一种免换水底滤鱼缸的循环水净化系统的制作方法

本发明属于鱼缸水循环领域，特别涉及一种免换水底滤鱼缸的循环水净化系统。

背景技术：

1、近年来，为了增添生活情趣、扮靓办公环境，在快节奏的工作中放松心情，越来越多的人喜欢在家里或办公场所摆放底滤鱼缸饲养宠物鱼，此外，许多餐馆和大型超市也都设有大型鱼缸或水族箱饲养食用鱼，通常采用底滤系统净化鱼缸水质。在养鱼过程中，人们普遍面临的问题是如何简便、高效去除养殖水中不断产生的残饵、粪便、氨氮及致病微生物等，因为这些有害物质在鱼缸内的积累不仅引起水体浑浊、色度增加、藻类滋生，降低宠物鱼缸的观赏价值，还会影响水族生物的健康，甚至导致死亡。

2、现有的底滤鱼缸水循环系统普遍采取的水处理方式是在底柜内放置内部分格的大型底滤槽，沿水流方向依次设置物理过滤仓、生化过滤仓及净水仓，在物理过滤仓内安放过滤棉、生化棉，用于截留水中残饵、粪便等颗粒污染物，在生化过滤仓安放陶瓷环、细菌砖、生物球等生化滤材，通过在其内部建立的硝化系统将养殖水中不断产生的有极大毒性的氨氮转换为毒性较低的硝酸盐氮，一些鱼缸的底滤系统中还设置了紫外消毒区，利用紫外灯照射杀灭水中的致病菌，降低水族生物患病的风险，这些处理方式虽然一定程度上保障了鱼缸的水质，降低了养鱼期间的换水频率，但仍然存在以下问题：首先，过滤棉上没有及时清除的残饵、粪便在水流的冲刷下会不断向水中释放污染物，同时脏旧过滤棉中长期滞留的残饵、粪便上极易滋生霉菌等致病菌，增加了水族生物患病的风险，而且这些细菌的代谢产物-氨、亚硝酸盐、有机酸等也会再次进入水体，导致鱼缸水质的二度污染，增加了后续硝化系统的负荷，长期使用的生化滤材上也会堆积大量老化生物膜，需要定期清洗，以促进硝化细菌的更新，提高硝化系统的活性，对于养鱼者而言，清洁和更换过滤棉等滤材成为每日必不可少的工作；其次，在陶瓷环、细菌砖等滤材上建立硝化系统所需时间较长，通常需要1～2个月的时间，硝化系统成熟前鱼缸水质难以得到保障，成熟后虽可以有效地将毒性大的氨氮转换为毒性较低的硝酸盐，但无法进一步去除硝酸盐，从而导致鱼缸内硝酸盐的快速积累，与氨氮一样，硝酸盐积累到一定程度同样对水族生物的健康成长构成威胁，而目前的鱼缸水循环系统中罕有针对硝酸盐的有效去除措施，普遍通过定期人工换水解决，从而给养鱼者带来诸多不便，也浪费了大量的水源，解决这一问题的关键是建立具有深度脱氮功能的鱼缸水循环处理系统，彻底去除养殖水中三氮(氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮)，使之满足养殖水的水质标准；另外，采用紫外灯照射杀菌的方式，其效果受杀菌灯的功率、光照时间，水流速度、周围障碍物等的影响较大，而且紫外照射在杀灭有害致病菌的同时也会对一些有益的硝化菌群产生影响，尤其在开缸初期，对硝化细菌的伤害更大。综合上述鱼缸水循环净化系统所存在的问题，实现轻松快乐的养鱼体验的前提是开发一种既能高效分离去除粪便、残饵等颗粒污染物及致病微生物，又具有深度脱氮功能的鱼缸循环水净化系统，将养鱼爱好者从每日繁琐的清洗滤材和定期换水中彻底解放出来。

技术实现思路

0、技术实现要素：

1、本发明提供了一种免换水底滤鱼缸的循环水净化系统，不但可以高效分离去除鱼缸水中不断产生的粪便、残饵等颗粒污染物及致病微生物，还具有深度脱氮功能，彻底去除养殖水中不断产生的三氮污染物，既可实现长期养鱼免换水，又可显著减少因清洗和排泥所需的补水量，还可避免人工清洗滤材的操作，显著降低人们在宠物鱼饲养过程中的劳动强度，本发明采取的技术方案如下：

2、一种免换水底滤鱼缸的循环水净化系统，由鱼缸、泥水分离过滤器、调节池、i号循环泵、超滤生物过滤器、反洗水箱、脱氮反应箱、ii号循环泵及脱氮生物过滤器组成，其中，

3、所述鱼缸的内部设置溢流隔板，将鱼缸分成养殖区和泥水排放区，所述溢流隔板的底部设置不少于3个虹吸排泥管口及一个鱼缸放空管口，所述虹吸排泥管口分别与设置在所述泥水排放区的底部的虹吸排泥支管连接，所述虹吸排泥支管在所述泥水排放区的底部汇合后与竖向设置在所述泥水排放区的虹吸排泥总管连接，所述溢流隔板的顶部与所述虹吸排泥总管的顶部的标高差不小于0.03m，所述鱼缸放空管口与设置在所述泥水排放区的底部的鱼缸放空管连接，所述鱼缸放空管的另一端贯穿所述的泥水排放区的底板，并与脱氮反应箱进水管和泥水分离过滤器反洗管连接，鱼缸循环水进水管贯穿所述泥水排放区的底板，上部出水口设置在所述养殖区、且与所述泥水排放区相对侧的顶部，下部与超滤生物过滤器出水管连接，所述鱼缸循环水进水管上设置鱼缸循环水进水阀，所述泥水排放区的底部设置泥水排放管口，所述泥水排放管口与泥水排放管连接；

4、所述泥水分离过滤器用于快速分离去除养鱼水中不断产生的粪便、残饵等颗粒污染物，所述泥水分离过滤器的侧壁底部连接泥水分离过滤器进水管，所述泥水分离过滤器进水管上设置泥水分离过滤器进水阀，并同时与所述泥水排放管和净水系统排水总管连接，所述泥水分离过滤器的顶部连接泥水分离过滤器出水管，所述泥水分离过滤器出水管分别与所述泥水分离过滤器反洗管和调节池进水管连接，所述泥水分离过滤器反洗管上设置泥水分离过滤器反洗阀，所述泥水分离过滤器的底部连接泥水分离过滤器排泥管，所述泥水分离过滤器排泥管上设置泥水分离过滤器排泥阀；

5、所述调节池用于调节鱼缸水循环系统的水量平衡，所述调节池进水管上设置调节池进水阀，所述调节池的侧壁底部连接调节池出水管，所述调节池出水管上设置调节池出水阀，所述调节池出水管同时与反洗供水管及i号循环泵吸水管连接；

6、所述i号循环泵用于驱动由所述的鱼缸、泥水分离过滤器、调节池和超滤生物过滤器所组成的鱼缸循环水净化系统的运行及所述超滤生物过滤器的反洗过程，i号循环泵压水管同时与超滤生物过滤器进水管及超滤生物过滤器反洗进水管连接；

7、所述超滤生物过滤器用于去除养鱼水中不断产生的有毒的氨氮及亚硝酸盐氮，所述超滤生物过滤器的内部设置超滤膜组件，所述超滤生物过滤器进水管上依次设置超滤生物过滤器进水阀和压力表，超滤生物过滤器出水管同时与所述循环水进水管、超滤生物过滤器反洗进水管和反洗水箱进水管连接，所述超滤生物过滤器反洗进水管上设置超滤生物过滤器反洗进水阀，所述压力表和所述超滤生物过滤器的进水口之间的管道与超滤生物过滤器反洗排水管相通，所述超滤生物过滤器反洗排水管上设置超滤生物过滤器反洗排水阀，并与所述净水系统排水总管连接；

8、所述反洗水箱用于所述超滤生物过滤器的反冲洗，所述反洗水箱的上方连接反洗水箱进水管，所述反洗水箱进水管上设置反洗水箱进水阀，所述反洗水箱的侧壁底部连接所述反洗供水管，所述反洗供水管上设置反洗供水阀；

9、所述脱氮反应箱为顶盖可开启的封闭式水箱，与所述ii号循环泵及所述脱氮生物过滤器共同组成的循环反硝化系统，将鱼缸循环水净化系统中不断产生的硝酸盐转换为氮气加以去除，此外，所述脱氮反应箱还用做所述脱氮生物过滤器的反洗水箱，所述脱氮反应箱的顶盖连接所述脱氮反应箱进水管、脱氮反应箱回水管和排气管，在所述脱氮反应箱进水管和所述脱氮反应箱回水管上分别设置脱氮反应箱进水阀和脱氮反应箱回水阀，所述脱氮反应箱的侧壁底部连接脱氮反应箱出水管，所述脱氮反应箱出水管上设置脱氮反应箱出水阀，并与ii号循环泵吸水管连接；

10、所述ii号循环泵用于驱动循环反硝化系统的过滤过程以及所述生物脱氮过滤器的反洗过程，ii号循环泵压水管同时与脱氮生物过滤器进水管和脱氮生物过滤器反洗进水管连接；

11、所述脱氮生物过滤器的内部填充脱氮生物填料，所述脱氮生物过滤器进水管上设置脱氮生物过滤器进水阀，脱氮生物过滤器出水管同时与所述脱氮反应箱回水管、脱氮水回用管及脱氮生物过滤器反洗进水管连接，所述脱氮生物过滤器反洗进水管上设置脱氮生物过滤器反洗进水阀，所述脱氮生物过滤器进水阀与所述脱氮生物过滤器的进水口之间的管道与脱氮生物过滤器反洗排水管连通，所述脱氮生物过滤器反洗排水管上设置脱氮生物过滤器反洗排水阀，并与所述净水系统排水总管连接。

12、进一步地，所述泥水分离过滤器的内部设置上滤网和下滤网，所述上滤网的孔径为30目，所述下滤网的孔径为20目，所述下滤网的下部设置泥斗，所述上滤网和所述下滤网之间设置轻质滤料层，所述轻质滤料层是由粒度为1～3mm的聚丙烯颗粒、聚乙烯颗粒或聚苯乙烯颗粒的一种或多种组成(优选聚苯乙烯颗粒)，所述轻质滤料层的厚度等于所述上滤网和所述下滤网之间间距的一半。

13、进一步地，所述调节池设置高、中、低水位，所述低水位与所述调节池出水管的管顶之间的标高差不小于0.01m，所述高水位和所述中水位的之间容积等于所述溢流隔板的顶部与所述虹吸排泥总管的顶部之间的养殖区内的容积。

14、进一步地，所述超滤膜组件为膜孔径≤0.03μm的中空纤维超滤膜，过滤时的膜通量为20～60l/m2.h(优选30l/m2.h)，最大跨膜压差设定为0.1mpa，反洗膜通量为20～60l/m2.h(优选30l/m2.h)。

15、进一步地，所述反洗水箱设置高水位和低水位，所述低水位与所述反洗供水管的管顶之间的标高差不小于0.01m，所述高水位和所述低水位之间的容积等于所述调节池的中水位和高水位之间的容积。

16、进一步地，所述脱氮反应箱设置满水位和低水位，所述低水位与所述脱氮反应箱出水管的管顶之间的标高差不小于0.01m，所述满水位和所述低水位之间的脱氮反应箱容积等于所述调节池的中水位和高水位之间的容积。

17、进一步地，所述脱氮生物填料为粒度为2～3mm的聚羟基脂肪酸酯颗粒、聚乳酸颗粒或聚丁二酸丁二醇酯颗粒的一种或多种组成(优选聚羟基脂肪酸酯颗粒)，既可作为反硝化细菌繁殖生长的载体，又可为反硝化细菌的代谢提供必要的缓释碳源。

18、进一步地，本发明首次使用时的启动方法如下：

19、a.关闭所述泥水分离过滤器排泥阀、泥水分离过滤器反洗阀、调节池出水阀、超滤生物过滤器反洗进水阀、超滤生物过滤器反洗排水阀、反洗水箱进水阀、反洗供水阀、脱氮反应箱进水阀、脱氮反应箱出水阀、脱氮反应箱回水阀、脱氮生物过滤器进水阀、脱氮生物过滤器反洗进水阀、脱氮生物过滤器反洗排水阀及脱氮水回用阀；

20、b.打开所述循环水进水阀、泥水分离过滤器进水阀、调节池进水阀及超滤生物过滤器进水阀；

21、c.持续向所述养殖区加水，当水位上升至所述虹吸排泥总管的管顶时，所述养殖区内的水依次通过所述虹吸排泥管口、虹吸排泥支管和虹吸排泥总管，跌入所述泥水排放区中，再依次通过所述泥水排放口、泥水排放管、泥水分离过滤器进水管，进入所述泥水分离器，并自下而上依次通过所述下滤网、轻质滤料层及上滤网，直至充满所述泥水分离过滤器，之后通过所述泥水分离过滤器出水管、调节池进水管进入所述调节池，当调节池的水位达到高水位时，开启所述调节池出水阀，调节池内的水在所述i号循环泵驱动下进入所述超滤生物过滤器直至充满，再通过所述超滤生物过滤器出水管流入所述循环水进水管，并返回到所述养殖区，此时调整i号循环泵的流量，使所述鱼缸养殖区内的水位标高与所述虹吸排泥总管的管顶标高相同，以维持虹吸排泥总管的虹吸出流状态，然后停止向养殖区加水，并向所述调节池内加水至高水位，之后提高所述i号循环泵的流量，使鱼缸养殖区内的水位上升至与所述溢流隔板顶部，并处于溢流状态，此时所述调节池内的液位降至中水位，并保持恒定，完成系统的启动过程。

22、进一步地，泥水分离过滤器的正常运行包括过滤过程和反洗排泥过程，过滤过程的操作方法为：来自所述泥水排放管的包含残饵、粪便等颗粒污染物的鱼缸排水通过所述泥水分离过滤器进水管进入所述泥水分离过滤器，其中较大的颗粒污染物向下沉入所述泥斗，余下的细小颗粒随水流向上通过所述下滤网，进入所述轻质滤料层并被截留，滤后清水通过所述上滤网、泥水分离过滤器出水管及调节池进水管进入所述调节池；随着过滤进行，截留在所述轻质滤料层中的污染物逐渐增加，可以通过反洗排泥去除，反洗排泥过程的操作方法为：关闭所述泥水分离器进水阀及调节池进水阀，随后开启所述泥水分离过滤器反洗阀及泥水分离过滤器排泥阀，鱼缸内的水依次通过所述的鱼缸放空管、泥水分离过滤器反洗管、泥水分离过滤器出水管进入所述泥水分离过滤器，在下向水流的冲刷下，所述轻质滤料层向下膨胀，在滤料颗粒之间的碰撞摩擦及水流的冲刷下，截留在轻质滤料层中的颗粒污染物从滤料表面脱落，并随水流从所述泥水分离过滤器排泥管排出，当排泥水变得清澈或者所述调节池的液位到达低水位时，结束排泥，关闭所述泥水分离过滤器排泥阀及泥水分离过滤器反洗阀，同时打开所述泥水分离器进水阀及调节池进水阀，并向所述调节池内补水，使调节池的液位升至中水位，且所述养殖区内的水处于溢流状态时，恢复正常的过滤过程。

23、进一步地，超滤生物过滤器的正常运行包括硝化过滤过程及反洗排泥过程，所述硝化过滤过程的操作方法为：在所述i号循环泵的驱动下，所述调节池内的水通过所述超滤生物过滤器进水管进入所述超滤生物过滤器，并由外向内通过所述的超滤膜组件过滤，超滤膜可完全截留水中细小的无机、有机颗粒，以及藻类和致病微生物，显著提高鱼缸水的澄清度和观赏性，并降低水族生物患病的风险，同时超滤膜作为微生物的附着载体，可富集高浓度硝化菌，显著缩短硝化系统的启动时间，通常10～15日即可建立成熟的硝化系统，并实现氨氮及亚硝酸盐氮的高效去除，所述超滤生物过滤器的出水再通过所述循环水进水管回到所述养殖区；随着过滤的进行，超滤生物过滤器内的生物污泥会逐渐积累，导致跨膜压差增大，当所述压力表显示的压力达到设定值0.1mpa时，进入反洗排泥过程，对超滤膜组件进行反洗排泥操作，以清除陈旧的、活性低的生物污泥，反洗排泥过程的操作为：首先打开所述反洗水箱进水阀，关闭所述循环水进水阀，所述调节池内的水经所述超滤生物过滤器过滤后，通过所述反洗水箱进水管流入所述反洗水箱，当反洗水箱内的水位达到高水位，关闭所述调节池出水阀、超滤生物过滤器进水阀及反洗水箱进水阀，同时开启所述反洗供水阀、超滤生物过滤器反洗进水阀及超滤生物过滤器反洗排水阀，所述反洗水箱中的滤后水依次通过反洗供水管、i号循环泵吸水管、i号循环泵压水管、超滤生物过滤器反洗进水管及超滤生物过滤器出水管进入所述超滤生物过滤器，自内向外对超滤膜组件进行清洗，冲洗出的泥水依次通过所述的超滤生物过滤器反洗排水管、净水系统排水总管、泥水分离过滤器进水管进入所述泥水分离过滤器进行过滤，污泥被截留在所述泥斗及轻质滤料层中，过滤后的清水再次返回所述调节池，当反洗水箱内的液位降至低水位时，关闭所述反洗供水阀、超滤生物过滤器反洗进水阀和超滤生物过滤器反洗排水阀，同时开启所述调节池出水阀、超滤生物过滤器进水阀及循环水进水阀，恢复所述超滤生物过滤器的硝化过滤过程。

24、进一步地，由所述脱氮反应箱、ii号循环泵及脱氮生物过滤器所组成的循环反硝化系统的运行包括循环反硝化过滤过程及脱氮生物过滤器的反洗排泥过程，所述循环反硝化过滤过程的操作方法为：打开所述脱氮反应箱进水阀，养殖区内的水通过所述鱼缸放空管及脱氮反应箱进水管进入所述脱氮反应箱，当脱氮反应箱内的水位升至满水位时，关闭所述脱氮反应箱进水阀，开启所述脱氮反应箱出水阀、脱氮生物过滤器进水阀及脱氮反应箱回水阀，在所述ii号循环泵的驱动下，所述脱氮反应箱内的水通过所述脱氮生物过滤器进水管进入所述脱氮生物过滤器，并由下向上经过所述脱氮生物填料所构成的滤层进行反硝化循环过滤，所述脱氮生物填料上负载的反硝化菌以所述脱氮生物填料中逐渐释放的有机碳源为电子供体，以硝酸盐及亚硝酸盐为电子受体进行氧化还原反应，最终将水中硝酸盐转化为氮气，并从所述脱氮反应箱的排气管排出，反硝化循环过滤持续6～12h即可将水中的硝酸盐全部转变为氮气从水中去除，反硝化过滤进行12h后，关闭所述脱氮反应箱回水阀，打开所述脱氮水回用阀，所述脱氮反应箱内的脱氮水经过所述脱氮水回用管、净水系统排水总管、泥水分离器进水管进入所述泥水分离器，并再次返回到鱼缸循环水净化系统中，当所述脱氮反应箱内水位降至低水位时，关闭所述脱氮水回用阀，再次打开所述脱氮反应箱进水阀，继续下一周期的循环反硝化过滤过程；长期运行的脱氮生物过滤器内逐渐积累老化脱落的生物膜，一方面反硝化活性减弱，另一方面也阻碍了所述脱氮生物填料上碳源的有效释放，需要每3～4周对所述脱氮生物过滤器进行一次反洗排泥操作，以恢复反硝化过滤功能，所述脱氮生物过滤器的反洗排泥过程的操作方法为：关闭所述脱氮生物过滤器进水阀、脱氮水回用阀及脱氮反应箱回水阀，打开所述脱氮反应箱进水阀，使所述养殖区内的水进入所述脱氮反应箱并充满，然后关闭所述脱氮反应箱进水阀，并打开所述脱氮生物过滤器反洗进水阀及脱氮生物过滤器反洗排水阀，在所述ii号循环泵的驱动下，所述脱氮反应箱内的水经过所述脱氮反应箱出水管、ii号循环泵吸水管、ii号循环泵压水管、脱氮生物过滤器反洗进水管及脱氮生物过滤器出水管进入所述脱氮生物过滤器，并从上至下对所述脱氮生物填料进行反冲洗，冲刷出的泥水依次通过所述脱氮生物过滤器反洗排水管、净水系统排水总管及泥水分离过滤器进水管，进入所述泥水分离器，包含老化脱落生物膜的污泥被截留在所述泥斗及轻质滤料层中，滤后的清水流入所述调节池，并再次返回到鱼缸循环水净化系统中，当所述脱氮反应箱内水位下降至低水位，关闭所述脱氮生物过滤器反洗进水阀和脱氮生物过滤器反洗排水阀，结束脱氮生物过滤器的反洗排泥过程，并重新进入反硝化循环过滤过程。

25、一种免换水底滤鱼缸的循环水净化系统的优势在于：

26、1.以泥水分离过滤器替代过滤棉，通过轻质滤料层的截留作用，使残饵、粪便等颗粒污染物及时脱离鱼缸水循环系统，避免了对鱼缸水质的二次污染，拦截在轻质滤料层内的颗粒污染物通过反洗排泥操作轻松排除，将养鱼者从每日繁重的滤棉清洗工作中解放出来；

27、2.以超滤生物过滤器替代传统的以陶瓷环、细菌砖等为滤材的生化过滤仓，其内置的超滤膜组件不但可以快速富集高浓度硝化菌，显著缩短硝化系统的启动时间，及时高效地将养鱼水中不断产生的毒性极大的氨氮、亚硝酸盐转换为毒性较低的硝酸盐，还可以高效截留去除水中无机、有机颗粒、藻类及致病微生物，提高鱼缸水的澄清度，显著降低水族生物患病的风险；

28、3.由脱氮反应箱、ii号循环泵及脱氮生物过滤器组成的循环反硝化系统可将鱼缸水中的硝酸盐转化为氮气而去除，彻底解决目前鱼缸水循环系统中硝酸盐积累的问题，脱氮水重新返回鱼缸水循环系统，既节省了新鲜水的使用量，又避免了高硝氮水排放对环境的污染，真正实现长期养鱼免换水的目地；

29、4.通过定期启闭相关阀门，即可实现对超滤生物过滤器和脱氮生物过滤器的反洗排泥操作，减少养鱼爱好者日常清洗和更换滤材的繁琐工作，提升养鱼的乐趣，排泥水经泥水分离器过滤分离后再次返回鱼缸水循环系统，仅浓缩的污泥从泥水分离器排除，显著减少了因清洗和排泥所需的补水量，进一步节省了新鲜水的使用量；