本实用新型涉及一种亚冷水性鱼类工厂化循环水养殖系统，属于水净化处理
技术领域：
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背景技术：
：循环水养殖系统(RecirculatingAquacultureSystems，RAS)是综合机械处理、生物处理等技术手段对养殖废水进行处理后循环再利用的系统。与传统养殖模式相比，RAS在节水、节地、病害防治、废物处理以及可控性等方面优势明显，表现出高效率、无污染的特点。目前，构建高效的RAS已成为水产养殖行业未来发展方向。尽管国内外科研工作者针对不同的养殖对象、养殖水域条件构建了多种多样的工厂化循环水养殖系统，但由于亚冷水鱼类对水质要求高，水体悬浮物含量高及氨氮、亚硝酸盐含量高，不仅影响鱼类的摄食生长，而且对鱼类抗氧化酶活性以及渗透压平衡也产生影响，大大限制了亚冷水性鱼类工厂化养殖发展，也降低了养殖鱼类品质。因此，本实用新型针对亚冷水性鱼类工厂化养殖过程中，悬浮物含量大，优化建造了高效物理过滤系统；针对养殖过程中氨氮、亚硝酸盐含量高，优化建造了生物挂膜快、效率高的快速启动的生物净化过滤系统；针对亚冷水性鱼类养殖需要高溶解氧，较低的水温，以及水质要求高，建造了液氧系统、太阳能控温系统和水质全自动监测系统，配合工厂化亚冷水鱼类养殖技术，通过上述高效养殖净水系统优化和构建，最终实现水质净化目的以及养殖用水的循环利用。
技术实现要素：针对现有技术不足，本实用新型的目的在于提供一种亚冷性鱼类工厂化循环水养殖系统。该系统有着良好的净水效率，氨氮、亚硝酸盐和悬浮物去除的效率高，安全性高，养殖周期短等特点。本实用新型根据亚冷水性鱼类工厂化养殖过程中悬浮物不同粒径大小，优化建造三级高效物理过滤系统；针对养殖过程中氨氮、亚硝酸盐含量高，优化建造了生物挂膜快、效率高的快速启动的生物净化过滤系统；针对亚冷水性鱼类养殖需要高溶解氧，较低的水温，以及水质要求高，建造了液氧系统、太阳能控温系统和水质全自动监测系统。为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：一种亚冷水性鱼类工厂化循环水养殖系统，包括：养殖池；物理处理单元，与所述养殖池的抽吸口连接，用于过滤抽吸出的养殖池废水中的颗粒物；生物处理单元，入水口与所述物理处理单元的出水口连接，用于进一步净化养殖池废水；水温控制单元，入水口与所述生物处理单元的出水口连接，用于控制生物处理单元净化后的水体温度，以实现养殖池中水温的恒定；以及水利驱动输送装置，入水口与所述水温控制单元的出水口连接，用于将控温水返回至所述养殖池。在上述亚冷水性鱼类工厂化循环水养殖系统中，作为一种优选实施方式，所述循环水养殖系统还包括增氧装置，与所述养殖池连接，用于向所述养殖池输送氧；更优选地，所述增氧装置为液氧塔或/和曝气设备。
进一步地，所述曝气设备设置于所述养殖池的外部，通过管路与养殖池连接。在上述亚冷水性鱼类工厂化循环水养殖系统中，作为一种优选实施方式，所述循环水养殖系统还包括水质监测装置，设置于所述养殖池中，用于监测养殖池中的水质。在上述亚冷水性鱼类工厂化循环水养殖系统中，作为一种优选实施方式，所述养殖池的抽吸口设置于所述养殖池底面中心处。在上述亚冷水性鱼类工厂化循环水养殖系统中，作为一种优选实施方式，所述养殖池的底面设置为中间低四周高的斜坡形结构。在上述亚冷水性鱼类工厂化循环水养殖系统中，作为一种优选实施方式，所述物理处理单元包括：第一处理子单元，经第一抽吸装置与所述养殖池的抽吸口连接，用于去除养殖池废水中的100微米以上的颗粒物；第二处理子单元，经第二抽吸装置与所述第一处理子单元的出水口连接，用于进一步去除来自所述第一处理子单元的废水中的30微米以上的颗粒物；以及第三处理子单元，经第三抽吸装置与所述第二处理子单元的出水口连接，用于进一步去除来自所述第二处理子单元的废水中的10微米以上的颗粒物；更优选地，所述第一处理子单元为竖流沉淀器；所述第二处理子单元为鼓式过滤机；所述第三处理子单元为SDPP过滤器。
在上述亚冷水性鱼类工厂化循环水养殖系统中，作为一种优选实施方式，所述生物处理单元包括：生物滤池，经第四抽吸装置与所述物理处理单元的出水口连接，用于去除来自所述物理处理单元的水中的化学污染物，所述化学污染物优选为氨氮、亚硝酸；消毒杀菌池，经第五抽吸装置与所述生物滤池的出水口连接，用于进一步对来自所述生物滤池的水进行杀菌消毒。在上述亚冷水性鱼类工厂化循环水养殖系统中，作为一种优选实施方式，所述生物滤池中设置有填料，所述填料表面挂有用于降解氨氮和/或亚硝酸的微生物。所述填料为高密度聚乙烯填料，比重为0.95g/cm3，比表面积为500m2/m3。在上述亚冷水性鱼类工厂化循环水养殖系统中，作为一种优选实施方式，所述消毒杀菌池的上方和/或周边设有紫外线发射装置。在上述亚冷水性鱼类工厂化循环水养殖系统中，作为一种优选实施方式，所述水温控制单元为太阳能控温装置。在上述亚冷水性鱼类工厂化循环水养殖系统中，作为一种优选实施方式，所述水利驱动输送装置，包括：水泵，入口与所述水温控制单元的出水口连接；和给水管道，入口与所述水泵的出口连接，所述给水管道将所述水温控制单元的水返回至所述养殖池；更优选地，所述给水管道包括：引水管，与所述水泵出口连接；以及射流管，沿所述养殖池的高度方向向下设置且相对地设置于所述养殖池内的对角处；所述射流管入口与所述引水管出口连接；所述射流管管壁上设有多个孔，且所述孔上沿水平方向设有喷嘴管。
更优选地，所述喷嘴管的直径为50mm，数目为4-6个。在上述亚冷水性鱼类工厂化循环水养殖系统中，作为一种优选实施方式，所述射流管管壁上相邻孔之间的距离为200-300mm，且所述射流管管壁上最下面的孔与所述养殖池底面的最短距离为100-300mm。在上述亚冷水性鱼类工厂化循环水养殖系统中，作为一种优选实施方式，所述引水管的管径大于所述射流管的管径。在上述亚冷水性鱼类工厂化循环水养殖系统中，作为一种优选实施方式，所述喷嘴管与靠近该喷嘴管的所述养殖池的长度方向的池壁之间的夹角为0-50°。与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：专门针对亚冷水性鱼类养殖特点，优化集成一套包含养殖池—物理过滤单元—生物处理单元—其他辅助系统在内的亚冷水性鱼类工厂化高效养殖系统。其特点是基本上能够去除养殖池中产生的固体悬浮物，并有效去除养殖水体中的氨氮、亚硝酸盐等污染物，同时确保养殖池水体溶解氧含量大于6mg/L，水温控制在鱼类最适生长繁育温度18～22℃，并能实时监控水质，保障工厂化循环水的安全，促进鱼类快速生长，提高养殖鱼类品质。附图说明图1为本实用新型实施例的亚冷水性鱼类工厂化循环水养殖系统的工艺流程图；图2为本实用新型实施例的亚冷水性鱼类工厂化循环水养殖系统的结构示意图；图3为本实用新型实施例的养殖池的俯视图；图4为沿图3所示B-B线剖切后的养殖池的截面视图；图5是作为物理处理单元的第一处理子单元的竖流沉淀器的结构图，其中(a)为俯视图，(b)为内部结构示意图；图6为本实用新型实施例中1号养殖池进出水口悬浮物浓度变化曲线图；图7为本实用新型实施例中2号养殖池进出水口悬浮物浓度变化曲线图；图8为本实用新型实施例中3号养殖池进出水口悬浮物浓度变化曲线图；图9为本实用新型实施例中1号养殖池进出水口氨氮浓度变化曲线图；图10为本实用新型实施例中2号养殖池进出水口氨氮浓度变化曲线图；图11为本实用新型实施例中3号养殖池进出水口氨氮浓度变化曲线图；图12为本实用新型实施例中1号养殖池进出水口亚硝酸盐浓度变化曲线图；图13为本实用新型实施例中2号养殖池进出水口亚硝酸盐浓度变化曲线图；图14为本实用新型实施例中3号养殖池进出水口亚硝酸盐浓度变化曲线图。
其中，1-养殖池；11-底部抽吸口；12-第一引水管、13-第二引水管；14-宽度方向池壁；15-长度方向池壁；16-射流管；17-喷嘴管；21、22、23、24、25、26-抽水泵；27-水泵；3-竖流沉淀器；31-沉淀物排出口；32-进水口；33-出水口；4-鼓式过滤机；41-入水口；42-固体物质排出口；43-排水口；5-SDPP过滤器；51-进水口；52-排水口；6-生物滤池；61-出水口；62-填料；7-消毒杀菌池；71-排水口；8-紫外线发射装置；9-曝气设备；10-液氧塔；100-太阳能控温装置；200-水质监测装置。具体实施方式以下结合附图通过实例对本实用新型的技术方案作进一步详细说明。本实用新型提供的亚冷水性鱼类工厂化循环水养殖净水系统主要包括：养殖池、物理处理单元、生物处理单元、水温控制单元和水利驱动输送装置。该系统还包括增氧装置、水质监测装置。下面参考图2-5对本实用新型系统的各个部件一一进行说明。养殖池1，用于养殖亚冷水性鱼类比如鲟鱼，养殖池1的抽吸口可以设置于养殖池的某一侧壁上部，也可以设置于养殖池底面中心处，在本实用新型系统中为了更好地去除养殖池1中的悬浮颗粒物，养殖池1的抽吸口设置于底部中心处，即图2中所示底部抽吸口11，该种养殖池称为底部抽吸模式养殖池。
所述养殖池的底面设置为中间低四周高的斜坡形结构，参见图4，该结构利于底部沉降物或颗粒物的聚集。如图3所示，养殖池1由底面、两个相对设置的宽度方向池壁14以及两个相对设置的长度方向池壁15形成。物理处理单元，经第一抽吸装置即抽水泵21与养殖池的底部抽吸口11连接，用于过滤抽吸出的养殖池废水中的颗粒物。具体地，如图1和2所示，物理处理单元包括：竖流沉淀器3，进水口32经抽水泵21与养殖池的底部抽吸口11连接，用于去除养殖池废水中的100微米以上的颗粒物；鼓式过滤机4，入水口41经第二抽吸装置即抽水泵22与竖流沉淀器3的出水口33连接，用于进一步去除来自竖流沉淀器3的废水中的30微米以上的颗粒物；SDPP过滤器5，进水口51经第三抽吸装置即抽水泵23与鼓式过滤机4的排水口43连接，用于进一步去除来自鼓式过滤机4的废水中的10微米以上的颗粒物。通过设置于养殖池1底中心处的底部抽吸口11将养殖池1中的废水抽吸至竖流沉淀器3中，该竖流沉淀器3可以将养殖池底中心区域沉淀的大部分可沉淀颗粒物分离出来。竖流沉淀器3为市售产品，其可以用其他的市售高速过滤器来替代，竖流沉淀器3对亚冷水性鱼类的残饵和粪便等的去除效率可达到90％以上，去除的颗粒物粒径一般在100微米以上。
竖流沉淀器3的结构图如5，主水流通过中部管道的进水口32自下而上进入竖流沉淀器3中，此时可沉淀颗粒物沉降速度大于水流速度，水流方向与颗粒沉淀方向相反，颗粒物向下沉降，水流向上流动；当主水流中可沉淀颗粒物沉降至竖流沉淀器底部时，拔开排污仓中连接管，通过水的压力经沉淀物排出口31将沉淀物排出。鼓式过滤机4从来自竖流沉淀器3的主水流中进一步分离出可沉淀颗粒物；鼓式过滤机4为市售产品，其可以用其他的市售高速过滤器来替代，主要去除30微米以上的固体悬浮颗粒物，以避免30μm以上的悬浮颗粒物在水体中继续分解矿化。其工作原理为：污水由抽水泵22输送，从进水槽进入转鼓格栅的内部布水槽，靠重力溢出，流过转鼓格栅的过滤面，其中较大的固体物或纤维等被截留在转动的转鼓中，通过内部的螺旋板的作用，聚集、移动到转鼓的固体物质排出口42处，并落入料槽中。转鼓带有可以连续或者间隙运行的反冲喷淋管，用以去除可能粘附在鼓面上的杂质，防止栅面堵塞。表1为本实用新型实施例中使用的鼓式过滤机的参数。表1鼓式过滤机SDPP过滤器5，用于从鼓式过滤机4流出的主水流中去除10μm以上的悬浮颗粒物；鼓式过滤机4为市售产品，其可以用其他的市售高速过滤器来替代，主要去除亚冷水性鱼类养殖过程中10～30微米的悬浮性固体颗粒物，避免10μm以上的悬浮颗粒物在水体中继续分解矿化。
本实用新型使用的SDPP高速过滤器详细参数见表2。表2SDPP高速过滤器参数外形尺寸1100L×600W×1000H过滤精度10μm流量15m/h扬程4m功率170w生物处理单元，入水口与物理处理单元的出水口连接，用于进一步净化养殖池废水；具体地，生物处理单元包括：生物滤池6，经第四抽吸装置即抽水泵24与SDPP过滤器5的排水口52连接，用于去除来自SDPP过滤器5的水体中的化学污染物，比如氨氮、亚硝酸等。消毒杀菌池7，经第五抽吸装置即抽水泵25与生物滤池的出水口61连接，用于进一步对来自所述生物滤池6的水体进行杀菌消毒。具体地，生物滤池对水体的处理主要是通过生物法即微生物降解法来降解水体中的污染物，生物滤池中均匀设置有填料62，且填料62作为微生物载体，其表面挂满用于降解水中氨氮和/或亚硝酸等污染物的微生物，即填料表面形成有生物膜，该生物膜同时也能降低水体的COD和BOD浓度。填料62为高密度聚乙烯填料，填料的比重为0.95g/cm3，比表面积为500m2/m3。在填料62表面形成生物膜可以采用本领域常规方法，也可以采用如下方法：先将填料62均匀布置于池中，然后向池中加入少量水以刚没过填料为准并添加可以降解氨氮和/或亚硝酸的微生物菌种或含有此类菌种的活性污泥，然后通过微生物培养使填料表面挂膜。
具体地，消毒杀菌池的上方和/或周边设有紫外线发射装置8。通过紫外线照射对水体进行杀菌消毒。水温控制单元，入水口经抽水泵26与消毒杀菌池7的排水口71连接，用于控制生物处理单元净化后的水体温度；所述水温控制单元为太阳能控温装置100，其可以是常见的利用太阳能加热水体的装置。特别是在冬季，水流经过太阳能控温装置100可实现养殖池中水温恒定在鱼类生长适宜的温度，为保障亚冷水性鱼类养殖能够周年生产，配置太阳能温度调节系统，使养殖池中水体温度保持在18～22℃。水利驱动输送装置，入口与太阳能控温装置100的出水口连接，用于将控温水返回至养殖池1，具体地，水利驱动输送装置包括：水泵27，入口与太阳能控温装置100的出水口连接；和给水管道，入口与水泵27的出口连接，给水管道将太阳能控温装置100的水返回至养殖池1。本实用新型的实施例中，为了给水管道包括：引水管，与水泵27出口连接；以及两根射流管16，沿养殖池1的高度方向向下设置且相对地设置于养殖池1内的对角处；射流管16入口与引水管出口连接；射流管16管壁上设有多个孔，且孔上均沿水平方向设有喷嘴管17。具体地，引水管又分为第一引水管12即总管和第二引水管13即两条支管，第一引水管12的一端与水泵27出口连接，另一端与第二引水管13连通，两条支管分别在养殖池水面上方水平地向养殖池1的两对角处延伸，从而与两个射流管16连通，喷嘴管17与靠近该喷嘴管的养殖池1的长度方向池壁15之间的夹角为0-50°，优选为35-45°。
采用该种方式将净化后的水返回至养殖池可将养殖过程中产生的全部颗粒物尽可能多的聚集于养殖池底中心处的排污口处，从而提高养殖水体的净化能力，增加养殖水体的循环利用率。为了更好地控制射出水流的流速和方向，引水管的管径大于射流管的管径。喷嘴管17的直径为50mm，数目为4-6个。为了实现更加理想的聚污效果，射流管16管壁上相邻孔之间的距离为200-300mm，且射流管16管壁上最下面的孔与养殖池1底面的最短距离为100-300mm。增氧装置，与养殖池1连接，用于向养殖池1输送液态氧或气态氧；所述增氧装置为液氧塔10和/或曝气设备9。为保障亚冷水性鱼类需较高溶解氧要求，配置液氧塔以保障充足氧气供给。保证养殖池水体溶解氧大于6mg/L以上，为了保证亚冷水性鱼类良好的养殖效果，曝气设备9设置于养殖池1的外部，通过管路与养殖池1连通。水质监测装置200，设置于养殖池中，用于监测养殖池中的水质情况。为保障亚冷水性鱼类养殖系统水质安全，本系统还包括与水质监测装置200连接的外部控制装置，比如PLC(可编程逻辑控制器)可以实时进行数据采集和监控，实现全面监测。在本实用新型中，液氧塔、太阳能控温装置以及水质监测装置统称为辅助系统设备。
为达到将养殖池内水体在2h内过滤一次的目的，循环水的流速设定值最小为7.5m3/h，在本实用新型中优选为7.5-20m3/h。本实用新型的亚冷水性鱼类工厂化循环水养殖净水的具体工艺流程见图1，其是采用上述系统来实现的，具体方法如下：物理处理，通过物理处理单元的装置逐级对从养殖池底部抽吸口11抽吸出的养殖池废水中的颗粒物进行去除；所述养殖池废水是连续不断地被抽吸出来的，整个系统是对养殖池废水进行连续不间断的循环处理，抽吸出的养殖池废水的流量为7.5-20m3/h，水在整个系统中的循环流量也为7.5-20m3/h。生物处理，通过生物处理单元对物理处理后的水体进行微生物降解净化和紫外线消毒杀菌处理；控温处理，通过太阳能控温装置对生物处理后的水进行控温处理，以保证养殖池中水体温度为18～22℃；返回步骤，通过水利驱动输送装置将控温处理后的水返回至养殖池，实现养殖池内水体的恒温，同时尽可能将养殖池中可沉降颗粒物聚集到底部抽吸口11处，实现良好的聚污效果，使水体净化的更彻底。增氧步骤，通过增氧装置将氧输送至养殖池中，实现养殖池内水体的溶解氧大于6mg/L以上。水质监测步骤，通过水质监测装置200和与其连接的外部控制装置对养殖池中的水质进行动态监测。
实施例本实施例采用上述方法对3个养殖池中水体进行循环净化处理，具体运行参数如下：1号亚冷水性鱼类工厂化循环水养殖净水系统：运行参数水循环量20m3/h，养殖池规模2000平方米，生物滤池200平米。2号亚冷水性鱼类工厂化循环水养殖净水系统：运行参数水循环量15m3/h，养殖池规模2000平方米，生物滤池200平米。3号亚冷水性鱼类工厂化循环水养殖净水系统：运行参数水循环量10m3/h，养殖池规模2000平方米，生物滤池200平米。养殖池进出水口悬浮物、氨氮、亚硝酸盐含量的测试方法如下表3所示。表3水质检测方法及频率本实施例中3个实验系统的不同污染物净水效率如下：(1)悬浮物去除效果试验期间3个养殖池进出水口悬浮物浓度变化见图6-8。由图6可知，1号养殖池出水口平均悬浮物含量为(9.06±2.40)mg/L，进水口平均悬浮物含量为(7.78±2.17)mg/L，平均单位去除量为(8.15±4.08)g/(m3·h)。由图7可知，2号养殖池出水口平均悬浮物含量(10.44±2.38)mg/L，进水口平均悬浮物含量为(8.93±1.88)mg/L，平均单位去除量为(5.01±2.35)g/(m3·h)。
由图8可知，3号养殖池出水口平均悬浮物含量为(8.34±1.94)mg/L，进水口平均悬浮物含量为(6.84±1.91)mg/L，平均单位去除量为(3.92±2.39)g/(m3·h)。3套系统中悬浮物去除效率随着水循环量的降低而增加，其中，1号系统单次悬浮物去除效率为(13.21±11.74)％，2号系统单次悬浮物去除效率为(14.09±13.88)％，3号系统单次悬浮物去除效率为(17.82±11.64)％。(2)氨氮去除效果试验期间3个养殖池进出水口氨氮浓度变化见图9-11。由图9可知，1号养殖池出水氨氮浓度与进水氨氮浓度差异显著(p＜0.05)，1号养殖池出水口平均氨氮浓度为(0.39±0.12)mg/L，进水口平均氨氮浓度为(0.21±0.09)mg/L，平均单位去除量为(2.33±0.92)g/(m3·h)。由图10可知，2号养殖池出水口氨氮浓度与进水氨氮浓度差异显著(p＜0.05)，2号养殖池出水口平均氨氮浓度为(0.39±0.17)mg/L，进水口氨氮浓度为(0.14±0.06)mg/L，平均单位去除量为(0.93±0.53)g/(m3·h)。由图11可知，3号养殖池出水氨氮浓度与进水氨氮浓度差异显著(p＜0.05)，3号养殖池出水口平均氨氮浓度为(0.39±0.13)mg/L，进水口平均氨氮浓度为(0.16±0.22)mg/L，平均单位去除量为(0.58±0.30)g/(m3·h)。
(3)亚硝酸盐去除效果试验期间3个养殖池进出水口亚硝酸盐浓度变化见图12-14。由图12可知，试验期间，1号养殖池出水亚硝酸盐浓度与进水亚硝酸盐浓度差异显著(p＜0.05)，1号养殖池出水口平均亚硝酸盐浓度为(0.06±0.02)mg/L，进水口亚硝酸盐平均浓度为(0.04±0.02)mg/L，平均单位去除量为(0.14±0.09)g/(m3·h)。由图13可知，试验期间，2号养殖池出水亚硝酸盐浓度与进水亚硝酸盐浓度差异显著(p＜0.05)，2号养殖池出水口平均亚硝酸盐浓度为(0.14±0.06)mg/L，进水口平均亚硝酸盐浓度为(0.09±0.05)mg/L，平均单位去除量为(0.13±0.06)g/(m3·h)。由图14可知，试验期间，3号养殖池出水亚硝酸盐浓度与进水亚硝酸盐浓度差异显著(p＜0.05)，3号养殖池出水口平均亚硝酸盐浓度为(0.12±0.03)mg/L，进水口平均亚硝酸盐浓度为(0.08±0.04)mg/L，平均单位去除量为(0.11±0.06)g/(m3·h)。当前第1页1 2 3
