淡水鱼菜共生闭合循环系统的制作方法

1.本发明属于养殖种植技术领域，具体涉及一种淡水鱼菜共生闭合循环系统。


背景技术：

2.鱼菜共生是一种新型的复合耕作体系，它把水产养殖(aquaculture)与水耕栽培(hydroponics)这两种原本完全不同的农耕技术，结合在一起的种养子系统。在传统的水产养殖中，随着鱼的排泄物积累，水体的氨氮增加，毒性逐步增大。而在鱼菜共生子系统中，水产养殖的水被输送到水培栽培子系统，由细菌将水中的氨氮分解成亚硝酸盐然后被硝化细菌分解成硝酸盐，硝酸盐可以直接被植物作为营养吸收利用。鱼菜共生让动物、植物、微生物三者之间达到一种和谐的生态平衡关系，是可持续循环型零排放的低碳生产模式，也是有效解决农业生态危机的有效方法。
3.相关技术中，虽然鱼菜共生子系统是一个很好的技术方向，但是现在真正的鱼菜共生循环子系统和技术的几乎没有，绝大多数都是在炒作概念。除此之外，鱼菜共生体系暂时没有完善的理论支持，整个体系的建立涉及水产养殖、循环水处理、人工生态湿地、材料学、微生物学、智能监测监控、养殖尾水处理、无土栽培技术、植物学、昆虫技术学、统计学等等诸多学科的交叉，目前还没有完善的体系。鱼菜共生重点是水体的各物质含量的变化对鱼类和植物的影响。重点在水体的管护，但是现有的鱼菜共生多为暂养展示、开放式、半闭合等等。鱼类养殖出现了水体净化不够，不仅会污染环境还会造成鱼体死亡；植物生长由于营养不足造成入不敷出。涉及的监测及控制参数在监测时较为复杂，且鱼菜共生体系是一个变化的过程，因此需要稳定后持续性的维护，因此自动化程度不高、成本过大。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种淡水鱼菜共生闭合循环系统，以解决现有技术中鱼菜共生子系统自动化程度不高、成本过大的问题。
5.为实现以上目的，本发明采用如下技术方案：一种淡水鱼菜共生闭合循环系统，包括：
6.养殖子系统，包括养殖池，用于水产养殖；所述养殖池设有养殖池进水口和养殖池出水口，采用坚流沉淀器对所述养殖池中水的表层溢流进行沉淀，再采用固液分离装置对固液进行分离，将固体废物会沉淀到养殖池底部，所述养殖池底部设有定时开关，用于定时打开第一出水口对所述养殖池进行排污；
7.过滤沉淀子系统，设有过滤进水口和过滤出水口，所述过滤进水口与所述养殖池出水口连接；所述过滤沉淀子系统包括微滤机和沉淀池，所述微滤机用于过滤养殖池中的杂质，杂质沉淀在沉淀池底部；
8.生化处理子系统，设有处理进水口和处理出水口，所述处理进水口与所述过滤出水口连接；所述生化处理子系统包括生化处理池，所述生化处理池包括固定式毛刷区、纤维布区和多孔悬浮填料区，三个区域依次对所述过滤沉淀子系统出来的水进行循环处理；所
述生化处理池底部还设有多个曝气管，用于提升所述生化处理池的溶氧量；
9.蔬菜无土栽培子系统，用于栽种植物；设有栽培进水口和栽培出水口，所述栽培进水口与所述处理出水口连接；所述蔬菜无土栽培子系统包括由上至下依次设置的水层、种植层、填料层和空心层；
10.水质稳定子系统，设有稳定进水口和稳定出水口，所述稳定进水口与栽培出水口连接；所述水质稳定子系统包括补光灯和多个曝气管；
11.增氧消毒子系统，设有消毒进水口和消毒出水口，所述消毒进水口和所述栽培出水口连接；所述增氧消毒子系统包括紫外灯管、曝气管和水泵，所述紫外灯管用于消毒，所述曝气管用于次增加溶氧量，所述水泵用于提供淡水鱼菜共生闭合循环系统的水循环动力；
12.智能监控自动调节子系统，接收各个子系统的采集信息，并根据采集信息对相对应的子系统进行调整；
13.废弃动植物处理子系统，用于饲养昆虫，所述昆虫对废弃动植物进行处理；
14.所述过滤进水口低于所述养殖池出水口，所述处理进水口低于所述过滤出水口，所述栽培进水口低于所述处理出水口，所述稳定进水口低于所述栽培出水口，所述消毒进水口低于所述栽培出水口。
15.进一步的，还包括：
16.应急管理子系统，包括电力应急保障装置和应急水源保证装置；
17.所述电力应急保障装置用于在紧急停电状态下确保供氧；
18.所述应急水源保证装置用于出现紧急情况时关闭循环体系，使用独立水源保证淡水鱼菜共生闭合循环系统的正常运行。
19.进一步的，所述电力应急保障装置为设置在所述养殖子系统的顶棚上的太阳能电池板。
20.进一步的，将养殖池中的沉淀到养殖池底部的废物排出到沼气池中。
21.进一步的，所述养殖池为圆形，包括：
22.冷水区、亚冷水区、温带区和热带区；
23.所述冷水区的适宜温度为10～18℃，所述亚冷水区的适宜温度为15～25℃，所述温带鱼的适宜温度为21～27℃，所述热带区的适宜温度为28～32℃。
24.进一步的，所述养殖子系统还设有传感器组，
25.所述传感器组包括：氨氮传感器和溶氧量传感器；
26.所述氨氮传感器和溶氧量传感器设置在养殖池出水口。
27.进一步的，所述养殖子系统还包括：
28.水位控制装置，用于检测水位，养殖池中水位低于预设值时，所述智能监控自动调节子系统进行补水或换水。
29.进一步的，所述微滤机采用200目孔隙度。
30.进一步的，所述蔬菜无土栽培子系统包括：
31.臭氧传感器、温度传感器、ec传感器及ph传感器。
32.进一步的，根据所述养殖池的养殖鱼种、鱼类大小、鱼的数量以及底部存储的废物设置定时开关的打开时间。
33.本发明采用以上技术方案，能够达到的有益效果包括：
34.本申请利用鱼菜共生模块化组合，采用科学的计算方法确定比例，利用多种融合学科的应用，建立一个完善的子系统的智能化闭合式鱼菜共生循环水种养综合技术体系。可以进行全年种养生产、减少种养过程有机废弃物、达到环境友好型生产等。
附图说明
35.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
36.图1为本发明一种淡水鱼菜共生闭合循环系统的结构示意图；
37.图2为本发明提供的养殖子系统的结构示意图；
38.图3为本发明提供的过滤沉淀子系统的结构示意图；
39.图4为本发明提供的生化处理子系统的结构示意图；
40.图5为本发明提供的蔬菜无土栽培子系统的结构示意图；
41.图6为本发明提供的水质稳定子系统的结构示意图；
42.图7为本发明提供的水质稳定子系统的结构示意图；
43.图8为本发明提供的废弃动植物处理子系统的结构示意图；
44.图9为本发明提供的应急管理子系统的结构示意图。
具体实施方式
45.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
46.下面结合附图介绍本申请实施例中提供的一个具体的淡水鱼菜共生闭合循环系统。
47.如图1所示，本申请实施例中提供的淡水鱼菜共生闭合循环系统，包括：
48.养殖子系统，包括养殖池，用于水产养殖；所述养殖池设有养殖池进水口和养殖池出水口，采用坚流沉淀器对所述养殖池中水的表层溢流进行沉淀，再采用固液分离装置对固液进行分离，将固体废物会沉淀到养殖池底部，所述养殖池底部设有定时开关，用于定时打开第一出水口对所述养殖池进行排污；
49.过滤沉淀子系统，设有过滤进水口和过滤出水口，所述过滤进水口与所述养殖池出水口连接；所述过滤沉淀子系统包括微滤机和沉淀池，所述微滤机用于过滤养殖池中的杂质，杂质沉淀在沉淀池底部；
50.生化处理子系统，设有处理进水口和处理出水口，所述处理进水口与所述过滤出水口连接；所述生化处理子系统包括生化处理池，所述生化处理池包括固定式毛刷区、纤维布区和多孔悬浮填料区，三个区域依次对所述过滤沉淀子系统出来的水进行循环处理；所述生化处理池底部还设有多个曝气管，用于提升所述生化处理池的溶氧量；
51.蔬菜无土栽培子系统，用于栽种植物；设有栽培进水口和栽培出水口，所述栽培进水口与所述处理出水口连接；所述蔬菜无土栽培子系统包括由上至下依次设置的水层、种植层、填料层和空心层；
52.水质稳定子系统，设有稳定进水口和稳定出水口，所述稳定进水口与栽培出水口连接；所述水质稳定子系统包括补光灯和多个曝气管；
53.增氧消毒子系统，设有消毒进水口和消毒出水口，所述消毒进水口和所述栽培出水口连接；所述增氧消毒子系统包括紫外灯管、曝气管和水泵，所述紫外灯管用于消毒，所述曝气管用于次增加溶氧量，所述水泵用于提供淡水鱼菜共生闭合循环系统的水循环动力；
54.智能监控自动调节子系统，接收各个子系统的采集信息，并根据采集信息对相对应的子系统进行调整；
55.废弃动植物处理子系统，用于饲养昆虫，所述昆虫对废弃动植物进行处理；
56.所述过滤进水口低于所述养殖池出水口，所述处理进水口低于所述过滤出水口，所述栽培进水口低于所述处理出水口，所述稳定进水口低于所述栽培出水口，所述消毒进水口低于所述栽培出水口。
57.一些实施例中，还包括：
58.应急管理子系统，包括电力应急保障装置和应急水源保证装置；
59.所述电力应急保障装置用于在紧急停电状态下确保供氧；
60.所述应急水源保证装置用于出现紧急情况时关闭循环体系，使用独立水源保证淡水鱼菜共生闭合循环系统的正常运行。
61.优选的，所述电力应急保障装置为设置在所述养殖子系统的顶棚上的太阳能电池板。
62.淡水鱼菜共生闭合循环系统的工作原理为：本申请中养殖子系统、过滤沉淀子系统、生化处理子系统、蔬菜无土栽培子系统、水质稳定子系统、增氧消毒子系统依次通过每个子系统的进水口和出水口连接。本申请通过系统的计算和设计各个分子系统的科学组合，真正的达到动物
‑
植物
‑
微生物的平衡生长(通过科学计算得出鱼类与生化反应的比例关系、鱼类数量与植物数量关系、水体元素平衡及稳定性)。使整个子系统通过科学的控制不对环境造成危害，尤其是在节约水资源(节水95％)并且净化养殖废水方面，并且有稳定的鱼类、蔬菜和昆虫的产出。而且此鱼菜共生子系统可以长久稳定的运行。
63.优选的，将养殖池中的沉淀到养殖池底部的废物排出到沼气池中。
64.沼气池为系统外设置的，用于放置废物。
65.本申请中所述养殖池为圆形，包括：
66.冷水区、亚冷水区、温带区和热带区；
67.所述冷水区的适宜温度为10～18℃，所述亚冷水区的适宜温度为15～25℃，所述温带鱼的适宜温度为21～27℃，所述热带区的适宜温度为28～32℃。
68.优选的，所述养殖子系统还设有传感器组，
69.所述传感器组包括：氨氮传感器和溶氧量传感器；
70.所述氨氮传感器和溶氧量传感器设置在养殖池出水口。
71.优选的，所述养殖子系统还包括：
72.水位控制装置，用于检测水位，养殖池中水位低于预设值时，所述智能监控自动调节子系统进行补水或换水。
73.优选的，根据所述养殖池的养殖鱼种、鱼类大小、鱼的数量以及底部存储的废物设置定时开关的打开时间。
74.优选的，所述微滤机采用200目孔隙度。
75.优选的，所述蔬菜无土栽培子系统包括：
76.臭氧传感器、温度传感器、ec传感器及ph传感器。
77.需要说明的是，本申请提供的几乎方案还可以包括其他传感器，本申请在此不做限定。
78.具体说明本申请提供的养殖子系统，如图2所示，其采用玻璃缸或组装式鱼池并联方式组合，养殖池深度在1.5米，养殖池为圆形，养殖池直径根据实际需求进行安排。底部周围向中间坡度3度的底部中间排污(解决底层鱼粪及剩余沉淀的饲料)设定定时开关，根据每个养殖池的养殖鱼种、大小、数量以及底部存留tss的量来设定每次底排污开关间隔时间，定时自动打开底部集污开关进行排放；表层溢流排污(解决漂浮于表面的油污和泡沫)，两种方式结合应用。入水口与养殖池内壁水平平行斜下水底45度进行进水，增加养殖池内漩涡流速。并且在出水口监测cod值、氨氮和溶氧量。本申请提供的养殖子系统可独立运行，并且有水位控制装置，自动进行补水和换水。
79.具体说明本申请提供的过滤沉淀子系统，如图3所示，从养殖池排出的废水需要经过微滤机及小型坡面沉淀池。微滤机为自动旋转冲洗200目孔隙度，具体面积与出水量成正比。沉淀池面积为养殖池面积的5％，池底排水坡度为3％。过滤沉淀系统首先接收的是养殖子系统中表层溢流出来的废水，底排污的废弃物(很少量)直接排放到系统外部的沼气池。在微滤机并列区域有弧形筛过滤区，保证系统运行。
80.具体说明本申请提供的生化处理子系统，如图4所示，从过滤沉淀系统出来的水进入到生化处理池。生化处理池分为三个部分：分别是b1固定式毛刷区、b2纤维布
‑
抗拉尼龙网区和b3多孔悬浮填料区三个部分。其中生化处理池水体体积为养殖水体体积的十分之一，且三个区域的体积比b1：b2：b3＝1:1:2。且生化处理子系统出水口出水量的30％还要返回生化处理区入水口进行循环处理。生物滤池底部放置曝气管，使生化处理池的平均溶氧量不低于3mg/l，曝气器的数量，应根据供氧量和服务面积计算确定，处理完毕后水体进入下一个子系统。
81.具体说明本申请提供的蔬菜无土栽培子系统，如图5所示，其利用水平潜流湿地原理和蔬菜无土栽培技术进行有机融合。蔬菜无土栽培系统的面积根据饲养鱼类数量、养殖面积来推导水体循环流量和出水口的bod等数值来确定蔬菜种植区的对应面积。湿地表面积的预计(0.85as)：计算公式：as＝(q
×
(lnco－lnce))/(kt
×
d
×
n)。其中as为湿地面积(m2)。q为流量(m3/d)，假定流量为5000m3/d。co为进水bod(mg/l)，假定进水bod为200mg/l。ce为出水bod(mg/l)，假定出水bod为20mg/l。kt为与温度相关的速率常数，kt＝1.014
×
(1.06)(t－20)，t假定为25，则kt＝1.357。d为介质床的深度，一般从60－200cm不等，大都取100－150cm，项目取120cm。n为介质的孔隙度，一般从10－40％不等。单个蔬菜无土栽培区面积不大于800平方米。水力坡度为0.5％。水深控制在30公分以下，并且采用潮汐式控制法。此区域采取多个小模块化种植池并联系统，以此来适应鱼类从小到大的废水量和循环
量变化。
82.栽培进水口和栽培出水口按照水平潜流湿地模式设计。其介质材料从上到下依次为纯净椰糠(通过浸泡去除糠醛等物质)—粗砂—抗拉尼龙网—沸石—石灰石—麦饭石—抗拉尼龙网等，纯净椰糠(通过浸泡去除糠醛等物质)—粗砂—抗拉尼龙网厚度为30公分，介质总厚度80公分—140公分。底层20公分空心架子(用于后期清理)。基质孔隙度在30％
‑‑
40％。监测do、温度、ec、ph等数值。湿地栽培的蔬菜采用挺水作物和蔬菜。蔬菜及水稻的种植密度为每平方米9
‑
20株(视不同的蔬菜种类而定)。尤其是植物根部水体中的溶氧量在2mg/l左右。
83.具体说明本申请提供的水质稳定子系统，如图6所示，水质稳定子系统采用北方常见沉水植物，利用塑料夹片法沉水种植，每平方米水体种植3—9株，并每平方米放养河蚌2只
‑
6只(根据水体参数调节)。水质稳定系统的面积占d蔬菜无土栽培区面积的15％，水质稳定区水深在0.5
‑
1米之间且可以调整。
84.具体说明本申请提供的增氧消毒子系统，如图7所示，通过此区域的水体已经达到地表二类水标准，但是还需要进一步消毒杀菌和补充氧气以满足鱼类的生长条件。通过本区域养殖水体受到波长为230
‑
270nm的紫外线强烈辐射杀灭病菌。在此区域的水体通过曝气方式使溶氧量在5mg/l
‑
8mg/l之间。其出水口进入到a养殖系统中。在提水水泵后端安装一套自动反冲洗式过滤器。
85.具体说明本申请提供的智能监控自动调节子系统，其通过设定电脑芯片，利用每个子系统的传感器进行数据收集和整理，供人进行调节和使用。在养殖子系统中监测do、ph、水温、氨氮、硫化物、水量等基本数据，保证鱼类健康生长。在出水口监测cod数值。根据人为需求设定养殖池底自动排污的时间和自定开启的间隔时间。
86.在过滤沉淀子系统通过视频监测机器运转情况，一旦系统停转，迅速将阀门切换到弧形筛分区。
87.在生化处理子系统监测生化处理系统的do、补光和温度。尤其是通过设定溶氧量数值区间让控制系统自动实现溶氧量的平衡稳定。
88.在蔬菜无土栽培子系统通过传感器监测水体的ec值、do、温度和ph值，使技术人员会根据指标数值的大小来调配此区域并联种植池的数量。
89.在水质稳定子系统定时控制补光和do值监测。
90.在增氧消毒子系统中的传感器要监测水温、do、氨氮、ph等数值。通过增开增氧机，在增氧消毒子系统利用曝气和碳酸氢钠控制ph值，利用水体压缩机和补入新水调节水体温度，通过报警告知饲养人员氨氮和硫化物含量并在红线阈值进行补新水，通过水位传感器及时补充新水。按照鱼类最适生长环境进行自动调节和设定。
91.具体说明本申请提供的废弃动植物处理子系统，如图8所示，通过饲养黄粉虫和东亚飞蝗来处理尾菜、废弃根系、死鱼等。达到无害化处理。而且昆虫还可以作为鱼类的补充蛋白饲料，不仅减少投入而且还能提高鱼类的抵抗力和鱼肉品质。
92.具体说明本申请提供的应急管理子系统，其中的水、电、旁路分支隔离独立设置，如图9所示，应急管理子系统是在养殖子系统顶棚铺设太阳能电池板不仅能发电减少此总系统能耗，还能为养殖系统提供密闭遮光的饲养环境。设立电力应急保障系统，保证在紧急停电状态下可以确保鱼类存活。设立应急水源保证系统，一旦出现自然灾害或病害暴发，可
以立即关闭循环体系，使用独立水源使串联的养殖系统独立运行，不再传染扩散。设立种植体系隔离系统，保证养殖水体安全。
93.作为一个实施例，养殖池按照鱼类生长环境划分为冷水鱼(最适温10～18℃)、亚冷水鱼(适宜生长温度15
‑
25℃)、温带鱼(最适温度为21～27℃)和热带鱼(最适宜生长温度为28～32℃)，建议采用温带鱼和热带鱼品种，利于后期生化反应和蔬菜栽培取运行。而且建议采用多种相似生长环境鱼种混合饲养(每个鱼种一个饲养池)，利于后期蔬菜生长。而且如果鱼类生病需要治疗或预防一定要将养殖区独立，采用流水治疗，避免杀菌剂给生化反应区造成“灭顶之灾”。
94.在生化处理池建议采用多个菌种混合培养，利于适应环境。而且在淡水鱼菜共生闭合循环系统正式运行前，一定要将生化反应子系统完全开发，保证硝化细菌在全胜状态，使用少量鱼类进行适应。因为鱼类、微生物和植物都在生长或繁殖，都处在一个不停的变化中，因此只有使三者达到动态平衡才能使此系统逐渐进入稳定状态。
95.蔬菜无土栽培区采用水稻+叶类蔬菜+果类蔬菜的模式，尤其是选用耐水蔬菜：空心菜、水芹菜、西洋菜、豆瓣菜、水蕨等须根类叶类蔬菜；番茄、辣椒等果菜类蔬菜。这样才能通过固定吸收区域+叶菜吸收调节区。
96.水质稳定区采用本地区相对应水温的沉水植物进行种植。(尤其是冷水沉水植物)。
97.综上所述，本发明提供一种淡水鱼菜共生闭合循环系统，包括养殖子系统，过滤沉淀子系统，包括微滤机和沉淀池，微滤机用于过滤养殖池中的杂质，杂质沉淀在沉淀池底部；生化处理子系统包括生化处理池，蔬菜无土栽培子系统包括由上至下依次设置的水层、种植层、填料层和空心层；水质稳定子系统包括补光灯和多个曝气管；智能监控自动调节子系统接收各个子系统的采集信息，并根据采集信息对相对应的子系统进行调整；废弃动植物处理子系统饲养昆虫；本发明利用鱼菜共生模块化组合，采用科学的计算方法确定比例，利用多种融合学科的应用，建立一个完善的子系统的智能化闭合式鱼菜共生循环水种养综合技术体系。可以进行全年种养生产、减少种养过程有机废弃物、达到环境友好型生产。
98.可以理解的是，上述提供的系统实施例与上述的方法实施例对应，相应的具体内容可以相互参考，在此不再赘述。
99.本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
100.本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
101.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特
定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令方法的制造品，该指令方法实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
102.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
103.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。