一种生物耦合培养系统及其方法

摘要

本发明涉及海洋生物技术领域，具体的说是一种生物耦合培养系统及其方法。该系统中植物组合培养系统通过光合培养产出高密度藻液，且将高密度藻液供应给动物培养单元；浮游动物培养系统通过藻液通道与植物组合培养系统连通，浮游动物培养系统用于浮游生物或动物养殖；产品集滤采收系统通过动物培养通道与浮游动物培养系统连通，产品集滤采收系统收集浮游生物；综合水处理单元通过废弃物通道与浮游动物培养系统连通，用于处理养殖废水，且通过二次回用水管路与植物组合培养系统连通；在线监测系统，通过信息双向通道与各系统和单元连接。本发明具有占地面积小，空间利用充分，适用于多种动物、植物的一体化培养、自动化程度高、投入产出能效比高。

权利要求

1.一种生物耦合培养系统，其特征在于，包括：

植物组合培养系统（1），通过光合培养产出高密度藻液，且将高密度藻液供应给浮游动物培养系统；

浮游动物培养系统，通过藻液通道（7）与植物组合培养系统（1）连通，用于浮游生物或动物幼体养殖；

产品集滤采收系统（5），通过动物培养通道（12）与浮游动物培养系统连通，产品集滤采收系统（5）进行浮游生物成品的收集和加工；

综合水处理单元（6），通过浮游动物培养系统的废弃物通道（14）汇入，综合水处理单元（6）用于养殖废水的处理和分离，且通过二次回用水管路（11）返回植物组合培养系统（1）中；

在线监测系统（4），通过信息双向通道（16）与各系统和单元连接；

所述浮游动物培养系统包括相互连通的动物初级培养系统（2）和动物强化培养系统（3），动物初级培养系统（2）和动物强化培养系统（3）分别通过藻液通道（7）与所述植物组合培养系统（1）连通；所述动物强化培养系统（3）的排出口与所述废弃物通道（14）连接；所述动物初级培养系统（2）通过废水通道（13）与所述综合水处理单元（6）连通；

所述动物初级培养系统（2）包括并联设置的动物初级培养育种单元和至少一个动物初级培养扩繁单元，各单元之间设有动物培养光照系统（9）；

所述动物强化培养系统（3）包括并联设置的多个动物强化培养单元;所述植物组合培养系统（1）包括藻类培养单元及与藻类培养单元连通的多个饵料培养单元，多个饵料培养单元并联设置后通过所述藻液通道（7）与所述浮游动物培养系统连通；

所述植物组合培养系统（1）内设有植物培养光照系统（8）；

所述综合水处理单元（6）包括初级水处理系统、二次水处理系统及废弃物处理系统，其中初级水处理系统与所述废弃物通道（14）连接；

废弃物处理系统与初级水处理系统连接，用于处理初级水处理系统处理后的废弃物；

二次水处理系统与初级水处理系统和废水通道（13）连接，二次水处理系统用于进行废水二次处理，处理后的二次回水通过所述二次回用水管路（11）返回到所述植物组合培养系统（1）内；

所述植物组合培养系统（1）设有净水补充管路（10），净水补充管路（10）与所述藻类培养单元和各所述饵料培养单元连通。

2.根据权利要求1所述的生物耦合培养系统，其特征在于，沿藻液流通方向将所述植物组合培养系统（1）设置为多组，每组中的所述植物组合培养系统（1）并联设置，且沿藻液的流通方向每组中的所述植物组合培养系统（1）逐级增多；

所述动物初级培养系统（2）为多个且并联设置；

所述动物强化培养系统（3）为多个且并联设置。

3.根据权利要求2所述的生物耦合培养系统，其特征在于，还包括多个并联设置的动物培养系统（15），动物培养系统（15）通过动物培养通道（12）与所述动物强化培养系统（3）连通。

4.一种利用权利要求1‑3任一项所述的生物耦合培养系统进行生物耦合培养的方法，其特征在于，所述方法通过植物组合培养系统（1）产出高密度藻液，并直接供应给浮游动物培养系统；

浮游动物培养系统产生的排泄物通过综合水处理单元（6）进行处理，处理后的二次回用水返回到植物组合培养系统（1），成为植物培养的肥源；

通过产品集滤采收系统（5）将浮游动物培养系统的富集浮游生物的培养水进行过滤，收集浮游生物。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述浮游动物培养系统为动物培养系统（15）提供充足的浮游生物饵料。

说明书

一种生物耦合培养系统及其方法

技术领域

[0001] 本发明涉及海洋生物技术领域，具体的说是一种生物耦合培养系统及其方法。

背景技术

[0002] 海水养殖业中，使用生物反应器等现代生物技术实现对传统产业的技术改造是业界共识。但是目前被广泛采用的综合养殖模式(将藻‑贝‑鱼等共养，采用藻类进行简单水处理)和循环水养殖模式(采用高科技手段达到高密度、高自动化、高集成度的养殖)等，前者受季节、地域等限制，具有一定局限性；后者工艺复杂，前后期的投入均较高，增加了企业的负担。由于这些方法本身存在的不足，以及在水质处理方面实际仍处于分离状态，其效果始终难以符合水质处理的预期。由于海水养殖业仍处于简单扩大生产规模和大量消耗资源的模式中，其养殖生态环境污染、病害频发、种质退化、产品质量差等问题是制约产业发展的重要问题。

发明内容

[0003] 针对上述问题，本发明的目的在于提供一种生物耦合培养系统及其方法，以解决现有海水养殖业存在的养殖生态环境污染、病害频发、种质退化、产品质量差等问题。

[0004] 为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

[0005] 一种生物耦合培养系统，包括：

[0006] 植物组合培养系统，通过光合培养产出高密度藻液，且将高密度藻液供应给浮游动物培养系统；

[0007] 浮游动物培养系统，通过藻液通道与植物组合培养系统连通，用于浮游生物或动物幼体养殖；

[0008] 产品集滤采收系统，通过动物培养通道与浮游动物培养系统连通，产品集滤采收系统进行浮游生物成品的收集和加工；

[0009] 综合水处理单元，通过浮游动物培养系统的废弃物通道汇入，综合水处理单元用于养殖废水的处理和分离，且通过二次回用水管路返回植物组合培养系统中；

[0010] 在线监测系统，通过信息双向通道与各系统和单元连接。

[0011] 所述浮游动物培养系统包括相互连通的动物初级培养系统和动物强化培养系统，动物初级培养系统和动物强化培养系统分别通过藻液通道与所述植物组合培养系统连通；所述动物强化培养系统的排出口与所述废弃物通道连接；所述动物初级培养系统通过废水通道与所述综合水处理单元连通。

[0012] 所述动物初级培养系统包括并联设置的动物初级培养育种单元和至少一个动物初级培养扩繁单元，各单元之间设有动物培养光照系统；

[0013] 所述动物强化培养系统包括并联设置的多个动物强化培养单元。

[0014] 所述综合水处理单元包括初级水处理系统、二次水处理系统及废弃物处理系统，其中初级水处理系统与所述废弃物通道连接；

[0015] 废弃物处理系统与初级水处理系统连接，用于处理初级水处理系统处理后的废弃物；

[0016] 二次水处理系统与初级水处理系统和废水通道连接，二次水处理系统用于进行废水二次处理，处理后的二次回水通过所述二次回用水管路返回到所述植物组合培养系统内。

[0017] 所述植物组合培养系统包括藻类培养单元及与藻类培养单元连通的多个饵料培养单元，多个饵料培养单元并联设置后通过所述藻液通道与所述浮游动物培养系统连通；

[0018] 所述植物组合培养系统内设有植物培养光照系统。

[0019] 所述植物组合培养系统设有净水补充管路，净水补充管路与所述藻类培养单元和各所述饵料培养单元连通。

[0020] 沿藻液流通方向将所述植物组合培养系统设置为多组，每组中的所述植物组合培养系统并联设置，且沿藻液的流通方向每组中的所述植物组合培养系统逐级增多；

[0021] 所述动物初级培养系统为多个且并联设置；

[0022] 所述动物强化培养系统为多个且并联设置。

[0023] 所述的生物耦合培养系统还包括多个并联设置的动物培养系统，动物培养系统通过动物培养通道与所述动物强化培养系统连通。

[0024] 一种利用所述的生物耦合培养系统进行生物耦合培养的方法，其所述方法通过植物组合培养系统产出高密度藻液，并直接供应给浮游动物培养系统；

[0025] 浮游动物培养系统产生的排泄物通过综合水处理单元进行处理，处理后的二次回用水返回到植物组合培养系统，成为植物培养的肥源；

[0026] 通过产品集滤采收系统将浮游动物培养系统的富集浮游生物的培养水进行过滤，收集浮游生物。

[0027] 所述浮游动物培养系统为动物培养系统提供充足的浮游生物饵料。

[0028] 本发明的优点及有益效果是：

[0029] 本发明以气升式生物反应器技术为基础，构建动植物相互耦合的、方便不同单元增减的综合高效生物培养系统；

[0030] 本发明的生物耦合系统，具有占地面积小、能充分利用空间、适用于多种动植物培养、自动化程度高、投资与能效比高等优点，是一种集合现代海洋生物技术优点较好的高效培养系统；

[0031] 本发明的生物耦合系统，可以不受季节和时间的限制，具有连续工作的特点。作为一种高效生物培养系统，其培养的各类标的物种，可以按需进行动植物搭配，达到最大值的培养效果。由于本发明使用的高效培养系统，能够有机营造动植物生长所需的条件，将动物养殖系统的排泄物，转换为植物生长的肥源，且这个过程是在系统内完成的，故此本系统可以达到健康培养并无污染排出的目的。

[0032] 本发明所述的海水生物耦合高效培养系统，可以方便的驳接各类生物监测和运转设备，可以最大限度地实现无人化或少人操作，可以大大减轻劳动强度，加强设备运转的安全性。

附图说明

[0033] 图1为本发明一实施例中生物耦合培养系统的结构框图；

[0034] 图2为本发明另一实施例中生物耦合培养系统的结构框图；

[0035] 图中：1为植物组合培养系统，2为动物初级培养系统，3为动物强化培养系统，4为在线监测系统，5为产品集滤采收系统，6为综合水处理单元，7为藻液通道，8为植物培养光照系统，9为动物培养光照系统，10为净水补充管路，11为二次回用水管路，12为动物培养通道，13为废水通道，14为废弃物通道，15为动物培养系统，16为信息双向通道。

具体实施方式

[0036] 为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

[0037] 如图1所示，本发明一实施例提供一种生物耦合培养系统，包括植物组合培养系统1、浮游动物培养系统、产品集滤采收系统5、综合水处理单元6及在线监测系统4，其中植物组合培养系统1通过光合培养产出高密度藻液，且将高密度藻液供应给浮游动物培养系统；
浮游动物培养系统通过藻液通道7与植物组合培养系统1连通，浮游动物培养系统用于浮游生物或动物养殖；产品集滤采收系统5通过动物培养通道12与浮游动物培养系统连通，产品集滤采收系统5用于进行浮游生物成品的收集和加工；综合水处理单元6通过废弃物通道14与浮游动物培养系统连通，综合水处理单元6用于养殖废水的处理和分离，且通过二次回用水管路11返回植物组合培养系统1中；在线监测系统4通过信息双向通道16与各系统和单元连接。

[0038] 如图1所示，本发明的实施例中，植物组合培养系统1包括澡类培养单元及与澡类培养单元连通的多个饵料培养单元，多个饵料培养单元并联设置后通过藻液通道7与浮游动物培养系统连通。

[0039] 进一步地，植物组合培养系统1内设有植物培养光照系统8，能够满足植物生长所需的条件。

[0040] 进一步地，植物组合培养系统1设有净水补充管路10，净水补充管路10与澡类培养单元和各饵料培养单元连通，净水补充管路10能及时补充植物组合培养系统1损失的水源。

[0041] 本发明的实施例中，浮游动物培养系统包括相互连通的动物初级培养系统2和动物强化培养系统3，动物初级培养系统2和动物强化培养系统3分别通过两路藻液通道7与植物组合培养系统1连通；动物强化培养系统3与废弃物通道14连接；动物初级培养系统2通过废水通道13与综合水处理单元6连通。

[0042] 本发明的实施例中，动物初级培养系统2包括并联设置的动物初级培养育种单元B1和至少一个动物初级培养扩繁单元B2n、B3n，各单元之间设有动物培养光照系统9；动物强化培养系统3包括并联设置的多个动物强化培养单元B+1n。上述多单元设置有效提高生产产能。

[0043] 本发明的实施例中，综合水处理单元6包括初级水处理系统、二次水处理系统及废弃物处理系统，其中初级水处理系统与废弃物通道14连接；废弃物处理系统与初级水处理系统连接，用于处理初级水处理系统处理后的废弃物；二次水处理系统与初级水处理系统和废水通道13连接，二次水处理系统用于进行废水二次处理，处理后的二次回水通过二次回用水管路11返回到植物组合培养系统1内。

[0044] 如图1所示，本发明的实施例中，一种生物耦合培养系统属于单耦合培养系统，即由一组植物组合培养系统1与一组浮游动物培养系统的简单组合。在单耦合培养系统中，植物组合培养系统1包括澡类培养单元A1和饵料培养单元(A1n、A2n，n：根据需要可以随意增减的单元组数)。植物组合培养系统1根据藻类不同品种的培养要求，可以随意增减光照强度、培养温度和通气总量。在植物组合培养系统1中设置检测装置，可以得到藻类生长过程中的氮磷等生长指标。植物组合培养系统1还设有浮游动物培养系统排泄物集滤处理系统，可以将动物排泄物转化提供给藻类培养使用。植物组合培养系统1可以自动补充氮源的不足，满足植物生长的需求。在本实施例中，培养用藻为单细胞小球藻，还可以广泛培养各种藻类。培养完成的藻类可以在静置后，利用落差自然排出或使用清水泵抽出，再通过藻液通道7输入浮游动物培养系统。

[0045] 在单耦合培养系统中，浮游动物培养系统包括动物初级培养系统2和动物强化培养系统3，动物初级培养系统2在温度和饵料供应方面较突出，为浮游生物的孵化提供充足的条件。动物初级培养系统2的培养一个周期为3天左右，在浮游生物完全孵化和接近成虫状态后，完成本系统工作。

[0046] 动物强化培养系统3除温度和饵料有保障外，因强调高密度培养，更增加了光照和通气保障。通过检测装置在本系统强化监测氮磷变化，自动调整通气量，并根据情况随时启动换水装置，定时清理动物排泄物。一般经过3天左右的培养，动物强化培养系统3内浮游生物的培养密度可以达到20000‑30000个/ml，完成本系统工作。在单耦合培养系统中，可以根据实际工作的需要，科学增减植物或动物养殖单元，达到生物培育所需培养条件的平衡。

[0047] 产品集滤采收系统5为单耦合培养系统的收尾环节，在产品集滤采收系统5中，将物强化培养系统3的富集浮游生物的培养水，通过螺旋过滤装置不间断地将水滤除，与过滤装置相连接的传送带将浮游生物带离。在单耦合培养系统中，传送带通过风干室将产品风干并送入包装间打包。但在复合培养系统中，浮游生物作为下游生物培养的饵料，可以直接进入下游养殖水体中。

[0048] 具体地，植物组合培养系统1和浮游动物培养系统需要同时具备可控的照明条件、相应的水质检测、辅助水处理系统集滤装置以及用于藻类培养所需的各类气源装置，上述检测及辅助装置均与在线监测系统4连接。

[0049] 如图2所示，在上述实施例的基础上，本发明另一实施例提供一种生物耦合培养系统，该系统沿藻液流通方向将植物组合培养系统1设置为多组，每组中的植物组合培养系统1并联设置，且沿藻液的流通方向每组中的植物组合培养系统1逐级增多。本实施例中，包括两组植物组合培养系统1，第一组为初级培养单元，第二组为次级培养单元。

[0050] 动物初级培养系统2为多个且并联设置；动物强化培养系统3为多个且并联设置，通过上述设置形成多段单耦合培养系统。本实施例中，浮游动物培养系统主要是浮游生物的培育。

[0051] 进一步地，本实施例中的生物耦合培养系统还包括多个并联设置的动物培养系统15，动物培养系统15通过动物培养通道12与动物强化培养系统3连通。浮游生物或动物幼苗是海水培养工作中不可或缺的饵料，处于育苗工作的上游环节，采用耦合培养系统进行动物的培养可以达到安全、快捷、减少环境影响和近似零排放的要求。

[0052] 在上述实施例的基础上，本发明又一实施例提供一种利用上述的生物耦合培养系统进行生物耦合培养的方法，该方法通过植物组合培养系统1产出高密度藻液，并直接供应给浮游动物培养系统；浮游动物培养系统产生的排泄物通过综合水处理单元6进行处理，处理后的二次回用水返回到植物组合培养系统1，成为植物培养的肥源；通过产品集滤采收系统5将浮游动物培养系统的富集浮游生物的培养水进行过滤，收集浮游生物。

[0053] 本实施例中，浮游动物培养系统为动物培养系统15提供充足的浮游生物饵料。本发明提供的一种生物耦合培养系统和方法，具有良好的环境亲和性，可以根据具体培养要求方便转换不同的系统搭配。可以在一套(或多套组合)耦合系统中集中进行各类标的物种(动、植物)高效培养，达到健康培养并无污染排出的目的。在一种生物耦合培养系统中，植物组合培养系统1(藻类培养单元)作为浮游动物培养系统的上游设施，通过高效养殖系统，大量产出高密度藻液，并直接供应给浮游动物培养系统；浮游动物培养系统在培养过程中排泄物产生的氨氮等污染物，则通过设施集滤装置进行预处理后，返回到藻类培养单元，成为植物培养的肥源。周而复始，形成良性的养殖循环。本实施例中，植物可以是微型藻类，亦可使用大型藻类的丝状体培养；动物可以是浮游生物，亦可为其它养殖动物的幼苗期培养。

[0054] 实施例

[0055] 多段耦合培养系统工程化培养海蜇幼体(幼蛰)

[0056] 海蜇(Rhopilema esculentum Kishinouye)属于水母的一种，存在于海蜇刺细胞中的海蜇毒素具有药用前景和开发价值。工程化进行海蜇幼体的生物反应器培养是一个大量、高效获取海蜇毒素的途径，幼蛰培养过程中是以浮游生物为饵料。

[0057] 多段耦合培养系统作为海水生物高效培养的方式，本系统在单耦合培养系统之后，增加了一组动物(海蜇幼体)培养系统。幼蛰培养过程中，水体溶氧下限为2.0mg/L，氨氮浓度上限为1.5mg/L，pH值范围为7.5～8.5。高密度培养形式给水质提出了更高的要求，复合培养系统则可根据培养的需求，在不同的阶段增减植物培养单元的数量，亦可根据情况增减不同的藻种，解决水质的问题。在植物组合培养系统1中，使用微藻做水处理用藻，不但能吸收氮磷，还具有抑菌及抑制微藻生长的能力。具体采用孔石莼无性系，构建成适于生物反应器高密度培养的微球体形式，可不受季节限制的进行培养。

[0058] 本发明将藻类与动物培养有机结合，在耦合系统中有机结合不同生物的生活习性，给予培养物种最适合的培养条件。本发明作为一种全新的科学工作方法，通过海洋生物耦合培养系统相关设施，将有效解决目前水产育苗和养殖工作中普遍存在的能耗偏大、得率偏低、水质恶化和废水污染难以解决等影响产业发展等重要问题。

[0059] 以上所述仅为本发明的实施方式，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进、扩展等，均包含在本发明的保护范围内。