一種交替氧化還原式自凈水族養殖方法技術

本發明專利技術公開了一種交替氧化還原式自凈水族養殖方法包括以砂粒或海綿等多孔物質作為生物床的載體，以待凈化的物質為底物，通過控制流經生物床的水的流量和流速，使生物床處于氧化態和還原態的交替變化過程中，定向培養適應于本系統、能高效分解待凈化物（即有機污染）的生物群落，形成一種能夠完全處理（礦化）生物有機氮污染的各種功能微生物在量上平衡的生物床，即得以實現本發明專利技術的交替氧化還原式自凈水族養殖方法。（*該技術在2016年保護過期，可自由使用*）

Alternating oxidation reduction type self purification aquarium breeding method

The invention discloses an alternative redox type self-cleaning aquaculture method including sand or sponge porous material as a carrier of biological bed, for purifying material as a substrate, by controlling the flow of water through biological bed and velocity, the biological bed is in the oxidation state and the original state of the alternating process, directional in this system, can adapt to the culture to be purified and efficient decomposition (i.e. organic pollution) of biological community, able to form a complete treatment (mineralization) biological bed microbial bio organic nitrogen pollution in the volume balance, that is to realize the alternate redox type self-cleaning aquatic breeding method.

【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及水生動植物養殖方法，具體地說是指一種交替氧化還原式自凈水族養殖方法。一個密閉生態的物質循環能否長期維持下去，取決于其系統中的陰陽(即氧化與還原)是否共存并達到平衡，因為某些物質的循環再生必須經過有氧和無氧兩個階段才能完成。例如氮的循環氣態氮(無氧固氮)→氨(合成)→蛋白質(有氧分解)→氨(有氧硝化、反硝化)→亞硝酸、硝酸(無氧脫氮)→氣態氮。而水族箱內主要污染來源為餌料及生物排泄物，餌料主要由蛋白質、脂肪及和淀粉組成，脂肪和淀粉的分解產物主要為CO2，是一種對魚類無害的物質。實驗表明，水族箱內氨是對生物影響最大的毒性物質，它是含氮有機物(餌料及排泄物中的蛋白質)分解的中間產物。氨溶于水后生成分子復合物NH3.H2O，其對水生生物毒性較大，在低氧條件下其毒性尤為嚴重。對觀賞魚來說，氨水安全濃度為2.5毫克/升。當水中溶氧充足時，氨(氮)在各種細菌的作用下轉變為硝酸鹽氮。硝化作用分兩步進行第一步氨在亞硝化功菌作用下氧化成亞硝酸鹽；第二步亞硝酸鹽在硝化細菌的作用下氧化成硝酸鹽，即蛋白質→氨→亞硝酸鹽→硝酸鹽，此時，脫氮細菌開始進行脫氮作用，使硝酸鹽氮轉化為NO2及氣態分子氮逸出水面(脫氮)，從而降低了水體毒性；但是，脫氮作用是在嫌氣性條件下，(即缺氧)才可強烈進行的，而魚缸中生物又需要大量的氧才能存活，這就形成了一對矛盾即在一個小小的水體內(甚至10升水以下)有氧與無氧狀態共容的矛盾。而現有的養殖方法及系統對此問題卻沒有很合適的解決方案。本專利技術的目的是提供一種交替氧化還原式自凈水族養殖方法。該方法包括以砂粒或海綿等多孔物質作為生物床的載體，以待凈化的物質為底物(即培養基)，通過控制流經生物床的水的流量和流速(即控制生物床氧的輸入量)，使生物床處于氧化態和還原態的交替變化過程中，利用適者生存的原理，定向培養適應于本方法的并能夠高效分解待凈化物(即有機污染)的生物群落，形成一種能夠完全處理(礦化)生物有機污染的各種功能微生物在量上平衡的生物床，即為本專利技術的交替氧化還原式自凈水族養殖方法的技術實質。其中，所述的生物床中含有三大類微生物，即好氧、厭氧和兼性厭氧微生物，包括蛋白質分解菌、淀粉分解菌、幾丁質分解菌、纖維素分解菌、氨化菌、硝化菌、亞硝化菌、脫氮菌等，以及一些以上述微生物為食的原生動物。其中，所述的生物床處于氧化態和還原態的交替變化是在水族系統內交替用電能控制形成有氧或無氧狀態；在裝置上制成有氧層(魚生活空間)及無氧層(脫氮作用進行)兩個不同的區域，達到矛盾共容一體的目的，再結合量化調整，從而形成一個物質循環(單向)基本平衡的低密度養殖小水體生態系統。所述的量化調整的全過程分為以下幾個階段進行新裝水族箱階段此階段由于是新水水體內含有毒物質(氨氮)較少，主要應解決將水中的肉眼可觀察到的雜質(餌料殘渣及生物排泄物)氧化分解，使水體變得清澈透明。因此，此時應大量通氧，使水體形成溶氧處于過飽和狀態，必要時(水中雜質過多)可加配物理過濾器，此階段的結果是形成水體氨氮濃度增加。硝化階段當水體中氨氮濃度增加到魚類致死臨界濃度時，需要繼續進行氧化過程，使氨氮轉化為對生物無毒的硝酸鹽氮。此時需要繼續通氧。此階段結果有兩個一是水體中的有毒物質氨氮轉化成硝酸鹽氮暫時積累起來；二是培養了大量的亞硝化菌及硝化菌，為以后水體生態單向循環構筑起一段生物鏈。傳統的水族箱養殖進行到這個階段就停止了，系統開始大量積累硝酸鹽氮，當其積累到一定濃度時硝酸鹽氮開始反向還原成為亞硝酸鹽氮或氨氮。當氨氮濃度積累到水生物致死臨界值時，傳統的處理方法為①換入新鮮的水以沖淡氨氮的濃度(傳統養殖方式)，此方式的缺陷是一是增加了勞動強度；二是在換水時由于不容易掌握水質情況，往往容易導致生物死亡。②用活性炭吸附或用滴水式生物球處理或用光合細菌進行水的預處理(歐美及國內一些高水平養殖所采用的方式)。此方式一是增加了成本；二是不能徹底去除毒性，一般三個月左右還是要換一次水。而本專利技術的方案中的處理方式為還有一個脫氮階段當硝酸鹽氮積累到一定濃度后，加入經過培養的脫氮菌群并附著在某些附載物上，同時開始在箱體內控制形成無氧層及無氧時間，給脫氮菌提供一個厭氧環境，由于此時有大量的硝酸鹽氮作為脫氮菌的食物，因此，脫氮菌開始在缸內繁殖并逐漸達到平衡所需要的種類及數量，在脫氮菌的作用下，硝酸鹽氮開始減少，轉變為NO2及N2逸出水面(此過程稱為生物脫氮)，從而形成了一個單向物質循環生物鏈。在無氧層形成的同時，水族箱內將近五分之四的水體溶氧對生物來說是充分的，也就是說，在脫氮作用進行的同時，水生物繼續生存在水族箱內。因此，在本專利技術方法中物質轉換按如下過程進行蛋白質→氨→亞硝酸鹽→硝酸鹽→NO2＋N2＋其他其中，控制流經生物床的水的流量和流速(即控制生物床氧的輸入量)的方法為流量的控制為泵功率的大小是可使水族箱內水在1小時內循環一次，如水體積為1立方米，則泵的出水量不得小于1立方米/小時；流速的控制為在符合上述流量的要求下，泵的出水口面積小于百分之一的底板面積。在此過程中的幾個技術特征為1、平衡點的有序量化調節連續通電情況下有氧與無氧控制時間比例從5∶1至1∶5，根據上述量化調整過程分為以下幾個階段①新裝水族箱階段從裝缸開始3天內按通電50分鐘，斷電10分鐘循環操作，此階段主要目的為氧化分解有機質；②硝化階段第四天至2周內按通電30分鐘，斷電30分鐘循環操作，此階段在繼續氧化分解有機質的同時，開始培養脫氮細菌；③2周后通電及斷電時間比例為1∶4或1∶5，根據不同箱體情況微調，以最終結果達到生態平衡(即氨及硝酸濃度基本為零)為準。2、餌料蛋白含量超過40％，每天投放數量為水中生物體重的1/100至15/100、1000公斤水體的生物最大承載量為30公斤。上述量化調整使容器內生態系統不致于在平衡點附近大幅度波動。3、水族箱內不能也不需加入任何抗菌藥物。4、人工照明光量在3000勒克斯以上，在此光量下，生長良好的植物有助于水質的凈化。5、水體積不能小于5升水。6、菌群承載體主要以沙為主，如石英沙、石米或水晶沙等，沙的直徑在1毫米至5毫米，按同樣比例分三層鋪在箱底，最小的排在最下邊，最大的放在最上邊。在上述條件滿足的情況下，針對不同的容器體積及生物種類的具體調節，最終形成一個氨氮含量低于水生物致死臨界濃度、水質晶瑩透明的生態自然平衡的水環境。并可在長時間不用換水的情況下保持水質良好。其中，以下技術特征也將對本專利技術的實施起到很關鍵的作用，即所述的生物床載體的選擇應根據不同觀賞生物對水質硬度的要求，選擇不同種類的載體，高硬度水質采用珊瑚砂、低硬度水質采用普通建筑用砂或海綿；根據生物床的厚度和過濾板(或過濾管)的隙縫選擇砂粒大小，砂粒以多面體為佳，一般為一至五毫米，粒徑小，面積大；粒徑大，面積小，阻力小。所述的生物床凈化能力的估算(生物床的凈化能力由體積、載體粒徑、過濾速度所決定)指標為P＝10S/。其中p為凈化率(毫克氧/分)，S為生物床面積(平方米)，V為過濾速度(厘米/分)，D為生物床厚度(厘米)，G為砂粒系數G＝x1/d1＋x2/d2＋…xn/dn，d為砂粒直徑(毫米)，x1＋x2＋…xn＝100。所述的觀賞生物量的確定(即污染率，由觀賞生物的代謝率、數量和大小，以及投本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種交替氧化還原式自凈水族養殖方法，包括以砂粒或海綿等多孔物質作為生物床的載體，以待凈化的物質為底物，通過控制流經生物床的水的流量和流速，使生物床處于氧化態和還原態的交替變化過程中，定向培養適應于本系統、能高效分解待凈化物（即有機污染）的生物群落，形成一種能夠完全礦化處理生物有機污染的各種功能微生物在量上平衡的生物床，即得以實現本專利技術的交替氧化還原式自凈水族養殖方法。２、權利要求１所述的一種交替氧化還原式自凈水族養殖方法，其中，所述的生物床包括好氧、厭氧和兼性厭氧微生物。

【技術特征摘要】
1.一種交替氧化還原式自凈水族養殖方法，包括以砂粒或海綿等多孔物質作為生物床的載體，以待凈化的物質為底物，通過控制流經生物床的水的流量和流速，使生物床處于氧化態和還原態的交替變化過程中，定向培養適應于本系統、能高效分解待凈化物(即有機污染)的生物群落，形成一種能夠完全礦化處理生物有機污染的各種功能微生物在量上平衡的生物床，即得以實現本發明的交替氧化還原式自凈水族養殖方法。2.權利要求1所述的一種交替氧化還原式自凈水族養殖方法，其中，所述的生物床包括好氧、厭氧和兼性厭氧微生物。3.權利要求2所述的一種交替氧化還原式自凈水族養殖方法，其中，所述的好氧、厭氧和兼性厭氧微生物包括蛋白質分解菌、淀粉分解菌、幾丁質分解菌、纖維素分解菌、氨化菌、硝化菌、亞硝化菌、脫氮菌，以及一些以上述微生物為食的原生動物。4.權利要求1所述的一種交替氧化還原式自凈水族養殖方法，其中，所述的生物床處于氧化態和還原態的交替變化是在水族系統內交替用電能控制形成有氧或無氧狀態，用工藝制作形成有氧層及無氧層兩個不同的區域，再加上精心的量化調整，生成一個物質單向循環基本平衡的低密度養殖小水體生態系統。5.權利要求1所述的一種交替氧化還原式自凈水族養殖方法，其中，所述的量化調整的過程分為以下幾個階段進行a新裝水族箱階段大量通氧，使水體形成溶氧處于過飽和狀態。b硝化階段繼續通氧，使氨氮轉化為對生物無毒的硝酸鹽氮。c脫氮階段當硝酸鹽氮積累到一定濃度后，此時加入經過培養的脫氮菌群并附著在某些附載物上，同時開始在箱體內控制形成無氧層及無氧時間，...

【專利技術屬性】
技術研發人員：林文輝，葉鋒，周臻，
申請(專利權)人：北京靈山咨詢有限責任公司，
類型：發明
國別省市：11[中國|北京]