一種魚-菌-藻共生的生態(tài)養(yǎng)殖系統(tǒng)及其運(yùn)行方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種魚?菌?藻共生的生態(tài)養(yǎng)殖系統(tǒng)及其運(yùn)行方法，主要目的是減少曝氣成本，提高氮和有機(jī)物的利用效率，增強(qiáng)養(yǎng)殖廢水的凈化。本系統(tǒng)由魚池、光生物反應(yīng)器、膜組件、光源和曝氣系統(tǒng)組成。其特征在于將水產(chǎn)養(yǎng)殖與菌藻共生系統(tǒng)、膜技術(shù)相結(jié)合，微藻光合作用的持續(xù)進(jìn)行，使處理后的廢水含有較高的溶解氧濃度，保證了魚類的健康養(yǎng)殖，降低了曝氣成本；細(xì)菌對有機(jī)物優(yōu)秀的降解和吸收，使系統(tǒng)對有機(jī)物的回用能力提升；微藻和微生物的綜合協(xié)同作用，提高了對廢水的處理效率；微藻對含氮物質(zhì)的吸收，增大了系統(tǒng)的氮利用率；另外，膜技術(shù)的使用，使微藻的收獲更加容易。
【專利說明】
_種魚-菌-藻共生的生態(tài)養(yǎng)殖系統(tǒng)及其運(yùn)行方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于水產(chǎn)養(yǎng)殖領(lǐng)域，具體而言，是一種魚-菌-藻共生的生態(tài)養(yǎng)殖系統(tǒng)及運(yùn)行方法。
【背景技術(shù)】
[0002]水產(chǎn)養(yǎng)殖廢水的大量排放，不僅影響其周邊水體的水質(zhì)情況，而且已成為嚴(yán)重限制該產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的主要因素。廢水中含有大量未被利用的含氮有機(jī)物，極易引起周邊水體的富營養(yǎng)化。循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)為解決該問題提供了一種有效的方法和思路。其中，魚菜共生系統(tǒng)不僅擁有可觀的魚菜產(chǎn)量，也幾乎沒有廢水排放。然而，該系統(tǒng)較傳統(tǒng)養(yǎng)殖模式能耗更高;運(yùn)行中，魚、菜對有機(jī)物的回用能力不足，對氮的利用效率較低，造成大量含氮營養(yǎng)物質(zhì)和有機(jī)物流失。另外，菜根的分泌物中含有對魚類有害的物質(zhì)。因而急需一種能耗低，氮和有機(jī)物利用率高，廢水處理效果好，且對魚類無害的生態(tài)養(yǎng)殖系統(tǒng)。
[0003]自1965年V.N.瓦伯赫首先創(chuàng)立菌藻共生系統(tǒng)以來，各國對該系統(tǒng)的研究日益增多。該系統(tǒng)中，藻類植物通過光合作用利用水中的CO2和氮、磷營養(yǎng)物質(zhì)，合成自身細(xì)胞物質(zhì)并釋放出O2;好氧細(xì)菌則利用O2對有機(jī)污染物進(jìn)行分解，產(chǎn)生CO2和營養(yǎng)物質(zhì)以維持藻類生長。
[0004]經(jīng)檢索，尚未有將菌藻共生系統(tǒng)和膜組件與魚類水產(chǎn)養(yǎng)殖偶聯(lián)形成新型循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)的相關(guān)報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明是為了克服傳統(tǒng)水產(chǎn)養(yǎng)殖模式的高曝氣成本、有機(jī)物不能回用、污染周邊水體、低氮利用率等不足之處，提出了一種魚-菌-藻共生的生態(tài)養(yǎng)殖系統(tǒng)。
[0006]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0007]—種魚-菌-藻共生的生態(tài)養(yǎng)殖系統(tǒng)，包括魚池、若干個(gè)膜組件、曝氣系統(tǒng)、用來培養(yǎng)微藻和細(xì)菌的光生物反應(yīng)器和向所述光生物反應(yīng)器提供光的光源；
[0008]所述膜組件包括膜和用于固定所述膜的支撐材料，所述膜與支撐材料形成具有空腔且密封的所述膜組件，所述膜組件設(shè)有出水口 ；
[0009]所述曝氣系統(tǒng)包括鼓風(fēng)機(jī)、通風(fēng)管和曝氣頭，所述鼓風(fēng)機(jī)通過通風(fēng)管與所述曝氣頭相連；
[0010]所述光生物反應(yīng)器為一密封容器，所述光生物反應(yīng)器壁上設(shè)有進(jìn)水口、出水口和出氣口，所述光生物反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有膜組件，所述光生物反應(yīng)器內(nèi)的部分底部且位于膜組件或若干個(gè)膜組件之間區(qū)域的下方設(shè)有所述曝氣頭；
[0011]其中，所述魚池的出水口通過所述光生物反應(yīng)器的進(jìn)水口與所述光生物反應(yīng)器相連通，所述膜組件的出水口通過所述光反應(yīng)生物反應(yīng)器的出水口與所述魚池相連通。
[0012]優(yōu)選的，所述魚池，用來養(yǎng)魚，可由土地挖掘而成，鋪高密度聚乙烯做防滲透處理，其中，所述魚，較佳的選擇鯉魚、草魚或其他經(jīng)濟(jì)型魚種?？筛鶕?jù)所養(yǎng)魚的種類對菌藻系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，以滿足不同的養(yǎng)殖和水質(zhì)凈化要求。
[0013]優(yōu)選的，所述膜組件的外形特征是中空的長方體板狀膜，也可以為筒狀膜，其制作材料優(yōu)選的為滌綸無紡布，其孔徑為4?6μπι(最佳的為5μπι)，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，采用孔徑為4?6μπι滌綸無紡布使得本發(fā)明的魚菌藻的養(yǎng)殖效果較佳。當(dāng)膜組件為長方體板狀膜時(shí)，此時(shí)在所述光生物反應(yīng)器中設(shè)置兩個(gè)相互平行的膜組件，所述膜組件平行于水平面。經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證與分析，其魚菌藻的養(yǎng)殖效果較佳。本發(fā)明將膜組件放置于光生物反應(yīng)器內(nèi)，一方面用于截留微藻以及微藻和菌的共生體，以防流入魚池影響魚所構(gòu)建的生態(tài)系統(tǒng)，從而影響魚類的生長;另一方面，所述膜組件還執(zhí)行導(dǎo)流板的功能，為廢水在光生物反應(yīng)器內(nèi)循環(huán)流動(dòng)導(dǎo)向。
[0014]優(yōu)選的，有效曝氣區(qū)域與所述若干膜組件之間區(qū)域一致。所述曝氣頭放置于光生物反應(yīng)器內(nèi)，一方面給微藻生長提供co2，一方面給回流到魚池的水體復(fù)氧;另外，向上的氣流推動(dòng)光生物反應(yīng)器內(nèi)水體繞膜組件流動(dòng)，使水體混合均勻，同時(shí)沖刷膜組件，減緩膜組件堵塞。
[0015]優(yōu)選的，所述光生物反應(yīng)器可根據(jù)占地面積和規(guī)模大小選擇外形，大規(guī)模養(yǎng)殖選用長方體板箱，小規(guī)模養(yǎng)殖選用柱狀;其材質(zhì)，可選地，透明聚乙烯薄膜或有機(jī)玻璃。其中，薄膜有較低成本的優(yōu)點(diǎn)，但也有破損后難以修復(fù)的缺點(diǎn);有機(jī)玻璃的固定性好，但成本較薄膜高;實(shí)驗(yàn)規(guī)模多使用有機(jī)玻璃。
[0016]優(yōu)選的，所述光源設(shè)置在光生物反應(yīng)器外部或者內(nèi)部，該光源用于夜晚促進(jìn)微藻進(jìn)行光合作用，增大微藻產(chǎn)量并連續(xù)處理養(yǎng)殖廢水，進(jìn)一步優(yōu)選的，所述光源為LED白光燈。當(dāng)所述光源位于光生物反應(yīng)器內(nèi)部時(shí)，光源為LED白光燈帶，可均勻的設(shè)置在光生物反應(yīng)器中或者膜組件上，以使微藻接受均勻的光照。
[0017]優(yōu)選的，所述微藻其性能特征是具有較好的抗毒害性、具有較高價(jià)值的自養(yǎng)藻種，進(jìn)一步優(yōu)選的為小球藻(Chlore I la sp.)，可選地，普通小球藻(Chlorel la vulgaris)，蛋白核小球藻(Chlorella pyrenoidosa)。經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和分析，采用小球藻可以更好的與細(xì)菌共生，從而更加有利于凈化廢水。
[0018]優(yōu)選的，所述細(xì)菌，為污水處理廠好氧池活性污泥接種后在反應(yīng)器內(nèi)馴化出的與小球藻共生的混合好氧菌群，優(yōu)選的，硝化細(xì)菌。
[0019]本發(fā)明還提供一種所述魚-菌-藻共生的生態(tài)養(yǎng)殖系統(tǒng)的運(yùn)行方法，包括以下步驟:
[0020](I)人工投加飼料來養(yǎng)殖魚，魚池中產(chǎn)生的養(yǎng)殖廢水進(jìn)入所述光生物反應(yīng)器中；
[0021](2)進(jìn)入所述光生物反應(yīng)器中廢水借助曝氣沖力，沿著所述膜組件向上流動(dòng)，在膜組件最頂端向無曝氣區(qū)域降流，形成內(nèi)部環(huán)流；
[0022](3)水體在流動(dòng)中與微藻和細(xì)菌接觸，水中的魚類水中對魚類有害的物質(zhì)被轉(zhuǎn)化為硝酸鹽，或被微藻吸收，有機(jī)物被細(xì)菌降解，水體得到凈化；
[0023](4)凈化后的水透過膜組件，由膜組件的出水口回流至魚池，進(jìn)行魚類養(yǎng)殖。
[0024]優(yōu)選的，所述魚池中的水體與所述光生物反應(yīng)器的水體的體積比例為1:(0.8?1.2)，進(jìn)一步優(yōu)選為1:1。
[0025]優(yōu)選的，魚類養(yǎng)殖密度為10_15kg/m3;微藻和細(xì)菌初始接種比例分別為8?12%(進(jìn)一步優(yōu)選為10 % )和1.5?2.5 % (進(jìn)一步優(yōu)選為2 % )，高密度培養(yǎng)，收獲藻產(chǎn)品。
[0026]優(yōu)選的，適當(dāng)調(diào)整曝氣強(qiáng)度，使水體溶解氧濃度為3_5mg/L，就適宜魚類生長。
[0027]本發(fā)明的有益效果是:
[0028](I)本發(fā)明將菌藻共生系統(tǒng)與水產(chǎn)養(yǎng)殖耦聯(lián)，形成新型循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)，充分利用菌藻共生的特性，達(dá)到減少曝氣成本，提高氮和有機(jī)物利用效率，強(qiáng)化水質(zhì)凈化能力的效果O
[0029](2)本發(fā)明涉及的一種“魚-菌-藻”共生的生態(tài)養(yǎng)殖系統(tǒng)，將水產(chǎn)養(yǎng)殖與菌藻共生、膜出水技術(shù)結(jié)合，能有效地增大產(chǎn)出價(jià)值，減小曝氣成本，提升系統(tǒng)對有機(jī)物的回用能力，強(qiáng)化廢水凈化，循環(huán)利用以減少廢水外排，提高氮的利用效率;膜組件的利用，對藻類進(jìn)行截留，使微藻收獲更加容易。
[0030](3)由于微藻光合作用的產(chǎn)氧、以及光生物反應(yīng)器中的曝氣使得回流進(jìn)魚池的水中溶解氧濃度高，因此無需在魚池加設(shè)曝氣裝置，且光生物反應(yīng)器內(nèi)的曝氣并不需要?jiǎng)×业膹?qiáng)度，只需調(diào)整曝氣強(qiáng)度使水體溶解氧濃度為3_5mg/L即可適宜魚類生長。
[0031](4)本發(fā)明的優(yōu)勢之一是將曝氣頭放置于光生物反應(yīng)器底部以及膜組件之間區(qū)域的下方，一方面給微藻生長提供CO2，一方面給回流到魚池的水體復(fù)氧;另外，向上的氣流推動(dòng)光生物反應(yīng)器內(nèi)水體繞膜組件流動(dòng)，使水體有一定的規(guī)律進(jìn)行混勻，從而使得凈化廢水的效果更加優(yōu)異，否則水體凈化不均勻，沒有一定規(guī)律，從而達(dá)不到理想凈化效果；同時(shí)沖刷膜組件，減緩膜組件堵塞。
【附圖說明】
[0032]圖1為平板式的魚菌藻共生的生態(tài)養(yǎng)殖系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033]圖2為光源內(nèi)置的柱狀魚菌藻共生的生態(tài)養(yǎng)殖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034]圖3是板狀膜組件的側(cè)視圖。
[0035]其中，I為魚池，2為平板式光生物反應(yīng)器，3為魚，4為水栗，5為鼓風(fēng)機(jī)，6為板狀膜組件，7為菌藻混合液，8為出氣口，9為外置光源，10為卡槽，11為進(jìn)水口，12為升流區(qū)，13為降流區(qū)，14為內(nèi)置條帶光源，15為柱狀光生物反應(yīng)器，16為筒狀膜組件。
【具體實(shí)施方式】
[0036]實(shí)施例1
[0037]結(jié)合圖1進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案，如下:
[0038]本發(fā)明主要由魚池1、用來培養(yǎng)微藻和細(xì)菌的平板式光生物反應(yīng)器2、輸水系統(tǒng)、夕卜置光源9、兩個(gè)板狀膜組件6和曝氣系統(tǒng)5組成。
[0039]圖1中，所述魚池I，用來養(yǎng)魚，可由土地挖掘而成，鋪高密度聚乙烯做防滲透處理，其中，所述魚3選用經(jīng)濟(jì)型魚種鯉魚。微藻選用小球藻，細(xì)菌選用硝化細(xì)菌。外置光源9為LED白光燈。
[0040]平板式光生物反應(yīng)器2用有機(jī)玻璃制成，整體為長方體，高度與底邊長度比為3:1，板箱厚度不大于1cm以有效利用光照，其設(shè)有進(jìn)水口 11、出水口和出氣口 8。
[0041]所述板狀膜組件6包括膜和用于固定所述膜的支撐材料，所述膜與支撐材料形成具有空腔且密封的所述膜組件，所述板狀膜組件6設(shè)有出水口，板狀膜組件6為長方形無紡布板膜，選用5μπι滌綸無紡布，兩片平行放置于平板式光反應(yīng)器2內(nèi)的卡槽10上固定，以防止曝氣使其活動(dòng)。
[0042]所述曝氣系統(tǒng)包括鼓風(fēng)機(jī)5、通風(fēng)管和曝氣頭，所述鼓風(fēng)機(jī)5通過通風(fēng)管與所述曝氣頭相連，曝氣頭放置于平板式光反應(yīng)器2底部，固定在兩片板狀膜組件6中間。
[0043]所述輸水系統(tǒng)，包括水栗4和輸水管，用于輸送養(yǎng)殖水體，將魚池I廢水栗入平板式光生物反應(yīng)器2中，后將處理過的廢水從板狀膜組件6中抽出回流至魚池I，其中所述輸水管為PVC管。
[0044]其中，所述魚池I的出水口通過所述水栗與所述平板式光生物反應(yīng)器2的進(jìn)水口相連，所述板狀膜組件6的出水口通過所述平板式光反應(yīng)生物反應(yīng)器2的出水口以及輸水系統(tǒng)中的水栗與所述魚池I相連通。
[0045]本系統(tǒng)運(yùn)行方式為:魚3養(yǎng)殖于魚池I中，魚池I中產(chǎn)生的養(yǎng)殖廢水通過水栗4與輸水管從反應(yīng)器側(cè)下方栗入平板式光生物反應(yīng)器2中，借助曝氣系統(tǒng)的曝氣沖力，廢水沿著板狀膜組件6向上流動(dòng)，通過升流區(qū)12，之后，向下流動(dòng)通過兩側(cè)的降流區(qū)13，如此循環(huán)。曝氣系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，使曝氣速率穩(wěn)定，有效曝氣區(qū)域與兩個(gè)板狀膜組件6之間的區(qū)域一致。廢水在被菌藻混合液7處理后，進(jìn)入板狀膜組件6，由水栗4抽出，回流至魚池I中，循環(huán)利用養(yǎng)殖魚。平板式光生物反應(yīng)器2中，沒有溶入水中的空氣從出氣口8逸出反應(yīng)器，以平衡反應(yīng)器內(nèi)壓力并減小反應(yīng)器內(nèi)過高的氧濃度，以免影響微藻的生長。外置光源9放置在光生物反應(yīng)器2的外部，白天光源關(guān)閉，反應(yīng)器接受太陽光，夜晚光源開啟，光生物反應(yīng)器接受外置光源9照射，光強(qiáng)為120ymol/m2s。如此，實(shí)現(xiàn)養(yǎng)魚廢水的循環(huán)養(yǎng)殖。
[0046]所述魚池I中的水體與所述平板式光生物反應(yīng)器2的水體的優(yōu)選的體積比例為1:1，其中所述魚池里的養(yǎng)殖密度為10_15kg/m3，微藻和細(xì)菌初始接種比例分別為10%和2%，曝氣強(qiáng)度調(diào)整使水體溶解氧濃度在3_5mg/L。
[0047]實(shí)施例2
[0048]結(jié)合圖2進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)方案，如下:
[0049]本發(fā)明主要由魚池1、柱狀光生物反應(yīng)器15、輸水系統(tǒng)、內(nèi)置條帶光源14、筒狀膜組件16和曝氣系統(tǒng)5組成。
[0050]圖2中，培養(yǎng)菌藻的反應(yīng)器為柱狀光生物反應(yīng)器15，其形狀特征在于其為圓柱體，制作材料為有機(jī)玻璃，其內(nèi)徑不大于30cm以有效利用光照，反應(yīng)器高度可根據(jù)需要調(diào)整，其高徑比，可選地，為6:1;光源采用內(nèi)置條帶光源14，為LED白光燈帶，分布均勻地纏繞在筒狀膜組件16上，以使微藻接受均勻的光照;筒狀膜組件16為無紡布膜，放置于反應(yīng)器內(nèi)卡槽10上固定;曝氣頭放置于柱狀光生物反應(yīng)器2底部，固定在筒狀膜組件的下方，其余同實(shí)施例1o
[0051]本發(fā)明運(yùn)行方法基本同實(shí)施例1，不同之處在于光源內(nèi)置，膜組件和反應(yīng)器均為圓柱狀，使反應(yīng)器內(nèi)接受光照更充分而均勻，提高微藻光合速率，生長速率，增強(qiáng)水質(zhì)凈化能力。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種魚-菌-藻共生的生態(tài)養(yǎng)殖系統(tǒng)，其特征是:包括魚池、若干個(gè)膜組件、曝氣系統(tǒng)、用來培養(yǎng)微藻和細(xì)菌的光生物反應(yīng)器以及向所述光生物反應(yīng)器提供光的光源； 所述膜組件是由膜材料與固定所述膜材料的支撐材料所形成的具有空腔且密封的膜結(jié)構(gòu)，所述膜組件設(shè)有出水口； 所述曝氣系統(tǒng)包括鼓風(fēng)機(jī)、通風(fēng)管和曝氣頭，所述鼓風(fēng)機(jī)通過通風(fēng)管與所述曝氣頭相連； 所述光生物反應(yīng)器為一密封容器，所述光生物反應(yīng)器壁上設(shè)有進(jìn)水口、出水口和出氣口，所述光生物反應(yīng)器內(nèi)設(shè)有膜組件，所述光生物反應(yīng)器內(nèi)的部分底部且位于膜組件或若干個(gè)膜組件之間區(qū)域的下方設(shè)有所述曝氣頭； 其中，所述魚池的出水口通過所述光生物反應(yīng)器的進(jìn)水口與所述光生物反應(yīng)器相連通，所述膜組件的出水口通過所述光反應(yīng)生物反應(yīng)器的出水口與所述魚池相連通。2.如權(quán)利要求1所述的生態(tài)養(yǎng)殖系統(tǒng)，其特征是:所述膜組件的外形特征是中空的長方體板狀膜或?yàn)橥矤钅?，其制作材料?yōu)選的為滌綸無紡布，其孔徑為4?6μπι。3.如權(quán)利要求1所述的生態(tài)養(yǎng)殖系統(tǒng)，其特征是:所述光源設(shè)置在光生物反應(yīng)器外部或者內(nèi)部。4.如權(quán)利要求1所述的生態(tài)養(yǎng)殖系統(tǒng)，其特征是:所述微藻為小球藻。5.如權(quán)利要求1所述的生態(tài)養(yǎng)殖系統(tǒng)，其特征是:所述細(xì)菌，為污水處理廠好氧池活性污泥接種后在反應(yīng)器內(nèi)馴化出的與小球藻共生的混合好氧菌群，優(yōu)選為硝化細(xì)菌。6.如權(quán)利要求1所述的生態(tài)養(yǎng)殖系統(tǒng)，其特征是:所述光生物反應(yīng)器根據(jù)占地面積和規(guī)模大小選擇外形，大規(guī)模養(yǎng)殖選用長方體板箱，小規(guī)模養(yǎng)殖選用柱狀;其材質(zhì)為透明聚乙烯薄膜或有機(jī)玻璃。7.如權(quán)利要求1所述的生態(tài)養(yǎng)殖系統(tǒng)，其特征是:所述魚池，鋪高密度聚乙烯做防滲透處理，其中，所述魚，優(yōu)選為鯉魚、草魚或其他經(jīng)濟(jì)型魚種。8.如權(quán)利要求1所述的生態(tài)養(yǎng)殖系統(tǒng)，其特征是:所述光源為LED白光燈。9.一種權(quán)利要求1?8中任一項(xiàng)所述的魚-菌-藻共生的生態(tài)養(yǎng)殖系統(tǒng)的運(yùn)行方法，其特征是，包括以下步驟: (1)人工投加飼料來養(yǎng)殖魚，魚池中產(chǎn)生的養(yǎng)殖廢水進(jìn)入所述光生物反應(yīng)器中； (2)進(jìn)入所述光生物反應(yīng)器中廢水借助曝氣沖力，沿著所述膜組件向上流動(dòng)，在膜組件最頂端向無曝氣區(qū)域降流，形成內(nèi)部環(huán)流； (3)水體在流動(dòng)中與微藻和細(xì)菌接觸，水中的魚類水中對魚類有害的物質(zhì)被轉(zhuǎn)化為硝酸鹽，或被微藻吸收，有機(jī)物被細(xì)菌降解，水體得到凈化； (4)凈化后的水透過膜組件，由膜組件的出水口回流至魚池，進(jìn)行魚類養(yǎng)殖。10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征是:所述魚池中的水體與所述光生物反應(yīng)器的水體的體積比例為I: (0.8?1.2)，優(yōu)選為1:1;魚類養(yǎng)殖密度為10?15kg/m3;微藻和細(xì)菌初始接種比例分別為8?12%和1.5?2.5%。
【文檔編號】A01K63/04GK105961303SQ201610395042
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年6月3日
【發(fā)明人】胡振, 方穎珂, 鄒藝娜
【申請人】山東大學(xué)