專利名稱：一種結(jié)合水產(chǎn)養(yǎng)殖及無土農(nóng)業(yè)種植的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于水產(chǎn)業(yè)與農(nóng)業(yè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種結(jié)合水產(chǎn)養(yǎng)殖及無土農(nóng)業(yè)種植的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的水產(chǎn)業(yè)與農(nóng)業(yè)分屬于不同的領(lǐng)域。水產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)場地為水面，池塘、水庫、湖泊、河流、海洋是其主要的生產(chǎn)場地；農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)場地為土地，水田、旱田、是其主要的生產(chǎn)場地。這兩種產(chǎn)業(yè)有一個共同點，那就是都需要水，水是這兩種產(chǎn)業(yè)的血液，支配者這兩種產(chǎn)業(yè)的命脈。目前，雖然發(fā)展出了工廠化的水產(chǎn)業(yè)和農(nóng)業(yè)，但是引進(jìn)水處理高新技術(shù)，通過人工強化維持水質(zhì)的方式，將兩者結(jié)合成一個相互融合的系統(tǒng)的技術(shù)尚沒有出現(xiàn)?，F(xiàn)有技術(shù)的工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖或者工廠化的農(nóng)業(yè)種植是一種單一化的工廠，他只能生產(chǎn)水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)品或者農(nóng)業(yè)種植產(chǎn)品。將水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中產(chǎn)生的糞便類固體及溶解性氮、磷等物質(zhì)，通過水循環(huán)被植物的根系截留、作為肥料吸收，使農(nóng)作物得到收獲，以此來進(jìn)行循環(huán)種植和養(yǎng)殖，該技術(shù)的研發(fā)工作起步較早。例如，中國專利90100155號公開了魚(蝦)菜共生系統(tǒng)，通過水中養(yǎng)魚、水面和空間立體無土栽培蔬菜，然而該專利的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的實施細(xì)節(jié)比較粗略，尤其是“養(yǎng)殖水池中間有魚糞收集井，收集井內(nèi)的魚糞及污水由污水泵抽吸向上澆入最上層的栽培槽”，導(dǎo)致養(yǎng)殖產(chǎn)生的廢水和廢渣不分離。存在著明顯的水質(zhì)控制技術(shù)上的缺陷，難以實用化。中國專利99110087號公開了水生植物及動物生態(tài)循環(huán)養(yǎng)殖系統(tǒng)，在水生植物槽中種植浮萍類植物，與水生動物槽中的水進(jìn)行循環(huán)，然而該專利的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的實施細(xì)節(jié)比較粗略，而且廢水和廢渣不分離，限于種植水生植物。也同樣存在著明顯的水質(zhì)控制技術(shù)上的缺陷。中國專利200810204130號公開了養(yǎng)魚水體的光催化-植物協(xié)同凈水方法，設(shè)計了過濾槽排放養(yǎng)殖的固體雜質(zhì)，利用含二氧化鈦光催化材料處理，然后再用于培養(yǎng)植物，然而其效率不高，主要用于市政景觀的低濃度水質(zhì)處理，而非大規(guī)模的養(yǎng)殖/種植業(yè)，而且其中使用的含二氧化鈦光催化材料對于大規(guī)模的養(yǎng)殖/種植業(yè)推廣來說，也過于昂貴。中國專利200880123138號公開了蔬菜和魚類共生設(shè)備，其中除了較常規(guī)的養(yǎng)殖和培養(yǎng)單元之外，還包括冷凝管的使用來收集植物蒸騰的水分，這實質(zhì)上效率不高，甚至有舍本逐末的意味。中國專利200910037806號公開了可高效循環(huán)利用水產(chǎn)養(yǎng)殖的裝置和實現(xiàn)方法，包括植物栽培浮床、微生物培養(yǎng)中間層以及底層共振板，然而該專利中的植物栽培量受限于植物栽培浮床所能漂浮的水體面積，其裝置結(jié)構(gòu)的養(yǎng)殖效率也不高。中國專利201010103123號公開了閉合循環(huán)養(yǎng)殖水體中有機顆粒和營養(yǎng)鹽的去除方法，主要利用藻類或黑麥草等經(jīng)濟性不佳的非主流農(nóng)業(yè)植物，而且相應(yīng)結(jié)構(gòu)也只適合養(yǎng)殖水日循環(huán)量在10倍左右的情況。
中國專利201010138335號公開了雙層魚菜共生型工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)，其中所有養(yǎng)殖產(chǎn)生的水均通過生物濾器進(jìn)入喜水植物水培養(yǎng)裝置，然后進(jìn)行水質(zhì)調(diào)配，再回流養(yǎng)殖池，這種單靠植物凈化水質(zhì)的方法的效率不佳，不能適合于高密度和大規(guī)模生產(chǎn)。中國專利201120090260號公開了零排放魚菜互生循環(huán)裝置，采用了較為普通的裝置結(jié)構(gòu)，而且缺乏實施的細(xì)節(jié)。 盡管有如此之多的技術(shù)，但是這類設(shè)備始終未能在我國推廣使用。究其原因，本發(fā)明人長期研究發(fā)現(xiàn)主要有兩條，首先是缺乏實施細(xì)節(jié)，例如收集、排污等設(shè)備一筆帶過，而現(xiàn)實中如果沒有完善設(shè)計，或者排污不充分導(dǎo)致水質(zhì)劣化，或者排出過多水量而需要補充，失去循環(huán)的本意；其次，無法有效平衡微生物和植物對水體的不同凈化作用；再次，也是更重要的，生產(chǎn)效率不高，投入/產(chǎn)出比過高，失去了產(chǎn)業(yè)化推廣的利潤來源。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，充分強化水處理的重要功能，充分利用空間和資源，提供一種了可以將水產(chǎn)養(yǎng)殖與無土農(nóng)業(yè)種植結(jié)合在一起的技術(shù)。本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):一種結(jié)合水產(chǎn)養(yǎng)殖及無土農(nóng)業(yè)種植的系統(tǒng)，包括水產(chǎn)養(yǎng)殖單元、無土種植單元及水處理單元，上述各單元經(jīng)水流管道連接，所述的水產(chǎn)養(yǎng)殖單元包括水產(chǎn)養(yǎng)殖水池以及與水池連接的增氧裝置和水溫控制器，水產(chǎn)養(yǎng)殖單元可以養(yǎng)殖所有現(xiàn)有養(yǎng)殖業(yè)可以養(yǎng)殖的水產(chǎn)品。
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所述的無土種植單元包括無土種植床室以及與床室連接的植物營養(yǎng)控制器及種植室二氧化碳濃度控制器，無土種植單元可以種植包括水稻在內(nèi)的所有可以進(jìn)行無土栽培的植物。所述的水處理單元包括依次連接的氮類處理裝置、超濾膜過濾裝置及消毒裝置。所述的水產(chǎn)養(yǎng)殖單元、無土種植單元及水處理單元設(shè)置在平地上經(jīng)水流管道中的流水連接形成循環(huán)。所述的水產(chǎn)養(yǎng)殖單元、無土種植單元及水處理單元呈縱向設(shè)置并形成高度差，可以在一座樓房里實施，經(jīng)水流管道中的流水連接形成循環(huán)。所述的水產(chǎn)養(yǎng)殖水池中的水深與同類水產(chǎn)養(yǎng)殖池沒有區(qū)別。所述的增氧裝置控制水產(chǎn)養(yǎng)殖水池中溶解氧的濃度為8_12mg/L以上，所述的水溫控制器可以根據(jù)所養(yǎng)殖的種類進(jìn)行溫度控制，適合于不同的水產(chǎn)養(yǎng)殖種類。所述的無土種植單元與同類的無土栽培種植陽光溫室相比，其區(qū)別是增加了室內(nèi)控制中二氧化碳濃度的調(diào)節(jié)。所述的氮類處理裝置處理氨氮、亞硝酸氮及總氮的處理裝置。所述的水處理單元采用固定化生物技術(shù)、膜處理技術(shù)和紫外激發(fā)空氣生成臭氧，對水流流程流過的水體進(jìn)行紫外照射與臭氧氧化消毒處理。通過控制水產(chǎn)養(yǎng)殖水池中的溫度和溶解氧的濃度,使魚、奸等水產(chǎn)品可以一年四季得到高產(chǎn)，同時無土種植床室內(nèi)的植物也可以適宜的溫水循環(huán)下常年種植和收獲。根據(jù)所種植的植物種類不同，通過植物營養(yǎng)控制器和種植室內(nèi)二氧化碳濃度控制器調(diào)節(jié)最佳的條件，使所種植的植物不僅高產(chǎn)而且應(yīng)用達(dá)到最豐富。種植床室利用陽光和人工光來為植物的光合作用提供條件。水產(chǎn)養(yǎng)殖池流出水中所含有的糞便類顆粒物在植物種植床中被植物根系所過濾截留并作為肥料加以吸收利用。從無土種植床室流出的水中的溶解性有機物、無機性氨氮、亞硝酸氮以及總氮等對水生生物(魚、蝦等)產(chǎn)生危害的物質(zhì)被后續(xù)的氨氮、亞硝酸氮、總氮處理裝置和超濾膜過濾裝置以及消毒裝置除去，水流再循環(huán)到水產(chǎn)養(yǎng)殖池。水流管道上設(shè)置壓力泵控制水流的流向和流速。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:(I)本發(fā)明節(jié)約水和能源消耗，基本不排放污水和消耗水，而且熱能得到充分利用。因此，本發(fā)明適合于任何地方實施，不受地理位置和地理條件限制，在任何地方都可以建廠生產(chǎn)，為當(dāng)?shù)靥峁┏Ｄ牾r活的水產(chǎn)品和蔬菜瓜果。(2)本發(fā)明的實施設(shè)施作為城市觀光農(nóng)業(yè)施舍，增進(jìn)市民對生態(tài)農(nóng)業(yè)的認(rèn)識和親近感。突破傳統(tǒng)，創(chuàng)造出城鎮(zhèn)化的水產(chǎn)及農(nóng)業(yè)結(jié)合模式，使食材生產(chǎn)真正步入工廠化，不再依賴傳統(tǒng)土地的生產(chǎn)模式。(3)本發(fā)明可以在不適合農(nóng)業(yè)和水產(chǎn)業(yè)的地區(qū)實施，可以解決該地區(qū)的副食甚至糧食生產(chǎn)/供應(yīng)問題。對于解決我國西部等氣候差、土地少且貧瘠地區(qū)的糧食與人口問題有促進(jìn)效果。如果應(yīng)用于非洲等氣候惡劣、糧食需求與人口問題突出的地區(qū)，則可以有更大效果。(4)本發(fā)明可以使水產(chǎn)品與新鮮蔬菜的生產(chǎn)地與消費地結(jié)合在一起，減少運輸成本/減少碳排放，同時由于采用了工廠化生產(chǎn)模式，可以更好地保證食品安全和食品質(zhì)量。在當(dāng)今非糧食材(副食)比例逐漸占到全部食物一半以上，并且傳統(tǒng)肉類(豬肉、雞肉、牛肉、等)的產(chǎn)量難以再提高，而且食品安全風(fēng)問題險頻發(fā)的時代，采用新的技術(shù)發(fā)展水產(chǎn)品來改變傳統(tǒng)肉類蛋白食材的結(jié)構(gòu)，增加水產(chǎn)肉類蛋白食`材的產(chǎn)量和種類，不僅可以緩解甚至解決目前的問題，更是可以為保障食品安全提供技術(shù)保障。(5)本發(fā)明的種植采用無土種植，因此與當(dāng)?shù)氐耐恋赝临|(zhì)無關(guān)。在任何地方都可以通過人工來提高產(chǎn)量?？傊?，本發(fā)明的特點，是對養(yǎng)殖池的水溫進(jìn)行人為控制，保證水溫適合于不同養(yǎng)殖種類的要求，并同時把還有養(yǎng)殖糞便的有機固體顆粒的水循環(huán)到無土種植床，利用植物根系的過濾截留作用將其去除，并使其成為植物的肥料:溶解性的有機物、氨氮、亞硝酸氮和總氮再經(jīng)過水處理系統(tǒng)加以去除，最后再使水流循環(huán)回到養(yǎng)殖池。在此過程中始終對溫水進(jìn)行了控制，適宜的水溫不僅滿足了水產(chǎn)養(yǎng)殖的要求，也使無土種植可以常年進(jìn)行，并且無土種植床設(shè)在密閉的陽光房內(nèi)，它既可以有利人工調(diào)節(jié)其內(nèi)部的二氧化碳濃度，又可以防止水分蒸發(fā)和溫度散失，具有節(jié)水、節(jié)能，種植不受地理環(huán)境和季節(jié)影響的優(yōu)勢。
圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中，I為水產(chǎn)養(yǎng)殖單元、11為水產(chǎn)養(yǎng)殖水池、12為增氧裝置、13為水溫控制器、2為無土種植單元、21為無土種植床室、22為植物營養(yǎng)控制器、23為種植室二氧化碳濃度控制器、3為水處理單元、31為氮類處理裝置、32為超濾膜過濾裝置、33為消毒裝置、4為流水管道。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。實施例一種結(jié)合水產(chǎn)養(yǎng)殖及無土農(nóng)業(yè)種植的系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括水產(chǎn)養(yǎng)殖單元1、無土種植單元2及水處理單元3，上述各單元經(jīng)水流管道4連接。水產(chǎn)養(yǎng)殖單元I包括水產(chǎn)養(yǎng)殖水池11以及與水池連接的增氧裝置12和水溫控制器13，水產(chǎn)養(yǎng)殖單元I可以養(yǎng)殖所有現(xiàn)有養(yǎng)殖業(yè)可以養(yǎng)殖的水產(chǎn)品。無土種植單元2包括無土種植床室21以及與床室連接的植物營養(yǎng)控制器22及種植室二氧化碳濃度控制器23，無土種植單元2可以種植包括水稻在內(nèi)的所有可以進(jìn)行無土栽培的植物。水處理單元3是本發(fā)明的最重要單元，它包括依次連接的氮類處理裝置31、超濾膜過濾裝置32及消毒裝置33，氮類處理裝置31為處理氨氮、亞硝酸氮及總氮的處理裝置。通過增氧裝置12和水溫控制器13可以把水產(chǎn)養(yǎng)殖水池11中的溶解氧濃度和溫度分別控制在8-12mg/L以上和最適宜的范圍內(nèi)，這樣魚、蝦等水產(chǎn)品可以一年四季得到高產(chǎn)，同時無土種植床室21內(nèi)的植物也可以常年種植和收獲。根據(jù)所種植的植物種類不同，通過植物營養(yǎng)控制器22和種植室內(nèi)二氧化碳濃度控制器23調(diào)節(jié)最佳的條件，使所種植的植物不僅高產(chǎn)而且應(yīng)用達(dá)到最豐富。種植床室利用陽光和人工光來為植物的光合作用提供條件。水產(chǎn)養(yǎng)殖池流出水中所含有的糞便類顆粒物在植物種植床中被植物根系所過濾截留并作為肥料加以吸收利用。從無土種植床室流出的水中的溶解性有機物、無機性氨氮、亞硝酸氮以及總氮等對水生生物(魚、蝦等)產(chǎn)生危害的物質(zhì)被后續(xù)的氮類處理裝置31和超濾膜過濾裝置32以及消毒裝置33除去，水流再循環(huán)到水產(chǎn)養(yǎng)殖水池11中。水流管道4上設(shè)置壓力泵控制水流的流向和流速。本發(fā)明可以設(shè)置在平地上經(jīng)水流管道中的流水連接形成循環(huán)或者是呈縱向設(shè)置并形成高度差，經(jīng)水流管道中的流水連接形成循環(huán)。
在平地上的實施方法如果不受土地面積限制，本發(fā)明可以在平地上實施。根據(jù)可以使用的平地面積及形狀，將本發(fā)明按三個功能單元分區(qū)布置，水產(chǎn)養(yǎng)殖單元1、無土種植單元2及水處理單元3可以靈活布置，以利于相互銜接。水產(chǎn)養(yǎng)殖單元1、無土種植單元2及水處理單元3的工作條件不同，水產(chǎn)養(yǎng)殖單元1、無土種植單元2屬于生產(chǎn)車間，需要根據(jù)各自的要求和特點進(jìn)行設(shè)計和管理，要滿足食品生產(chǎn)的衛(wèi)生條件和生物、植物的不同防疫要求。水處理單元3為生產(chǎn)保障車間，要保證可靠、穩(wěn)定的運行。各個分區(qū)的物流及人流既有獨立性又有有機銜接性。在樓房中的實施方法如果土地面積受限制，本發(fā)明可以在一座樓房建筑物內(nèi)實施。根據(jù)可以使用的樓房的層數(shù)以及面積，將本發(fā)明按三個功能單元分樓層布置，水產(chǎn)養(yǎng)殖單元I可以布置在二樓以上，無土種植單元2最好布置在樓頂增加的陽光室內(nèi)，水處理單元3可以布置在一樓。各個單元通過樓層相互聯(lián)系和隔離，通過豎向電梯進(jìn)行物流和人流交通。一樓還可以作為產(chǎn)品加工、包裝，原料儲存的場地。在上述實施過程中，水流處在一個密閉的環(huán)境里，基本無廢水排放和消耗，水中的熱量也得到充分的利用。水處理單元3起到了維持水質(zhì)穩(wěn)定的關(guān)鍵作用。
權(quán)利要求
1.一種結(jié)合水產(chǎn)養(yǎng)殖及無土農(nóng)業(yè)種植的系統(tǒng)，其特征在于，該裝置包括水產(chǎn)養(yǎng)殖單元、無土種植單元及水處理單元，上述各單元經(jīng)水流管道連接， 所述的水產(chǎn)養(yǎng)殖單元包括水產(chǎn)養(yǎng)殖水池以及與水池連接的增氧裝置和水溫控制器； 所述的無土種植單元包括無土種植床室以及與床室連接的植物營養(yǎng)控制器及種植室二氧化碳濃度控制器， 所述的水處理單元包括依次連接的氮類處理裝置、超濾膜過濾裝置及消毒裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種結(jié)合水產(chǎn)養(yǎng)殖及無土農(nóng)業(yè)種植的系統(tǒng)，其特征在于，所述的水產(chǎn)養(yǎng)殖單元、無土種植單元及水處理單元設(shè)置在平地上經(jīng)水流管道中的流水連接形成循環(huán)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種結(jié)合水產(chǎn)養(yǎng)殖及無土農(nóng)業(yè)種植的系統(tǒng)，其特征在于，所述的水產(chǎn)養(yǎng)殖單元、無土種植單元及水處理單元呈縱向設(shè)置并形成高度差，經(jīng)水流管道中的流水連接形成循環(huán)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種結(jié)合水產(chǎn)養(yǎng)殖及無土農(nóng)業(yè)種植的系統(tǒng)，其特征在于，所述的增氧裝置控制水產(chǎn)養(yǎng)殖水池中溶解氧的濃度為8-12mg/L，所述的水溫控制器可以根據(jù)所養(yǎng)殖的種類進(jìn)行溫度控制，適合于不同的水產(chǎn)養(yǎng)殖種類。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種結(jié)合水產(chǎn)養(yǎng)殖及無土農(nóng)業(yè)種植的系統(tǒng)，其特征在于，所述的氮類處理裝置處理氨氮、亞硝酸氮及總氮的處理裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種結(jié)合水產(chǎn)養(yǎng)殖及無土農(nóng)業(yè)種植的系統(tǒng)，其特征在于，所述的水處理單元采用固定化生物技術(shù)、膜處理技術(shù)和紫外激發(fā)空氣生成臭氧，對水流流程流過的水體進(jìn)行紫外照射與臭氧結(jié)合的消毒處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種結(jié)合水產(chǎn)養(yǎng)殖及無土農(nóng)業(yè)種植的系統(tǒng)，其特征在于，水流管道上設(shè)置壓力泵控制水流的流向和流速。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種結(jié)合水產(chǎn)養(yǎng)殖及無土農(nóng)業(yè)種植的系統(tǒng)，包括水產(chǎn)養(yǎng)殖單元、無土種植單元及水處理單元，上述各單元經(jīng)水流管道連接，水產(chǎn)養(yǎng)殖單元包括水產(chǎn)養(yǎng)殖水池以及與水池連接的增氧裝置和水溫控制器；無土種植單元包括無土種植床室以及與床室連接的植物營養(yǎng)控制器及種植室二氧化碳濃度控制器，水處理單元包括依次連接的氮類處理裝置、超濾膜過濾裝置及消毒裝置。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)在水質(zhì)處理技術(shù)上和沒有種植室控制二氧化碳濃度方面的缺陷，使養(yǎng)殖和種植的密度大幅度提高，空間、能量等資源得到最大化利用。本發(fā)明的實施不受地理位置、氣候、土地貧瘠與否的限制，可以在任何地方實施。
文檔編號A01K63/00GK103250668SQ201310202390
公開日2013年8月21日 申請日期2013年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月27日
發(fā)明者張振家 申請人:上海交通大學(xué)