TWI611758B

TWI611758B - 高密度養殖循環水的處理設備

Info

Publication number: TWI611758B
Application number: TW101149697A
Authority: TW
Inventors: Chi Tse Kuo
Original assignee: Kuo Hsing Chung
Priority date: 2012-12-25
Filing date: 2012-12-25
Publication date: 2018-01-21
Also published as: TW201424580A

Description

高密度養殖循環水的處理設備

本發明是有關於一種養殖用水的處理設備，且特別是有關於一種能提供良好水質，以提高生物養殖密度與存活率，且養殖槽佔地小又能適時拆組清潔及擴充之高密度養殖循環水的處理設備。

隨著近海漁業資源的逐漸枯竭以及遠洋漁業發展的限制，我國漁業近年來已逐漸轉為水產養殖發展，但由於台灣土地面積狹小，且超抽地下水所造成的地層下陷問題，已對傳統的漁塭養殖方式造成極大的養殖瓶頸，所以，密閉式的循環水養殖系統便應運而生。

這種養殖系統通常是先將養殖水以進水設備打入桶槽內，桶槽內設有曝氣設備以提供氧氣，並在槽底部設有排污管連接到一循環水質淨化設備，經過水質淨化設備過濾後的水會再回流到桶槽內循環使用，所以每週只要補充約10%養殖水體積的水到桶槽內，就能達到連續的水循環使用效果。

雖然密閉式的循環水養殖系統具有節約水資源、土地成本，以及水產成長快、回收率高的優點，但是仍存有以下不利的因素待克服：

一、由於高密度的水產養殖需要餵投大量的餌料來維持魚蝦貝類的生長，所以池底常會積存大量的殘餘餌料及生物排洩物，這些殘餌及排洩物如不能即時的清除，就會造成池水中的亞硝酸及氨氮濃度提高，使得水質優氧化，影響養殖成效。

二、為了去除養殖水中的氨氮，以往的循環水養殖系統還需要配合生物濾床，利用生物濾床來培養硝化菌以進行硝化作用，由於水體停留在生物濾床的時間係影響其對氨氮去除效能關鍵因素之一，所以，生物濾床勢必需要一定的使用面積，而且，硝化作用需消耗大量氧氣，這意謂著要不斷地對生物濾床提供大量的曝氣，極為耗能。

三、以往的養殖桶槽通常是以水泥砌成或不銹鋼製的固定型式，不能隨著業者的實際需要，來適時的擴充槽體的大小或搬移，使得養殖基地的發展受到很大的限制。

四、基於養殖環境的要求，固定型式的養殖桶槽必須要定期的清洗槽壁，否則容易孳生細菌與藻類，降低養殖的存活率，但一般的養殖桶槽因為不能拆解，所以容易有清潔上的死角，一旦清潔工作不確實，槽壁就容易附著生物黏膜進而產生病毒，增加魚隻的發病。

五、以往水質淨化設備必須搭配多級式的處理流程，其流程通常係以重力沉降及砂濾方式篩除水中較大顆粒的固體物，接著以生物處理方式(如曝氣生物濾床、旋轉生物盤或流體化床)去除水中氨氮及有機物，然後再以微孔材料來濾除水中的懸浮微粒及生物處理後所產生的污泥，繼之再添加藥劑進行消毒殺菌，然後再送到調鹽池調節PH值，最後在曝氣增氧後送入養殖槽內循環使用，所以，其水質淨化設備佔用了極大的養殖場地，除了使場地費用居高不下之外，整體設備成本也極為驚人，不利於養殖業者的長久經營。

六、此外，以往的循環水養殖系統除了耗能高之外，定期更換過濾材料的成本也是一項不低的花費，所以整個系統的操作及維護成本也相當高昂，需要專業的養殖操作人員才能勝任。

因此本發明所提供之一種高密度養殖循環水的處理設備，是在養殖槽內提供完整的曝氣，除了可單獨調節曝氣量提供充足溶氧，且能讓殘餌及***物完全上浮出槽外，以維持優良的養殖水體，俾提高生物養殖密度及存活率。

本發明高密度養殖循環水的處理設備之另一目的，其養殖槽係以可相互拼組的基板單元組成八角形，讓水流的循環無死角，並能拆解以方便清洗及運輸，且組裝快速又可適時擴展養殖槽的容積。

另，本發明高密度養殖循環水的處理設備之又一目的，是將養殖槽與水循環及過濾裝置整合為一體，使設備佔地面積能減小，讓養殖基地能作更有效的設備配置，以降低場地成本。

又，本發明高密度養殖循環水的處理設備之再一目的，不但水循環處理時耗能低、不必添加任何化學殺菌劑，且過濾裝置的濾膜可以定期自動清洗，故可降低設備操作及維護成本，且更環保。

因此，本發明所提出之一種高密度養殖循環水的處理設備，包含至少一養殖槽、一曝氣單元、至少一循環水處理槽、至少一膜過濾單元及一驅動單元。該養殖槽，為可拆組式的槽體，用以承裝養殖水，且是由複數基板單元相互鄰接圈圍而成的八角形中空槽體，而該養殖槽具有一溢流堰。該曝氣單元，具有複數個裝設在該養殖槽底部的供氣管，以將外界空氣打入水體進行曝氣並維持溶氧量，同時可產生大量微細氣泡，而能將該養殖槽內的殘餘飼料及排洩物予以浮除推升，進而由該溢流堰上浮溢流出該養殖槽外。該循環水處理槽，為可拆組式的槽體，並接設在該養殖槽對應設有該溢流堰的一側，該循環水處理槽具有一位於底部的硝化反應室及一位於該硝化反應室上方的膜過濾室，該硝化反應室內充填有包埋式硝化菌，並包括有一延伸至該溢流堰的橫流管，該橫流管恰可導接溢流出該養殖槽的水體進入該硝化反應室，並利用其內的硝化菌來同步進行硝化/反硝化作用，藉以脫去水中的氨氮及硝酸、亞硝酸氮。該膜過濾單元，為圓型平板膜，並沉降設置在膜過濾室中，具有至少一產水管及多數個水密地穿設在該產水管上的碟片狀膜袋，每個膜袋中央形成有與該產水管通連的濾液產道。該迴水單元，設置於該養殖槽外部，具有一接設在該產水管一端的抽水泵、一接設在該抽水泵一出水端的迴水管，該迴水管是延伸至該養殖槽，在抽水泵負壓吸力的驅動下，使該膜過濾室內的水體能藉著真空壓力差進行固液分離，進而除去水體中的病毒、細菌、次氯酸鈉及不溶解的固體，濾液則能經由該產水管、迴水管抽送回該養殖槽內，以形成循環水使用。

依照上述之高密度養殖循環水的處理設備，其中，前述基板單元可以採用等比例的板體拼接來擴充延伸，而該曝氣單元有具有複數個與前述供氣管分別連結的空氣調節閥，每個供氣管又個別橫向交錯地伸設出多數個分支管，各分支管上皆設有數個曝氣孔。

依照上述之高密度養殖循環水的處理設備，其中，該等板體的內側面上分別貼設有一抗菌材料層，以避免生物黏液堆積於板體內壁。

依照上述之高密度養殖循環水的處理設備，其中，該抗菌材料層是以含有銀、銅、鈷、二氧化鈦所製成的不銹鋼網，且可自板體上取出清洗。

依照上述之高密度養殖循環水的處理設備，其中，更包含有一殺菌單元，該殺菌單元可提供微量的臭氧混入該養殖槽的水體中。

依照上述之高密度養殖循環水的處理設備，其中，該殺菌單元具有至少一紫外線光源、一與該紫外線光源連接的吸氣閥，以及至少一裝設在該養殖槽底部且與該吸氣閥連通的臭氧供給管，該臭氧供給管是裝設在遠離該養殖槽之溢流堰的一側，使臭氧能隨水液流動形成自動擴散作用。

依照上述之高密度養殖循環水的處理設備，其中，該循環水處理槽更具有一擋網層，用以分隔出該硝化反應室及該膜過濾室，該擋網層是具有孔洞的沖孔網，以防止包埋式硝化菌直接上浮至該膜過濾室內。

依照上述之高密度養殖循環水的處理設備，其中，更包含一噴洗單元，該噴洗單元是裝設在該膜過濾單元上方，並具有一與該迴水管旁通的逆洗管，以直接引取循環水來噴洗該膜過濾單元的膜袋。

依照上述之高密度養殖循環水的處理設備，其中，該硝化反應室內所填裝的包埋式硝化菌是以優勢的硝化菌與活性碳混合後，加入不溶於水的高分子聚合物固化後所製成的多孔性固定化顆粒。

依照上述之高密度養殖循環水的處理設備，其中，，該循環水處理槽的底設有一排渣孔。

參照第1圖與第5圖，本發明之高密度養殖循環水的處理設備的第一實施例，包含有至少一養殖槽100、一曝氣單元 200、一殺菌單元300、至少一循環水處理槽400、複數個膜過濾單元500、一迴水單元600及一噴洗單元700。

該養殖槽100，請配合參照第2至4圖，為可拆組式的槽體，用以盛裝預先處理後的養殖水，且是由複數基板單元110相互鄰接圈圍而成的八角形中空槽體，使水循環流動上無死角，而為了降低開模製造成本，前述基板單元110可以採用等比例的板體111、112拼接來擴充延伸，且板體111與板體112的銜接處都夾設有一水密壓條113，以防槽內水液滲漏，在本實施例中，前述板體111、112為內部中空的玻璃纖維材料(FRP)製成，以達到減輕重量的效用，俾達到方便搬移及拆組。此外，該養殖槽100具有一緊鄰其中一基板單元110且呈漏斗狀的溢流堰120，該溢流堰120的高度係略低於養殖水的液面高度。

更進一步地，前述板體111、112的內側面上各形成有一滑槽114，滑槽114恰可嵌入一抗菌材料層130，該抗菌材料層130是以含有銀、銅、鈷或二氧化鈦(TiO₂)所製成的不銹鋼網，除了能補強板體的抗衝擊強度，又具有極佳的抗菌性及耐蝕性，且又可自板體111、112的滑槽114上取出清洗，以避免生物黏液堆積於板體內壁，另外，在該抗菌材料層130上可以另外嵌接有呈交錯設置的隔板(圖未示)，以提供養殖生物的棲息地，降低魚蝦的相互殘食。

該曝氣單元200，再如第1圖及第2圖所示，具有複數個裝設在該養殖槽100底部的供氣管210、複數個與前述供氣管210連通的空氣調節閥220，以及一與空氣調節閥220連接的鼓風機230，在本實施例中，共設有三個呈馬蹄狀平行排列的供氣管210，每個供氣管210又個別橫向交錯地伸設出多數個分支管211，且每個分支管211上又開設有多數個曝氣孔212，使得養殖槽100底部構成完整且分佈均勻的供氣結構，而前述的空氣調節閥220能連結一外部的水質偵測系統(圖未示)，而能各別來調節每個供氣管210所打出的空氣流量，以提供養殖槽100內的水體能有充足的溶氧量；此外，為了降低因大量曝氣而對槽體內水體產生震盪與湧沸情事，進而干擾了所養殖生物的棲息與生長，吾人可以在每個曝氣孔212上另外增設一泡沫產生器，此泡沫產生器可將泵入的氣體對養殖水進行碎解乳化，以形成奈米級的微小氣泡，相關結構可參見第215585、592795、I348391、M411988…等專利案，故此不再多加說明。

該殺菌單元300，請配合參照第1圖及第7圖，裝設在該養殖槽100一側，具有一管殼310、至少一裝設於該管殼310內的紫外線光源320(本實施例為耗電量低的紫外線LED燈)、一與該紫外線光源320連接的吸氣閥330，以及一延伸入該養殖槽100底部的臭氧供給管340，在本實施例中，該臭氧供給管340同樣具有數個分支管341(如第5圖)，並設置在遠離該養殖槽100設有溢流堰120的一側，且恰與前述的供氣管210呈等間隔平行排列，使臭氧能隨水液的流動而形成自動擴散作用，如此，俾利用該紫外線光源320照射空氣後所產生的臭氧，以適時提供微量的臭氧混入該養殖槽100的水體中，以有效抑制水中細菌及病毒增生，並避免養殖槽100內產生附著物。

該循環水處理槽400，同樣可以採用拆組式的槽體，並鄰接在該養殖槽100對應設有該溢流堰120的一側，該循環水處理槽400具有一位於底部的硝化反應室410、一位於該硝化反應室410上方的膜過濾室420，及一夾設在該硝化反應室410 及膜過濾室420之間的擋網層430，該硝化反應室410包括有一延伸至該溢流堰120底部的橫流管411，且該硝化反應室410內充填有包埋式硝化菌800，而該擋網層430是具有孔洞的沖孔網，以防止該硝化反應室410內的包埋式硝化菌800直接上浮至該膜過濾室420內。

前述的包埋式硝化菌800在硝化反應室410中是以網袋來進行堆疊，其是以優勢的硝化菌(Nitrosomonas)與活性碳混合後，再加入不溶於水的高分子聚合物固化後所製成的多孔性固定化顆粒，在實施例中，是呈果凍狀的立方體顆粒，這種包埋式硝化菌與傳統硝化菌有極大差異，除了可提高系統內硝化菌的濃度和停留時間，使系統具有耐衝擊負荷、環境敏感性低之外，更有易於後續固液分離和剩餘污泥量少等優點，且材料耗損量相當低，每年僅需補充20%體積的損耗即可，相當經濟。

前述膜過濾單元500，如第5圖及第8圖，呈平行排列設置，其等為圓型平板膜，並呈等間隔平行沉降設置在膜過濾室420中，每個膜過濾單元500各具有一產水管510及多數個水密地穿設在該產水管510上的碟片狀膜袋520，而每個膜袋520是在兩片濾膜521、522之間夾設一支撐網523，並在上述三者的外緣施以高週波熔接為一體，使濾膜521、522中央形成有與該產水管510通連的濾液產道524(參見第9圖)，在本實施例中，該等濾膜521、522是採用超過濾膜(UF膜)。

該迴水單元600，再如第1、5圖及第7圖所示，設置於該養殖槽100外部，具有一接設在前述膜過濾單元500的產水管510末端並用來輸送過濾水的集液管610、一接設該集液管610末端的抽水泵620，以及一接設在該抽水泵620一出水端的迴水管630，該迴水管630另一端是接續在殺菌單元300的吸氣閥330上，使該紫外線光源310照射空氣後所產生的臭氧，能利用該吸氣閥320吸入該迴水管630的循環水中，以將混入有微量臭氧的循環水抽送回該養殖槽100內。

該噴洗單元700，如第1圖、第5圖與第6圖，是裝設在該膜過濾單元500上方，並具有一與該迴水管630旁通的逆洗管710，以及一與該逆洗管710連結的控制閥720，更進一步地，該逆洗管710上有複數個對應該膜過濾單元膜袋的噴頭711。

附帶說明的是，本發明利用在養殖槽100內進行曝氣供氧的同時，由該殺菌單元300的臭氧供氣管340所混入的微量臭氧，除了能達到抑菌、脫臭效果外，且因為養殖槽100底部所分佈的眾多供氣管210提供了充足的空氣，所以這些臭氧會很快地還原成氧氣，而不會傷害水中所養殖生物，而且更具有提高養殖水溶氧量的效果。

藉著上述的結構，本發明在該曝氣單元200的鼓風機230作動下，大量含空氣的微細氣泡係自空氣管打入該養殖槽100的水體，以進行曝氣並維持足夠之溶氧量，同時可產生大量微細氣泡，能將該養殖槽100內的殘餘飼料及排洩物予以浮除推升，進而由該溢流堰120上浮溢流出該養殖槽100外，然後，經由溢流出的養殖水在通過該橫流管411並進入該硝化反應室410時，便能利用其中的包埋式硝化菌800來同步進行硝化/反硝化作用(simultaneous nitrification and denitrification)，藉以脫去水中的氨氮及硝酸、亞硝酸氮，同時，在該迴水單元600的抽水泵620負壓吸力的驅動下，上流至該膜過濾室420內的水體能藉著真空壓力差進行固液分離，利用孔徑僅0.03μm大小的UF膜袋520，來過濾掉水體中的病毒、細菌、次氯酸鈉，以及少量通過硝化作用後所生成的污泥和不溶解的固體，濾液則依序經由該產水管510、集液管610朝該迴水管630泵送，最後由該臭氧供給管340抽送回該養殖槽100內，以形成循環水使用。

而被截留在該硝化反應室410內的大部份殘渣及污泥，則可以適時的透過該循環水處理槽400底部的排渣孔440排出，再經過回收設備(如壓濾機或過濾機)的濃縮排水後，成為有機肥再利用，而濃縮水的上清液還可以回到備水池內，作為預備用循環水。

而當前述膜過濾單元500運轉使用一段時間，使膜袋510表面積附污泥及固體微粒，這時便可以操作該抽水泵620停止汲取濾液，同時將該噴洗單元700的控制閥720開啟，使逆洗管700能引取迴水管路上的循環水，進而自噴頭711噴出水柱來噴洗膜過濾單元500的膜袋510，如第6圖所示，以達到自動清潔膜袋510的效果，而噴洗後的水液則可以排出膜過濾室420。

再如第10圖所式，本發明的養殖槽100除了可以是單槽式之外，也可以利用板體之間具有共用性的特點，採並聯方式來組裝(圖示為三聯式)，以達到養殖空間最大化的使用效率。

最後，再將本發明「高密度養殖循環水的處理設備」的功效與優點歸納整理如下

一、本發明能讓養殖槽100內的水體曝氣效果完整，除了能提供充足的溶氧量之外，更能有效地將殘餌及***物完全上浮流出槽體外，加上殺菌單元300所提供的微量臭氧，及板體111、112內襯有抗菌材料層130，有效避免病毒、細菌生成，所以有優良的養殖水體，能提高生物養殖密度及活成率。

二、由於本發明的養殖槽100及循環水處理槽400皆採用等比例的基板單元110拼接來擴充延伸，因此，在實際運用上，可依照槽體之需求大小，來快速地拼組，除具有多元化之變化運用之外，由於該等板體採規格化層疊包裝運送，更有利於搬運上之便利性，且節省運送成本。

三、也因為養殖槽100之基板單元110的板體可以拆解，加上內襯的抗菌材料層130也可取出清洗，所以清潔上無死角，能夠防止槽壁附著生物黏膜，進而產生病毒，以減少養殖生物的發病、增加存活率。

四、本發明將生物處理與膜過濾處理的裝置整合在同一個循環水處理槽400內，而循環水處理槽400又能與養殖槽100直接鄰接結合，所以設備佔地小，使整個養殖基地能獲得有效的配置利用。

五、因為過濾單元500之膜袋510可定期的自動噴水清洗，所以不容易堵塞，相對的也不須經常更換濾材，不但可提高膜袋510的使用壽命，且具有節省使用成本之功用。

六、本發明在循環水處理槽400內進行脫氮與膜過濾處理時，不再需要大量曝氣，所以僅使用同一部的抽水泵620，就能將過濾後的循環水抽送回養殖槽100，所以設備耗能低，且循環水不需要加入任何化學殺菌劑，更為環保、安全。

以上所述者，僅為本發明之一個實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆應仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

100‧‧‧養殖槽

110‧‧‧基板單元

111‧‧‧板體

112‧‧‧板體

113‧‧‧水密壓條

114‧‧‧滑槽

120‧‧‧溢流堰

130‧‧‧抗菌材料層

200‧‧‧曝氣單元

210‧‧‧供氣管

211‧‧‧分支管

212‧‧‧曝氣孔

220‧‧‧空氣調節閥

230‧‧‧鼓風機

300‧‧‧殺菌單元

310‧‧‧管殼

320‧‧‧紫外線光源

330‧‧‧吸氣閥

340‧‧‧臭氧供給管

341‧‧‧分支管

400‧‧‧循環水處理槽

410‧‧‧硝化反應室

411‧‧‧橫流管

420‧‧‧膜過濾室

430‧‧‧擋網層

440‧‧‧排渣孔

500‧‧‧膜管濾單元

510‧‧‧產水管

520‧‧‧膜袋

521‧‧‧濾膜

522‧‧‧濾膜

523‧‧‧支撐網

524‧‧‧濾液產道

600‧‧‧迴水單元

610‧‧‧集液管

620‧‧‧抽水泵

630‧‧‧迴水管

700‧‧‧噴洗單元

710‧‧‧逆洗管

720‧‧‧控制閥

711‧‧‧噴頭

800‧‧‧硝化菌

第1圖為本發明之高密度養殖循環水的處理設備之設備系統圖。

第2圖為該養殖槽與循環水處理槽的頂視圖。

第3圖為該養殖槽之基板單元的局部剖面組合圖。

第4圖係為第3圖中假想線圈選處的放大圖。

第5圖該養殖槽與循環水處理槽的立體透視圖。

第6圖為該循環水處理槽的局部剖面側視圖。

第7圖為該殺菌單元的組合剖視圖。

第8圖為該過濾單元的組合剖視圖。

第9圖為該膜袋的剖面圖。

第10圖為複數組養殖槽相互並聯連接的使用示意圖。