CN208577501U

CN208577501U - 一种固体碳源添加控制系统

Info

Publication number: CN208577501U
Application number: CN201820764536.4U
Authority: CN
Inventors: 刘德钊; 李加伟; 刘刚; 李长伟; 朱松明
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2018-05-22
Filing date: 2018-05-22
Publication date: 2019-03-05
Anticipated expiration: 2028-05-22

Abstract

本实用新型公开了一种固体碳源添加控制系统，该系统包括：鱼缸；设置鱼缸内的气石；与鱼缸连通的水循环装置，水循环装置包括蠕动泵、填料容器以及设置在填料容器内的填料，蠕动泵的进水口与鱼缸的出水口连接；与鱼缸连接的检测单元；与检测单元和蠕动泵连接的控制单元。该系统具有较灵活的碳源添加功能，同时还可以保证BFT中溶氧的安全值。此外，该系统利用通过反硝化解决了BFT中出现硝酸盐积累的问题。采用固体碳源添加控制系统可应用在罗非鱼生物絮团养殖中，填料为聚丁二酸丁二醇酯、聚羟基丁酸酯戊酸酯、聚己内酯、竹粉、竹粉、桂圆核粉中的一种或两种以上，该设计的添加碳源的方式是可控的。

Description

一种固体碳源添加控制系统

技术领域

本实用新型涉及固体碳源添加控制技术领域，具体涉及一种固体碳源添加控制系统。

背景技术

BFT(biofloc technology,生物絮团技术)是借鉴城市污水活性污泥处理方法的原理，通过人为添加有机碳物质，调节水体的DOC(dissolved organic carbon,溶解性有机碳)/TN(total nitrogen,总氮)比，提高水环境中异养细菌的数量，利用微生物同化无机氮，将水体中氨氮等养殖代谢产物转化成细菌自身成分，并且通过细菌絮凝成颗粒物质被养殖生物所摄食，起到调控水质、促进营养物质循环、降低饲料系数、提高养殖生物成活率的作用。此外，BFT 还可以降低发光弧菌对卤虫的感染率，从而减少其对养殖动物的危害，减少疾病的发生。因此，BFT是当前比较先进的水产养殖技术之一。

采用BFT的养殖池中，水体要保持足够的溶解氧。通过装置向水体中充氧，一方面可以保持水体中高含量的溶解氧以用于各种生物需求；另一方面在充氧的过程中可以使水体循环流动，让营养物质、浮游动植物和细菌达到动态平衡。

合适的有机碳源对形成和维持BFS(biofloc system)具有重要的作用，BFS 中合理的DOC/TN比为15-20。碳源添加主要有以下两种方式：一是向养殖池塘投入饲料的同时，添加投入有机碳源物质，如蔗糖、葡萄糖、糖蜜、细米糠和木薯粉等；二是使用低蛋白含量的饲料。当前国外所用的有机碳源多为葡萄糖、淀粉和蜂蜜。此外，淀粉、麦麸、玉米粉和米糠等也是可选择的碳源。但是，目前碳源添加主要是通过人工完成的，碳源添加的控制对BFS的稳定性、鱼类的生长、水质的调节有着重要的影响，碳源添加过量或不足都会给BFS带来不利影响。

BFT中也还存在许多问题：

首先，BFS微生物群落结构以及活性的调控还不完全明确。BFS结构复杂，其中微生物多样性和组成需深入研究，微生物群落的动态变化和活性稳定等方面的研究有待完善。其次，该新兴的水产技术缺乏完整的操作性技术指导。不同的水质和环境以及不同的养殖品种，对BF(biofloc，生物絮团)的形成和维护是有不同的要求的，所需技术含量较高，在实践生产中难以得到推广，因此需要细化成册。第三，BFS养殖生物的局限性。目前该项技术只在对虾、罗非鱼、鲫鱼、鲶鱼等适应较高浑浊度的水体的物种中得到应用，能否推广其他水生动物的养殖，是有待开发的课题。第四，BFS的控制和维护繁琐。BF中的微生物也面临老化问题，老化絮团会沉积并促使厌氧菌生长，如何方便移除老化细菌以及防止生物絮团老化也有待深入研究。

实用新型内容

本实用新型的目的在于针对现有BFT碳源添加中存在的碳源添加不足、碳源添加过量、碳源添加劳动强度以及大多数以自养菌为主的生物絮凝系统中出现的硝酸盐积累等问题，提供了一种固体碳源添加控制系统，可应用在在罗非鱼生物絮团养殖中，该系统具有较灵活的碳源添加功能，同时还可以保证BFT中溶氧的安全值。此外，该系统利用通过反硝化解决了BFT中出现硝酸盐积累的问题。

一种固体碳源添加控制系统，包括：

鱼缸；

设置所述鱼缸内的气石；

与所述鱼缸连通的水循环装置，所述的水循环装置包括蠕动泵、填料容器以及设置在所述填料容器内的填料，所述的蠕动泵的进水口与所述鱼缸的出水口连接；

与所述鱼缸连接的检测单元；

与所述检测单元和蠕动泵连接的控制单元。

所述的气石位于所述鱼缸的底面。

所述的蠕动泵的出水口与所述填料容器的进口连接，所述填料容器的出口与所述鱼缸连接。

所述的填料容器为圆柱形塔体，是一种具有一定高度的圆柱形容器。

所述的填料为圆柱形，尺寸为直径2mm～6mm×高度2mm～6mm。

鱼缸中的水通过蠕动泵被抽到填料容器中，填料容器中的填料(碳源) 在水中溶解后又回到鱼缸中，碳源的添加以及添加速率可以通过蠕动泵的转速调节。填料容器是一种具有一定高度的圆柱形容器，盛放填料的同时还可以提供一种厌氧的环境，养殖水中有硝酸盐积累时填料容器可以充当反硝化滤器，去除水中的N(硝态氮)。填料可以为绝大多数固态碳源，如PBS(聚丁二酸丁二醇酯)、PHBV(聚羟基丁酸酯戊酸酯)、PCL(聚己内酯)等以及以上材料和BP(竹粉)、starch(淀粉)、LP(桂圆核粉)等按一定比例合成的固态碳源，检测单元用于定时监测水中的DO(溶解氧)，DOC(溶解性有机碳)等，通过调节蠕动泵的转速，从而调节碳源的添加量，保证 DOC/TN在15-20。此外，当DO低于一定值(不利于鱼的生长)时，可以把该最低值作为控制单元的信号，控制蠕动泵的工作，当DO大于该值时蠕动泵正常工作，即向鱼缸中添加溶解的碳源；当DO低于该值时蠕动泵停止工作，即停止往鱼缸中添加碳源。

本实用新型中，采用的填料作为碳源，可采用PBS(聚丁二酸丁二醇酯)、 PHBV(聚羟基丁酸酯戊酸酯)、PCL(聚己内酯)和竹粉(BP)、淀粉(Starch)、桂圆核粉(LP)等混合。

即所述的填料(碳源)为聚丁二酸丁二醇酯、聚羟基丁酸酯戊酸酯、聚己内酯、竹粉、竹粉、桂圆核粉中的一种或两种以上。碳源的形状可以为圆柱形，尺寸为2mm～6mm×2mm～6mm(直径×高度)，进一步优选，尺寸为 3mm×3mm(直径×高度)。

一种采用固体碳源添加控制系统在罗非鱼生物絮团养殖中的应用，固体碳源添加控制系统中，所述的填料由以下重量百分比的原料制成：

进一步优选，所述的填料由以下重量百分比的原料制成：

聚丁二酸丁二醇酯(PBS)47.9％～52％；

桂圆核粉(LP)47.9％～52％；

发泡剂0.1％～0.5％。

所述的填料由以下重量百分比的原料制成：

所述的填料的制备方法，包括：

按组分配方取称取聚丁二酸丁二醇酯、桂圆核粉、发泡剂以及可选择性添加淀粉和竹粉至转矩流变仪熔融共混，共混物进行后处理，剪切成填料。

所述的转矩流变仪熔融共混的温度为130-150℃。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：

本实用新型该设计打破了以往的碳源添加方式，把PBS、PHBV、PCL 等以及以上材料和竹粉、淀粉、桂圆核粉等按一定比例合成的固态碳源用在了生物絮凝中，而且该设计的添加碳源的方式是可控的，此外，本实用新型还有效地解决了大多数生物絮凝中出现的硝酸盐的积累。因此，这种新型的碳源添加控制系统具有良好的应用前景。

附图说明

图1为本实用新型固体碳源添加控制系统的结构示意图。

具体实施方式

实施例1

第一方面，设计了一种新型固态碳源添加控制系统。

如图1所示，该系统包括鱼缸1，气石2，蠕动泵3，填料容器4，填料5，检测单元6和控制单元7组成，鱼缸1中的水通过蠕动泵3被抽到填料容器4中，填料5(碳源)在水中溶解后又回到鱼缸1中，碳源的添加以及添加速率可以通过蠕动泵3的转速调节。填料容器3是一种具有一定高度的圆柱形容器，盛放填料5的同时还可以提供一种厌氧的环境，养殖水中有硝酸盐积累时填料容器4可以充当反硝化滤器，去除水中的-N(硝态氮)。填料4可以为绝大多数固态碳源，如PBS、PHBV、PCL等以及以上材料和BP、starch、LP等按一定比例合成的固态碳源，检测单元6用于定时监测水中的DO，DOC等，通过调节蠕动泵的转速，从而调节碳源的添加量，保证DOC/TN在15-20。此外，当DO低于一定值(不利于鱼的生长)时，可以把该最低值作为控制单元7的信号，控制蠕动泵的工作，当DO大于该值时蠕动泵正常工作，即向鱼缸中添加溶解的碳源；当DO低于该值时蠕动泵停止工作，即停止往鱼缸中添加碳源。

第二方面，制备了一种用于BF碳源添加的新型碳源。

本专利中采用的填料是PBS/LP，为圆柱形，尺寸为3mm×3mm(直径×高度)。新型PBS/LP滤料按重量百分比包括以下组分：PBS(49.9％，安庆和兴化工有限责任公司，型号为Z101)，LP(桂圆核磨成的粉，49.9％，60-80 目)，以及添加剂(约0.2％，发泡剂，巩义市泰力化工贸易有限公司，型号 AC，发气量为220ml/g，分解温度200℃)。

该碳源的制备步骤如下：

步骤一：按组分配方取称取PBS、LP和添加剂至转矩流变仪熔融共混。混炼机熔融共混温度为140-145℃。

步骤二：将步骤一所得的共混物进行后处理，剪切成尺寸为 3mm×3mm(直径×高度)的滤料。

第三方面，该新型碳源添加控制系统在实际罗非鱼生物絮团养殖中取得了很好的效果。

该新型碳源添加控制系统在实际罗非鱼BFS中运行了4个月，初始罗非鱼平均重量0.45±0.03g fish^-1，4个月后的罗非鱼平均重量达到14.18±0.97g fish^-1，FCR(Foodconversion rate，饲料转化率)和DWG(Daily weight gain，日增重)分别为1.30±0.20kgkg^-1和126.92±18.04kg m^-3，罗非鱼在该系统中的存活率为86.67±7.17％，罗非鱼所有生长指标都较好。此外，用该新型碳源添加控制系统培养出的生物絮团中粗蛋白和粗脂肪含量分别为34.67± 3.40和6.25±0.59，具有较高的营养价值。4个月后的-N约为2mg L^-1，没有硝酸盐的积累。

实施例2

采用新型碳源，其他同实施例1。

本实施例中采用的填料是PBS/LP/starch/BP，尺寸为3mm×3mm(直径×高度)。新型PBS/LP/starch/BP滤料按重量百分比包括以下组分：PBS(24.95％，安庆和兴化工有限责任公司，型号为Z101)，LP(24.95％，60-80目)，starch (24.95％，分析纯AR)，BP(24.95％，60-80目)以及添加剂(0.2％，发泡剂，巩义市泰力化工贸易有限公司，型号AC，发气量为220ml/g，分解温度 200℃)。制备步骤为：

步骤一：按组分配方取称取PBS、LP、starch、BP和添加剂至转矩流变仪熔融共混。混炼机熔融共混温度为130-150℃。

该新型碳源添加控制系统在实际罗非鱼生物絮团养殖中取得了很好的效果。

该新型碳源添加控制系统在实际罗非鱼BFS中运行了4个月，初始罗非鱼平均重量0.45±0.03g fish^-1，4个月后的罗非鱼平均重量达到16.27±1.23g fish^-1，FCR和DWG分别为1.25±0.18kg kg^-1和145.23±19.17kg m^-3，罗非鱼在该系统中的存活率为88.13±7.53％，罗非鱼所有生长指标都较好。此外，用该新型碳源添加控制系统培养出的生物絮团中粗蛋白和粗脂肪含量分别为35.17±3.57和6.31±0.62，具有较高的营养价值。4个月后的-N约为1.93mg L^-1，没有硝酸盐的积累。

实施例2采用PBS/LP/starch/BP和实施例1采用PBS/LP进行对比。新型PBS/LP/starch/BP碳源添加控制系统在实际罗非鱼BFS中运行了4个月，初始罗非鱼平均重量0.45±0.03g fish^-1，4个月后的罗非鱼平均重量达到 16.27±1.23g fish^-1，比PBS/LP增加了14.7％，FCR和DWG分别为1.25±0.18 kg kg^-1和145.23±19.17kg m^-3，比PBS/LP分别减少了3.8％和增加了15.01％，罗非鱼在该系统中的存活率为88.13±7.53％，比PBS/LP增加了1.7％，罗非鱼所有生长指标都较好。此外，用实施例2的该新型碳源添加控制系统培养出的生物絮团中粗蛋白和粗脂肪含量分别为35.17±3.57和6.31±0.62，比PBS/LP增加了1.4％和0.96％，具有较高的营养价值。4个月后的-N约为 1.93mg L^-1，也没有硝酸盐的积累。

Claims

1.一种固体碳源添加控制系统，其特征在于，包括：

鱼缸；

设置所述鱼缸内的气石；

与所述鱼缸连接的检测单元；

与所述检测单元和蠕动泵连接的控制单元。

2.根据权利要求1所述的固体碳源添加控制系统，其特征在于，所述的气石位于所述鱼缸的底面。

3.根据权利要求1所述的固体碳源添加控制系统，其特征在于，所述的蠕动泵的出水口与所述填料容器的进口连接，所述填料容器的出口与所述鱼缸连接。

4.根据权利要求1所述的固体碳源添加控制系统，其特征在于，所述的填料容器为圆柱形塔体。

5.根据权利要求1所述的固体碳源添加控制系统，其特征在于，所述的填料为圆柱形，尺寸为直径2mm～6mm×高度2mm～6mm。