CN112616766B - 改进型循环水水产生态养殖系统及其尾水处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的改进型循环水水产生态养殖系统，包括沿水循环的方向依次设置的生态养殖净化区、第一消毒区、精养池塘区以及第二消毒区；生态养殖净化区包括设施化高密度养殖区以及用于对设施化高密度养殖区产生的含高浓度氨氮尾水进行净化处理的生物硝化区。在生态养殖净化区中，设施化高密度养殖区的产生的养殖尾水通过生物硝化区进行硝化反应，将对养殖对象毒性较大的铵态氮及亚硝态氮转化为几乎无毒的硝态氮；此后将生物硝化区中的硝态氮含量高的尾水消毒处理后释放至精养池塘区底部，利用硝酸盐氧化性氧化精养池塘区的有机质，进而改善精养池塘沉积物的pH值以及氧化还原电位，提升精养池塘区水质，促进精养池塘区水环境健康。

Description

改进型循环水水产生态养殖系统及其尾水处理方法

【技术领域】

本发明涉及水产养殖技术领域，尤其涉及一种改进型循环水水产生态养殖系统及其尾水处理方法。

【背景技术】

在湖库退出精养的当下，养殖模式的改造升级压力进一步增大。当前各种养殖模式普遍采用的高密度放养、大量投饲精养方式，但是投入的饲料利用率低下，通常养殖对象仅能吸收利用20％～25％的饲料蛋白，饲料中剩余的氮化合物以残饵、粪便及其分解物以及养殖对象代谢物等形式进入养殖环境。在一般的养殖池塘中，由于养殖面积大，无法及时清污，这些物质会沉积在在养殖环境中，成为水体污染的最重要内源，会不断向养殖环境中释放氮、磷营养盐和可溶性有机污染物，导致水质败坏，耗氧量增加，最终对养殖对象产生直接的危害。当上述养殖池塘的污染水体与自然水体交换时，对自然水体的影响非常大。

为了解决养殖水环境恶劣的问题，现有技术中采用将养殖区与生物净化区相连的方式，如现有技术CN110590061A采用生物处理、物理过滤等操作将养殖区水体中的铵态氮、亚硝态氮等有毒氮素转为氮气溢出环境。此类方法一定程度缓解了精养池塘水质污染问题，但是无法消耗池塘底泥中有机质，导致池塘底泥持续释放铵态氮、亚硝态氮及还原态硫化物等有毒有害物质，养殖水环境提升效果不理想，且又存在占地面积大、能耗高的缺点，导致多数养殖户不愿意应用该技术模式等问题。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种改进型循环水水产生态养殖系统及其尾水处理方法，以解决现有技术中精养池塘区水质较差的技术问题。

本发明的技术方案如下：提供一种改进型循环水水产生态养殖系统，包括沿水循环的方向依次设置的生态养殖净化区、第一消毒区、精养池塘区以及第二消毒区；

所述生态养殖净化区包括设施化高密度养殖区以及用于对所述设施化高密度养殖区尾水进行净化处理的生物硝化区；

所述第一消毒区用于对流入的所述生物硝化区中的尾水进行消毒处理；

所述第二消毒区用于对流入的所述精养池塘区中的尾水进行消毒处理。

优选地，所述第一消毒区与所述生物硝化区相邻设置，所述第二消毒区与所述设施化高密度养殖区相邻设置，所述精养池塘区围设于所述生态养殖净化区、所述第一消毒区和所述第二消毒区形成的整体区域外；

所述生物硝化区中的尾水经所述第一消毒区消毒处理后进入所述精养池塘区，所述精养池塘区中的尾水经所述第二消毒区消毒处理后进入所述设施化高密度养殖区；所述改进型循环水水产生态养殖系统的水流流向依次经过所述设施化高密度养殖区、所述生物硝化区、所述第一消毒区、所述精养池塘区以及所述第二消毒区形成循环。

优选地，所述生态养殖净化区的面积为所述改进型循环水水产生态养殖系统总面积的5％～10％，所述设施化高密度养殖区的面积为所述生态养殖净化区的总面积的30％～50％。

优选地，所述生物硝化区富集有硝化细菌，所述生物硝化区包括人工湿地、生物滤池以及悬挂生物刷中的一种或多种。

优选地，所述设施化高密度养殖区包括流道养殖装置、集装箱养殖装置以及圈养养殖装置中的一种。

本发明的另一技术方案如下：提供一种养殖系统的尾水处理方法，所述养殖系统为上述的改进型循环水水产生态养殖系统，包括：

将所述设施化高密度养殖区中的尾水引入至所述生物硝化区；

流入的尾水在所述生物硝化区进行硝化反应，利用富集于所述生物硝化区的硝化细菌将尾水中的铵态氮和亚硝态氮转化为硝态氮；

每隔第一周期，将第一体积的所述生物硝化区中的尾水引入至所述第一消毒区进行消毒处理，将消毒处理后的尾水从所述第一消毒区引入至所述精养池塘区的底部；同时，将第二体积的所述精养池塘区中的尾水引入至所述第二消毒区进行消毒处理，将消毒处理后的尾水从所述第二消毒区引入至所述设施化高密度养殖区。

优选地，在硝化反应过程中，向所述生物硝化区进行曝气，控制所述生物硝化区的溶解氧大于或等于2mg/L。优选地，所述第一周期为10～20天，所述第一体积为所述生态养殖净化区总水量的20％～40％。

优选地，所述第一消毒区和所述第二消毒区分别采用臭氧消毒，所述第一消毒区和所述第二消毒区的臭氧浓度为0.33～0.4mg/L。

本发明的有益效果在于：本发明的改进型循环水水产生态养殖系统，包括沿水循环的方向依次设置的生态养殖净化区、第一消毒区、精养池塘区以及第二消毒区；生态养殖净化区包括依次设置的设施化高密度养殖区以及用于对设施化高密度养殖区尾水进行净化处理的生物硝化区；通过上述方式，将生态养殖净化区和精养池塘区结合；在生态养殖净化区中，设施化高密度养殖区的尾水在生物硝化区进行硝化反应，形成硝态氮含量高的尾水；将生物硝化区中的硝态氮含量高的尾水消毒处理后释放至精养池塘区，能够氧化精养池塘区的有机质，有利于调节精养池塘区的pH值以及氧化还原电位，提高精养池塘区水质，促进精养池塘区水环境健康。本发明的养殖系统通过将设施化高密度养殖区、生物硝化区与精养池塘连接，使设施化高密度养殖区与精养池塘区互相净化，既节约了土地资源，可满足零污染排放的的环保要求，还可创造较高的经济效益。

【附图说明】

图1为本发明实施例的改进型循环水水产生态养殖系统的结构示意图。

【具体实施方式】

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明中的术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

本发明实施例提供了一种改进型循环水水产生态养殖系统，请参阅图1所示，包括沿水循环的方向依次设置的生态养殖净化区10、第一消毒区20、精养池塘区30以及第二消毒区40。

其中，所述生态养殖净化区10包括依次设置的设施化高密度养殖区11和生物硝化区12，生物硝化区12用于对设施化高密度养殖区11中的尾水进行净化处理。

需要说明的是，在本说明书中，设施化高密度养殖区11的水体又称为尾水，精养池塘区30的水体又称为养殖水体。DO为溶解氧(dissolved oxygen)，为溶解在水中的空气中的分子态氧。

其中，设施化高密度养殖区11包括流道养殖装置、集装箱养殖装置以及圈养养殖装置中的一种或多种。

其中，生物硝化区12富集有硝化细菌，生物硝化区12包括人工湿地、生物滤池以及悬挂生物刷中的一种或多种。硝化细菌(Nitrifying bacteria)是一类好氧性细菌，包括氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌。下面以人工湿地为例，对于富集硝化细菌进行说明，本实施例中的人工湿地在普通人工湿地中培养了富含大量硝化细菌的生物膜，其中，在第一个可选的实施方式中，由于活性污泥中包括大量微生物，富含硝化细菌的生物膜可以通过将活性污泥接种到基质中进行驯化培养而得到，用于接种的活性污泥没有特别的限定，可以使用现有技术中一般尾水处理厂的活性污泥，也可以使用经过筛选改良的特殊活性污泥。

精养池塘区30具有常规的养鱼设施，养殖方式为一般传统养殖方式。

在高密度养殖下，养殖鱼类的排泄物和残剩饵料较多，水体的铵态氮浓度较高并且含有一定浓度的亚硝态氮；设施化高密度养殖区11与生物硝化区12连接，设施化高密度养殖区11的尾水进入生物硝化区12，在生物硝化区12富集的硝化细菌的作用下，发生硝化反应，尾水中铵态氮和亚硝态氮转化为硝态氮(NO₃ ^-状态的N)。

在精养池塘区30，由于养殖面积大且无法及时清污，饲料中剩余的氮化合物、残饵、粪便、上述三者的分解物以及养殖对象代谢物等有机质会沉积在精养池塘区30的底泥(沉积物)内，成为精养池塘区30的水体污染的内源，底泥不断向水体中释放铵态氮、亚硝态氮及还原态硫化物等有毒有害物质，导致精养池塘区30的水体水质败坏，耗氧量增加，不利于养殖对象的生长。

在本实施例中，将生物硝化区12内的硝态氮含量高的尾水引入至精养池塘区30的底泥中，硝态氮含量高的尾水可以氧化精养池塘区30的底泥中的有机质，改善精养池塘区30底泥向水体释放污染物的情况，调节精养池塘区30的pH值以及氧化还原电位，促进精养池塘区30的水体健康。

在本实施例中，在生物硝化区12中的硝态氮含量高的尾水流入精养池塘区30的同时，需要向生态养殖净化区10补充水源，本实施例将精养池塘区30的水体(尾水)作为水源补充至生态养殖净化区10的设施化高密度养殖区11中。

其中，为了避免交叉感染，所述第一消毒区20用于对待流入精养池塘区30的所述生物硝化区12中的尾水进行消毒处理；所述第二消毒区40用于对待流入设施化高密度养殖区11的所述精养池塘区30中的尾水进行消毒处理。第一消毒区20和第二消毒区40彼此独立，二者之间没有水体交换。

在本实施例中，通过精养池塘区30、生态养殖净化区10以及第一消毒区20和第二消毒区40组合模式，形成清洁、高效养殖系统。其中生态养殖净化区10的脱氮目的不同于传统尾水处理设施的完全脱氮理念，而是通过硝化反应产生高硝态氮尾水，并将该尾水通入精养池塘区30的底部。该方法不仅可以稀释设施化高密度养殖区10的污染物，而且高硝态氮尾水可以消耗精养池塘区30的污染物，并且该生态净化工艺可通过设施化养殖装备运行产生经济效益，从而缓解尾水处理区的占地产生的经济效益下降等问题。因此本实施例的养殖系统采用改进型循环水水产生态养殖模式，可以同时实现高产量，绿色高效的循环水养殖，达到尾水回用，零排放的目标。

在一个可选的实施方式中，所述第一消毒区20与所述生物硝化区12相邻设置，所述第二消毒区20与所述设施化高密度养殖区11相邻设置，所述精养池塘区30围设于所述生态养殖净化区10、所述第一消毒区20和所述第二消毒区40形成的整体区域外。

所述生物硝化区12中的尾水经所述第一消毒区20消毒处理后进入所述精养池塘区30，所述精养池塘区30中的尾水经所述第二消毒区40消毒处理后进入所述设施化高密度养殖区11；所述改进型循环水水产生态养殖系统的水流流向依次经过所述设施化高密度养殖区11、所述生物硝化区12、所述第一消毒区20、所述精养池塘区30以及所述第二消毒区40形成循环。

进一步地，所述生态养殖净化区10的面积为所述改进型循环水水产生态养殖系统总面积的5％～10％，所述设施化高密度养殖区11的面积为所述生态养殖净化区10的总面积的30％～50％。

进一步地，生物硝化区12的底部铺设有曝气管，曝气管连接鼓风机进行充氧，控制所述生物硝化区12的DO值大于或等于2mg/L。

进一步地，第一消毒区20和第二消毒区40可以采用紫外线辐射的方式进行消毒，紫外线波长为230～255nm，优选为255nm。

进一步地，第一消毒区20和第二消毒区40可以采用臭氧进行消毒，控制第一消毒区20和第二消毒区40的臭氧浓度大于或等于第一浓度，其中，第一浓度为0.1～0.15mg/L，优选地，第一浓度为0.33～0.4mg/L。

相应地，本发明还提供了一种养殖系统的尾水处理方法，应用于上述的改进型循环水水产生态养殖系统，该尾水处理方法包括如下步骤：

S101，将所述设施化高密度养殖区中的尾水引入至所述生物硝化区。

其中，设施化高密度养殖区11与生物硝化区12通过管道相连，在运行过程中，设施化高密度养殖区11中的尾水会不断流入生物硝化区12内。

进一步地，在设施化高密度养殖区11运行的过程中，可以每隔第二周期，进行底排污，例如，第二周期为1天，每天对设施化高密度养殖区11进行底排污操作，并将设施化高密度养殖区11中第三体积的尾水引出至系统外部，再重新补入第三体积的清洁水源。

S102，流入的尾水在所述生物硝化区进行硝化反应，利用富集于所述生物硝化区的硝化细菌将尾水中的铵态氮和亚硝态氮转化为硝态氮。

其中，在硝化反应过程中，向所述生物硝化区12进行曝气，控制所述生物硝化区12的溶解氧大于或等于2mg/L。优选地，控制所述生物硝化区12的溶解氧大于或等于8mg/L。经过生物硝化区12内硝化细菌的作用，产生硝态氮含量高的尾水。

S103，每隔第二周期，将第二体积的所述生物硝化区中的尾水引入至所述第一消毒区进行消毒处理，将消毒处理后的尾水从所述第一消毒区引入至所述精养池塘区的底部；同时，将第二体积的所述精养池塘区中的尾水引入至所述第二消毒区进行消毒处理，将消毒处理后的尾水从所述第二消毒区引入至所述设施化高密度养殖区。

其中，所述第一周期为10～20天，所述第一体积为所述生态养殖净化区10总水量的20％～40％。也就是说，每隔10～20天，将生物硝化区12内的硝态氮含量高的尾水经过消毒后，缓慢通入精养池塘区30的底泥中，氧化底泥中的有机质。同时，由于生物硝化区12中的尾水大量流出，设施化高密度养殖区11中的尾水会大量流入生物硝化区中，需要向设施化高密度养殖区11补充水源，于是，在本步骤中，将精养池塘区30的尾水经过消毒后补充至设施化高密度养殖区11中，稀释设施化高密度养殖区11中污染物浓度的同时实现系统内部水循环。进一步地，第二体积小于或等于第一体积。

其中，第一消毒区20和第二消毒区40可以采用紫外线辐射的方式进行消毒，紫外线波长为230～255nm，优选为255nm。

或者，第一消毒区20和第二消毒区40可以采用臭氧进行消毒，控制第一消毒区20和第二消毒区40的臭氧浓度大于或等于第一浓度，其中，第一浓度为0.1～0.15mg/L，优选地，第一浓度为0.33～0.4mg/L。

实施例1

以养殖面积26680m²为例，平均养殖水深2.5m，具体实施方式如下:

其中1334m²(养殖面积的5％)作为生态养殖净化区，前端架设8套圈养设施(占地667m²)，养殖鱼类为加州鲈，每天通过底排污方式抽水40t，进行沉淀收集，之后上清流经后续生物刷区(生物硝化区)硝化。每15天，将生态养殖净化区的533t水(约生态养殖净化区的20％)流经第一消毒区消毒30min后缓慢分散排入精养池塘区底部。同时从精养池塘区补充水，该水源进入设施化高密度养殖区时需经第二消毒区消毒30min。

其中生物硝化区曝气方式采取底端曝气，曝气管需要连接鼓风机为6-8mg/L。消毒区采用紫外线消毒。辐射紫外线波长为255nm。

对比例1

对比例1包括与实施例1面积相同的第一精养池塘区，不同之处在于，对比例1中每15天，从外部的第二精养池塘区引入消毒后的尾水至第一精养池塘区的底泥中，再从第一精养池塘区抽取尾水至外部。

表1为养殖开始1个月后运行实施例1中圈养系统区(设施化高密度养殖区)、精养池塘区和对比例1中第一精养池塘区的水环境中铵态氮的含量：

表1实施例1与对比例1的水质监测结果

由表1可见在运行实施例1的精养池塘区的水质比对比例1的第一精养池塘区要好。

以上所述的仅是本发明的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种改进型循环水水产生态养殖系统，其特征在于，包括沿水循环的方向依次设置的生态养殖净化区、第一消毒区、精养池塘区以及第二消毒区；

所述生态养殖净化区包括设施化高密度养殖区以及用于对所述设施化高密度养殖区尾水进行净化处理的生物硝化区；流入的尾水在所述生物硝化区进行硝化反应，利用富集于所述生物硝化区的硝化细菌将尾水中的氨态氮和亚硝态氮转化为硝态氮；

所述第一消毒区用于对流入的所述生物硝化区中的尾水进行消毒处理；

所述第二消毒区用于对流入的所述精养池塘区中的尾水进行消毒处理；

所述生物硝化区中的尾水经所述第一消毒区消毒处理后进入所述精养池塘区，所述精养池塘区中的尾水经所述第二消毒区消毒处理后进入所述设施化高密度养殖区；

将生物硝化区内的硝态氮含量高的尾水通过第一消毒区引入至精养池塘区的底泥中，硝态氮含量高的尾水可以氧化精养池塘区的底泥中的有机质，改善精养池塘区底泥向水体释放污染物的情况，调节精养池塘区的pH值以及氧化还原电位，促进精养池塘区的水体健康。

2.根据权利要求1所述的改进型循环水水产生态养殖系统，其特征在于，所述第一消毒区与所述生物硝化区相邻设置，所述第二消毒区与所述设施化高密度养殖区相邻设置，所述精养池塘区围设于所述生态养殖净化区、所述第一消毒区和所述第二消毒区形成的整体区域外；

所述改进型循环水水产生态养殖系统的水流流向依次经过所述设施化高密度养殖区、所述生物硝化区、所述第一消毒区、所述精养池塘区以及所述第二消毒区形成循环。

3.根据权利要求2所述的改进型循环水水产生态养殖系统，其特征在于，所述生态养殖净化区的面积为所述改进型循环水水产生态养殖系统总面积的5%～10%，所述设施化高密度养殖区的面积为所述生态养殖净化区的总面积的30%～50%。

4.根据权利要求1所述的改进型循环水水产生态养殖系统，其特征在于，所述生物硝化区富集有硝化细菌，所述生物硝化区包括人工湿地、生物滤池以及悬挂生物刷中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的改进型循环水水产生态养殖系统，其特征在于，所述设施化高密度养殖区包括流道养殖装置、集装箱养殖装置以及圈养养殖装置中的一种或多种。

6.一种养殖系统的尾水处理方法，所述养殖系统为权利要求1至5任一项所述的改进型循环水水产生态养殖系统，其特征在于，包括：

将所述设施化高密度养殖区中的尾水引入至所述生物硝化区；

流入的尾水在所述生物硝化区进行硝化反应，利用富集于所述生物硝化区的硝化细菌将尾水中的氨态氮和亚硝态氮转化为硝态氮；

每隔第一周期，将第一体积的所述生物硝化区中的尾水引入至所述第一消毒区进行消毒处理，将消毒处理后的尾水从所述第一消毒区引入至所述精养池塘区的底部；同时，将第二体积的所述精养池塘区中的尾水引入至所述第二消毒区进行消毒处理，将消毒处理后的尾水从所述第二消毒区引入至所述设施化高密度养殖区。

7.根据权利要求6所述的养殖系统的尾水处理方法，其特征在于，在硝化反应过程中，向所述生物硝化区进行曝气，控制所述生物硝化区的溶解氧大于或等于2 mg/L。

8.根据权利要求6所述的养殖系统的尾水处理方法，其特征在于，所述第一周期为10～20天，所述第一体积为所述生态养殖净化区总水量的10%～40%。

9.根据权利要求6所述的养殖系统的尾水处理方法，其特征在于，所述第一消毒区和所述第二消毒区分别采用臭氧消毒，所述第一消毒区和所述第二消毒区的臭氧浓度为0.33～0.4mg/L。

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