申请日1997.12.24
公开(公告)日2000.02.23
IPC分类号B01D35/01; B01D36/00
摘要
一种集成的水处理系统是为利用单一的集成单元(60)处理水产养殖用水而提供的,其中所述集成单元借助流化床过滤器(94)完成生物过滤并且借助脱气/充气单元(62)完成脱气和充气。流体的环流和分配是借助竖管(97)和喷嘴(99)提供的。挡板(100)将来自过滤器(94)的水引向脱气/充气单元(62)并且包含一个使介质返回过滤器(94)的介质回收口(102)。
翻译権利要求書
1.一种有储罐的水产养殖系统，水通过该储罐以选定的速度流 动，大部分离开该储罐的水在返回该储罐之前都经过脱气、 充气和生物过滤处理，该系统的特征是单一的集成单元依次 实现生物过滤和充气/脱气功能。
2.根据权利要求1的系统，其中所述集成单元包括在该单元中 选定的水平面上的流化床，待处理的水在该单元的底部附近 进入该流化床并且在向上流动经过流化床时经受生物过 滤，以及在该流化床所在水平面上方的水出口和充气/脱气单 元，离开流化床的水通过该单元流向水出口。
3.根据权利要求1的系统，其中所述充气/脱气单元包括一个出 口，通过该出口可以使由水携带着从流化床进入该舱室的介 质返回流化床。
4.根据权利要求1的系统，其中所述充气/脱气单元包括一个入 口，通过该入口将含氧气体引到水中，以便取代待清除的不 良气体。
5.根据权利要求4的系统，该系统包括一个阻止被取代的不良 气体从该单元顶部逸出的盖和一个将被取代的不良气体引 导到符合要求的排放位置的排气口。
6.根据权利要求1的系统，其中生物过滤是借助有位于流化床 底部附近的分配网格的流化床来完成的，水通过该分配网格 流入流化床进行生物过滤，并且其中所述分配网格具有在所 述单元中延伸到水面上方的竖管，在该竖管中形成该过滤器 工作期间的水压头并且可以通过该竖管得以接触所述分配 网格。
7.根据权利要求1的系统，其中所述分配网格有一些喷嘴，水 通过这些喷嘴进入流化床，在这些喷嘴中至少有一些在分配 网格边缘的喷嘴比该网格的其它喷嘴大，以利于在流化床的 边缘有更大的流体流动。
8.一种有储罐的水产养殖系统，水通过该储罐以选定的速度流 动，大部分离开该储罐的水在返回该储罐之前经过适当的处 理，该系统的特征是该储罐具有一个集成的多相排水系统， 该排水系统适合将大部分水从储罐排出，以便经处理后再送 回储罐，该排水系统还适合分离和有选择地清除来自该储罐 的垂死的鱼和死鱼。
9.根据权利要求8的系统，其中所述多相排水系统包括一个凹 陷区，离开储罐的水可以通过该凹陷区流动，而垂死的鱼和 死鱼可以在该凹陷区中聚集和分离，在所述凹陷区中的水流 是非常湍急的，以阻止储罐中其它的鱼进入该区域。
10.根据权利要求8的系统，其中所述多相排水系统对于以最小 的消耗水量从储罐中清除固体排泄物和未被消耗的饲料也 是有效的。
11.根据权利要求10的系统，其中所述排水系统包括一个允许 大部分水通过它流动的主水舱和一个本质上与主水舱同心 的并且在主水舱外面的挡板，该挡板适合引导固体排泄物和 未被消耗的饲料在储罐底部横向移动并通过小开口移动到 转移通道，其中所述开口的大小不足以允许垂死的鱼和死鱼 进入所述转移通道。
12.根据权利要求10的系统，该系统包括一个用于检测正在通 过所述排水系统排出的未被消耗的饲料的敏感元件。
13.根据权利要求8的系统，其中所述排水系统包括一个允许大 部分水通过它流动的主水舱和一个用于接受进入所述主水 舱的垂死的鱼和死鱼和有选择地清除收集到的来自储罐的 垂死的鱼和死鱼的机构。
14.根据权利要求13的系统，其中所述机构包括一个用于指示 何时已经收集到选定数量的垂死的/死亡的鱼的检测器和一 个适合启动清除收集到的垂死的/死亡的鱼并按照对来自所 述检测器的指示作出的响应工作的致动器。
15.根据权利要求14的系统，该系统包括一个覆盖所述主水舱 的门，在这扇门关闭时水可以通过这扇门而鱼不能通过，所 述检测垂死的/死亡的鱼的累积量的检测器在这扇门上，而且 所述致动器将触发所述门的开启，以便允许从储罐中清除累 积的垂死的/死亡的鱼。
16.根据权利要求15的系统，其中所述致动器借助至少一个机 械联动装置和电信号触发所述门的开启。
17.根据权利要求9的系统，该系统包括一个位于所述主水舱下 游的捕捉舱，在所述捕捉舱中捕捉离开储罐的垂死的/死亡的 鱼，以便最终将它们清除出该系统。
18.一种有储罐的水产养殖系统，水通过该储罐以选定的速度流 动，大部分离开该储罐的水在返回该储罐之前经过脱气、充 氧和生物过滤处理，该系统的特征是在生物过滤功能之后在 充氧功能之前实现脱气功能。
19.一种有储罐的水产养殖系统，水通过该储罐以选定的速度流 动，大部分离开该储罐的水在返回该储罐之前经过脱气、充 气和生物过滤处理，该系统的特征是用单一的集成单元实现 包括脱气、充气、气体浓缩和反应/分离的各种功能。
20.根据权利要求19的系统，其中进入该单元的水通过一个降 低水中的不良气体浓度的脱气段
21.根据权利要求20的系统，其中脱气段是加压、重力、真空 喷淋或填充塔、下孔鼓泡浓缩器、speece cone或下潜式充气 机之一。
22.根据权利要求20的系统，其中所述脱气段还将氧气添加到 水中。
23.根据权利要求20的系统，其中所述脱气段还包括从水中回 收生物过滤介质的装置，这种介质在进入该单元之前是水面 上的处理残留物。
24.根据权利要求20的系统，该系统包括一个浓缩器段，水将 从脱气段输送到所述浓缩器段。
25.根据权利要求24的系统，其中所述浓缩器段是一个下孔鼓 泡的浓缩器。
26.根据权利要求24的系统，该系统包括一个反应/分离舱，水 将从该浓缩器输送到所述反应/分离舱。
27.根据权利要求25的系统，该系统包括一个来自所述舱室的 排气口，在浓缩和反应期间未被水吸收的气体通过该排气口 排放，以便进行处理或再次使用。
28.在适合于水产养殖系统中使用的生物过滤器中，其过滤器具 有流化介质的流化床并且在该流化床底部附近有带喷嘴的 分配网格，通过这些喷嘴可以将水引入流化床，该流化床的 特征是至少在选定的分配网格边缘包括特大的喷嘴，以便增 大水沿着所述分配网格边缘向流化床的流动。
说明书
用于水产养殖的综合水处理系统
本发明的技术领域
本发明一般地涉及水处理系统领域，更具体地说，涉及与水 产养殖连同使用的这类系统。
本发明的现有技术
由于人口增长和全世界的口味逐渐从红肉转向鱼蛋白质全 世界对各种类型的鱼和海味品的需求不断地增长，但是全世界的 水产资源由于过度捕捞和各种各样的环境问题而日渐枯竭。迄今 人们已经通过使用鱼苗养殖场努力解决枯竭的渔业资源问题，但 是当前的养鱼技术(包括流经/泵送到岸上设备、池塘和海洋网 箱)面临大量的环境和生产方面的束缚，这些束缚限制它们的灵 活性、扩展和潜在的经济生存能力。
首先，大多数这类设备需要消耗大量的水，有时生产1磅鱼 需要大约10,000加仑水。要求如此庞大数量的水要在基本不变 的温度下将迫使水产养殖场的布局和作业接受严酷的环境限 制，特别是那些利用流经技术和池塘技术的水产养殖场。
还有长期生产的风险和在这种冒险中的损失，这种损失是由 于包括污染、不可控制的疾病蔓延、藻类的大量增殖和风暴的破 坏在内的各种因素造成的。还存在着种种担心，包括对于逃逸的 养殖鱼对野生种群的同属污染和传播疾病的风险的担心以及对于 因水产养殖设备运作时投放饲料引起对海洋和内河污染的担心。
递减的生物量回报是另一个问题，它平均消耗两磅基于鱼粉 的饲料生产1磅虾或大麻哈鱼。类似的问题也是存在于其它种类 的养殖中。
养鱼的生产成本也是非常高的，因为养殖场需要占用大量的 陆地和水域，而且这些陆地还必须毗邻重要的水资源，使最初用 于其它用途的陆地变成一片汪洋，所以价格比较昂贵。市场的局 限性是由产品可用性的间断和缺乏产品的多样性造成的，其中产 品可用性的间断是受各种因素支配的，包括气候和季节变化、最 终产品质量难以控制、各种环境因素造成的损失难以防止等因 素，而缺乏产品多样性是由于这种养殖场通常只能生产本地的物 种。
所以，需要将改进技术用于完成养鱼，这种改进技术将显著 地减少用水量，将对周围区域的环境只有极少的影响或没有影 响，将使正在生长的海味避免疾病、污染和其它潜在的环境问题 的影响，将提供受控的环境使产品可用性和产品多样性与本地环 境无关，将不需要利用大量的陆地和/或能够定位在比较便宜的 地点，以及将通过提高使用率来提高生物量回报。收集和利用废 弃物(如粪便和未被消耗的饲料)以及有利可图地重复利用这些 废弃物的能力也是符合需要的。
由这项申请的受让人AquaFuture有限公司提供的系统解决 了许多上述的问题，其方法是让鱼或其它海味(在下文中有时统 称为“鱼”或“海味”)在受控的环境中生长，例如一个大储罐， 水以选定的速度通过该储罐流动，而且大部分离开该饲养环境/ 储罐的水将用过滤和脱气之类的方法进行纯化，然后在返回该储 罐之前进行充气处理。在水处理期间还可以对水进行灭菌消毒， 然后再返回储罐。这个系统比现有技术的养鱼场优越，其中它的 用水量是其它养鱼场所需用水量的5%至10%或更少，因此有可 能使养鱼场定位在具有适中水资源的地域，从而大大降低了该系 统的水成本。此外，由于水在应用于储罐之前经过纯化，如有必 要还将经过灭菌消毒，而且在处理期间水温也可以受控，所以可 利用的水源质量将不是关键因素。再者，由于该系统本质上是一 个自持的封闭循环系统，所以该系统既不会对野生种群造成污 染，也不会对正在生长的海味有来自野生种群的疾病或污染的危 险。在完全受控的环境中运行的能力将减少生产风险和由诸如污 染、疾病和风暴破坏之类的因素所造成的损失，还将消除一些由 于气候和季节变化带来的市场局限性，将允许扩大产品的多样性 和基本保持全年运行。受控的环境还有利于质量控制和允许更有 效地利用饲料，这两者将导致提高经济效益。
但是，现有的水再生技术通常将各种水处理过程分割成不同 的阶段，而且每个阶段通常都需要分开的水槽以及管道连接和控 制阀门等。由于这些系统通常需要使非常大量的水循环起来，所 以，处理方法尽可能地有效是至关重要的。此外，在确定处理效 率以及可能被施于该系统并可能影响水的最终质量的喂食量 时，各单元的处理顺序是一个重要的因素。降低设备的投资费用 和提高处理效率是这些系统成功的关键。
在这些系统中另一个问题是有效地清除储罐中的死鱼和垂 死的鱼以及有效地清除过量的饲料和粪便或来自家畜的其它粪 便。由于死鱼和垂死的鱼可能是有病的鱼，而且如果这些鱼还留 在储罐中，它们将通过水传播的传染和被储罐中其它的鱼吃掉将 疾病传染给储罐中其它的鱼，所以重要的是尽快地清除储罐中的 死鱼和垂死的鱼以及在这些鱼留在储罐中时使它们尽可能少地 被同类吃掉。同类相食还使资源损失更难以确定并因此防碍资源 管理。此外，在有多重储罐的系统中，清除死鱼的网和潜水员通 常将在各储罐之间移动，从而增加疾病在该系统内传播的可能 性。清除过量的饲料和粪便对保持水的纯净也是重要的，而且跟 踪过量的饲料可以便于更有效的喂食管理。重要的是以某种方式 完成清除死鱼和垂死的鱼以及清除过量的饲料和粪便两项任 务，以使该封闭系统的失水量最小，借此降低必须供应该系统的 补水量。
本发明的概述
依据前面的介绍，本发明提供一种有储罐的水产养殖系统， 水以选定的速度通过该储罐流动，而且大部分离开储罐的水在返 回储罐之前经过脱气、充气和生物过滤处理。这种改进涉及使用 单一的集成单元实现生物过滤、充气和脱气诸项功能;养鱼储罐 具有集成的多相排水系统，该系统适合以最小的水量消耗清除固 体排泄物和未被消耗的饲料、适合将大部分水从储罐中排出以便 进行处理然后再返回该储罐以及适合进行分类并有选择地将死 鱼和垂死的鱼从储罐中清除出去;以及利用单一的集成单元实现 脱气、充气、气体浓缩和反应/分离诸项功能。用于实现生物过 滤、充气和脱气诸项功能的集成单元优选包括在该单元中位于选 定的水平面上的流化床、位于流化床水平面上方的水出口以及充 气/脱气舱，待处理的水在该单元的底部附近进入该流化床并且 在流经流化床时经受生物过滤，离开流化床的水通过充气/脱气 舱流向水出口。水优选通过有喷嘴的分配网格进入流化床，并且 由于至少在分配网格的选定边缘提供特大尺寸的喷嘴使流化床 边缘处的水流得到增强。还可以为分配网格提供若干根竖管，通过这 些竖管可以获得通向所述网格的入口。充气/脱气舱可以包括一个出 口，被水从流化床携带到该舱室的介质可以通过该出口返回流化 床，并且可以包括一个入口，通过该入口可以将含氧气体引导到 水中，以便取代待清除的不良气体。
多相排水系统可以包括一个允许大部分水通过它流动的主 水舱和一个本质上与主水舱同心并且在主水舱外面的挡板，该挡 板适合引导固体排泄物和未被消耗的饲料在储罐底部横向移动 并通过小开口移动到转移通道，其中所述开口的大小不足以允许 垂死的鱼和死鱼进入所述转移通道。主水舱可以有一个凹陷的机 构，该机构适合收集进入主水舱的垂死的鱼和死鱼和有选择地将 收集到的垂死的鱼和死鱼从储罐中清除出去。凹陷区中的湍流度 阻碍同类相食。这个收集和清除机构可以包括一个指示何时已经 收集到选定数量的垂死的/死亡的鱼的检测器和一个在对来自检 测器的指示作出响应时工作的致动器，该致动器用于启动清除收 集到的垂死的/死亡的鱼。就优选的实施方案而言，有一个覆盖 主水舱的凹陷的门，当这扇门关闭时水(而不是鱼)可以通过这 扇门。检测垂死的/死亡的鱼的累积量的检测器就在这扇门上， 该检测器触发致动器打开这扇门以允许从储罐中清除累积的垂 死的/死亡的鱼。为了最终将垂死的/死亡的鱼从该系统中清除出 去，可以在主水舱的下游提供一个捕捉舱，离开储罐的垂死的/ 死亡的鱼将在该捕捉舱中被捕获。
就集成的脱气/充气、气体浓缩和反应/分离单元而言，进入 该单元的水优选通过降低水中不良气体浓度的脱气段。脱气段可 以是一个喷雾塔、滴水塔或填充塔，或者利用下潜式鼓泡器，以 便清除不良气体或将空气或氧气添加到水中。脱气段还可以包括 从水中回收生物过滤介质的装置，这种介质在进入该单元之前是 在水面上的处理残留物。这个单元还可以包括浓缩器段，水从脱 气段送入这个浓缩器段。例如，这个浓缩器段可以是下孔鼓泡浓 缩器。还可以提供一个反应/分离舱，水从浓缩器送入反应/分离 舱。最后，可以为该舱室提供一个排气口，在浓缩和反应期间未 被水吸收的气体可以通过这个排气口排放，以便进行处理或再循 环。