一种应用于池塘中的软性材料生态养殖系统及方法

摘要

本发明公开了一种应用于池塘中的软性材料生态养殖系统及方法，该养殖系统包括设置在池塘中的养殖槽、漂浮在养殖槽四周的操作平台、气提系统和养殖水体增氧系统，养殖槽上部为鱼类养殖区(1)，养殖槽底部为粪便收集区(2)，中间由网格板(4)隔开；不需要在池塘中构建水泥构筑物，也不需要使用固液分离机和水泵，减少装备投入和运行成本。气提收集的养殖固体颗粒物可用作农业肥料，进入养殖槽外围池塘的细菌絮凝体可被其它养殖动物直接摄食利用，实现氮素等养殖废弃物的再次利用，节约养殖成本，增加养殖效益。

说明书

技术领域

本发明涉及水产动物池塘养殖水处理领域，尤其涉及的是一种集粪便颗粒物收集与悬浮微生物净化于一体的应用于池塘中的软性材料生态养殖系统及方法。

背景技术

传统池塘养殖是水产动物的主要生产方式。在养殖过程中，通过向水生动物提供适宜的饵料，适时适量换水，来维持池塘水质稳定和水产动物的健康生长。随着对水产动物蛋白需求量的增加，池塘养殖面积、养殖密度和单位养殖产量已接近极限，在整个养殖过程中必须通过大量换水和大量用药来维持养殖水体的水质短期稳定和水产动物的表观健康。目前，这种水产动物生产方式不但造成自然水资源浪费、养殖周边水域污染，并且水产动物疾病频发，水产品质量安全也受到影响。传统池塘养殖方式在这种恶性循环中已不适合我国水产养殖的健康和可持续发展。

池塘内循环养殖作为池塘养殖的升级模式在我国已开始大量推广使用，该模式通常需要在池塘内修建硬质养殖跑道，通过水泵抽水或大量气提推水将池塘外围水输入养殖跑道，使其形成流水效果，养殖水流出跑道后通过池塘外围水稀释、水生植物和藻类吸收进行水质净化。在现有池塘内循环模式下，气提推流方式需要使用大功率气提泵进行水体推流，由于气体能量转化效率低，推流系统能耗仍然较高，同时曝气过程增氧效能大大下降，故而整体能量转化效率不高，而使用水泵抽水推流则对能量的要求更高。另一方面，养殖过程产生的残饵和粪便随水流在跑道养殖槽末端积累沉淀，分解产生氨氮，消耗氧气，严重恶化养殖水环境，也给外围池塘带来污染压力。此类养殖系统通常会在养殖跑道尾部通过机械式固液分离机或集污后二次抽提送入独立沉淀池以去除养殖过程中产生的鱼类粪便和残饵颗粒，而固液分离机运行需要消耗大量电能，排出的含有固体放弃物的污水若不加处理直接排放也会成为新的污染来源。池塘水随排污而减少的部分需要添加新水补充，并且在养殖密度高的情况下，若养殖跑道外围水处理能力有限时，还必须使用部分换水来解决水质稳定的问题。同时硬质构筑物和固定机械装置的修建和安装会破坏池塘结构、增加建设和运行成本。

为了克服现有普遍推广应用的池塘内循环流水养殖系统的系统成本高、运行能耗高、能量转化效率低、水体颗粒废弃物控制效果差等问题，提出了集粪便颗粒物收集与悬浮微生物净化于一体的应用于池塘的软性材料生态养殖系统及方法。

发明内容

本发明提出一种应用于池塘中的软性材料生态养殖系统及方法，软性材料养殖系统不需要在池塘修筑固态构筑物，运行不需要额外的固液分离机和水泵，养殖水体能够实现内部净化，实现池塘生态养殖。

本发明采用如下技术方案：

一种应用于池塘中的软性材料生态养殖系统，包括设置在池塘中的养殖槽、漂浮在养殖槽四周的操作平台、气提系统和养殖水体增氧系统，养殖槽上部为鱼类养殖区(1)，养殖槽底部为粪便收集区(2)，中间由网格板(4)隔开；鱼类养殖区(1)由封闭的软性材料膜铺设在框架(3)内部形成，封闭软性材料膜所围成的空间形状由框架(3)支撑固定；粪便收集区(2)为采用软性材料膜制作而成的锥形体，锥形体外部由框架(3)底部的V型或者三角形支撑；气提系统包括气提粪便收集管(6)和气提抽水管(10)及其配套鼓风机；锥形体的底部间隔一定距离开若干孔，每个开孔连接气提粪便收集管(6)的一端，另一端从养殖槽外部通向水面后弯向鱼类养殖区(1)内部；粪便抽提软管(6)均匀分布在养殖槽纵向上；框架(3)上部两端间隔设有若干个挂钩(5)，用于将框架(3)与水上漂浮操作平台(8)固定在一起；框架(3)底部四周近底端处固定横向卡槽(12)，可用于固定养殖槽软性材料膜底部并搭放网格板(4)；固体物可通过网格板(4)沉降进入底部锥形粪便收集区(2)，同时可阻止鱼群游入底部区域。

所述的生态养殖系统，框架(3)顶部采用硬质细管(11)进行横向固定连接，用于固定养殖槽水面上部的形状以及软性材料膜与框架(3)在水面上的固定。

所述的生态养殖系统，鱼类养殖区(1)的软性材料膜顶部两端，其中一端上部靠近水面处均匀开有3个网筛孔(9)，补以网筛材质，用于和池塘内水体保持一定的连通，另一端上部固定6-8个L形硬质气提抽水管(10)，气提抽水管由水面以下伸出水面，开口朝向池塘水体外，用于在需要换水时进行气提抽水，将养殖槽内部水体排入池塘中，池塘内水体通过网筛孔(9)流入养殖槽内部进行补充。

所述的生态养殖系统，水上漂浮操作平台(8)由方形塑料浮筒于养殖槽四周拼接而成。

所述的生态养殖系统，养殖槽内间隔一定距离挂设有固体碳源挂袋(7)。

所述的生态养殖系统，气提系统由一台鼓风机提供曝气气源配送至养殖槽，每个养殖槽再二次分配至气提粪便收集管(6)和气提换水管(10)，二次分配连接处有2个开关控制阀，分别控制向粪便抽提软管(6)和气提换水管(10)配气；正常运行时，向养殖槽边的粪便抽提软管曝气，气提作用会将养殖槽底部粪便收集区(2)沉降的颗粒物带至水面，用一次性或非一次性网袋15套在粪便抽提软管(6)的水面开口处，小于网袋(15)网孔的水和微生物流回养殖槽，粒径大于网袋孔径的固体颗粒物被截留，满袋后收集可用作农作物肥料；粪便抽提软管(6)包括一内部曝气管和外部水管，曝气管从外部水管上部插入到外部水管的中部，在气提运行过程中，曝气管不断向外部水管中曝气，由于气提浮力作用带动养殖槽内水不断经由底部气提至水面返回槽内，底部颗粒物去除，水质稳定；不换水时，气提换水管(10)配气阀关闭；换水时，气提换水管(10)的配气阀打开；气提作用将养殖槽内水抽提至水面流向养殖槽外围池塘，池塘内新水由养殖槽另一端的3个网筛孔(9)流入养殖槽，帮助维持养殖槽内水质清新；养殖水体增氧系统对应设置一台鼓风机，用管将空气配送至养殖槽中的曝气砂头(14)处，向养殖槽中央每隔100cm间隔曝气，对养殖槽内水体进行曝气增氧和混合搅拌。

所述的生态养殖系统，在一个长宽3500cm×2500cm，水深200cm的长方形养殖池塘中，架设2个软性材料养殖槽和水上漂浮操作平台，养殖槽长15米，宽1.6米，高1.2米，养殖槽由软性材料PE膜垫衬于弧形管框架(3)内围成，膜厚度12丝，形状由带锥形底端的框架3固定，其中上部近似弧形区域为鱼类养殖区(1)，高度80cm，底部锥形部分为粪便收集区(2)，高度40cm；养殖区与颗粒物收集区中间由网格板(4)隔开。

所述的生态养殖系统，框架(3)上部每隔500cm设置一个挂钩(5)，用于与水上漂浮操作平台(8)固定，固定后养殖槽顶部高出水面5cm；框架顶部横向用硬质细管(11)连接，细管直径1cm，用于固定养殖槽水面上部的形状以及软性材料膜与框架在水面上的固定；框架(3)底部四周近底端处固定横向卡槽(12)，卡槽宽度4cm，用配套卡簧固定PE膜，上面搭放网格板；卡槽上搭放网格板(4)，网格板宽40cm，长50cm，相互拼接，软性材料PE膜垫衬于弧形框架和底部锥形所围成的区域内，由网格板分为一个长的圆弧形面和两端近似锥形的平面；PE膜垫衬的锥形底端部位每间隔100cm开孔，孔径2cm，开孔连接内径2cm的软管从养殖槽外部通向水面，软管伸出水面后弯向养殖槽内部，软管内插有直径0.4cm的曝气细管，形成气提粪便收集管(6)，细管曝气时可利用气提原理将养殖槽底部沉降的粪便和絮体颗粒物随水流抽提到水面以上，再由孔径0.1cm的网袋(15)对滤出粪便等固体颗粒物进行收集；PE膜的两端平面，其中一面上部靠近水面处均匀开有3处网筛孔(9)，网筛孔呈正方形，边长10cm，补以网筛材质，用于水流通路；PE膜两端平面的另一面固定6个L形硬质气提管道(10)，气管内径2cm，由水面以下伸出水面，水下长度30cm，水上长度5cm，开口朝向养殖槽外伸出5cm，用于换水时气提抽水。

所述的生态养殖系统，水上漂浮操作平台(8)由50cm×50cm的方形塑料浮筒拼接而成，2个养殖槽之间拼接的方形塑料浮筒宽度为150cm，养殖槽四周拼接方形塑料浮筒宽度为150cm，近岸一边搭建宽度为150cm的近岸栈道(13)连接漂浮平台；漂浮平台内侧四周水面以上固定一圈硬质细管，用于向养殖槽内曝气的软管布线定位。

根据任一所述生态养殖系统的养殖方法，将养殖系统搭建在水深2m及以上的传统养殖池塘中，在养殖槽内进行鱼类养殖，通过向水体中添加碳源，调控水体碳氮比＞5，可将鱼类排泄的氨氮经由异养细菌转化成细菌蛋白，在水体中形成菌藻共生体系，达到水质控制的目的；沉降在养殖槽底部的粪便等固体颗粒物，可经由间隔气提装置于水面用网袋收集后用于农业有机肥料；必要时可开启养殖槽一边的气提装置进行部分养殖水体更换，整个池塘无需换水；进入养殖槽外围池塘的细菌絮凝体可直接被其中养殖的滤食性鱼类和虾类摄食，实现水体营养物质的二次转换和利用；养殖系统在正常运行时，通过固体碳源挂袋(7)投放，维持水中C/N比大于5，一周之后，养殖槽内便会有大量异养殖细菌繁殖生长，与水体中藻类共同形成可以吸收水体氮素营养、净化水质的菌藻复合悬浮微生物体系，部分情况下也会出现微生物聚集的生物絮凝体，这些絮体对水质并无影响，多余絮体会经由底部气提装置最终移出水体；若养殖槽有换水操作，当天换水完成之后可向养殖槽内适量添加葡萄糖以补充因换水而流失的碳源。

本发明运用软性材料池塘生态养殖系统和水体碳氮比调控技术在池塘内进行鱼类集约化养殖，该养殖系统可同步实现粪便残饵的过滤收集以及氨氮、亚硝氮、硝氮、总磷等养殖水体污染物的转化去除；气提系统供气和水气增氧供气来源于独立运行的鼓风机，曝气装置能量转化效率高；养殖过程养殖槽内换水少，水质净化也在系统中完成，整个池塘无需换水，池塘起蓄水和缓冲功能，当系统中水质污染负荷增加至接近养殖限度时可将少量系统中养殖水换入池塘，池塘中的水生植物、藻类和滤食性鱼类得到营养，同时帮助完成池塘中水质净化，净水可再用于补入养殖系统；不需要在池塘中构建水泥构筑物，也不需要使用固液分离机和水泵，减少装备投入和运行成本。气提收集的养殖固体颗粒物可用作农业肥料，进入养殖槽外围池塘的细菌絮凝体可被其它养殖动物直接摄食利用，实现氮素等养殖废弃物的再次利用，节约养殖成本，增加养殖效益。另外，本发明所述养殖系统还可依据池塘大小进行不同规模的组合实施应用，应用灵活方便。

附图说明

图1为本发明养殖系统的正面剖视图；

图2为本发明养殖系统的侧面剖视图；

图3为本发明养殖系统的俯视图；

图4为本发明养殖系统在池塘内应用的正面剖视图；

图中标号的含义为：1.鱼类养殖区，2.粪便收集区，3.弧形框架，4.网格板，5.挂钩，6.气提粪便收集管，7.固体碳源挂袋，8.水上漂浮操作平台，9.网筛孔，10.气提抽水管，11.硬质细管，12.卡槽，13.近岸栈道，14.曝气砂头，15网袋。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。

参考图1至图4，应用于池塘中的软性材料生态养殖系统，该软性材料生态养殖系统包括一个长条形养殖槽和漂浮在长条形养殖槽四周的操作平台，以及、气提系统和养殖水体增氧系统，养殖槽上部近似弧形区域为鱼类养殖区1，养殖槽底部为粪便收集区2，中间由网格板隔开4。鱼类养殖区1由封闭的软性材料膜铺设在框架3内部形成，封闭软性材料膜所围成的空间形状由框架3支撑固定；粪便收集区2为采用软性材料膜制作而成的锥形体，锥形体外部由框架3底部的V型或者三角形支撑；锥形体的底部间隔一定距离开若干孔，每个开孔连接气提粪便收集管6的一端，另一端从养殖槽外部通向水面后弯向鱼类养殖区1内部；粪便抽提软管6均匀分布在养殖槽纵向上。

框架3上部两端间隔设有若干个挂钩5，用于将框架3与水上漂浮操作平台8固定在一起；框架3顶部采用硬质细管11进行横向固定连接，用于固定养殖槽水面上部的形状以及软性材料膜与框架3在水面上的固定。

框架3底部四周近底端处固定横向卡槽12，可用于固定养殖槽软性材料膜底部并搭放网格板4；固体物可通过网格板4沉降进入底部锥形粪便收集区2，同时可阻止鱼群游入底部区域。

鱼类养殖区1的软性材料膜顶部两端，其中一端上部靠近水面处均匀开有3个网筛孔网筛孔9，补以网筛材质，用于和池塘内水体保持一定的连通，另一端上部固定6-8个L形硬质气提抽水管10，气提抽水管由水面以下伸出水面，开口朝向池塘水体外，用于在需要换水时进行气提抽水，将养殖槽内部水体排入池塘中，池塘内水体通过网筛孔网筛孔9流入养殖槽内部进行补充。

水上漂浮操作平台8由方形塑料浮筒于养殖槽四周拼接而成；漂浮平台内侧四周水面以上固定一圈硬质细管，用于曝气软管布线定位。

本实施例中，养殖系统架设在一个长宽3500cm×2500cm，水深200cm的长方形养殖池塘中，养殖系统包括2个软性材料养殖槽和水上漂浮操作平台，养殖槽长15米，宽1.6米，高1.2米，养殖槽由软性材料PE膜垫衬于弧形管框架3内围成，膜厚度12丝，形状由带锥形底端的框架3固定，其中上部近似弧形区域为鱼类养殖区1，高度80cm，底部锥形部分为粪便收集区2，高度40cm；养殖区与颗粒物收集区中间由网格板4隔开。框架3上部每隔500cm设置一个挂钩5，用于与水上漂浮操作平台8固定，固定后养殖槽顶部高出水面5cm；各框架顶部横向用硬质细管11连接，细管直径1cm，用于固定养殖槽水面上部的形状以及软性材料膜与框架在水面上的固定。框架3底部四周近底端处固定横向卡槽12，卡槽宽度4cm，用配套卡簧固定PE膜，上面搭放网格板；卡槽上搭放网格板4，网格板宽40cm，长50cm，相互拼接，网格板可阻止鱼群游入底部区域，但不影响固体物沉降进入底部锥形粪便收集空间。软性材料PE膜垫衬于弧形框架和底部锥形所围成的区域内，由网格板分为一个长的圆弧形面和两端近似锥形的平面。PE膜垫衬的锥形底端部位每间隔100cm开孔，孔径2cm，开孔连接内径2cm的软管从养殖槽外部通向水面，软管伸出水面后弯向养殖槽内部，软管内插有直径0.4cm的曝气细管，形成气提粪便收集管6，细管曝气时可利用气提原理将养殖槽底部沉降的粪便和絮体颗粒物随水流抽提到水面以上，再由孔径0.1cm的网袋15对滤出粪便等固体颗粒物进行收集；PE膜的两端平面，其中一面上部靠近水面处均匀开有3处网筛孔网筛孔9，网筛孔正方形，边长10cm，补以网筛材质，用于水流通路；PE膜两端平面的另一面固定6个L形硬质气提管道10，气管内径2cm，由水面以下伸出水面，水下长度30cm，水上长度5cm，开口朝向养殖槽外伸出5cm，用于换水时气提抽水。

水上漂浮操作平台8由50cm×50cm的方形塑料浮筒拼接而成，2个养殖槽之间拼接的方形塑料浮筒宽度为150cm，养殖槽四周拼接方形塑料浮筒宽度为150cm，近岸一边搭建宽度为150cm的近岸栈道13连接漂浮平台；漂浮平台内侧四周水面以上固定一圈硬质细管直径1cm，用于向养殖槽内曝气的软管布线定位。

整个养殖系统中水体动力来自鼓风机曝气气提装置由一台370w的鼓风机提供曝气气源，由三根1cm内径的软管分别配送至2个养殖槽，每个养殖槽再二次分配至15个气提粪便收集管6和6个气提换水管10，二次分配连接处有2个开关控制阀，分别控制向粪便抽提软管6和气提换水管10配气。正常运行时，向养殖槽边的粪便抽提软管曝气，气提作用会将养殖槽底部粪便收集区2沉降的颗粒物带至水面，用一次性或非一次性网袋15套在粪便抽提软管6的水面开口处，小于网袋15网孔的水和微生物流回养殖槽，粒径大于网袋孔径的固体颗粒物被截留，满袋后收集可用作农作物肥料。粪便抽提软管6包括一内部曝气管和外部水管，曝气管从外部水管上部插入到外部水管的中部，在气提运行过程中，曝气管不断向外部水管中曝气，由于气提浮力作用带动养殖槽内水不断经由底部气提至水面返回槽内，底部颗粒物去除，水质稳定。不换水时，气提换水管10配气阀关闭；换水时，气提换水管10的配气阀打开；气提作用将养殖槽内水抽提至水面流向养殖槽外围池塘，池塘内新水由养殖槽另一端的3个网筛孔9流入养殖槽(网筛和池塘水体联通，浸没在水面以下，不介意平时少量养殖槽内的水流出去或流进来)，帮助维持养殖槽内水质清新。另外还设置一台500w鼓风机，用内径1cm软管将空气配送至养殖槽中的曝气砂头14处，向养殖槽中央每隔100cm间隔曝气，曝气砂头在水中悬挂深度60cm，对养殖槽内水体进行曝气增氧和混合搅拌。

养殖系统在正常运行时，通过固体碳源挂袋7投放，维持水中C/N比大于5，一周之后，养殖槽内便会有大量异养殖细菌繁殖生长，与水体中藻类共同形成可以吸收水体氮素营养、净化水质的菌藻复合悬浮微生物体系，部分情况下也会出现微生物聚集的生物絮凝体，这些絮体对水质并无影响，多余絮体会经由底部气提装置最终移出水体。若养殖槽有换水操作，当天换水完成之后可向养殖槽内适量添加葡萄糖以补充因换水而流失的碳源。

养殖槽和漂浮平台组成的两组养殖系统架设漂浮在长宽3500cm×2500cm，水深200cm的长方形池塘中，每个PE膜围成的养殖槽内放养鲫鱼800尾，共计80kg，平均养殖负载约6.5kg/m³；养殖系统外围的池塘空间种植水草面积260m²，放养日本沼虾400尾，放养滤食性鲢鱼50尾、鳙鱼30尾，另外，还放养滤食性的河蚌800只。养殖过程中，每3天对养殖槽内20％的水进行置换，换出的水中会有部分生物絮凝体、悬浮微生物(包括异养细菌和藻类)以及少量氮磷等营养元素，它们会被池塘中的滤食性动物直接摄食或被水生植物和藻类吸收利用。

养殖期间，取池塘内水样分别测试主要水质指标(表1)。经过180天的养殖，养殖槽内养殖鲫鱼存活率98％，总增重115.3kg，养殖负载达到15.8kg/m³。整个养殖期间，悬浮微生物主导的养殖槽内水质稳定，粪便气提过滤结合悬浮微生物体系对养殖水具有很好的净化效果。目前，我国主要水产动物养殖池塘面积以1.5～10亩为主，池塘长宽比多为2:1～4:1，水深2～3米，养殖负载一般为0.4～5kg/m³，表1为传统高密度养殖池塘与软性材料养殖系统应用池塘重要水质指标浓度范围比较，结果显示，本发明的养殖系统和方法可以起到很好的水质净化效果和鱼类养殖效果，池塘水质符合国家地表水环境质量三类水标准。

表1：传统高密度养殖池塘与软性材料养殖系统应用池塘重要水质指标浓度范围比较

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。