CN107751085A - 一种基于微藻膜生物反应器的循环海水养殖*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于微藻膜生物反应器的循环海水养殖***，包括养殖池，养殖池连接有光生物反应器，光生物反应器通过水泵连接微藻浓缩池，微藻浓缩池内部设有超滤膜组件，超滤膜组件出水口通过水泵与养殖池连接，养殖池中心设有污水口与排水管，本发明通过在光生物反应器中培养的微藻的吸收作用，能有效去除养殖废水中的自由氨、磷酸盐等污染物，超滤膜组件的出水中自由氨和活性磷酸盐浓度均可低于检测限，将其循环输送至养殖池中，可有效实现养殖用水的循环利用，微藻收获后加工成饵料投喂至养殖池，实现养殖过程中营养元素的循环利用。
Description
技术领域
本发明属于循环海水养殖技术领域，具体涉及一种基于微藻膜生物反应器的循环海水养殖***。
背景技术
近几年，新兴的生态修复技术也被引入到海水养殖***之中，相关的研究和应用大多基于微生物、大型藻类、及滤食性贝类等的净化作用，其优点在于适应低营养水平的养殖海水；在净化水质的同时又能获得有经济价值的贝藻等养殖副产品；且技术实施和运行管理均较为简便，成本低廉。
由于渔业过度捕捞和环境污染加重，海洋渔业资源日益衰退，海产品远远不能满足市场需求，只能依靠发展海水养殖来缓解海产品需求的压力。我国的海水养殖产业发展迅猛，养殖品种不断增多，规模不断扩大，集约化程度不断提高，但存在能源消耗过大，养殖自身污染等诸多问题，阻碍了海水养殖产业的可持续性发展，采用循环海水养殖可以降低水产养殖废水排放对环境的潜在影响，并能较大幅度的节约占地面积和用水量，同时还具有养殖周期短，产量及产品价格高等优点，但传统方法处理循环海水养殖废水的构筑成本高，运行能耗大，故循环海水养殖中的废水处理技术的研究显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于微藻膜生物反应器的循环海水养殖***，本养殖***利用微藻培养高效去除养殖废水中的氨氮、磷酸盐，既可实现养殖用水的循环利用，还可实现养殖过程中营养元素的循环利用，且养殖池中残饵、粪便去除便利，废水排放定量可控，养殖过程条件控制准确。
本发明为解决上述技术问题所采取的方案为：一种基于微藻膜生物反应器的循环海水养殖***，包括养殖池，养殖池连接有光生物反应器，光生物反应器通过水泵连接微藻浓缩池，微藻浓缩池内部设有超滤膜组件，超滤膜组件出水口通过水泵与养殖池连接，养殖池中心设有污水口与排水管，本发明通过在光生物反应器中培养的微藻的吸收作用，能有效去除养殖废水中的自由氨、磷酸盐等污染物，超滤膜组件的出水中自由氨和活性磷酸盐浓度均可低于检测限，将其循环输送至养殖池中，可有效实现养殖用水的循环利用。
作为优选，光生物反应器和微藻浓缩池底部均设有微孔扩散器，微孔扩散器连接有空压机，光生物反应器中通入含4%CO2的空气，进气强度为1.2-1.5 m3/(m3·d)的曝气，微藻浓缩池中通入空气，进行强度为0.5-0.7 m3/(m3·d)的曝气，通过微孔扩散器以及空压机进行曝气，光生物反应器中通入含4%CO2的空气进行曝气，可为微藻生长提供搅拌并提供微藻生长所需的无机碳源，且有利于防止微藻细胞沉降，减少附壁或沉底，也可有效降低气体传导阻力，使无机碳源均匀分布，避免局部浓度过高，还可防止水表面产生菌膜而影响微藻生长，微藻浓缩池中通入空气，可为微藻浓缩池中提供搅拌，并可防止微藻浓缩池中的超滤膜组件表面沉积形成污染物层，有效保证循环海水***的正常进行。
作为优选，微藻浓缩池通过水泵将浓缩藻液输回至光生物反应器，保持光生物反应器中藻液浓度为1.0-1.5 g/L，微藻浓缩池中浓缩微藻收获加工后制成饵料投喂至养殖池，微藻在本养殖***中的停留时间为25d-40d，微藻浓缩池中的藻液部分输送回至光生物反应器中，以维持光生物反应器中具有较高的微藻浓度，从而实现对氮磷的高效吸收，微藻浓缩池中的另一部分藻液进行收获，加工成养殖生物的饵料，投喂至养殖池中，从而实现了养殖过程营养元素的循环利用，微藻停留时间的控制不仅可保证微藻对废水具有优良的净化作用，还可使微藻生长良好，具有较高的回收价值。
作为优选，污水口底部连接有排污管道，污水口开口端设有过滤件，过滤件包括滤板，滤板表面均布有排污孔，排污孔之间设有阻件，阻件上半部分为半圆，下半部分为凹陷形，污水口可收集残饵或粪便进入排污管道中，排污管道末端设有开关阀，当残饵和粪便收集一定程度后打开开关阀进行排放，排放出的残饵和粪便收集后可作为农作物废料，不仅避免环境污染，还可实现废弃物绿色利用，污水口开口端设有过滤件，过滤件表面的排污孔可通过养殖水中的残饵和粪便，排污孔之间的阻件可避免排污管道排水时，排污孔的吸力使养殖生物堵塞在排污孔表面，阻件使得养殖生物与排污孔之间的距离增加，从而降低吸力影响，且阻件表面圆滑、表面积大，可大大降低养殖生物的受伤几率，还可提高残饵和粪便的排出流畅度，阻件为实心件，其重力还可提高过滤件安放的稳定性，避免排水过程过滤件浮动而造成养殖生物顺流逃出的情况。
作为优选，排水管从污水口穿过，排水管直径与污水口直径的比为1:1.8-2.4，排水管由养殖池内部排水管与养殖池外部排水管连接组成，排水管以及污水口设置在一起，便于污水、废水的排放，排水管直径与污水口直径的比，不仅提高排水管安装稳定性，还可保证污水口排污水的流畅性，排水管分为内外两部分，提升排水管性能。
作为优选，养殖池内部排水管的内部为固定杆，固定杆表面设有刻度线，固定杆外表面嵌套有电动升降环，电动升降环下端连接有伸缩管，养殖池外部排水管为排水管道，固定杆排列形成多边形，外嵌套伸缩管形成直立水管，当电动升降环处于固定杆顶部时，伸缩管阻隔养殖水，从而实现正常养殖，当电动升降环下降时，伸缩管缩短，故高于伸缩管的水体流入排水管从而排出，伸缩管的伸缩使得排水管具有堵塞水体以及排水的功能，固定杆表面设有刻度线，根据电动升降环下降距离可计算出排水量，其排水量为： QUOTE ，V为排水量（m3），a为养殖池长度（m），b为养殖池宽度（m），h为固定杆裸露刻度值（m），可定量测定废水排水量，从而使养殖***具有更准确的条件控制，提高废水处理效果和养殖效果。
作为优选，养殖池内部侧壁设有清洗管道，清洗管道喷水方向均为顺时针或逆时针方向，养殖池内壁的清洗管道喷水方向一定，使得所喷出的水形成一定的旋转水流，从而提高残饵和粪便的排出，提高清洗效果。
作为优选，光生物反应器中进行微藻培养，养殖池中废水通过排水管送入光生物反应器中，废水在光生物反应器中停留时间为1.0d-1.5d，光生物反应器的微藻培养效果好，控制废水在光生物反应器中的停留时间，不仅可提高废水净化效果，还可使微藻具有良好的活性，同时还可缩短净化时间，缩短水体循环周期。
与现有技术相比，本发明的有益效果为:1）本发明通过在光生物反应器中培养的微藻的吸收作用，能完全去除养殖废水中的自由氨、磷酸盐等污染物，出水自由氨和活性磷酸盐浓度均可降至低于检测限，实现养殖用水的循环利用；2）培养的微藻收获后加工成养殖生物饵料，实现养殖过程营养元素的循环利用；3）养殖池中污水口设有过滤件，使得残饵、粪便排出流畅，且可避免对养殖生物的伤害或影响；4）排水管利用伸缩管实现堵塞水体以及排水功能切换，且固定杆上的刻度线实现废水排放的定量测定，提高养殖***条件控制。
本发明采用了上述技术方案提供一种基于微藻膜生物反应器的循环海水养殖***，弥补了现有技术的不足，设计合理，操作方便。
附图说明
图1为本发明的***示意图；
图2为本发明污水、废水排放机构示意图；
图3为本发明养殖池俯视图；
图4为本发明电动升降环下降后的排水管示意图；
图5为本发明电动升降环位于最高位的排水管示意图；
图6为本发明排水管俯视图；
图7为本发明固定杆主视图；
图8为本发明过滤件的局部放大图；
图9为本发明过滤件的主视图；
图10为本发明***的运行流程框图。
附图标记说明：1养殖池；2光生物反应器；3微藻浓缩池；4超滤膜组件；5水泵；6空压机；7微孔扩散器；8清洗管道；9污水口；10排污管道；11排水管；12过滤件；13固定杆；14电动升降环；15伸缩管；16排污孔；17阻件；18滤板。
具体实施方式
以下结合附图和实施例作进一步详细描述：
实施例1：
如图1所示，养殖池1出水进入光生物反应器2中，通过微藻的生长吸收养殖废水中的氮磷等物质，养殖废水在生物反应器2中的停留时间控制在1.0 d-1.5 d，光生物反应器2的底部设有置微孔扩散器7进行曝气，通入的气体为含4%CO2的空气，曝气强度为1.2-1.5 m3/(m3·d)，为藻液生长提供搅拌并提供微藻自养生长所需的无机碳源，光生物反应器2培养的藻液进入微藻浓缩池3中，微藻浓缩池3底部同样设置微孔扩散器7，并连接空压机6利用空气进行气，曝气量为0.5-0.7 m3/(m3·d)，主要作用是提供搅拌并控制膜组件表面沉积层污染物的形成，在微藻浓缩池3中通过超滤膜组件4实现藻液的浓缩，浓缩的藻液一部分返回至光生物反应器2中，使光生物反应器2中的藻液浓度维持在1.0-1.5 g/L的范围内，对应的微藻在***中的停留时间为25d-40d，超滤膜组件4的出水水质优良，其中对于养殖生物毒性较大的自由氨和亚硝酸盐等浓度都低于检测限，将其循环至养殖池1中实现循环水养殖，微藻浓缩池3中的藻液另一部分进行收获，加工成养殖生物的饵料，投喂至养殖池1中，从而实现了养殖过程营养元素利用的最大化。
本实施例中的常规技术为本领域技术人员所知晓的现有技术，在此不作详细叙述。
实施例2：
如图1-10所示，一种基于微藻膜生物反应器的循环海水养殖***，包括养殖池1，养殖池1连接有光生物反应器2，光生物反应器2通过水泵5连接微藻浓缩池3，微藻浓缩池3内部设有超滤膜组件4，超滤膜组件4出水口通过水泵5与养殖池1连接，养殖池1中心设有污水口9与排水管11，本发明通过在光生物反应器2中培养的微藻的吸收作用，能有效去除养殖废水中的自由氨、磷酸盐等污染物，超滤膜组件4的出水中自由氨和活性磷酸盐浓度均可低于检测限，将其循环输送至养殖池1中，可有效实现养殖用水的循环利用。
光生物反应器2和微藻浓缩池3底部均设有微孔扩散器7，微孔扩散器7连接有空压机6，光生物反应器2中通入含4%CO2的空气，进气强度为1.3 m3/(m3·d)的曝气，微藻浓缩池3中通入空气，进行强度为0.65 m3/(m3·d)的曝气，通过微孔扩散器7以及空压机6进行曝气，光生物反应器2中通入含4%CO2的空气进行曝气，可为微藻生长提供搅拌并提供微藻生长所需的无机碳源，且有利于防止微藻细胞沉降，减少附壁或沉底，也可有效降低气体传导阻力，使无机碳源均匀分布，避免局部浓度过高，还可防止水表面产生菌膜而影响微藻生长，微藻浓缩池3中通入空气，可为微藻浓缩池3中提供搅拌，并可防止微藻浓缩池3中的超滤膜组件4表面沉积形成污染物层，有效保证循环海水***的正常进行。
微藻浓缩池3通过水泵5将浓缩藻液输回至光生物反应器2，保持光生物反应器2中藻液浓度为1.1 g/L，微藻浓缩池3中浓缩微藻收获加工后制成饵料投喂至养殖池1，微藻在本养殖***中的停留时间为30d，微藻浓缩池3中的藻液部分输送回至光生物反应器2中，以维持光生物反应器2中具有较高的微藻浓度，从而实现对氮磷的高效吸收，微藻浓缩池3中的另一部分藻液进行收获，加工成养殖生物的饵料，投喂至养殖池1中，从而实现了养殖过程营养元素的循环利用，微藻停留时间的控制不仅可保证微藻对废水具有优良的净化作用，还可使微藻生长良好，具有较高的回收价值。
污水口9底部连接有排污管道10，污水口9开口端设有过滤件12，过滤件12包括滤板18，滤板18表面均布有排污孔16，排污孔16之间设有阻件17，阻件17上半部分为半圆，下半部分为凹陷形，污水口9可收集残饵或粪便进入排污管道10中，排污管道10末端设有开关阀，当残饵和粪便收集一定程度后打开开关阀进行排放，排放出的残饵和粪便收集后可作为农作物废料，不仅避免环境污染，还可实现废弃物绿色利用，污水口9开口端设有过滤件12，过滤件12表面的排污孔16可通过养殖水中的残饵和粪便，排污孔16之间的阻件17可避免排污管道10排水时，排污孔16的吸力使养殖生物堵塞在排污孔16表面，阻件17使得养殖生物与排污孔16之间的距离增加，从而降低吸力影响，且阻件17表面圆滑、表面积大，可大大降低养殖生物的受伤几率，还可提高残饵和粪便的排出流畅度，阻件17为实心件，其重力还可提高过滤件12安放的稳定性，避免排水过程过滤件12浮动而造成养殖生物顺流逃出的情况。
过滤件12表面喷涂有防污涂层，防污涂层的成分及其重量份为：自抛光树脂23-32份、过氯乙烯4-8份、松香12-16份、氧化亚铜28-41份、吡啶硫酮锌2-4.5份，涂层的制备方法为：按重量比将上述组分混合，在分散机上分散13-21min，后加入0.02-0.03份2,6-二羟基苯甲酸和0.01-0.013份缩二脲搅拌均匀，静置5-10min，然后在砂磨机上研磨得防污涂料，涂覆于过滤件12表面经烘干处理后形成防污涂层，防污涂层可显著提高过滤件12表面的防污性能，加入的2,6-二羟基苯甲酸和缩二脲可改善松香的分子结构，降低分子间作用力，从而提高各组分的分散度，保持分散体系稳定，使防污涂层具有优良的防污性和耐龟裂性，从而使过滤件12表面不仅具有优异的防污性能，避免过滤件12长期处于具有较多残饵和粪便的水体而滋生微生物或苔藓类，提高过滤件12收集残饵和粪便的流畅性，还可提升过滤件12的自清洁能力。
排水管11从污水口9穿过，排水管11直径与污水口9直径的比为1:1.9，排水管11由养殖池1内部排水管11与养殖池1外部排水管11连接组成，排水管11以及污水口9设置在一起，便于污水、废水的排放，排水管11直径与污水口9直径的比，不仅提高排水管11安装稳定性，还可保证污水口9排污水的流畅性，排水管11分为内外两部分，提升排水管11性能。
养殖池1内部排水管11的内部为固定杆13，固定杆13表面设有刻度线，固定杆13外表面嵌套有电动升降环14，电动升降环14下端连接有伸缩管15，养殖池1外部排水管11为排水管道，固定杆13排列形成多边形，外套伸缩管15后形成直立水管，电动升降环14内壁凸起滑轮与固定杆13表面的滑轮嵌套连接，使得电动升降环14可沿着固定杆13上下移动，当电动升降环14处于固定杆13顶部时，伸缩管15阻隔养殖水，从而实现正常养殖，当电动升降环14下降时，伸缩管15缩短，故高于伸缩管15的水体流入排水管11从而排出，伸缩管15的伸缩使得排水管11具有堵塞水体以及排水的功能，且当伸缩管15缩短后，裸露的固定杆13还可阻隔大件污染物，避免体积较大的污染物进入排水管11造成堵塞，固定杆13表面设有刻度线，根据电动升降环14下降距离可计算出排水量，其排水量为： QUOTE ，V为排水量（m3），a为养殖池1长度（m），b为养殖池1宽度（m），h为固定杆13裸露刻度值（m），可定量测定废水排水量，从而使养殖***具有更准确的条件控制，提高废水处理效果和养殖效果。
养殖池1内部侧壁设有清洗管道8，清洗管道8喷水方向均为顺时针或逆时针方向，养殖池1内壁的清洗管道8喷水方向一定，使得所喷出的水形成一定的旋转水流，从而提高残饵和粪便的排出，提高清洗效果。
光生物反应器2中进行微藻培养，养殖池1中废水通过排水管11送入光生物反应器2中，废水在光生物反应器2中停留时间为1.1d，光生物反应器2的微藻培养效果好，控制废水在光生物反应器2中的停留时间，不仅可提高废水净化效果，还可使微藻具有良好的活性，同时还可缩短净化时间，缩短水体循环周期。
本实施例中的常规技术为本领域技术人员所知晓的现有技术，在此不作详细叙述。
实施例3：
如图10所示，为基于微藻膜生物反应器的循环海水养殖***的运行流程框图，如图所示，养殖池将养殖废水输出至光生物反应器中，光生物反应器中进行微藻培养，待微藻将养殖废水中的氮氨、磷酸盐吸收至监测限以下，将光生物反应器中的藻液输送至微藻浓缩池中，藻液经超滤膜组件后得到水质优良的干净水，将此干净水输出送至养殖池中重新进行生物培养，微藻浓缩池中，超滤膜组件之外的藻液部分重新输回至光生物反应器中，另一部分藻液收获加工成养殖生物饲料，投喂至养殖池中，从而实现养殖***中养殖用水和营养元素的循环利用。
本实施例中的常规技术为本领域技术人员所知晓的现有技术，在此不作详细叙述。
实施例4：
如图1-10所示，一种基于微藻膜生物反应器的循环海水养殖***，包括养殖池1，养殖池1连接有光生物反应器2，光生物反应器2通过水泵5连接微藻浓缩池3，微藻浓缩池3内部设有超滤膜组件4，超滤膜组件4出水口通过水泵5与养殖池1连接，养殖池1中心设有污水口9与排水管11，光生物反应器2和微藻浓缩池3底部均设有微孔扩散器7，微孔扩散器7连接有空压机6，光生物反应器2中通入含4%CO2的空气，进气强度为1.4 m3/(m3·d)的曝气，微藻浓缩池3中通入空气，进行强度为0.55 m3/(m3·d)的曝气，微藻浓缩池3通过水泵5将浓缩藻液输回至光生物反应器2，保持光生物反应器2中藻液浓度为1.2 g/L，微藻浓缩池3中浓缩微藻收获加工后制成饵料投喂至养殖池1。
污水口9底部连接有排污管道10，污水口9开口端设有过滤件12，过滤件12包括滤板18，滤板18表面均布有排污孔16，排污孔16之间设有阻件17，阻件17上半部分为半圆，下半部分为凹陷形。
排水管11从污水口9穿过，排水管11直径与污水口9直径的比为1:2.1，排水管11由养殖池1内部排水管11与养殖池1外部排水管11连接组成，养殖池1内部排水管11的内部为固定杆13，固定杆13表面设有刻度线，固定杆13外表面嵌套有电动升降环14，电动升降环14下端连接有伸缩管15，养殖池1外部排水管11为排水管道，养殖池1内部侧壁设有清洗管道8，清洗管道8喷水方向均为顺时针或逆时针方向。
光生物反应器2中进行微藻培养，养殖池1中废水通过排水管11送入光生物反应器2中，废水在光生物反应器2中停留时间为1.3d。
在本实施例***设置条件下进行养殖废水中TN、TP含量去除率实验，控制每次实验的废水进水量相同，测试废水进水中初始TN、TP浓度以及出水中TN、TP浓度，其吸收去除率计算公式为：
η（%）=QUOTE * 100%，其中，η为去除率，W0为进水中元素初始浓度（mg/L），We为出水中元素浓度（mg/L）
实验结果如下表：
由上表实验数据可看出，本养殖***基于膜法微藻培养进行养殖废水中TN、TP的去除，其去除效果均达90%以上，去除效果好且稳定性较高，故本养殖***可实现养殖用水的循环利用。
上述实施例中的常规技术连接或现有技术为本领域技术人员所知晓的现有技术，故在此不再详细描述。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此，所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
Claims (8)
1.一种基于微藻膜生物反应器的循环海水养殖***，包括养殖池（1），其特征在于，所述养殖池（1）连接有光生物反应器（2），所述光生物反应器（2）通过水泵（5）连接微藻浓缩池（3），所述微藻浓缩池（3）内部设有超滤膜组件（4），所述超滤膜组件（4）出水口通过水泵（5）与养殖池（1）连接，所述养殖池（1）中心设有污水口（9）与排水管（11）。
2. 根据权利要求1所述的一种基于微藻膜生物反应器的循环海水养殖***，其特征在于，所述光生物反应器（2）和微藻浓缩池（3）底部均设有微孔扩散器（7），所述微孔扩散器（7）连接有空压机（6），所述光生物反应器（2）中通入含4%CO2的空气，进气强度为1.2-1.5m3/(m3·d)的曝气，所述微藻浓缩池（3）中通入空气，进行强度为0.5-0.7 m3/(m3·d)的曝气。
3. 根据权利要求1所述的一种基于微藻膜生物反应器的循环海水养殖***，其特征在于，所述微藻浓缩池（3）通过水泵（5）将浓缩藻液输回至光生物反应器（2），保持光生物反应器（2）中藻液浓度为1.0-1.5 g/L，所述微藻浓缩池（3）中浓缩微藻收获加工后制成饵料投喂至养殖池（1）。
4.根据权利要求1所述的一种基于微藻膜生物反应器的循环海水养殖***，其特征在于，所述污水口（9）底部连接有排污管道（10），所述污水口（9）开口端设有过滤件（12），所述过滤件（12）包括滤板（18），所述滤板（18）表面均布有排污孔（16），所述排污孔（16）之间设有阻件（17），所述阻件（17）上半部分为半圆，下半部分为凹陷形。
5.根据权利要求1所述的一种基于微藻膜生物反应器的循环海水养殖***，其特征在于，所述排水管（11）从污水口（9）穿过，所述排水管（11）直径与污水口（9）直径的比为1:1.8-2.4，所述排水管（11）由养殖池（1）内部排水管（11）与养殖池（1）外部排水管（11）连接组成。
6.根据权利要求5所述的一种基于微藻膜生物反应器的循环海水养殖***，其特征在于，所述养殖池（1）内部排水管（11）的内部为固定杆（13），所述固定杆（13）表面设有刻度线，所述固定杆（13）外表面嵌套有电动升降环（14），所述电动升降环（14）下端连接有伸缩管（15），所述养殖池（1）外部排水管（11）为排水管道。
7.根据权利要求1所述的一种基于微藻膜生物反应器的循环海水养殖***，其特征在于，所述养殖池（1）内部侧壁设有清洗管道（8），所述清洗管道（8）喷水方向均为顺时针或逆时针方向。
8.根据权利要求1所述的一种基于微藻膜生物反应器的循环海水养殖***，其特征在于，所述光生物反应器（2）中进行微藻培养，所述养殖池（1）中废水通过排水管（11）送入光生物反应器（2）中，所述废水在光生物反应器（2）中停留时间为1.0d-1.5d。
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