一種魚菜共生系統及其使用控制方法

2023-06-01 01:32:41 1

一種魚菜共生系統及其使用控制方法
【專利摘要】本發明公開了一種魚菜共生系統，包括循環水養殖系統、生物過濾器、水耕培栽系統、水泵、氣泵、傳輸管道、電動控制箱，循環水養殖系統包括魚池裝置及渦流分離器；生物過濾器包括無氧礦化池、有氧礦化池及移動生物膜反應器；水耕培栽系統包括第二低位池、乾濕介質床、第一低位池及若干深水浮筏栽培床，魚池裝置、生物過濾器、第二低位池、乾濕介質床、第一低位池、深水浮筏栽培床依次連通，第一低位池的水源抽出進入到魚池裝置中，形成循環系統。本發明還公開了上述系統的使用及控制方法，使得這兩種養殖方式在同一系統中互相協調運作，達到生態平衡，產生良好的經濟和社會效益。
【專利說明】一種魚菜共生系統及其使用控制方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及種水產養殖以及蔬菜種植系統領域技術，具體為一種魚菜共生系統及 其使用控制方法。

【背景技術】
[0002] 魚菜共生系統是兩種有效水培技術的結合：由循環水養殖系統（簡稱RAS，使用循 環水系統進行魚類養殖）和水耕栽培系統(無泥土的作物栽培）組合而成。魚菜共生系統的 原則非常簡單，主要是化魚類產生的排洩物為植物養料，植物從水中吸取營養物質，從而達 到淨化的水源目的。水產養殖產生的廢水通過水培床進行轉化而並非排放到環境中，同時 也為植物生長提供了一種可持續、划算的且無化學成分的營養源。這種魚菜共生的模式分 別排除了一些水產養殖和水耕栽培中的不可持續發展的因素，從而使這兩種養殖方式在特 定情況下具備成效和經濟上的可行性。
[0003] 目前現有的魚菜共生系統部分是開環模式，即養魚池與水培池通過水管相連，由 養魚池排放的水作為一次性灌溉用水直接供應水培池而不形成返還回流，這種模式不能使 資源得到最大利用；部分閉環的魚菜共生系統不能很好的控制系統的生態平衡，還處於試 驗階段。


【發明內容】

[0004] 本發明的目的在於提供一種魚菜共生系統及其使用控制方法，使兩種養殖方式達 到生態平衡，實現互相協調運作。
[0005] 為實現上述目的，本發明採用以下方案： 一種魚菜共生系統，包括循環水養殖系統、生物過濾器、水耕培栽系統、水泵、氣泵、傳 輸管道、電動控制箱。
[0006] 所述的循環水養殖系統包括若干通過管道相互連接的魚池裝置及與魚池裝置連 接的渦流分離器；所述的生物過濾器包括無氧礦化池、有氧礦化池及若干移動生物膜反應 器；所述的水耕培栽系統包括第二低位池、若干充滿粘狀物的乾濕介質床、第一低位池及若 幹深水浮筏栽培床，所述的水泵設於第一低位池內，所述的氣泵通過氣體傳輸管道將空氣 傳輸至魚池裝置、生物過濾器及深水浮筏栽培床內；所述的循環水養殖系統及水耕培栽系 統各管道處連接有閥門，所述的電動控制箱內設有閥門開關、水泵開關及水泵深度感應器。
[0007] 所述的魚池裝置、生物過濾器、第二低位池、乾濕介質床、第一低位池、深水浮筏栽 培床依次連通，第一低位池的水源抽出進入到魚池裝置中，形成循環系統。
[0008] 其中，所述的深水浮筏栽培床包括深水池、漂在深水池水面上的若干浮筏，所述的 浮筏上設有孔洞，孔洞內安裝有承載植物的塑料盆，所述的塑料盆內裝有陶粒。
[0009] 其中，所述的移動生物膜反應器及有氧礦化池內設有聚乙烯材質的生物球。生物 過濾是一種通過微生物轉化有毒氨和其它魚類排洩物為無害可分解營養物質的過程，生物 球有著非常巨大且堅韌的表面積，易於一些自養和異養微生物群落的生長，它們在汙水處 理中進行著複雜的有氧反應，在使用中氣泵通過充氣管道往移動生物膜反應器內通氣，從 而增加整個系統中溶解氧的含量，促使廢水中二氧化碳減少，同時生物球的物理作用也幫 助粉碎和移除水中的微粒，從而進一步增加出水效率。
[0010] 其中，所述的魚池裝置包括魚池、設於魚池上的進水噴杆、排水管、通氣管及位於 魚池底部的漏鬥形收集器。優選地，所述的魚池的水深多90cm。
[0011] 本發明還公開了該魚菜共生系統的使用控制方法，包括以下步驟：SI.建立系統 裝置，提供氨源：打開系統的氣泵和水泵，將水質酸鹼度值調整為6. 5?7. 2,水溫控制在 23°C?27°C，使生物過濾器中形成微生物群落，連續往水中添加少量氨，測量水質中氨、亞 硝酸鹽和硝酸鹽的含量，當氨和亞硝酸鹽的含量減至基本為零，同時硝酸鹽水平增加時，進 行下一步驟；優選地，使用磷酸、硝酸或硫酸調整水質酸性，使用氫氧化鉀、氫氧化納或氫氧 化鈣調整水質鹼性。
[0012] S2.養殖魚類：連續性定期往魚池內投放魚苗，每日總投餌量為魚體重的百分之 一至二倍，水源通過進水噴杆分流至魚池，控制水流速度使得一小時內完全更換魚池中的 水1?2次，且水流在魚池中形成旋轉式，固體廢物從魚池底部排出進入渦流分離器中，粗 顆料經渦流分離器排出系統，微顆料通過生物過濾器。
[0013] S3.種植植物：在深水浮筏栽培床上種植綠葉植物，綠葉植物的種植量根據魚類 的總投餌量確定，每平方米綠葉植物須魚類的餌料量為20?50g /日。
[0014] S4.監測水質，控制水質參數：將水質的酸鹼度值控制在6. 5?7. 2,溶解氧大於 5mg/L，氨含量0?0· 25mg/L，亞硝酸鹽含量0?0· 25mg/L，硝酸鹽含量50?150mg/L，碳 酸鹽 50mg/L ?150mg/L，溫度 23°C ?27°C。
[0015] 當系統穩定時，還可種植果實植物，果實植物種植在乾濕介質床上，果實植物的種 植量根據魚類的總投餌量確定，每平方米果實植物須魚類的餌料量50?80g /日。優選地， 果實植物的種植密度為每平方米4?12株。
[0016] 採用該系統的主要有益效果為：1.該系統中魚類和植物同時在一個環境下生長， 節省空間，實現了無化學物質農耕，將水產養殖產生的廢物分解過濾為可供植物生長的養 料，水源生產利用率為傳統農業的十倍，實現了資源的最大利用。
[0017] 2.該系統無需農業用地，可以在屋頂、混凝土或被汙染的土地上使用。
[0018] 3.通過本發明的中的水質參數的監測和控制，使系統達到內部平衡，確保兩個系 統良好的運作。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019] 圖1為本發明系統的平面示意圖； 圖2為本發明系統的立體結構示意圖； 圖3為本發明系統魚池裝置的結構示意圖； 圖4為本發明系統深水浮筏栽培床的結構示意圖； 圖5為本發明系統的氮循環原理圖； 圖6為氨、亞硝酸鹽和硝酸鹽含量隨時間的變化示意圖。
[0020] 主要組件符號說明： 1:循環水養殖系統，11 :魚池裝置，111 :魚池，112 :進水噴杆，113 :排水管，114 :通氣 管，12 :渦流分離器，2 :生物過濾器，21 :無氧礦化池，22 :有氧礦化池，23 :移動生物膜反應 器，231 :生物球，3 :水耕培栽系統，31 :第二低位池，32 :乾濕介質床，33 :第一低位池，34 : 深水浮筏栽培床，341 :深水池，342 :浮筏，343 :塑料盒，344 :陶粒。

【具體實施方式】
[0021] 為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對 本發明進行進一步詳細說明。
[0022] 如圖1、圖2所示，本發明公開了一種魚菜共生系統，包括循環水養殖系統1、生物 過濾器2、水耕培栽系統3、水泵、氣泵、傳輸管道、電動控制箱（圖中未示出）。
[0023] 循環水養殖系統1是一種高密度養殖魚類的系統，在該系統下，水源不斷地被排 出、處理並返回魚類飼養池，以此保證飼養池的持續優質水質。該系統包括若干通過管道相 互連接的魚池裝置11及與魚池裝置11連接的渦流分離器12。如圖3所示，本實施例的循 環水養殖系統1包含有6個魚池裝置11，每個魚池裝置11包括圓形魚池111、設於魚池111 上的進水噴杆112、排水管113、通氣管114及位於魚池111底部的漏鬥形收集器（圖中未 示出），魚池111內水深維持在90cm以上，所有魚池111緊密相連以便互相分享共同的排水 和入水管道，進入該系統的水源從低位池中抽取，並通過進水噴杆112分流至各魚池111。
[0024] 生物過濾器2包括無氧礦化池21、有氧礦化池22及若干移動生物膜反應器23 ;本 實施例設有兩組移動生物膜反應器23,生物膜反映器23及有氧礦化池21內設有聚乙烯材 質的生物球231。本系統通過兩個移動生物膜反應器23進行生物過濾。從渦流分離器12 分離出的粗顆粒通過無氧礦化池21及有氧礦化池22的兩級過濾排出系統，而微顆粒則進 入兩組移動生物膜反應器23進行生物過濾，進入水耕培栽系統3。
[0025] 如圖4所示，水耕培栽系統3包括第二低位池31、四組充滿粘狀物的乾濕介質床 32、第一低位池33及四組深水浮筏栽培床34。深水浮筏栽培床34包括混泥土深水池341、 漂在深水池水面上的若干浮筏342,浮筏342上設有孔洞，孔洞內安裝有承載植物的塑料盆 343,塑料盆343內裝有陶粒344。陶粒344的外觀特徵大部分呈圓形或橢圓形球體，但也有 一些仿碎石陶粒不是圓形或橢圓形球體，而呈不規則碎石狀。陶粒344形狀因工藝不同而 各異。它的表面是一層堅硬的外殼，這層外殼呈陶質或釉質，具有隔水保氣作用。
[0026] 水耕培栽系統3通過各種水耕栽培技術的組合以達到多元化植物生產的目的，水 從移動生物膜反應器23傳送到乾濕介質床32中，在此通過二次沉澱進入到深水浮筏栽培 床34的深水池341中，供植物使用。乾濕介質床32內充滿粘狀生長介質，也可在乾濕介質 床內放陶粒344,乾濕介質床32內的水通過自動虹吸管排出至第一或第二低位池33, 31中。
[0027] 水泵設於第一低位池 33內，氣泵通過氣體傳輸管道將空氣傳輸至魚池裝置11及 深水浮筏栽培床34內；循環水養殖系統1及水耕培栽系統3各管道處連接有閥門，電動控 制箱位於第一低位池33中，其內設有閥門開關、水泵開關及水泵深度感應器。電動控制箱 的水泵深度感應器感應到系統水位太低，則自動往系統中添加新水源。
[0028] 魚池裝置11、生物過濾器2、第二低位池31、乾濕介質床32、第一低位池33、深水浮 筏栽培床34依次連通，第一低位池33的水源抽出回到魚池111中，形成循環系統。魚類養 殖產生的廢水通過生物過濾器2、乾濕介質床32進行轉化而非排放到環境中，同時也為植 物生長提供了可持續的無化學成分的營養源泉，從而使得這兩種養殖方式在同一系統中互 相協調運作，當達到生態平衡時，即可產生最大經濟效益，實現水源的有效利用，實現了零 汙染排放。
[0029] 本發明還公開了上述系統的使用控制方法，其原理如下：如圖5所示，魚菜共生系 統中的氮循環始於餌料，這是系統的主要輸入。魚類進食後將代謝物排入水中。大部分(約 70%)的魚類排洩物是以液體氮的形式存在的。剩餘的固體排洩物，包含複合微小顆粒和食 物內難分解的物質。
[0030] 液態氮被亞硝化單胞菌分解成亞硝酸鹽（N02)，亞硝酸鹽然後被第二種菌群一一 硝化菌，分解成硝酸鹽（N03)。硝酸鹽是植物生長所需的主要營養物質，因此水中的硝酸鹽 被植物所消耗。本系統的控制目標就在於確保這個系統能保持生態平衡。
[0031] 從圖5可以看出，在水產養殖系統中放入魚前，首先要在生物過濾器2中建立微生 物群落，微生物是自然出現的，提供氨源可促使其生長，一旦系統中有氨，硝化細菌便會在 系統中聚集並繁殖，開始將氨轉化成亞硝酸鹽和硝酸鹽。
[0032] 該系統的使用控制步驟如下：S1.建立系統裝置，提供氨源：打開系統的氣泵和水 泵，將水質酸鹼度值調整為6. 5?7. 2,水溫控制在23°C?27°C，使生物過濾器中形成微生 物群落，連續往水中添加少量氨，測量水質中氨、亞硝酸鹽和硝酸鹽的含量，如圖6所示，40 天時，氨和亞硝酸鹽的含量減至基本為零，硝酸鹽含量增加，系統完成循環。在此過程中應 注意以下幾個方面： 1.必須使用無其他化學成分的純氨。30克純化學氨約等於消耗Ikg飼料所產生的氨， 每日添加的氨量應與預計每日魚類產生的氨量持平，高含量氨會對微生物繁殖有負面影 響。
[0033] 2.硝化細菌需要氧氣，因此應確保充氣系統正常工作，同時也可以通過商業化的 混合有益菌來加速系統的循環過程。
[0034] 3.使用磷酸、硝酸或硫酸調整水質酸性，使用氫氧化鉀、氫氧化納或氫氧化鈣調整 水質鹼性。
[0035] S2.養殖魚類：連續性定期往魚池111內投放魚苗，而不是批量大數目的投放，這 是基於系統的承載能力，需要確保魚的總重量和飼料量相對穩定，魚苗將定期被放養至系 統中，大小合適的魚將定期捕獲。每日總投餌量為魚體重的百分之一至二倍。根據魚的種 類和飼料的質量，飼料轉化率(飼料重量除以魚體重增加量）控制在1. 5?2之間。1. 5? 2KG的魚飼料可以使魚類體重增加約1KG。
[0036] 水源通過進水噴杆112分流至魚池111，控制水流速度使得一小時內完全更換魚 池111中的水1?2次，且水流在魚池111中形成旋轉式，旋轉式的水流使魚池111中的固 體廢物沉澱在魚池111中央的底部，從而實現魚池111的自我清潔功能。固體廢物從魚池 底部漏鬥形收集器排出進入渦流分離器12中，粗顆料經渦流分離器12排出系統，微顆料通 過生物過濾器2進入第二低位池31。
[0037] S3.種植植物：在深水浮筏栽培床34的塑料盆343上種植綠葉植物，綠葉植物的 種植量根據魚類的總投餌量確定，每平方米綠葉植物須魚類的餌料量為20?50g /日；魚 類排洩物主要為氨，氨在魚菜共生系統中可被氧化為硝酸鹽，而硝酸鹽正是葉狀植物的主 要營養物質，所以該系統便十分適合生菜、小白菜和香草等帶葉作物的生產。
[0038] 水是魚菜共生系統的生命和及血液，也是植物獲取營養和魚類獲取氧氣的媒介， 因此需要保持良好的水質，需要定期進行水質監測，進行步驟S4。
[0039] S4.監測水質，控制水質參數，如下表所示。

【權利要求】
1. 一種魚菜共生系統，包括循環水養殖系統、生物過濾器、水耕培栽系統、水泵、氣泵、 傳輸管道、電動控制箱，其特徵在於： 所述的循環水養殖系統包括若干通過管道相互連接的魚池裝置及與魚池裝置連接的 渦流分離器；所述的生物過濾器包括無氧礦化池、有氧礦化池及若干移動生物膜反應器； 所述的水耕培栽系統包括第二低位池、若干充滿粘狀物的乾濕介質床、第一低位池及若干 深水浮筏栽培床；所述的水泵設於第一低位池內，所述的氣泵通過氣體傳輸管道將空氣傳 輸至魚池裝置、生物過濾器及深水浮筏栽培床內；所述的循環水養殖系統及水耕培栽系統 各管道處連接有閥門，所述的電動控制箱內設有閥門開關、水泵開關及水泵深度感應器； 所述的魚池裝置、生物過濾器、第二低位池、乾濕介質床、第一低位池、深水浮筏栽培床 依次連通，第一低位池的水源抽出進入到魚池裝置中，形成循環系統。
2. 如權利要求1所述的魚菜共生系統，其特徵在於：所述的深水浮筏栽培床包括深水 池、漂在深水池水面上的若干浮筏，所述的浮筏上設有孔洞，孔洞內安裝有承載植物的塑料 盆，所述的塑料盆內裝有陶粒。
3. 如權利要求1或2所述的魚菜共生系統，其特徵在於：所述的移動生物膜反應器及 有氧礦化池內設有聚乙烯材質的生物球。
4. 如權利要求3所述的魚菜共生系統，其特徵在於：所述的魚池裝置包括魚池、設於魚 池上的進水噴杆、排水管、通氣管及位於魚池底部的漏鬥形收集器。
5. 如權利要求4所述的魚菜共生系統，其特徵在於：所述的魚池的水深多90cm。
6. 如權利要求1?5中任一項所述的魚菜共生系統的使用控制方法，其特徵在於，包括 以下步驟，
51. 建立系統裝置，提供氨源：打開系統的氣泵和水泵，將水質酸鹼度值調整為 6. 5~7. 2,水溫控制在23°C ~27°C，使生物過濾器中形成微生物群落，連續往水中添加少量 氨，測量水質中氨、亞硝酸鹽和硝酸鹽的含量，當氨和亞硝酸鹽的含量減至基本為零，同時 硝酸鹽水平增加時，進行下一步驟；
52. 養殖魚類：連續性定期往魚池內投放魚苗，每日總投餌量為魚體重的百分之一至 二倍，根據魚的種類和飼料的質量，飼料轉化率控制在1. 5?2之間，所述的飼料轉化率為 飼料重量除以魚體重增加量；水源通過進水噴杆分流至魚池，控制水流速度使得一小時內 完全更換魚池中的水1?2次，且水流在魚池中形成旋轉式，固體廢物從魚池底部漏鬥形收 集器排出進入渦流分離器中，粗顆料經渦流分離器排出系統，微顆料通過生物過濾器進入 水耕培栽系統；
53. 種植植物：在深水浮筏栽培床上種植綠葉植物，綠葉植物的種植量根據魚類的總 投餌量確定，每平方米綠葉植物須魚類的餌料量為20?50g /日；
54. 監測水質，控制水質參數：將水質的酸鹼度值控制在6. 5?7. 2,溶解氧大於5mg/ L，氨含量0?0? 25mg/L，亞硝酸鹽含量0?0? 25mg/L，硝酸鹽含量50mg/L?150mg/L，碳 酸鹽 50mg/L ?150mg/L，溫度 23°C ?27°C。
7. 如權利要求6所述的魚菜共生系統的使用控制方法，其特徵在於：當系統穩定時，還 可種植果實植物，果實植物種植在乾濕介質床上，果實植物的種植量根據魚類的總投餌量 確定，每平方米果實植物須魚類的餌料量50~80g /日。
8. 如權利要求7所述的魚類共生系統的使用控制方法，其特徵在於：果實植物的種植 密度為每平方米4?12株。
9.如權利要求6所述的魚菜共生系統的使用控制方法，其特徵在於：使用磷酸、硝酸或 硫酸調整水質酸性，使用氫氧化鉀、氫氧化納或氫氧化鈣調整水質鹼性。
【文檔編號】A01K61/00GK104488686SQ201410839131
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月30日 優先權日:2014年12月30日
【發明者】江保其, 艾天 申請人:廈門博士科技有限公司