再循环水产养殖设施的水处理系统

摘要

提供了用于再循环水产养殖设施的水处理系统(100)、相关方法及其用途。水处理系统(100)包括水预处理设施(120)和地下水补给装置(130)，其中当所述水处理系统集成有所述再循环水产养殖设施(140)时，所述水处理系统形成主再循环流路(111)，由此将从再循环水产养殖设施排放的流出物(111B)经由水收集回路网络(151)被依次引导通过(120)和/或(130)而回到再循环水产养殖设施，以作为流入物(111A)进入再循环水产养殖设施。在循环水产养殖设施内内部地形成有副再循环流路(141)。

说明书

技术领域

总体而言，本发明涉及在水生物种的栽培中开发的水处理系统和方法。具体地，本发明涉及基于闭路再循环概念并利用被动水处理方法的水处理系统，所述系统被配置为与再循环水产养殖设施集成。

背景技术

水产养殖，通常被称为在受控条件下养殖诸如鱼类和贝类等的水生生物，是一个快速发展的农业部门，该农业部门可以捕获海产品以供人类和动物食用。通过水产养殖，可以以成本效益好的方式生产各种水生物种，且具有可预测的产量，而不受外界条件(诸如天气和/或人口波动)的影响。

鱼类仅在世界范围内作为食物被食用；因此，随着野生鱼类资源的日益枯竭，鱼类养殖在当今水产养殖总产量中占主要份额。鱼类从水产养殖设施供应到消费市场；此外，在鱼苗圃中饲养的幼鱼可以被转移/释放到自然环境中，以补充野生种群。

近几十年来，与在开放式池塘或水道中传统养鱼相比，循环水产养殖设施中的鱼捕获已经获得了普及和盈利。被配置为再循环水产养殖系统(RAS)的再循环水产养殖设施通常被称为与再循环水处理系统集成在一起的室内或室外安装型捕鱼设备。水从附近的水路、水库或井眼(例如，地下水)供应到RAS设备中，使用后将其排入(废)水(此外，废水也可以被引至工业和市政净化设施)。然而，例如，由于水在闭路(再循环回路)中的预定空间内循环，因此与流通设施相比，由RAS设备利用的水量最大可低100倍。

国际申请公开WO 2014/183765(Urup)中描述了利用RAS技术的示例性鱼类养殖设备。

在RAS系统中，再循环水通常在进入鱼捕获设备之前(流入物)和从其排放之后(流出物)经过多种处理，其中鱼捕获设备包括至少一个鱼缸，并且它可以可选择地被配置为养鱼场。所述处理通常被分类为主动处理，随后定期地将能量和/或试剂供应到过程中，并且连续地监视该过程。流入物被泵入，通过臭氧化或紫外线辐射进行过滤、消毒，曝气，机械地、化学地和/或生物学地纯化，并且可选择地被供应有纯氧。在进入某些处理阶段之前，需要对水进行额外的加热或冷却。例如，是否涉及生物处理(诸如用于将细菌从铵盐转化为硝酸盐的硝化)，该过程需要进一步添加碱性化合物(诸如碳酸钙、碳酸氢钠或氢氧化钠)，以便将水的pH保持在适于养殖鱼类和使微生物硝化的水平。

反过来，流出物中含有磷和氮，它们排放到环境中会导致缺氧(低氧)状况，对水生生物产生负面影响。因此，在排放水之前，先供应有沉淀和絮凝的化学品，然后从中过滤出含磷的固体。可以为流出物进一步供应作为外部补充碳源的甲醇进行反硝化(除去氮)。在某些情况下，就流入物和流出物而言，还采用了更先进的技术，包括例如通过反渗透进行膜过滤和纳米过滤。

上面描述的再循环水产养殖设施受限于几个常见的缺点。因此，多级水处理装置需要大量投资，因为在示例性RAS设备中采用的每个(主动)处理阶段都与设备成本和运行费用(后者由持续且高功率的供应所赋予)以及显著的维护成本所隐含的重大成本影响相关。实际上，诸如上述膜过滤之类的先进技术强加了更高的设备投资。因此，目前的技术水平仅在以相对较高的成本养育有价值的鱼类方面就限制了再循环水产养殖系统在鱼类捕获方面的利用。

此外，传统的RAS设施缺乏用于制造可被证实为有机物的水生物种的权威认可。

发明内容

本发明的目的是至少减轻由相关技术的限制和缺点引起的每个问题。根据独立权利要求1中限定的内容，通过在本发明的一方面中提供的水处理系统的各种实施例来实现该目的。

在优选实施例中，提供了一种水处理系统，该系统包括：(a)具有至少一个湿地精炼池的水预处理设施，和/或(b)位于所述预处理设施的下游的地下水补给装置，其中，当水处理系统集成有再循环水产养殖设施时，水处理系统形成主再循环流路，由此将从再循环水产养殖设施排放的流出物经由水收集回路网络被顺序地引导通过(a)和/或(b)而回到再循环水产养殖设施中，以作为流入物进入再循环水产养殖设施。

在一些实施方案中，水处理系统还包括附加的预处理设施，该预处理设施被配置为至少一个反硝化生物反应器。

在一些实施方案中，水处理系统还包括至少一个被配置用于无氧反应的湿地精炼池和/或至少一个被配置用于有氧反应的湿地精炼池。在一些实施方案中，所述预处理设施包括许多被配置用于无氧反硝化和/或有氧硝化的湿地精炼池。在进一步的实施方案中，所述预处理设施包括至少一个被配置为补给渗透池的湿地精炼池。

在一些实施例中，设置在水处理系统内的地下水补给装置包括用于水渗透和渗滤的器件，所述器件以沙滤层和/或砾石滤层形式被设置为至少一个过滤床。在一些实施例中，地下水补给装置位于预处理湿地设施下方。在一些其他实施例中，预处理湿地设施和地下水补给装置按顺序定位。

在又一其他实施方案中，水处理系统包括碱性产生系统。所述碱性产生系统可以选自：厌氧石灰石排水(ALD)系统、好氧石灰石排水(OLD)系统、还原和碱性产生系统(RAPS)、竖式石灰石排水(VLD)系统和/或基于轻质骨料(LWA)过滤器的系统。碱性产生系统优选设置成能更换的储器的形式。

在一些实施例中，水处理系统包括集成在其中的再循环水产养殖设施。所述再循环水产养殖设施优选地包括与再循环水处理系统集成在一起的、用于捕获水生物种的再循环水设备，由此在所述再循环水产养殖设施内内部地形成有副再循环流路。

在另一方面，根据独立权利要求15所限定的，提供一种用于对从再循环水产养殖设施排放的水进行处理的方法，其中，使从所述再循环水产养殖设施排放的流出物至少顺序地流经预处理设施和地下水补给装置，此后从所述地下水补给装置回收的水经由水收集回路网络被引导回再循环水产养殖设施，以作为流入物进入所述再循环水产养殖设施。

在又另一方面，根据独立权利要求16所限定的，提供了水处理系统在水产养殖中的用途。在优选的实施方案中，所述用途涉及捕获鱼和/或甲壳类动物。

取决于本发明的每个特定实施例，本发明的实用性由于多种原因而产生。

在此公开的发明概念结合了废水处理(湿地精炼设备)、饮用水的生产(地下水补给)和矿井水处理中采用的被动水处理方法，以实现所谓的闭环外部水处理系统，该系统可用于在再循环水产养殖设施的条件下饲养水生物种，诸如鱼类和/或甲壳类动物。在利用被动水处理方法时，可以实现与减少能源、水和消耗品(诸如营养物和/或加工化学品)的消耗有关的大量节省成本。所述被动处理是自持过程；因此，一旦建立起来，它们通常会在没有人干扰或人干扰最小的情况下无缺点地运行，并且仅需要偶尔维护。

该水处理系统还包括用于热能回收的器件，并且用作节省一次能源并减少二氧化碳排放量的热交换器。因此，例如，该系统在调停集成在其中和/或附近建筑物中的水产养殖设施的加热和冷却方面是自给自足的。

该水处理系统还可以被配置用于制造有用的副产物，诸如生物质，其可以被进一步用于生产饲料和沼气燃料。举例来说，设置有本系统的人工湿地精炼池具有在广泛规模上产生可再生能源的显著潜力，从而例如可以节省自然资源，诸如水和有机碳作为化石燃料源。

在此公开的水处理系统基于闭环水(再)循环概念。在这方面，当被集成到所述系统中时，用于饲养诸如鱼类的水生物种的水产养殖设施几乎没有养分排放，并且(流入)水消耗和废水/污泥的产生量最小化。减少用水量可以在不危害环境可持续性的情况下进行集约化鱼类和/或其他水产养殖。由于少量的水消耗和营养物的排放，与现有设备相比，水产养殖设施在地形上的位置更加灵活。

因此，在所述封闭的再循环回路概念内，由此提供的水处理系统至少结合了以下功能：处理进入水产养殖设施的水；处理从所述水产养殖设施排放的废水，并调节再循环水温度。根据本公开，在封闭循环(内部路径)中的水产养殖设施内再循环的水被排放到外部水处理系统中，在该系统中，水在闭路(外部路径)中再次被再循环并返回水产养殖设施。

提供两条并行运行的水再循环路径(外部和内部)，可以进一步改善风险管理。

因此，在此提供的系统和方法允许成本效益更好的水处理、改善的水质和减少的环境负荷。这样就可以建立一个满足经认证的有机生产要求的水产养殖设施。应当指出的是，在传统的RAS设施中制造经认证的有机产品仍未得到当局的批准。

在此表述“许多”是指从一(1)开始的任意正整数，例如一、二或三。在此表述“多个”是指从两(2)开始的任意正整数，例如两个、三个或四个。

除非另外明确指出，否则术语“第一”和“第二”在此仅用于将一个元件与另一个元件区分开，而不指示任何特定的顺序或重要性。

因此，术语“上游”和“下游”用于指示元素彼此之间的顺序。因此，术语“上游”表示某些特定元件或设施之前的位置，而术语“下游”表示某些特定元件或设施之后的位置。

在本公开中，术语“有氧”和“无氧”是指在存在氧气(有氧)或不存在氧气(无氧)的情况下进行的水(预)处理过程。因此，术语“缺氧”主要以与“无氧”相同的含义使用。

术语“含水层”在此是指含水的地下层，基本上是可渗透的土壤、沙子或砾石；而术语“地下水”是指在所述含水层中存在于地表以下的水。

通过考虑详细描述和附图，本发明的不同实施例将变得显而易见。

附图说明

图1示意性地示出了根据本发明某些方面的水处理系统100的基本概念。

图2示意性地示出了水处理系统100的各种实施例。

具体实施方式

在此参考附图公开了本发明的详细实施例。在所有附图中，相同的附图标记用于指代相同的构件。所述构件使用以下引用：

100–水处理系统；

110–额外的预处理设施/反硝化生物反应器；

111–主要(外部)再循环流路；

111A、111B–相应地关于再循环水产养殖设施的流入物和流出物；

120–水预处理设施；

120A、120B–湿地池精炼池，被配置为用于无氧反应和有氧反应；

130–人工补给地下水的装置；

131–碱性产生系统；

140–再循环水产养殖设施；

141–次要(内部)再循环流路；

142–用于捕获水生物种的再循环水设备；

143–再循环水产养殖设施140内的再循环水处理系统；

151–集水回路网络。

图1以100图示了根据本发明的一方面的以水处理系统(以下称为系统100)的各种实施例为基础的概念。在一个优选实施例中，水处理系统100包括预处理设施120和地下水补给装置130，后者是基于在生产饮用水中利用的人工含水层补给原理而构建的。

该系统100有利地基于被动水处理的方法来实现；因此，将水引导到或允许流经许多人工(人为)设施，而没有能量和/或营养消耗或具有最低的能量和/或营养消耗，并且仅需偶尔维护。

该系统100是基于所谓的封闭路径(闭环)再循环概念而构建的；因此，水以基本上闭路在所述系统内循环。术语“基本上闭路”是指一种系统配置，其中使水在一定程度上净化，并且包括沿再循环路径设置的、用于进水和/或取水的许多附加装置，诸如注入和/或渗透井、沟渠、管道、洒水灌溉装置等。因此，该系统允许在完成预定数量的循环时、经过预定量(例如，升或吨)的水等时使水净化。附加地或可选地，在循环期间可以使水在一定程度上净化。

该系统100有利地被配置为与再循环水产养殖设施140集成。在一些实施例中，该系统100包括集成在其中的再循环水产养殖设施140。

该系统100还被配置为当与再循环水产养殖设施140(图1)集成时形成主再循环流路111(主再循环回路)。相应地，在所述再循环水产养殖设施内内部地形成有副再循环流路141(副再循环回路)(图1)。

预处理设施120包括至少一个湿地精炼池。在优选的配置中，湿地精炼池是人工湿地精炼池。在另一些情况下，湿地精炼池可以被配置为人类改造的生态系统。术语“人类改造的生态系统”是指经过某些改造以成为水处理系统100的一部分的自然生态系统。这种改造可以包括提供用于水流动的管道工程，可选地包括泵水系统等。

人工湿地是经过设计的系统，旨在以可控和可预测的方式利用天然湿地中可用的处理过程。单个人工湿地精炼池(以下称为湿地池)可以被配置为挖出的盆地或池塘，也可以被配置为人工堤坝。这种湿地池是复杂的集成化系统，涉及水、基质、植物(高等植物和藻类)和微生物，其中后者通常是自然发育的。

在某些情况下，湿地池由粘土、破碎的岩石或合成衬里(诸如塑料膜)从下面密封，例如，以避免污染和/或防止地下水渗入湿地。在这种情况下，如下所述，在湿地内处理过的水沿大致水平的方向流向地下水补给装置130。然而，在某些情况下，允许在湿地内处理的水渗入地下水是有利的，从而，在预处理设施120内的至少一个湿地池被配置为具有可渗透底部的补给(允许人工补给地下水)的渗透池。在后一种情况下，将在湿地池内处理过的水送至地下水或含水层，或者允许其地下渗入地下水或含水层。

因此，湿地精炼池可以被配置为水平流动人工湿地池、垂直流动人工湿地池或其组合。

优选的是，预处理设施120包括至少一个配置用于有氧反应的湿地池和/或至少一个配置用于无氧反应的湿地池。因此，预处理设施120可以被配置为无氧的人工湿地、有氧的人工湿地或其组合。在一些实施例中，预处理设施120包括被配置用于无氧反应的湿地池和被配置用于有氧反应的湿地池。

图2示出了包括将有氧湿地池和无氧湿地池结合的预处理设施120的系统，其中附图标记120A和120B相应地指示了无氧湿地池和有氧湿地池。

在一些实施例中，预处理设施120包括被配置为用于无氧反硝化120A和有氧硝化120B的许多人工湿地精炼池(图2)。氮进入所述湿地池120A和/或120B，其主要以铵基/氨(NH

在硝化过程中，铵经由亚硝酸盐生物转化(在此，氧化)而形成硝酸盐时会形成氮气。这种转化发生在湿地池中或水产养殖生产时；并可能在流出水中产生大量的硝酸盐。硝化自然产生硝酸；因此，从硝化过程中排放的流出物碱性和pH值降低了约6.5-7.5的水平。术语“碱性”在此描述中和酸的水容量的量度。硝化过程按式(1)逐步进行：

(1)NH

NO

如上所述，可进入被配置用于(有氧)硝化的湿地池120B的流出物将包含氨/铵和硝酸盐。后者是由于在水产养殖生产过程中自然发生的硝化过程造成的；因此，从再循环水产养殖设施140排放的流出物111B在进入湿地池之前可以富含与硝酸基结合的氮。

可以通过氧气发生器的方式和/或经由液氧罐将纯氧供应到硝化过程中。

在一些示例性实施例中，用于有氧硝化的人工湿地精炼池120B可以被配置为填充有水层的浅挖盆地(通常为6-30cm深)，该水层淹没了种植有水生植物的基底。除上述氧化反应(铵基和金属氧化)外，有氧湿地池还促进金属水解，随后通过不溶性金属化合物(例如，氢氧化物)的沉淀、离子交换和有机络合以及磷的生物保留和悬浮物的过滤来去除金属。尽管如此，有氧湿地仍不产生碱性(与无氧湿地相反，如下文所述)。

在优选的配置中，硝酸富氮水在湿地池120A中进行无氧反硝化。反硝化通常称为脱氮，是根据式(2)通过在无氧条件下对微生物进行反硝化将硝酸盐(NO

(2)2NO

为了进行反硝化，需要碳源。所述碳源可以是在湿地中存在的有机物和/或补充碳源。后者可以以添加的植物生物质(例如，甲醇或葡萄糖)的形式被添加到无氧反硝化湿地池中。

在图2所示的配置中，从再循环水产养殖设施140排放的流出物111B可以经由反硝化湿地池120A、硝化湿地池120B或两者进入预处理设施120。此外，可以将来自硝化湿地池120B的流出液引导至反硝化湿地池120A中；无论是否适当，也可以反过来，即，可以将来自反硝化湿地池120A中的水分导入硝化湿地池120B中。就这一点而言，在各种配置中，该系统100可以包括一个或多个硝化湿地池120B之前或之后的一个或多个反硝化湿地池120A。几个无氧(反硝化)和有氧(硝化)湿地池可以一个接一个地按顺序布置，以创建顺序的有氧-无氧或无氧-有氧水处理系统。所述湿地池优选地彼此连接，使得待处理的水被缓慢地传送或能通过重力而流动以相应地建立水平和/或垂直流过。为了实现畅通无阻的流过湿地池，该系统100优选地配备有各种水流路径、小瀑布、斜坡、管道工程，可选地泵送系统等。

在一些示例性实施例中，用于无氧反硝化的人工湿地精炼池120A可以被配置为具有植物或没有植物的挖出的水池或池塘，例如，包括30-60cm厚的可渗透有机基质层(例如，堆肥、泥炭、干草、锯末等)。在有机基质层之上形成水层(通常至少30cm深或更深)。水渗透到有机基质中，该有机基质通过消除溶解的氧并化学地和/或生物学地产生碱性而变成无氧的。

在一些实施例中，该系统100还包括附加的预处理设施110(图1、2)。所述附加的预处理设施110优选地被配置为至少一个反硝化生物反应器。借助于生物反应器110，可以加速反硝化过程并且可以提高其效率。

在一些实施例中，该系统100可以被配置成使得生物反应器110的提供是可选的。在优选的实施方案中，生物反应器110设置在系统100内，并在需要时与主再循环路径111连接。在这种情况下，将来自再循环水产养殖设施140的流出物111B直接或经由反硝化生物反应器110输送至预处理设施120。将流出物输送至生物反应器110中可以经由共用沟渠来实现，如图1和图2所示，或经由单独的管道。预处理设施120还可以被配置为使得至少一个湿地池被配置为接收直接来自再循环水产养殖设施140的流出液；并且至少另一个湿地池被配置为接收来自生物反应器110的流出液(未示出)。尽管如此，该系统100优选的是可灵活调节，以便在任何时间永久地或暂时地将生物反应器110与主再循环回路111连接。当被配置用于无氧反应的湿地池120A不可用/处于维护状态时，将生物反应器110暂时添加到主再循环回路111中是有利的；而在预处理设施120仅限于有氧湿地池的情况下，将生物反应器110永久添加到主再循环回路111中是可行的。

生物反应器优选地被配置为利用源自生物质的碳源的被动反硝化过滤器。反硝化过滤介质优选为木屑；然而，不排除例如基于稻草的过滤介质或任何其他合适的碳源。

在优选的实施方案中，反硝化反应器110被配置为包括木屑过滤介质，该木屑过滤介质被来自甲醇的碳增强。例如，木屑可以从阔叶树(诸如桦树)或针叶树(诸如松树和/或云杉)中获得。

优选使用甲醇(CH

反硝化木屑生物反应器110还可以与一个或多个吸磷过滤器(未示出)配对。后者可以放置在反硝化生物反应器110的上游或下游。

关于再循环水产养殖设施140，生物反应器110和基于湿地的预处理设施120通常调停废水(流出物111B)的处理。

在一些实施例中，预处理设施120还可以被配置为产生生物质作为副产物。在人工湿地精炼池中捕获的生物质可以用于生产饲料和燃料(例如，沼气)。可以捕获天然湿地共有的植物物种，诸如属于香蒲属、芦竹属、拟莞属、米草属、芦苇属、灯芯草属、莎草属、荸荠属的种类等。植物的选择可以基于能量产出，该能量产出以单位面积和时间的干燥生物质的产量(例如每年每公顷的吨数)来衡量。

在一些实施例中，该系统100还包括位于预处理设施120下游的地下水补给装置130。尽管如此，该系统100也可以在没有该装置130的情况下实现。在优选的配置中，该装置130被配置为人工地下水补给装置。在此，术语“人工地下水补给”是指在饮用水生产中通常采用的人为辅助和/或人为控制(即“人为”)过程，在该过程中，地表水通过多孔过滤层被输送到地下或允许流入地下，由此可以回收纯净水。尽管如此，在某些情况下，所述地下水补给装置仍可以被配置为人工改装生态系统。

在一些实施例中，人为地下水补给装置130包括用于水渗透和渗滤的方式，其设置为至少一个多孔过滤(渗透)床，优选地为地下过滤床。在此，术语“渗透”用于表示水向基底表面的运动；而术语“渗滤”用于表示水在(通过)所述基底内的运动。所述至少一个过滤床可以设置为呈沙滤层和/或砾石滤层的形式。过滤层可以彼此叠置。在某些情况下，过滤床可以被配置为慢速沙滤器(流通速度约为每小时0.1米(m/h))或快速沙滤器(流通速度约为4-21m/h)。在一些情况下，该装置130还可以包括活化的过滤层，诸如活化的碳过滤层。

因此人为地下水补给装置130可以被配置为浅盆地或弧面，其包括放置在所述盆地的底部上的前述渗透床或可替代地在精心改造的高度渗透性土壤介质和植被层下方的前述渗透床。此外，所述人为地下水补给装置130可以位于人工湿地池下方，从而使在所述湿地池中预处理(澄清)的水被输送到过滤层或允许流过过滤层以实现更高的净化度。

因此，在一些实施例中，该系统100被配置成使得包括例如由沙子制成的所述至少一个过滤器/渗透层的人为地下水补给装置130位于设置在预处理设施120内的至少一个湿地池120A、120B的下面。就这一点而言，期望的是将具有下面的渗透层130的湿地池120A、120B配置为补给渗透池。所述配置允许构建所谓的混合人工湿地，在混合人工湿地中结合了垂直流和水平流，从而水被输送或被允许垂直向下流动并且穿过地下水补给装置130内的渗透层，和/或沿预处理设施120内的后续湿地池的方向水平地流动。

在一些其他附加或替代实施例中，该系统100可以被配置为使得预处理设施120和人为地下水补给装置130顺序地定位。因此，该系统可以被配置为将至少一个湿地池与位于其下方的渗透层组合，并且将至少一个湿地池与位于在人为地下水补给装置130上游的至少一个其他湿地池组合。

反过来，该装置130有利地连接至设置在系统100内的水收集回路网络151(图2)，以便为主再循环流路111(图1)建立技术基础。该网络151基本沿过滤床底部延伸并且支持水的收集和分配。人为地下水补给装置130还可以配备有许多注入井和/或渗透井、沟渠、管道、洒水灌溉设备和类似装备，其还被配置为与水收集回路网络151通信。该水收集回路网络151有利地包括地表下(地下)组件和地上组件。

从渗透过程回收的水是通过上述人为地下水补给机制实现的，即使与天然地下水相比，在化学和微生物学上也得到了改善。因此，例如，该装置130允许有效地保留和分解总有机碳(TOC)、微生物、持久性有机污染物(POP)(诸如多氯联苯、二恶英、氯代烃)以及与水产养殖有关的污染物(诸如抗生素和激素)。例如，人为地下水补给装置130还可以用于消除引起不良气味的化合物，诸如土臭味素；因此，可以省去构建单独的水处理单元(诸如消毒设施)的需要。

该系统100还可以被配置为包括可选的热泵系统(未示出)，优选地被配置为利用地热能。有利地，热泵系统被实现为包括连接到地下水收集回路网络151的多个热泵设备。因此所述回路网络151或其地表下部分用作热交换器，从而热泵系统被完全集成到系统100中。在一些实施例中，经处理的水被用作热源或散热器，该经处理的水经由位于人为地下水补给设施130下方的地表下路径被输送或允许流动。因此，在夏季期间，来自环境的热量被转移到(处理过的)水收集回路网络151，并从那里分散到土壤和地下水。在冬天，该过程被逆转，从而储存在相对温暖的地面中的热能使回路网络151中经处理的水的温度升高，进而将这些能量转移到一个或多个热泵。热泵系统可以用于例如加热和冷却水产养殖设施140以及位于该系统100周围的建筑物。虽然如此，该系统100内的热泵的位置不受由人为地下水补给设施130所占据的地形的限制。

地下水收集回路网络151可以在没有热泵系统的情况下进一步实现。

关于再循环水产养殖设施140，人为地下水补给装置130通常调停流入液/流入物111A的处理。

该系统100被配置为还包括碱性产生系统131(图2)。实际上，在无氧人工湿地池120A或反硝化反应器110中进行反硝化反应期间，已经在该系统100内产生了碱性。然而，在某些情况下，可能需要附加的或替代的碱性产生方式，以将基本上酸性的水转化为具有碱性过高的水。碱性产生系统131优选地选自：厌氧石灰石排水(ALD)系统、好氧石灰石排水(OLD)系统、竖式石灰石排水(VLD)系统和/或还原和碱性产生系统(RAPS)。RAPS系统也被称为连续碱性产生系统(SAPS)。

碱性产生系统131还可以被配置为基于轻质骨料(LWA)颗粒过滤器的系统，诸如LWA砾石、Laca(轻质膨胀粘土骨料)砾石、或存在于芬兰的粘土制成的轻质骨料(以其极轻的重量且润湿缓慢而闻名)。所述LWA系统优选地被供给例如氢氧化钙Ca(OH

在一些优选的实施方案中，所述碱性产生系统131设置在能更换的储器或所谓的盒子中。优选的是，能更换的储器安装在地表下。

示例性的ALD系统由挖掘的排水沟组成，该排水沟填充有具有高碳酸钙含量的石灰石砾石或其他碳酸化的材料，并且不可渗透地密封以与大气中的氧气隔绝，以保持无氧或缺氧(贫氧)条件。进入ALD系统的流入物通常是缺氧的。经处理的水流经排水沟，导致石灰石溶解，随后产生碱性，水的pH值相应增大。示例性的OLD系统基于与ALD系统相同的原理，除了进入其中的流入物包含氧气。示例性的RAPS/SAPS系统结合了ALD和有氧湿地技术，并且由水库(例如，1-3m深)组成以及沉积有覆盖了有机基质(例如，堆肥)的石灰岩(例如，0.5-1m厚)。该系统还包括铺设在基底下方以将水输送通过其中的管道工程。以与前述的RAPS/SAPS系统相同的方式构建示例性的竖式石灰石排水沟系统(VLD)，除了在此省略有机基质的提供。

碱性产生系统131在系统100内的位置是特定于配置的。在优选实施例中，实现为可替换的地表下暗盒的碱性产生系统131位于由人为地下水补给装置130(图2)占据的区域内。在一些其他实施例中，碱性产生系统131可以被安装在人工湿地120A、120B占据的区域之前(上游)、其后(下游)或内部。因此，例如，可以将缺氧石灰石排水系统安装在无氧湿地池120A内。

在一些其他示例性实施方案中，如上所述，碱性产生系统131可以安装在被配置为反硝化(生物)过滤器的反硝化生物反应器110之后。从所述生物过滤器获得的缺氧(贫氧)和含二氧化碳的流出物已显示有效溶解碳酸钙。

再次参考图1，该系统100的设置使得当系统100与再循环水产养殖设施140集成在一起时，形成主再循环流路111。在这种配置中，从再循环水产养殖设施中排放的流出物111B被依次引导通过至少预处理设施120和人为地下水补给装置130，经由水收集回路网络151返回到再循环水产养殖设施140中，并且作为流入物111A进入再循环水产养殖设施。

在优选实施例中，水处理系统100包括集成在其中的再循环水产养殖设施140。

所述再循环水产养殖设施140包括用于捕获水生物种的再循环水设备142和用于处理经由所述设备142再循环的水的水处理系统143(图2)。所述设备142有利地被实现为闭环沟道/管道或沟道/管道工程的系统，随后，在所述再循环水产养殖设施内内部形成有副再循环流路141。所述设备142优选与再循环水处理系统143集成在一起。

在其中集成有水产养殖设施140的系统100中，水根据两个基本独立的路径，即主路径111和副路径141而被(再)循环。根据本文中上面描述的“闭环”概念，所述路径优选地被实现为封闭路径。

封闭的循环/再循环路径伴随着水处理，其中主路径111总体上采用被动水处理的方法，这些方法选自：根据上文所述的辅助湿地精炼、(人为)地下水补给和/或碱性产生方法。主路径111形成在系统100内，并且通常相对于水产养殖设施140在外部地位于室外。

相反，副路径141内部地位于水产养殖设施140内。副路径141相对于环境的位置取决于水产养殖设施140是室内设施还是室外设施。在优选的实施例中，水产养殖设施140是室内设施，从而副路径140设置在由所述设施占据的建筑物内。

因此，副路径141涉及处理进入水生物种捕获设备142的水和从水生物种捕获设备142排放的水。内部水处理总体上涉及主动水处理方法。然而在外部路径111所涉及的被动方法中，水被输送到许多设施或允许流过许多设施，而没有能量和/或养分消耗或只有最小的能量和/或养分消耗，在内部路径141中涉及的主动方法中，积极地促进设备142与(内部)再循环水处理系统143之间的水的密集(再)循环，同时对其进行连续监控。因此，主动水处理通常与更快的流速和更高的能耗有关。在一些示例性实施例中，对经由内部处理系统143再循环的水进行一系列处理，包括：机械和生物过滤、曝气和/或氧化。如上所述，硝化过程例如可以已经在水产养殖设施140内进行。

可以以各种配置和设计来提供再循环水产养殖设施140。因此，设施140可以被配置为水沟系统、包括基本上弧形罐或矩形罐的循环路径系统，或者被配置为基于闭环管线的系统。可以进一步利用任何其他可行的配置。在一些实施例中，可通过布置所述地表下的设施(即在地下水平)以便利用地面的温度补偿作用来提高再循环水产养殖设施140的能量效率。

在一些实施例中，再循环水产养殖设施140被配置为再循环水产养殖系统(RAS)。

有利地，借助于控制系统(未示出)和多个传感器设备来实现关于引导主再循环路径111(外部)和副再循环路径141(内部)的水流动的控制，所述多个传感器设备被配置成测量各种与水有关的参数，诸如温度、pH、硬度、化合物(氨、硝酸盐、磷酸盐)的含量等。控制系统优选是自动化的或半自动化的。

水处理系统100内的所有上述组件彼此完全可缩放。实际上，该系统100内的每个组件120、130、131可以取决于再循环水产养殖设施140的尺寸和生产能力。在一些情况下，上文描述的所有与尺寸有关的参数可以扩展至少十倍。

再循环水产养殖设施140优选地用于捕获水生物种。进一步优选地，该设施140用于捕获鱼和/或甲壳类动物(例如，小虾米、蟹、龙虾等)。

适合捕获的鱼类包括但不限于淡水物种和淡盐水物种，诸如大西洋鲑鱼(Salmosalar)、罗非鱼种、鲤鱼(Cyprinidae)、鲶鱼等；以及冷水物种，诸如虹鳟鱼(Oncorhynchusmykiss)、欧洲白鱼(Coregonus lavaretus)、鲈鱼(Perca spp.)、梭鲈(Sanderlucioperca)、鲟鱼(Acipenser spp.)、北极鲑(Salvelinus alpinus)等。对于本领域技术人员而言，很明显的是，再循环水产养殖设施140可以适于捕获各种鱼类，范围从以相对较小的容量养育有价值/难以捕获的鱼类到为大众市场和/或移植到自然环境中而捕获大量鱼类。

在补充或替代实施方案中，水产养殖设施140可用于培养除鱼类和甲壳类以外的水生物种，例如软体动物(例如牡蛎，贻贝)，两栖动物或水生爬行动物。

在另一方面，提供了一种用于处理从再循环水产养殖设施排放的水的方法。在所述方法中，使从再循环水产养殖设施140排放的流出物111B依次流经至少预处理装置120和地下水补给装置130，然后将从所述地下水补给装置回收的水经由水收集回路网络151引回到再循环水产养殖设施140，以作为流入物111A进入所述再循环水产养殖设施。

前述过程遵循设置在系统100内的主再循环流路111。在一些其他实施例中，经处理的水被输送或允许流过被配置为反硝化生物反应器或生物过滤器的附加的预处理设施110，和/或任何上述碱性产生系统。

在另一方面，提供了水处理系统100在水产养殖中的用途。在优选的实施方案中，所述用途涉及捕获鱼和/或甲壳类动物。

对于本领域技术人员显而易见的是，随着技术的进步，本发明的基本思想旨在覆盖包括在其精神和范围内的各种修改。因此，本发明及其实施例不限于上述示例；相反，它们通常可以在所附权利要求的范围内变化。