要求做到控制养殖对周边环境的污染、节能、减排，实现“环境友好、资源节约”的养殖目标。农业及养殖业对环境所造成的污染是一大片，涉及到千家万户，治理相对于工业是困难的。适合我国现有池塘养殖模式、广大渔民能够买得起、用的起的对环境保护有利的养殖机械及装备是目前急需解决的问题。

生物膜污水处理技术与活性污泥法并列的一类废水好氧生物处理技术，是一种固定膜法，主要用于去除废水中溶解性的和胶体状的有机污染物。生物膜法是利用附着生长于某些固体物（填料或称滤料）表面的微生物（即生物膜）进行有机污水处理的方法。生物膜是由高度密集的好氧菌、厌氧菌、兼性菌、真菌、原生动物以及藻类等组成的生态系统，其附着的固体介质称为滤料或载体。使用的生物载体是小块料（如碎石块、塑料填料）或塑料型块，堆放或叠放成滤床，故常称滤料。生物膜自滤料向外可分为厌氧层、好氧层、附着水层、运动水层。生物膜法的原理是，生物膜首先吸附附着水层有机物，由好氧层的好氧菌将其分解，再进入厌气层进行厌氧分解，流动水层则将老化的生物膜冲掉以生长新的生物膜，如此往复以达到净化污水的目的。

现阶段有益菌微生态制剂已广泛应用到水产养殖中，一定浓度的有益菌微生态制剂泼洒到池塘水体会起到一定作用。但持续时间有限，自身扩繁受到池塘水体有机物等因素的影响，净化水质的效果大打折扣。想要好的净水效果，需不断的向池塘中泼洒，耗时耗财，效果受外界影响很大。

技术实现要素：

本发明要解决的目的在于克服上述不足之处，提供一种自带菌种和培养基的池塘养殖用生物膜净水机及净水方法，以毛竹为载体，毛竹的主要成分为纤维素，在使用过程不断分解，为池塘水体提供了碳源，污水排放量小或暂时停止排放时生物膜生长也受不到限制，可以持续起到净化养殖池塘水的作用。

本发明的目的是以下述方式实现的：

一种自带菌种和培养基的池塘养殖用生物膜净水机，包括支撑架，支撑架的中部竖直杆上设置有电动机，电动机与减速机连接，减速机与传动轴的一端连接，传动轴的另一端通过轴承座固定在支撑架上，传动轴上固定设置转桶，转桶的侧面上开设有若干透水孔，转桶内放置若干多孔塑料球，多孔塑料球内装填有浸泡过有益菌和相应的培养基的载体；支撑架上设置有支撑杆，支撑杆与传动轴的延长线方向垂直，支撑杆的长度超出支撑架的外框架，支撑杆的端部设置有圆柱形浮体，其中多孔塑料球的直径大于透水孔的直径。

所述电动机正上方设置有防雨帽。

所述转桶的侧面上设置有拨水板。

所述支撑杆为可伸缩的支撑杆。

所述减速机为对称双输出轴减速机，每个输出轴均与一个传动轴的一端连接。

所述支撑架、转桶和支撑杆均由不锈钢制成。

所述载体为毛竹。

所述有益菌包括em菌、地衣杆菌、光合细菌、乳酸菌和酵母菌，em菌的培养基组分包括糖蜜80-98%、mgso4.7h2o0.5%、kh2po40.2%、feso4.7h2o0.3%和余量的水，地衣杆菌的培养基组分包括糖蜜60-70%、酵母抽提物20-28%、硫酸镁0.4%、硫酸锰0.2%、硫酸锌0.15%、硫酸亚铁0.4%、氯化钠0.6%及氯化钙0.25%和余量的水，光合细菌的培养基组分包括k2hpo40.5%、kh2po40.7%、(nh4)2so43.09%、mgso4.7h2o0.3%、乙酸钠0.01%、酵母浸出汁或酵母膏95%和余量的水，乳酸菌的培养基组分包括糖蜜80-96%、硝酸钠0.1%、磷酸氢二钾3%、七水合硫酸镁0.1%、七水合硫酸亚铁0.2%、氯化钾0.2%、琼脂3.4%和余量的水，酵母菌的培养基组分包括葡萄糖2.4%、玉米粉96%、硫酸镁0.2%、磷酸氢二钾0.4%、硫酸镁0.1%、硫酸亚铁0.2%、氯化钠0.6%及氯化钙0.1%和余量的水。

所述载体的浸菌比例为：4份em菌和相应培养基：1份地衣杆菌和相应培养基：3份光合细菌和相应培养基：1份乳酸菌和相应培养基：1份酵母菌和相应培养基。

如上述的自带菌种和培养基的池塘养殖用生物膜净水机的净水方法，所述生物膜净水机漂浮在池塘的水面上，通过调节支撑杆的长度，使得转桶的1/3-1/2浸没在水中，并在电动机的带动下缓慢转动；开始工作的15-26天内，毛竹上浸泡的有益菌起到净水的作用，后期有益菌成弱势时，毛竹表面有培养基养分，会附着大量的池塘土族微生物，形成生物膜，生物膜汲取水中有机物生长并逐渐增厚，在外部形成好氧层，好氧菌大量生长并越长越厚，其内部形成厌氧层，间性和厌氧菌大量生长，硝化、反硝化得以进行从而起到了脱氮、除磷、去除池塘水体有机物的作用。生物膜增厚的同时并开始老化，老化的生物膜在水流与转桶之间产生的剪切力的作用下而剥落，剥落的破碎生物膜进入水体为鱼类提供了天然饵料；浸泡过有益菌和培养基的载体一年半到两年更换一次。

相对于现有技术，本发明以廉价的毛竹为载体，并将多种有益菌和所需营养元素制成液状或膏状复合液体，将不同直径的毛竹截成适当的长度，浸泡在其中一定时间后捞出晾干后装在多孔朔料球中，多孔塑料球再装填在转桶中，整个装置漂浮在水面上，转桶不断转动，使得多孔塑料球中的毛竹均可以接触到水体，通过毛竹上的有益菌对水体进行净化。毛竹填料比化纤填料宜挂膜且主要成分纤维素，在使用过程不断分解，为池塘水体提供了碳源，并为环保型可再生资源。

本发明也可用于环保污水处理中，有些污水量不稳定，生产不稳定，生物膜生长收到影响，生产量大时污水排放量大，生物膜生长良好，但污水排放量小时生物膜生长受到限制，往往需另外投加营养物质，如糖类等等。本发明以毛竹载体主要成分为纤维素，在使用过程不断分解，为自身生物膜提供了养料，污水排放量小或暂时停止排放时生物膜生长也受不到限制，是理想的生物滤池滤料。

本发明应用于池塘养殖后，可利用毛竹巨大的表面积，吸附水体中的土著微生物和外源添加的微生物，在毛竹上构建生物膜系统，利用生物膜系统中的多种不同生理类群微生物的生长代谢，快速强力地分解水中多余的有机物、氮磷等营养元素，有效地降解残饵、代谢排泄物，减轻池底的黑臭现象，显著地增加池塘水质溶氧含量和氧化还原电位，去除氨氮、硫化氢和亚硝酸盐等有害物质，抑制有害藻类的繁殖，降低了池塘富营养化的程度，修复了池塘环境，改善养殖生物的生存条件，有效防止病害的发生。

本发明具有成本低、见效快、维持时间长、稳定性好、可操作性强、受外界干扰小等优点，可显著提高池塘养殖水质的净化效果。

附图说明

图1是本发明的俯视图。

图2是本发明中的转桶的结构示意图。

图3是多孔塑料球以及载体的结构示意图。

其中，1是支撑架；2是电动机；3是减速机；4是传动轴；5是轴承座；6是转桶；7是透水孔；8是载体；9是支撑杆；10是圆柱形浮体；11是防雨帽；12是拨水板；13是多孔塑料球。

具体实施方式

如附图1-2所示，一种自带菌种和培养基的池塘养殖用生物膜净水机，包括支撑架1，支撑架1的中部竖直杆上设置有电动机2，电动机2与减速机3连接，减速机3与传动轴4的一端连接，传动轴4的另一端通过轴承座5固定在支撑架1上，传动轴4上固定设置转桶6，转桶6的侧面上开设有若干透水孔7，转桶6内放置若干多孔塑料球13，多孔塑料球13内装填有浸泡过有益菌和相应的培养基的载体8；支撑架1上设置有支撑杆9，支撑杆9与传动轴4的延长线方向垂直，支撑杆9的长度超出支撑架1的外框架，支撑杆9的端部设置有圆柱形浮体10，其中多孔塑料球13的直径大于透水孔7的直径，以防多孔塑料球13从透水孔7中漏出来，圆柱形浮体10可以保证本发明漂浮在水面上。

电动机2正上方设置有防雨帽11，防止雨水或溅起的水花落到电动机2上，影响电动机2的工作。

转桶6的侧面上设置有拨水板12，转桶6转动时拨水板12拨动池水，使池水上下对流，更有利于净水机净化水体。

支撑杆9为可伸缩的支撑杆，通过调节支撑杆9的长度，可以改变生物膜净水机浸没在池水中的体积，支撑杆9越长，支撑的力臂越大，浮力越大，生物膜净水机浸没在水中的体积越小。

减速机3为对称双输出轴减速机，每个输出轴均与一个传动轴4的一端连接，传动轴4的另一端通过轴承座5固定在支撑架1上，传动轴4上固定设置转桶6，这样每个生物膜净水机就包括两个转桶6。

支撑架1、转桶6和支撑杆9均由不锈钢制成。

载体8为毛竹，将多种有益菌和相应的培养基制成液状或膏状复合液体，将不同直径的毛竹截成适当的长度浸泡在其中一定时间后捞出晾干，即可得到浸泡过有益菌和培养基的载体8。将晾干的浸泡过有益菌和培养基的载体8装填在多孔塑料球13中，且不同种有益菌装在不同的多孔塑料球13中，环境不同，生长条件不同，生长繁殖快慢也不同，有利与各种有益菌的生长扩繁，再将若干多孔塑料球13装填在可以转动的带有透水孔的转桶6内制成自带菌种和培养基的生物过滤器。

有益菌包括em菌、地衣杆菌、光合细菌、乳酸菌和酵母菌，em菌的培养基组分包括糖蜜80-98%、mgso4.7h2o0.5%、kh2po40.2%、feso4.7h2o0.3%和余量的水，地衣杆菌的培养基组分包括糖蜜60-70%、酵母抽提物20-28%、硫酸镁0.4%、硫酸锰0.2%、硫酸锌0.15%、硫酸亚铁0.4%、氯化钠0.6%及氯化钙0.25%和余量的水，光合细菌的培养基组分包括k2hpo40.5%、kh2po40.7%、(nh4)2so43.09%、mgso4.7h2o0.3%、乙酸钠0.01%、酵母浸出汁或酵母膏95%和余量的水，乳酸菌的培养基组分包括糖蜜80-96%、硝酸钠0.1%、磷酸氢二钾3%、七水合硫酸镁0.1%、七水合硫酸亚铁0.2%、氯化钾0.2%、琼脂3.4%和余量的水，酵母菌的培养基组分包括葡萄糖2.4%、玉米粉96%、硫酸镁0.2%、磷酸氢二钾0.4%、硫酸镁0.1%、硫酸亚铁0.2%、氯化钠0.6%及氯化钙0.1%和余量的水。

载体8的浸菌比例为：4份em菌和相应培养基：1份地衣杆菌和相应培养基：3份光合细菌和相应培养基：1份乳酸菌和相应培养基：1份酵母菌和相应培养基。

本发明提供的生物膜净水机漂浮在池塘的水面上，通过调节支撑杆9的长度，使得转桶6的1/3-1/2浸没在水中，并在电动机2的带动下缓慢转动；开始工作的15-26天内，毛竹上浸泡的有益菌起到净水的作用，后期有益菌成弱势时，毛竹表面有培养基养分，会附着大量的池塘土族微生物，形成生物膜，生物膜汲取水中有机物生长并逐渐增厚，在外部形成好氧层，好氧菌大量生长并越长越厚，其内部形成厌氧层，间性和厌氧菌大量生长，硝化、反硝化得以进行从而起到了脱氮、除磷、去除池塘水体有机物的作用。生物膜增厚的同时并开始老化，老化的生物膜在水流与转桶之间产生的剪切力的作用下而剥落，剥落的破碎生物膜进入水体为鱼类提供了天然饵料；浸泡过有益菌和培养基的载体8一年半到两年更换一次。

水产养殖过程中，养殖用水未经处理直接排放，不仅浪费资源，污染周边环境，同时也会将病毒、细菌等病原生物直接排放到周围环境中而增加养殖风险。循环水养殖系统具有节水、节地、节能、环保等优点。高效的水处理技术是其关键所在，循环水系统是利用生物滤池技术降解氨氮、亚硝酸盐氮等可溶性有害物质，是目前水产养殖废水处理中的研究热点，也是养殖污染净化技术的发展趋势。生物滤池降解效果主要取决于载体上微生物群落的附着情况及其生理生化活动。选择适宜微生物附着生长的载体材料及合适的挂膜方式是提高生物滤器净化功能的关键，也是优化处理效能的研究重点。

目前生物滤池是将过滤的水用水泵抽到滤池中，且滤池中装满载体。而常用的载体可分为天然载体（如珊瑚石、贝壳、沸石、活性炭等）及有机合成载体（如聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯等高分子材料）两类。这两类载体虽然在生产实践中取得了较好的处理效果，但大多存在使用时间有限、成本高昂、易产生二次污染等问题，限制了生物滤池净化技术的进一步应用。为此，研究人员逐渐开始开发和使用可生物降解的生物膜载体材料，特别是农副产品等天然高分子可降解材料，此类材料具有取材容易、价格低廉、附着面积大、生物亲和性好等优点，是新载体研发的重要方向。竹子作为一种产量巨大的可降解农业副产品，其中竹炭在水产养殖中已有较多的应用，具有改良底质、吸附重金属离子、减少病害、提高养殖效益等作用，但竹子直接作为生物滤池载体鲜有报道。本发明将竹子切成一定长度的小节用作池塘水体生物膜过滤系统的载体，并采用优势菌种浸泡挂膜法培养生物膜，并以此为基础构建生物膜处理系统，为池塘水体净化提出了较新颖的水体处理方法。

通过大量的试验选取了多种有益菌如：双岐杆菌，假单胞菌，乳酸菌，地衣芽孢杆菌，光合细菌，酵母菌，链球菌，em菌等等。em菌本身是一个大菌群，其中包括光合细菌，芽孢杆菌，乳酸菌等等，但培养条件不同优势种也不同。所以，我们又单一将光合细菌，乳酸菌拿出单一培养以利于更好的效果，最后选定现用菌种。

光合细菌：是一些能利用光能进行不产氧的光合作用的细菌。很多人看到光合，就会跟叶绿素的光合作用比较。光合细菌是不产氧的，光合细菌在自身繁殖过程中能利用小分子有机物做碳源、供氢体，利用水环境溶解氮（如铵、硝酸盐、亚硝酸盐等）做氮源合成有机氮化物，因此可消耗水中的小分子有机物、铵、硝酸盐、亚硝酸盐,起净化水质的作用。但是光合细菌不能利用水环境中的一些大分子有机物，水体中的大分子有机物（如蛋白质、脂肪、糖）必须先由其它微生物（如枯草杆菌、芽孢杆菌、乳酸菌、酵母菌、放线菌、硫化菌等）分解成小分子有机物（如氨基酸、低级脂肪酸、小分子糖等）后才能被光合细菌分解利用，因此在利用光合细菌净化水质时应配合使用其它有益菌。

芽孢杆菌：地衣芽孢杆菌属于革兰氏阳性菌，好氧，能产生孢子，是一类具有高活性的消化酶系、耐高温、抗应激性的异养菌。芽孢杆菌可以降低水体中硝酸盐、亚硝酸盐的含量，从而起到改善水质的作用。

酵母菌：在有氧和无氧的环境中都能生长，即酵母菌是兼性厌氧菌，在缺氧的情况下，酵母菌把糖分解成酒精和水。在有氧的情况下，它把糖分解成二氧化碳和水，在有氧存在时，酵母菌生长较快。

本发明中载体浸菌比例为：4份em菌和相应培养基：1份地衣杆菌和相应培养基：3份光合细菌和相应培养基：1份乳酸菌和相应培养基：1份酵母菌和相应培养基，各个菌种的相应培养基的组成如表1所示。

使用效果分析：

申请人在沿黄主养鲤鱼和草鱼高产池塘作了大量的对照试验，并取得了很好的效果。研究者认为海水、淡水中生物滤器功能达到稳定状态需要40-80d。本发明以毛竹为载体，采用优势菌种浸泡挂膜，仅需16d即可完成挂膜，缩短了挂膜时间。这一方面可能是因为竹子本身为生物有机体，具有较好的生物亲和性，容易被细菌附着生长，同时甘竹子纤维也具有较大的比表面积，能在较短时间附着生长大量的微生物；另一方面，在滤料中添加了碳源，为微生物提供了丰富的营养，促进了氮循环菌及其他异养菌的繁殖生长，从而明显减少微生物群落结构达到稳定状态的时间，增强了生物膜的去氮能力。此外，在挂膜启动时添加高浓度的有益菌，可大大增加水体中初始细菌数量，从而缩短生物膜到达稳定状态的时间。

选取池塘面积、水深、同规格大小、及放养规格和结构一致、养殖条件一致的试验塘和对照塘进行对比试验。其中，对照塘每十亩安装3kw叶轮式增氧机2台；试验塘每十亩安装3kw叶轮式增氧机2台，安装本发明净水机2台并在池塘对角安装（形成水流），每天开机18-24小时，进行对照试验，试验结果如表2所示。

自带培养基和有益菌种的竹段生物球挂膜完成后，氨氮与总氮均呈下降后稳定趋势，氨氮浓度由起始的11mg/l，经14d时间下降至0.02mg/l，并稳定在这一水平;总氮则在6d后稳定在4mg/l左右。亚硝酸盐氮呈先升高后下降的趋势，前3d快速积累至6mg/l，7d后下降至0.06mg/l，16天下降0.02mg/l。生物膜净水机转动时池塘水体可形成水流试验塘水温和溶氧五分层现象，对照塘有明显的温跃层。底层水温低且溶氧低不利于鱼类的生产。试验塘氨氮，亚硝酸盐均低有利于鱼类的生长。整个养殖季节减少换水2/3；减少用药1/3，从而达到了健康养殖目的。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围。