循环水养殖系统论文

循环水养殖系统论文（精选12篇）

循环水养殖系统论文 第1篇

1 固体颗粒移除

鱼虾固体排泄物与残饵若未及时移除, 不仅消耗溶解氧还将分解产生大量氨氮。固体颗粒物可分为三类:可沉降固体、悬浮固体、微细或可溶固体。

1.1 可沉降固体

可沉降固体可通过养殖水池的排污设施快速排出。圆形池 (或八角形池、六角形、方形池带圆角) 池底部设计成锅底形, 由于四周流速较中间的流速大, 可沉降固体易在池中央集中、沉积, 其水动力有助于固体颗粒的自动快速排出。池中央通常设双通道排污装置, 小口径管道从池底排出可沉降固体;大口径管道从水体中上层排出悬浮固体。可沉降固体以连续或半连续的方式从水池中央排出, 其流量大小则决定后续的固体颗粒的收集与浓缩处理方法。可沉降固体流量较大的系统可采用旋流分离器、沉淀池或转鼓式过滤机来收集固体颗粒;若流量较小, 可使用小型的沉淀设施。

跑道式水池水流若沿长轴方向, 则可沉降固体颗粒的收集区与水流方向垂直。为加大水体下层流速, 进水口安装于靠近池壁的底部, 同时增设加压装置。处理可沉固体颗粒的另一种方法是通过持续的强充气搅动使之保持悬浮状态, 并与粒径较小悬浮固体一同排出, 在养殖池外再进行沉淀或过滤处理。

1.2 悬浮固体

悬浮固体在养殖池中不易沉淀, 现多采用机械过滤方法移除, 其中网筛过滤与可扩展粒质滤器过滤是最常用的2种方法。

1.2.1网筛

网筛常用不锈钢或聚酯材料, 截留在网筛上的固体通过转动网筛经由高压射流反冲洗出。转盘式过滤机、转鼓式过滤机、倾斜筛过滤机已在循环水系统中用于处理悬浮固体。相对于沉淀池或旋流分离器, 网筛过滤的主要优点在于体积小、反冲用水少, 缺点是商用的网筛过滤机成本较高。

1.2.2可扩展粒质滤器

水流穿过沙、塑料珠等粒质滤器时, 固体颗粒截留于粒质材料空隙间或直接粘附其上。久之, 滤器会逐渐堵塞, 需反冲清洗。反冲过程粒质材料从紧致压实状态扩展开, 固体颗粒则随反冲水流冲脱而出。常用的可扩展粒质滤器有加压砂滤罐与浮珠过滤器。

1.3 微细或可溶固体

微细或可溶有机固体颗粒难以用传统的机械过滤方式移除, 但可用泡沫分离法处理。泡沫分离亦称蛋白分离器, 其作用机理是从封闭水体的底部注入空气并产生气泡, 气泡在上行过程与自上而下的水流接触, 吸附可溶有机固体, 产生泡沫, 微细固体颗粒则截流于泡沫中, 最后从水体顶部移除。

2 氨氮和亚硝态氮的控制

作为饵料蛋白质的副产品, 养殖池中氨氮应控制在养殖品种能耐受的安全浓度内。养殖池外的氨氮处理效率决定池水的循环流速。空气剥离法、离子交换法、生物过滤法均可用于氨氮的消除, 其中生物过滤在循环水系统中应用最广。用于生物过滤的基质通常具有高比表面积供硝化细菌附着生长, 氨氮和亚硝态氮分别经由亚硝化单胞菌、硝化杆菌氧化, 硝化终产品为无毒的硝酸盐。常用基质材料包括沙砾、沙、塑料珠 (环、片) 、竹制品等, 4种常用生物过滤设施的主要优缺点比较如下。

2.1 生物转盘

生物转盘由水槽、盘体和电机 (动力) 构成。盘体固定于转轴上由电机驱动, 由于盘体仅部分 (约40%) 浸没于水中, 其表面生长的生物膜交替接触槽水和空气中的氧气, 故能加速硝化过程, 同时可去除水中二氧化碳, 此为其优点。生物转盘的主要缺点是生物膜不断生长、加重, 有导致机械故障的风险。

2.2 滴滤池

滴滤池由滤床与填充其间的碎石等填料组成。距滤床顶部20 cm左右设有旋转式布水器, 水流均匀从布水横管中流出, 流速取决于填料间缝隙大小。由于滤床未完全浸没于水, 滴滤池可同时提供硝化、曝气与部分二氧化碳的去除功能, 此为其优点。滴滤池的主要缺点是体积庞大、成本高, 若悬浮固体未经预处理, 久之, 滤床可能被堵塞。

2.3 可扩展基质滤器

上述加压砂滤罐与浮珠过滤器等可扩展基质滤器, 亦可兼作生物过滤的设施, 其最大优点便是能同时完成硝化作用与悬浮固体移除两大任务。但截留于基质材料空隙间的固体颗粒降解过程可影响水质, 故循环水系统若采用此种简化设计, 需扩大滤器容量。

2.4 流化床

本质上, 流化床是水流方向保持自下而上的沙滤池, 并通过控制流速, 使沙粒保持扩展、沸腾状态。沙粒粒径应小于用于移除悬浮固体的沙粒, 亦可用比重略大于水的塑料珠 (环、片) 取代沙粒。由于沙粒等基质始终处于扩展状态, 其整个表面均适于硝化细菌的栖息生长, 故单位体积流化床的硝化能力较强, 此为其主要优点。但随时间推移, 沙粒等基质上生物膜加厚, 用于保持基质“流化”状态的动力成本亦随之增加。

3 充气、增氧、二氧化碳去除

多数循环水系统通过充气或输送纯氧提高养殖池溶解氧水平。充气系统更为常用, 且能同时去除二氧化碳。纯氧输送系统成本甚高, 适用于对溶解氧有更高需求的养殖品种或高密度的养殖系统。故从节省成本考虑, 商业养殖系统通常结合使用充气系统与纯氧输送系统, 后者仅在养殖后期养殖池生物量较高时备用, 这样可省去二氧化碳去除独立单元组件的安装。

4 消毒

循环水系统高密度养殖更易传播疾病, 使用化学消毒剂或抗生素则会杀灭循环水系统内尤其是生物过滤器的硝化细菌。循环水系统常用紫外线或臭氧消毒防控疾病。由于浑浊水会影响紫外线的处理效果, 故紫外线设施应安装在悬浮固体处理单元之后。而臭氧则不同, 因其能帮助分解悬浮与溶解固体, 通常安装在悬浮固体处理单元之前。

5 加热

加热方式一是直接对养殖用水加热, 二是空气加热从而间接提高水温。建筑材料应兼具保温与水蒸气阻隔性能, 以免冷凝水持续从顶棚滴落。

5.1 加热盘管

在预热池中安装聚丙烯加热盘管 (金属管道易生水垢) , 加热盘管外接锅炉, 自动调温器在水温低于设定值时能自动打开锅炉开关进行加热。

5.2 空气加热

在循环水系统中空气加热更为常用, 此策略乃是应用中央加热器, 设计中需考虑养殖大棚内的通风所导致的热损失。

5.3 温室

太阳能既能加热空气又能直接加热养殖用水。常见的温室有塑料大棚, 既能收集又能保存太阳能, 大棚顶棚亦可用其他透光材料替代塑料薄膜。但普遍采用的是双层塑料薄膜设计, 其在提高保温效果的同时增加了抗湿性。温室的主要缺点是夏季为保持适宜水温需暂时拆除顶棚, 或在大棚内安装排气扇与冷却器。在北方地区温室大棚仍需安装辅助的加热设备。

6 小结

循环水养殖系统论文 第2篇

——循环水养殖模式

由于河流、湖泊和近岸海域污染，养殖原水中农药、除草剂等难降解小分子有毒有机化合物（简称环境激素），虽然浓度低（多在μg/L水平），对育苗毒害很大。特别是针对育苗产业，由于种苗对环境毒素特别敏感，环境激素危害已成为该行业发展的最重要技术瓶颈，目前沿海对虾育苗成活率还不到10%，其主要原因就是环境激素。

传统的流水养殖模式对水源依赖十分严重，一旦水源污染，养殖就面临巨大风险。循环水养殖模式通过建立污水处理设施，使养殖污

水经过适当处理，又回到养殖水池中，循环使用。循环水养殖模式能减少养殖养殖过程对周边水环境依赖，降低养殖过程中污水排放，提高成活率、降低养殖风险、提高产量和品质，实现绿色养殖，对水池养殖业健康和可持续发展具有重要意义，器市场前景十分广阔。

目前，我国设施渔业水处理技术水平低，设备简陋，大多数只停留在简单沉淀-过滤-气浮-消毒阶段，没有高效生化处理设施，不能实现循环水养殖，更加缺乏对养殖原水中农药、除草剂丁小分子有毒化合物解毒处理措施，这是限制我国水产养殖业可持续发展的重要因素。

养鱼先养水，养水先养泥

循环水处理工艺：

海水养殖循环水处理采用AFF-引气气浮-MBFB-紫外消毒工艺，其中AFF直接滤除原水中直径大于5微米的悬浮物；MBFB也是一种高效生物反应器，其生化处理效率是普通生物过滤的20倍，能有效除去水体中有机物和氨氮、亚硝酸盐等有毒化合物；消毒主要采用紫外消毒或光催化消毒工艺，消毒效率高，无药物残留。

淡水养殖循环水处理工艺和海水大同小异，只是没有气浮工段。该工艺使用于精养模式水产养殖、工厂化养殖、水产育苗和大规模塘鱼暂养等领域。

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林女士：***

循环水养殖系统论文 第3篇

“池塘循环水养殖”，是在循环经济理念指导下产生的一种新型养殖模式。其基本原理是，将动力流水净化与生物原位修复技术有机结合起来，使养殖有机废弃物从大分子降解为小分子物质。采取进排水分离、建立人工湿地等措施净化水体，利用水生植物、微生物、贝类、滤食性鱼类等多级生物间物能转化功能净化水体，有效消减水体中的氮磷含量；水体氮磷等营养盐通过食物链转化为人类可利用动植物的营养物质，在减少有机废物的排放、保护水环境的同时，产生经济效益，实现生产与生态的和谐统一。

“池塘循环水养殖”项目优势与好处如此之多，逐渐转化与生成水产养殖业的新潜力，备受水产养殖业界关注。近年来，江苏在全省大力推行“池塘循环水养殖”技术工程，在“增产、降本、增收、高效”的同时，促进了养殖区域内的水体环境保护，因而收获了养殖经济与公共环境“双增”的理想成果。

（涂俊明江苏溧阳市上黄镇名城景园213314）

美国工厂化循环水养殖系统研究 第4篇

工厂化循环水养殖方式正以其环境友好、节能、节水等优势,逐步被人们所接受和越来越多的被应用到生产实践中去。工厂化循环水养殖系统(RAS)可以提供可控的环境,系统的大小不受环境条件限制,可以控制养殖水产品的生长速度,甚至可以预计产量。与传统养殖方式相比,循环水养殖生产方式每单位产量的可以节约90~99%的水消耗和99%的土地占用,并几乎不污染环境[1]。

美国在工厂化循环水养殖的研究方面一直处于较高水平,特别是在鲑鳟类冷水性鱼和罗非鱼等温水性鱼的工厂化循环水养殖上有不少的研究和应用。从美国工厂化循环水养殖系统的模式研究总体情况来看可以将之划分成两个有着明显差异的研究技术路线。一是在美国北部是以康奈尔大学的Timmons教授和西弗吉尼亚淡水研究所Summerfelt教授为代表的,以集成各种水处理设备的高集成循环水养殖系统模式研究为主的技术路线。二是在美国南部以路易斯安那州立大学Malone教授和Aquaculture Systems Technologies公司Ebeling博士为代表的,以简化水处理设备,采用简单的处理方式以获得较高经济效益的经济型循环水养殖系统模式研究为主的技术路线。

1 高集成循环水养殖系统模式

高集成循环水养殖系统模式是通过使用各种各样的水处理设备来获得良好的水质,通过各种自动化设施来减少人员劳动强度,通过高精度的水质监控系统来实时反馈系统运行状态。

西弗吉尼亚淡水研究所内有一个集成化程度相当高的循环水养殖系统。其采用的是一个比较典型的水处理工艺,其水处理工艺流程图如图1所示。

在这些工厂化循环水养殖系统中的鱼池一般为圆形,普遍采用了双排水的设计。鱼池的中上层水是通过设置在鱼池侧面的水位保持器直接进入微滤机过滤,而鱼池的底层水中由于含有比较多的颗粒物质(主要是残饵和鱼粪),则是从鱼池底部中心的排水口先进入一个沉淀池或水力旋流器,将可沉淀颗粒物去除后,再进入微滤机过滤。微滤机可以去除大于60μm的悬浮颗粒物。物理过滤后的水流到调节池,在调节池中可以进行调温、补水等。然后使用水泵提升进入生物过滤器,生物过滤可以采用流化沙床、移动床、微珠生物过滤器等方式。经过生物处理后的水自流到脱气装置吹脱水中的CO2,再进入增氧装置,增氧一般采用LHO或锥形增氧装置。由于在美国的工厂化循环水养殖系统中已经普遍使用液氧,因此CO2的去除就显得尤为重要。增氧后的水回到鱼池[3,4,5,6,7,8]。西弗吉尼亚淡水研究所中的循环水养殖系统及主要设备的照片见图2,左边是循环水养殖系统的效果图,右上是系统中的鱼池和投饲机,右下是微滤机和调节池。

要实现工厂化循环水养殖科学、统一、标准化的管理是其中一个相当重要环节。而其中又以饲料的投喂、水质监测和报警系统为关键。在美国农业部国家冷水鱼研究中心和西弗吉尼亚淡水研究所都有相当成熟的饲料自动投喂系统和水质监测系统。所有的数据都会实时反应在控制电脑上,操作人员只需要面对电脑就可以清楚的了解所有系统最新的水质情况和饲料投喂情况,也可以通过电脑实现对它们的控制。整个系统的自动化程度相当高,人员只需要完成一些简单的劳动工作。如图3所示,左上为一个收鱼装置。当养殖的鱼达到市场规格后,员工就可以将鱼从鱼池中赶到这个装置中捞起,设计得非常简单实用。右为自动投饲机,右上和右下都是自动投饲机,不同之处在于,由于右上的鱼池较大,设计人员在鱼池上方设计了一个小型的行车。操作人员在鱼池一侧就可以轻松的将饲料投喂到鱼池的另一侧。左下为一个养殖车间的投饲控制系统。车间内所有系统的投喂都可以通过这台电脑来进行控制,可以设置包括投喂的饲料种类、投饲速度等操作参数。

水质监控系统是一个养殖系统成功的保障。美国工厂化循环水养殖在这方面做的相当完善,尤其是对ORP相当的关注,采用ORP数值的变化来进行水质的预测和调控。如图4所示左上和右上分别为二氧化碳和ORP的测试仪。下方为电脑上显示的系统水质参数在最近一个小时内的历史曲线,包括的参数主要有溶氧、水温和ORP。

2 经济型养殖模式

2.1 BF/AL循环水养殖模式

路易斯安那州立大学Malone教授根据多年的研究,认为循环水养殖系统能够成功运行必须满足五大必要条件:一是水的循环;二是悬浮颗粒物及时去除;三是生物过滤;四是增氧;五是二氧化碳的去除。当然,目前有很多方法都可以满足这五大必要条件。但是,重要的是如何采用简单有效的方法来实现,成为研究和应用的技术关键。BF/AL循环水养殖系统模式是一种采用气提代替传统养殖模式必须使用的水泵以实现水体循环,而水处理仅仅使用浮性珠子过滤器等简单的处理设备的循环水养殖系统模式。其中仅采用浮性珠子过滤器和气提技术就能完全满足五大必要条件。

浮性珠子过滤器的特点在于其同时兼具物理过滤和生物过滤的双重功能,可以简化循环水养殖系统的设计和操作。目前,浮性珠子过滤器系列中有螺旋桨反冲洗型(PBF)、气泡反冲洗型(BBF)和气室反冲洗型(PGF)三中型式。气室反冲洗型(PGF)过滤器是当中的最新产品,它可以使用自身容器内的水体来完成反冲洗,而其强度又不会太过剧烈而影响到硝化反应的进行。采用浮性珠子过滤器可以实现五大必要条件中的悬浮颗粒物及时去除和生物过滤。气提技术在BF/AL循环水养殖系统模式中可以实现另外三个必要条件,通过使用鼓风曝气,形成密度差,可以将让水从低位提升到高位,实现水的循环。在实现水位提升的同时曝气可以实现给系统水体增氧和去除水中的二氧化碳。PF/AL循环水养殖系统模式仅仅使用珠子过滤器技术和气提技术就完成了循环水养殖所必要的五大必要条件,系统所使用的动力设备非常少,因此,大大减少了系统维护所需要的时间。而从安全性的角度考虑,除去了水泵故障的可能性,使系统更加安全可靠,养殖风险更低[9,10,11,12,13]。

Tiltech Aqua Farm养殖场内目前在使用的一套BF/AL循环水养殖系统。Tiltech Aqua farm主要生产全雄罗非鱼苗,并可以根据客户需要提供各种特定家系或者规格的罗非鱼苗。整个农场正常运行时只需要4个人,只是在特别忙的情况下才会另外请临时工。水处理系统相当简单,仅仅是使用了几台大型的珠子过滤器来控制系统内的微藻浓度和去除颗粒物。鱼池中的微藻浓度相当高,据介绍最高浓度可以达到800 000 000ind/L。鱼池内的水是通过中央排污口自流进入PBF过滤器,鱼池内水面和PBF过滤器中的液面高差大约为30cm,过滤后水通过气提方式被提升回到鱼池,实现了水的处理和循环。系统的换水量相当的低,系统中的水体已经使用了长达4、5年之久。在鱼池的池壁、水管上到处长满了藻,看起来非常的脏。如图5所示,左上是农场最早使用PBF过滤器,从1993年开始使用至今运行状况良好。左下是一组BF/AL循环水养殖系统,右上为鱼池中的分类养殖网箱,右下气提装置。

2.2 生物絮凝(Biofloc)循环水养殖系统

在美国虾类产品的养殖量相当大,而且从目前来看,它还在以每年15%的增幅在迅速膨胀。一方面,水质的好坏对于虾类的养殖是相当关键的。另一方面,由于虾类养殖而带来的污水排放也成为了美国各个环境保护协会关注的焦点。因此,寻找一种稳定、高产、高效、环境友好而又可以将病毒危害降到最低的虾类养殖模式就成为了主要的研究方向。生物絮凝(Biofloc)循环水养殖系统是目前美国在经济性循环水养殖系统模式方面的研究热点之一,目前已经有不少的实验系统和部分应用实例。

生物絮凝(Biofloc)循环水养殖系统有别与传统的水处理方式,它是利用异养细菌的同化反应,理论反应方程式如下:

根据方程式可以得到:每g的总氨氮转化为细菌,需要消耗4.71g的溶解氧、3.57g碱度(0.86g无机碳)和15.17g碳水化合物(6.07g有机碳)。反应可以生成8.07g的细菌生物体(4.29g有机碳)和9.65g的二氧化碳(2.63g无机碳)。反应使得细菌的生物量增加了40倍,所产生的生物量远远大于的硝化反应过程中的细菌生物量的变化,所以系统的另一个关键就是使用物理过滤及时去除水中的微生物和颗粒物[14]。

生物絮凝(Biofloc)循环水养殖系统主要是养殖虾类,使用的是跑道式养殖池(如图6中的左图所示),养殖池仅仅配备了压力式沙滤灌、泡沫分离器或采用沉淀池等物理设备,图6右上所示的是竖流式沉淀池。实验使用填料糖(如图6中的右下所示)作为生物填料和外加碳源,通过提高水体内的碳氮比,使得水体内的异养细菌取代自养细菌,成为系统中的优势种,从而吸收总氨氮、硝酸盐和亚硝酸盐,将其转化为细菌的生物体。根据研究报到,每6g碳可以将1g总氮转化为细菌的生物体,其使用的填料糖的比重为1.3,含碳量为50%。实验结果显示在实验过程中,系统水体中的氨氮和亚硝酸盐氮被控制在一个合理的水平,系统运行稳定[15,16,17,18]。

3 结语

循环水养殖系统论文 第5篇

盈利

成本分析

可盈利实现满足最大盈利60变盈利200期望最低需求设计生产固定成期望万万以100成可能成本的可万以方案能力本（元）

本利润性上的以上的上可成本的可能性

（kg／年）（元）（元）（％）可能可能性能性（元）能性（％）

性（％）（）

（％）％

（％）

循环30，001787

0444，50060288100100水

13，008165流水

0223，3007077100100

98．729．50

0

19323

5976．4289．4411331

9399．870．13

设备利用率分析

设计

方案充分利用的可能性（％）利用率在80％以

上的可能性（％）

循环

10．5659．87水

流水99．8799．99

考虑设备利用率和满足市场需求方面的参考标准，结

合上表进行全面的优化分析。

（一）利润贡献分析

从上表可看出，两种养殖方式的盈利可能性与利润在60万以上的可能性都接近100％；利润在100万、200万以上的盈利可能性，流水养殖为0，循环水分别为98．7％、29．5％。从期望利润看，循环水养殖为每年1787288，流水养殖为816577。由于两种养殖方式的期望利润在60万以上，因而利润在60万以上的`可能性很高。循环水养殖的期望利润在170万左右，因而利润在100以上的可能性远大于在200万以上的可能性。

（二）成本分析

从期望成本上看，循环水养殖比流水养殖高出接近一倍，然而高期望成本带来的规模效益也是很可观的。实现最低成本的可能性分别为76．42％、99．87％。

（三）设备利用率分析

要使设备得到充分得利用，需求量必须大于或等于该设备的最大生产能力，因此，规模越小设备利用率就越高。循环水养殖设备充分利用的可能性为10．56％，流水养殖为99．87％，所以，循环水养殖比较容易实现规模效益。循环水设备利用率在80％以上的可能性为59．87％，完全可以接受，而且相对于流水养殖设备利用率在80％以上的可能性为99．99％，在规模经济中，循环水养殖更具发展潜力，而流水养殖的发展潜力很小。

（四）效益风险分析

规模效益是影响成本的一大因素，风险性主要决定于市场。工业化高密度循环水养殖对“水、种、饵、密、防、管”几个要素实现最佳的调节控制，必须应用各种

生物工程、制饵及自动高新技术，其中包括水质净化、

化控制、信息技术等。市场产业化，表现为从勘察设计、安装施工，到产前产后服务都配套。要使这种高投入、高风险养殖获得高利润，必须在融资、保险、治安、信息等方面都参与支持，形成了一个新的产业体系。

（五）生态效益分析牙鲆、大菱鲆、石斑鱼、海参等海水养殖名贵品种养殖过程中，会出现的长达6－8个月的低温期和1－2个月的高温期。为了保持适合的养成温度，工业化循环水高密度养鱼的投入可以为养殖单位节省大量煤电消耗，降低养殖成本。另外，我国沿海各种工农业污染严重，造成水体严重富营养化和重金属污染，海水养殖水质恶劣，病害日趋严重。循环水养殖可以维持一个相对封闭的水环境，保证水质的稳定，有效杀灭水体中有害微生物。

E（TC2）＝F2＋dQ＝1133193

!C＊Q＊!（Q）dQ＋!C＊M＊!（Q）

－8

2

M2

2

2

M2

8

根据模型建立时提出的效益评估参考标准，还要

（下转第66页）

63

技术经济

中国渔业经济

TechnologyEconomics

渔业环境污染费＋维护渔业环境费。

ChineseFisheriesEconomics

2006年第1期No．1，2006

境补偿费的征收，坚决杜绝酷渔滥捕和无证使用渔业资源环境的现象，使渔业资源、环境的得到合理的开发利用，实现渔业资源、环境与经济的可持续发展。该项工作的开展应从主要工作和主要项目开始做起，由重点到一般，由点到面，循序渐进，逐步展开。在工作开展过程中，发现问题，加以修改和纠正，逐步完善和提高。

参考文献：

因海洋环境污染破坏的因素是多方面而复杂的，既有渔业经济活动本身所造成的，更主要是陆域生产和生活过程中的污染物排入海洋造成的。因此，需调查清楚对海洋污染的产业和行业，特别是陆域经济产业对海洋的排污量、污染物种类及其对海洋环境的危害程度，在此基础上根据海洋环境质量现状、海洋环境容量及海洋环境质量目标，预算出渔业环境恢复治理所需费用及向渔业环境污染者收取补偿费价格。将收取的费用用于海洋环境的维护与治理。经过一定的周期后，根据渔业环境维护治理、恢复状况，及变化发展趋势，重新调整预算费用和收费价格。

五、结束语

渔业资源、环境开发使用补偿费的核算既涉及到宏观主体，又涉及到微观主体，因此国家有关部门应尽快制定出台海洋资源、环境开发使用补偿费核算的宏观准则，只有各部门职责明确，才能及时、准确地对渔业资源、环境开发使用补偿费进行核算。对渔业资源、环境的管理维护、恢复治理需要各方面的努力，只靠渔业资源、环境开发使用补偿费的核算是远远不够的，还需要各相关部门的通力合作。所以，需要加强渔业资源、环境的管理和对征收补偿费工作的管理，严格开发使用渔业资源、环境的审批程序，加强对渔业资源、环

［1］马克思．资本论（第一卷）［M］．马克思恩格斯全集第23卷．

［2］恩格斯．自然辩证法［M］．北京：人民出版社，1957．137．

［3］刘学．环境经济理论与实践［J］．北京：经济出版社，2001．

［4］彭念一，李丽．环境经济核算探析［J］．中南工业大学学报．2002，8：4．

［5］彭念一，刘红艳．论环境经济价值核算［J］．财经理论与实践．2001，22：109．

［6］蒋尧明．论资源环境的经济核算及对GDP的修正［J］．当代财经．2002，（3）．

［7］高敏学，谷泓．对环境经济核算的总体认识［J］．统计研究．1998，（3）．

（责任编辑竹心）

（上接第63页）

四、结论

工厂化循环水鱼类高密度养殖，实现鱼产品的社会消费由单纯依靠天然资源及有局限性的土池养殖转向以工厂方式大批量生产，这是对生态环境的积极保护，使鱼类水产品实现可持续发展。为了使工厂化循环水鱼类高密度养殖实现低投入高产出，实现规模经济，提出以下建议。

（一）以鱼为本。就是要在全面了解养殖品种的生物学特性、原产地水质特性的基础上，来进行养殖循环水处理系统设计，营造符合各种海珍品生活的水质环境。

（二）以人为本。就是要结合目前养殖单位技术人员已经熟悉的生产模式，渐进地进行高密度循环水养殖，降低管理的难度，提高成功率。

（三）低投入。就是尽量用国产的设备来代替进口设备。大量采用国产设备进行高密度循环水养殖，对于高密度循环水养殖的推广和完善，极有好处。

（四）中国化。虽然中国的整体的科技水平落后于发达国家，但是，中国的水产科技，特别是水产实用养

殖技术是世界上最先进的。国外养殖循环水处理系统

技术在我国的养殖单位应用，必须以我国的技术线路、

要求为主，以外国的技术为辅。在广泛深入的了解了国外养殖循环水处理技术的前提下，进行本土化的改造，是当务之急。而且，我国的渔业水质状况要比发达国家相对恶劣，养殖密度要高得多，人工便宜，电力和设备昂贵，这都是在我国进行养殖循环水处理工程设计需要考虑的问题。发展中国特色的养殖循环水处理技术，是目前沿海养殖单位的现实需要。

参考文献：

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［2］丁永良．工业化养鱼的进展［J］．水产科技情报，

2001，28（1）：20－22．

［3］冯文权，周毓萍．经济预测与决策技术［M］．武汉：武汉大学出版社，2002，3．

（责任编辑竹心）

循环水养殖系统论文 第6篇

关键词：赤点石斑鱼；室内；循环水养殖

赤点石斑鱼Epinephelus akaara（俗称红斑）肉质鲜嫩，营养丰富，深受消费者青睐，是高价值的养殖种类[1-2]。目前，有关赤点石斑鱼的苗种繁育[3-4]、饲料营养[5-6]、疾病防控[7-8]、生理变化[9]和苗种选育[10-15]等领域获取了诸多成果。而有关石斑鱼养殖密度对摄食和生长情况的研究主要在点带石斑鱼种类中研究较多。Anon[16]研究认为，不同的养殖模式，养殖密度各不相同，全长为2.5 cm，在海上网箱养殖的点带石斑鱼养殖密度可维持在400～600尾/m3，应用池塘养殖模式则控制在100～150尾/m3；全长达6.0 cm，采用室内水泥池养殖时密度要控制在50～200尾/m3，采用网箱的养殖密度最好控制在15～20尾/m3，全长达16 cm以上时，网箱养殖模式的养殖密度应降至14尾/m3；Teng等[17]研究认为，体重为15 g的石斑鱼，在海上网箱养殖密度应为60尾/m3最佳。但对于室内采用循环水养殖的赤点石斑鱼在养殖过程中密度及水质的变化情况尚未见报道，因此有必要对其进行深入的研究，为赤点石斑鱼等石斑鱼类的健康、高效、可持续发展提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

将赤点石斑鱼幼鱼平均体质量（10.82±017）g，置于宁德市南海水产科技有限公司室内循环水养殖系统进行养殖。

1.2 方法

设3个试验密度组，每组设3个重复，放养密度分别为10、20、40尾，并记录为G10、G20、G40。

试验时间为8周，水温保持在（23.5±20）℃、pH维持在7.98，盐度控制在24‰～26‰的水环境中进行。每周采样8次进行测量，无机氮（DIN）、活性磷酸盐（PO43- -P）、溶解氧（DO）和化学需氧量（COD）含量等监测项目样品采集、贮存、运输、前处理等均按海洋监测规范[18]进行。每天清除杂物并统计死鱼数量，投喂采用浮性膨化粒饲料，每天早、晚各投喂一次。待试验结束时，采用电子天平（精确到0.1 g）测量体质量，用直尺（精确到0.1 cm）测量体长，每组测定50个样本。

1.3 测定项目和数据处理

测定了下列项目：

成活率=终末幼鱼尾数/初始幼鱼尾数×100%

增重率=[（幼鱼终体质量-幼鱼初始体质量）/幼鱼初始体质量]×100%

特定增长率=[（Ln幼鱼终体质量-Ln幼鱼初始体质量）/饲养天数]×100%

肝体比=鱼肝脏质量/鱼体质量×100%

内脏比=鱼内脏质量/鱼体质量×100%

肥满度=鱼体质量/鱼体长3×100%

数据统计分析采用SPSS17.0处理软件处理，用单因素方差分析（ANOVA，Duncan’s）对测量结果进行显著性检验。

2 结果

2.1 赤点石斑鱼养殖密度对存活率的影响

统计结果表明，随着养殖时间的加长，成活率出现了逐步降低的现象，但整体保持在40.00%～90.00%之间（图1）。

图1 赤点石斑鱼养殖密度对成活率的影响

标有*表示差异显著（P<0.05），下同

2.2 赤点石斑鱼养殖密度对生长的影响

经统计，赤点石斑鱼的WGR变化在（47.97±1.98）～（68.02±2.34）%之间，不同的养殖密度显著性差异显著（P<0.05）；SGR在（0.70±033）～（0.93±0.42）%/d之间，不同的养殖密度显著性差异显著（P<0.05）；HIS为（1.69±021）～（1.72±0.21）%，VSI在（5.61±0.27）～（5.72±0.21）%范围，CF在（2.75±0.18）～（278±0.20）%之间，各密度组的HIS、VSI和CF差异不显著（P>0.05）（表1）。

2.3 赤点石斑鱼的养殖密度对水质变化影响

经测量得知，养殖时间越长，水质环境均显现出污染趋势，说明养殖密度对水体的影响明显，但水质标准均在赤点石斑鱼的适应范围内（图2）。

3 讨论

3.1 开展赤点石斑鱼循环水系统工厂化养殖

循环水养殖系统（Recirculating Aquaculture System，RAS）的主要特征是水体循环利用，日均水利用率在95%以上，与传统养殖方式相比，具有节水、节地、高密度和可控等特点，是可持续水产养殖发展的必然趋势，在未来的十几年中，将是全球水产养殖业发展的关键养殖技术[19-20]。本次研究结果表明，合理控制赤点石斑鱼养殖密度和调节养殖水环境的理化条件进而开展循环水养殖，可实现赤点石斑鱼高效、生态的循环水养殖新模式。

3.2 赤点石斑鱼养殖密度与水质环境的关系

逯尚尉等[21]研究了点带石斑鱼养殖密度对幼鱼生长、代谢的影响，结果表明养殖密度对点带石斑鱼幼的代谢与生长影响较大。本试验中，进行高密度养殖时，摄食量大，排污量多，导致成活率低。第8周时，G40组的COD、DIN和PO43- -P浓度却显著高于G10组（P<0.05）。黄大宏等[22]对环境因子对条石鲷生长影响研究时指出，适宜工厂化养殖条石鲷的水质环境为DO应大于6 mg/L为最合理。而此次试验通过对循环水室内养殖赤点石斑鱼水环境的长期监测结果表明，随着养殖时间的延长，三组不同密度的DO值均出现了下降现象，但G10密度组DO值依然高于6 mg/L，仍能合理地进行室内养殖试验。

nlc202309030837

3.3 赤点石斑鱼养殖密度的确定

综上所述，进行体质量为18 g左右的赤点石斑鱼室内循环水养殖时，养殖密度应控制在2.89 kg /m3较为适宜，但长久的养殖过程中，应增加有益菌或者化学制剂等水质改良剂改善养殖水环境。

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Effects of Stocking Density on Growth and Survival of Epinephelus akaara and Water Quality in an Indoor Recirculating Aquaculture System

ZHOU Shaofeng， ZHOU Ruifa， XIE Youliang， XIA Daoyan

（Ningde Nanhai Aquatic Products Technology Company Limited， Ningde 352102， China）

Abstract：The body mass （10.82 ± 0.17） g of Epinephelus akaara juveniles reared

循环水养殖系统论文 第7篇

近年来,国外水产养殖的技术发展较快,在水体消毒、净化,池底排污,增氧及控温方面,几乎采用了现代所有可以引用的先进技术,水产养殖已经达到相当高的自动化程度[1]。但我国渔业现代化起步较晚,现代化水产养殖应具备的高溶氧、控温、水质净化技术还比较落后,而从国外直接引进现代化的养殖设备和控制系统价格高,运行成本高[2],在国内无法推广普及。因此,研制一种适合于我国的水产养殖监控系统具有十分重要的实际意义。在水体循环的养殖系统中,需要监测或控制的水质参数很多,其中温度会影响许多其他的水质参数,所以温度是一个很重要的参数,也是本系统监测和控制研究的重点。

基于PLC在工业控制系统中的良好应用,本文将S7200PLC用于水产养殖控制系统中。整个系统的工作原理为:从控制现场传感器送来的(420)m A或(05)V的标准信号经过A/D转换模块送到现场控制单元(PLC),经过PID运算后形成控制信号,控制信号再经过D/A转换模块返送到现场执行单元(调节阀或电磁阀),对养殖池的温度和水位进行实时监控,实现养殖池温度和水位的恒定控制。

1系统的工艺设计和整体控制方案

1.1工艺设计

本系统采用循环水养殖系统的工艺[3[3,4,5,6]],结合水处理技术,实现高密度养殖并节约水资源,与传统养殖模式相比,具有明显的优势,是一种环保型、节水型、高产值的养殖模式。主要由鱼类养殖池、调节池、循环水处理系统(包括微粒过滤机、沉淀池、水处理生化反应器、泡沫分离臭氧消毒装置、增氧装置)、锅炉热水供应系统等功能单元组成。该系统有60 m3(1.2 m10 m5 m)鱼池1个,循环水处理系统1套,自来水作为综合系统的原水;放鱼前,系统运行2周,采用自然挂膜方法使生化反应器内的滤料形成净化功能,选择体质健康、无外伤的罗非鱼作为研究对象。工艺流程图如图1所示。

系统开始运行后,首先,增氧机的出口电磁阀10、11、9、8开启,增氧机启动。其次,循环水处理系统启动,循环通道的电磁阀2、4、7、14、17、19开启,循环水系统启动,此时有两条支路,一条是泵3开始启动,将养殖用水从养殖池抽出,经微粒过滤机过滤后送到沉淀池;另一条支路是当系统运行了一段时间,水质净化到一定程度,不存在大颗粒的固体悬浮物时采用,由泵4启动,将养殖池的水直接泵给沉淀池。由经验值可知,这两条支路4 h切换一次。然后泵5自动开启,泵6是备用泵,两泵同样4 h切换一次,将养殖用水从沉淀池抽出送到生化反应器进行生物过滤后送到调节池;调节池的水经臭氧消毒泡沫分离后自动流回养殖池,完成一次水循环,同时另一次水循环开始。

当养殖池的温度降低时,需要加入一定的热水升高温度,本系统的热水来源于锅炉,锅炉内有水位传感器和温度传感器,从而保证锅炉内一直有一定水位的热水备用。最后,再根据养殖池的三个温度传感器采样温度的平均值和水位传感器采样的水位值,经PID运算后自动控制锅炉热水出口调节阀和原水进水口调节阀的开启程度,经调节后使得养殖池的温度和水位的实际值跟期望值一致。

1.2 系统的整体控制方案

本控制系统以PLC为核心,利用传感器自动检测养殖池的温度和水位,因温度和水位都是模拟量,故采用PLC的A/D转换模块对现场被控参数进行转换,然后送给PLC,PLC根据传感器检测的数据,由控制算法计算出控制结果,经D/A转换后驱动执行件动作,自动调整温度和水位的值,使其与期望值一致。PLC并通过采集输入和输出点的信号监控外围设备,并在显示面板上做相应的显示。这样,PLC就组成了现场监控单元,形成了循环水养殖的控制系统。系统整体方案图如图2所示。

系统的控制参数有养殖池温度、养殖池水位、两条循环水处理系统的交替更换,具体通过控制温度调节阀开度、水位调节阀开度、电磁阀开关、锅炉启停、水泵启停、增氧机启停、微滤机启停、臭氧发生器启停、泡沫分离器启停等来实现。系统根据水温传感器测得的养殖池内实际水温来控制温度调节阀的开度,水温控制值可以设定(例如:设定养殖池内温度为30 ℃,当温度低于30 ℃时,系统根据温度差控制温度调节阀的开启程度,温度差较大时调节阀的开度大,温度差较小时调节阀开度小,以保持池内温度的平衡)。同理,系统根据养殖池内实际水位来控制水位调节阀的开度。当水位差较大时,调节阀的开度大些;当水位差较小时,调节阀的开度相应小些,自动调节水位。根据循环水养殖系统的净化程度控制两条循环水处理系统的更换,更换时间具体根据实际情况设定。本控制系统还具有故障报警和显示功能,当养殖池内水位过低,水位过高,温度高,水泵、微滤机、泡沫分离器过载时报警,PLC发现问题后就立刻做出相应的保护动作,避免事态扩大,停机处理,同时在显示面板上发出警告,数码管会显示故障代码,指出问题所在。

综上所述,PLC将在该循环水养殖系统中起到对各功能的监控保护,系统故障诊断、逻辑控制等重要作用。

2 控制系统的设计

2.1 系统的硬件设计

根据系统的要求,选取西门子PLC S7200 CPU226作为控制核心,同时还扩展了1个EM231热电偶模块、1个EM231模拟量输入模块、1个EM232模拟量输出模块、1个EM223数字量输入输出模块。CPU226的I/O点数是24/16,所以要扩展1个EM223数字量输入输出模块,它的I/O点数是8/8,作用是提供附加的输入、输出点,这样完全可以满足系统的要求。同时,选用1个EM231热电偶模块,专门用于温度的采样,1个EM231模拟量输入模块,用于水位的采样,1个EM232模拟量输出模块,用于输出调节阀的开度信号。由于本系统选用了EM231热电偶模块,所以选用热电偶传感器检测温度,并选用浮球式水位传感器检测水位。

2.2 CPU226的I/O地址分配

循环水养殖温控系统的设计主要涉及了33个数字量输入、23个数字量输出,6个模拟量输入、2个模拟量输出。 CPU226的I/O地址分配如表1所示。

2.3 系统的软件设计

本系统的程序设计由以下部分构成:主程序,初始化子程序6,养殖池温度PID参数初始化子程序3(PID_CH0),养殖池水位PID参数初始化子程序4(PID_CH1),循环及过滤生化系统子程序0,臭氧杀毒泡沫分离系统子程序1,锅炉热水供应系统子程序2,故障报警及显示子程序5,中断程序0(INT_0),中断程序1(INT_1)。本控制系统的控制程序采用STEP-Micro/win32软件以梯形图方式编写。

2.3.1 系统主程序

系统的主程序如图3所示。

由图3可知,按下启动键后,首先检测养殖池水位,如果水位低就停机,否则就正常运行。接下来依次调用循环水处理系统子程序,锅炉热水供应系统子程序,温度控制子程序,水位控制子程序,程序还具有故障处理报警显示功能。各子系统之间是相互独立的,除了低水位报警停止整个系统的运行,其他报警不影响整个系统的运行。系统有手动模式和自动模式两种控制方式,当系统处于自动模式时,只需按下操作面板上的系统启动按钮,PLC就会自动执行设定的程序,达到控制目的;当系统处于手动模式时,只需按下操作面板上_1手动_0自动按钮,并向PLC发出控制输入(如,水泵启停、微滤机启停),然后PLC根据输入,操作外部设备(如继电器),完成一系列预先设定好的动作,便于调试和排除故障。

2.3.2 温度控制子程序

PID_CH0, 养殖池温度PID参数初始化子程序,首先根据养殖池温度PID算法回路表设初值,其次执行中断0进行定时采样,采样时间为0.1 s,为了使测得温度更加准确,在养殖池的不同位置放置了三个温度传感器,将定时采样的三个温度传感器的平均值作为实际采样值,并转换成PID的标准化数值,然后执行PID运算,运算结果转化后进行模拟量输出,来控制锅炉热水出口调节阀12的开度,当误差较大时,调节阀12的开度会适当增大,当误差较小时,调节阀12的开度会适当减小。采用PID算法对养殖池温度进行调节,使系统振荡和超调都很小且系统响应快,减小了水温的波动。PID_CH0中的PID的各参数均先根据经验值设定,因为S7200 PLC有PID自整定功能,所以系统运行后,根据实际情况,参数还可以再优化。

2.3.3 水位控制子程序

PID_CH1, 养殖池水位PID参数初始化子程序,首先根据养殖池水位PID算法回路表设初值,其次执行中断1进行定时采样,采样时间为0.1 s,为了使测得水位更加准确,将养殖池水位传感器5次采样的平均值作为实际采样值,并转换成PID的标准化数值,然后执行PID运算,运算结果转化后进行模拟量输出,来控制原水进口调节阀1的开度,当误差较大时,调节阀1的开度会适当增大,当误差较小时,调节阀1的开度会适当减小,从而保证养殖池水位的恒定。PID_CH1中的PID的各参数同样均先根据经验值设定,系统运行后,根据S7200 PLC的PID自整定的值,参数还可以再优化。

3 结论

本文设计了循环水养殖系统,结合水处理技术,减少了日换水量,从而实现了高密度养殖并节约水资源,是一种环保型、节水型、高产值的养殖模式;整个系统软硬件搭配合理,维护方便,具有较高的性价比,在实验室模拟调试中运行稳定可靠,能够很好地完成本系统养殖池的水位和温度的恒定控制,是一种切实可行的控制方案,具有良好的推广前景。

摘要：针对目前国内水产养殖监控系统较落后的研究现状,设计了采用西门子S7—200PLC的循环水养殖温控系统,采用PID控制算法,对养殖池的水位和温度进行实时监控,实现养殖池温度和水位的恒定控制。详细介绍了系统的整体控制方案,工作原理,并给出了系统的软、硬件结构设计,有效地实现了系统的逻辑控制、安全控制、故障显示及故障处理。

关键词：PLC,PID算法,循环水养殖系统,水位,温度

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循环水养殖系统论文 第8篇

养殖池内流场特性直接决定了池内污物聚集特性。研究表明,调整进水口结构方向会影响养殖池内的流场特性[8];流场特性受流速、水深、进出水量的影响[9];射流角度是影响水池中切向流速与径向流速的重要参数[10]。国内对于工厂化养殖的研究尚处于初级阶段[11],随着近年来研究的不断深入,在工厂化循环水养殖方面也取得了一定的成果[12,13,14,15],研发了一批适合我国国情的循环水养殖设施与装备,进一步完善了水质净化处理工艺,但是对于池水自净能力的研究甚少。本研究分析了不同水力条件对池水自净能力的影响,分别研究了射流流速、射流角度与抽吸模式对流场分布特性及污物聚集效果的影响,为养殖池的池形优化设计和改造提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验模型

试验于2014年7—11月在北京市某水产公司养殖场进行。试验系统由养殖池、水泵池及水力驱动装置组成(图1)。养殖池长4.4 m、宽3.4 m、高1.2 m,距池短边60 cm处开设宽30 cm×高60 cm的矩形边侧抽吸口,并覆盖80目不锈钢筛网。水泵池长1.3 m、宽0.3 m、深1.2 m,池底布置水泵(扬程4 m,流量33 t/h,功率100 W)。水力驱动装置由水泵、Φ110 mm给水管道和Φ75mm射流管组成,射流管上布置5个Φ50 mm的射流口,间距25 cm。底部抽吸模式中水流通过养殖池底管道进入水泵池,经水泵增压返回养殖池。为防止污物排出,在养殖池底管道口处安装长30 cm、宽20 cm、高8 cm的不锈钢筛网盖(筛网规格:上层40目,四边80目)。

1.2 试验方法

本研究分三种情况进行:(1)射流流速对流场及污物聚集效果影响,固定底部抽吸模式,射流角度40°,6组射流流速(0.2、0.3、0.4、0.5、0.6和0.7 m/s);(2)射流角度对污物聚集效果的影响,固定底部抽吸模式,射流流速0.7 m/s,6组射流角度(0°、10°、20°、30°、40°、50°);(3)抽吸模式对流场及污物聚集效果的影响,固定射流角度40°,射流流速0.7 m/s,2种抽吸模式(底部抽吸和边侧抽吸)。水流流速采用Flow Tracker手持式ADV流速仪测定。试验时,调整水位至1.1 m(边侧深度),将收集到的可沉淀颗粒物(利用筛绢网在暂养池中收集残饵粪便)尽量保持原状均匀撒入养殖池内。

1.3 数据采集与处理

(1)流场观测。试验时,待池内水体流动稳定后,按照图2所示布点方案,测量底层流速分布情况。测点分为横竖和交叉共4个断面,横竖断面与斜向交叉断面各11个点(中心点共享),共计41个测点,每个测点持续采集1 min连续数据,滤波处理后取其均值。利用MATLAB软件编写quiver函数,构建流场图。

(2)污物聚集效果观测。将收集好的残饵粪便均匀撒于水池中,开启水泵,待整个流场稳定、污物聚集分布状态不再变化时进行试验结果观测与记录。

2 结果与分析

2.1 射流流速对流态特性及集污效果的影响

底部抽吸模式下,射流角度固定为40°,射流速度v对养殖池底部的流速分布影响如图3所示。箭头方向表示切向流速,箭头长度表示切向流速大小。养殖池断面的切向流速总体变化呈“S”形变化,以垂直断面为例,从池壁向池心先增大然后逐步减小,但在池心附近仍有较大流速,与底部抽吸有密切关系。

射流速度对养殖池底部的径向流速分布的影响如图4所示。径向流速方向向池心定义为正,相反方向为负。由图4可知,在底部抽吸的条件下,底层径向流速由池壁向池心逐渐增大,并在池心附近出现最大径向流速。试验时观测到池心涡旋现象,导致池心附近流速存在一定波动,流场较为复杂,局部甚至出现反向流速,如图4中2~6号点位置。

射流速度对养殖池集污效果的影响如图5所示。

为更明显区分污物聚集位置,对图像进行分区,数字代表区位。结果表明,池内污物聚集存在某一临界流速,本文试验条件下,临界流速为0.2~0.3 m/s。当流速为0.2 m/s时,池内尚无法形成有效的污物聚集(图5 b),但当流速增大到0.3 m/s及以上时,各组试验均产生良好的污物聚集效果(图5 a)。

2.2 射流角度对集污效果的影响

底部抽吸模式下,射流流速固定为0.7 m/时,射流角度对养殖池集污效果的影响如图6所示。由图可见,射流角度对养殖池污物聚集有显著影响,当射流角度为40°时,池心出现了最佳的污物聚集效果,其它角度也会产生一定的聚集效果,但污物聚集点未出现在池心位置。

2.3 抽吸模式对流态特性及集污效果的影响

抽吸模式不仅为射流管提供射流流量,也影响池内的次生向心流的产生。一般可采用边侧抽吸和底部抽吸两种模式。边侧抽吸是通过水池边侧的缺口向泵池提供水源;底部抽吸是水通过管道由池心流向泵池。本文对这两种模式下的流场特性和集污效果进行了对比研究,结果如图7和图8所示。在离池底中心附近,底部抽吸模式下的切向流速和径向流速均高于边侧抽吸模式,说明底部抽吸容易在池心产生较大旋转流动,这一结果与试验观测现象一致。漩涡的产生更有利于污物聚集。这一结果也在图9中得到证实。由图9可知,两种模式下,养殖池池底污物均向池底中心区域产生聚集,但底部抽吸效果显著是由于边侧抽吸。

3 讨论

3.1 射流流速

本试验发现,射流流速对流场具有显著影响,射流流速的调整对各测量位点的切向流速与径向流速均产生影响。这与Oca等[9]的研究结果相同。池内各点位的切向流速随着射流流速的增大,其总体趋势也增大,高流区位于池壁附近,低流区在池心处的流速接近0。池壁处点位切向流速小于临近点位切向流速值,这主要是因为接近池壁处的水流和池壁摩擦产生的结果。这与魏武等[13]的研究结果相似。此外,射流速度为0.3 m/s时,(0,-2)位点切向流速明显高于其它条件下的切向流速,主要是因为测量该位点的流速时,由于池心出水系统的存在易形成涡流,从而引起切向流速出现差异。这与魏武等[13]研究的圆形养殖池中底层回转速度较大时出现的现象类似。

总体上,池中水体环流状况良好,各射流流速条件下的断面流速大小呈现中间流速小、外围及中心附近的流速较大的特点。在图4中,除射流流速0.7 m/s以外,其他流速条件下在(0,-10)位点到(0,0)位点中,径向流速均有负方向出现,这可能是由于在流速测量时养殖池中心处涡流所引起的。水流流速需要满足将池底残饵、粪便等可沉淀颗粒物聚集于出水口处,保障养殖池自净能力的要求[16]。射流速度为0.2 m/s时,可沉淀颗粒物在池底没有移动,而其他条件下均聚集于网槽上。假定流体无垂直压力梯度,为了保证流体各质点做圆周旋转运动,必须使流体径向压力梯度在任何深度都是一致的。由于水池底部边界层只占整个水体深度的小部分,故边界层以外的主流保持一定的压力梯度[17]。在射流速度为0.2 m/s时,水体环流速度较小,压力梯度力不足以抵消离心力,并携带残饵、粪便等向池心移动。

3.2 射流角度

射流角度对养殖池流场特性的影响,本试验中随着射流角度的调整,养殖池内切向流速分布出现明显差异,其结果与Davidson等[8]研究得出的调节进水结构方向引起养殖池水流回转速度变化的结果相似。射流角度为0°时,池内的切向流速整体水平上高于其它射流角度。这可能是因为射流方向与池壁出现夹角时,切向流速方向上的水流冲击力减弱引起的切向流速变小。本研究中,靠近池底中心处,除射流角度40°以外,其他射流角度条件下的径向流速均有负方向出现。这可能是因为养殖池中心周边有紊流出现。而且,射流角度40°时,底层径向流速整体水平上高于其它射流角度的径向流速。这一结果与Venegas等[18]研究得出的射流角度为45°时养殖池内水流速度高于射流角度为0°的结果相似。

本试验中,射流角度40°时集污效果最好。这可能是因为该角度时养殖池内没有出现明显无旋区,而且池内各断面的径向流速均为正方向。此外,本试验中观察到随着射流角度的变化,可沉淀颗粒物在养殖池底部的移动轨迹也不相同,这可能是因为射流角度发生变化,射流产生的推动力方向发生变化,造成养殖池底部水流产生的切向力和径向力发生变化,引起可沉淀颗粒物移动轨迹发生变化,从而使可沉淀颗粒物在40°条件下随着水流能够移动至池底中心处。

3.3 抽吸模式

抽吸模式对养殖池内流场和污物聚集效果有较大影响。由于循环方式的不同,底部抽吸更为有利于产生次生向心流,并由于污物而向心聚集。另外,底部抽吸模式更易产生池心漩涡运动,进一步强化了污物池心聚集效果。魏武[13]和Davidson等[8]的研究结果表明,提高底流分流比有助于提高养殖池内水流回转速度,进一步验证了底部抽吸模式的有效性。边侧抽吸模式同样可产生有效的池心污物聚集现象,但效果弱于底部抽吸,可通过设置池心集污装置加以改善。

4 结论

针对一种典型的工厂化鱼类养殖池,在边侧管式射流系统驱动下的流场特性和污物聚集效果进行了研究,得到以下基本结论:(1)管式射流驱动作用下,流速从池心向外呈“V”型变化,总体上先增大,后减小。底部抽吸模式下,会提高中心排污孔附近的流速,促进污物聚集。(2)射流流速对污物聚集有正向促进作用,射流流速越大,中心区低流速区范围越小,污物聚集效果越好。在方形虾池中,管式射流驱动存在一个最佳射流角度,在本文研究条件下,其最佳射流角度约为40°左右。(3)池内循环抽吸模式对流场和污物聚集效果均有着显著的影响。采用底部抽吸时,池内径向流速与切向流速一般均高于边侧抽吸模式,且污物聚集效果明显优于边侧抽吸模式。

本研究成果可用于工厂化鱼类养殖池管式射流水力驱动系统的优化设计,在不影响养殖对象的生长前提下,可尽量提高射流流速,最佳射流角度一般可控制在40°左右,并尽量采用底部抽吸模式。本研究仅针对本文涉及的方形养殖池有直接指导意义,也可供其它池形参考,但因池形结构对污物聚集效果也会带来较大影响,因此,不同池形结构对养殖池的流场特性及污物聚集效果仍需进一步开展专门研究。

摘要：工厂化养殖池内的污物聚集效果是养殖池设计建造和运行管理的重要指标,对提升养殖技术和管理水平具有重要意义。针对一种典型的工厂化鱼类养殖池,对边侧管式射流系统驱动下的流场特性和污物聚集效果进行研究,探讨了射流角度、射流流速和循环抽吸方式等因素对养殖池内水体流场特性及污物聚集分布规律的影响。利用手持式ADV流速仪在养殖池内进行布点测量,获得各点流速数值,然后利用MATLAB软件进行流场插值构图,研究养殖池的流场分布特性;污物聚集特性采用图像法进行处理分析。研究表明:管式射流驱动作用下,流速从池心向外呈“V”型变化。在射流角度固定为40°条件下,射流速度越大,池心低流速区域范围越小,污物聚集效果越好。当射流速度达到0.3 m/s时,污物基本聚集于池心;在流速固定的情况下,对污物聚集效果存在一个最佳的射流角度,约为40°。池内循环抽吸模式对流场和污物聚集效果同样有着显著的影响。研究表明,采用底部抽吸时,排污孔附近的径向流速与切向流速均高于边侧抽吸模式,且污物聚集效果明显优于边侧抽吸模式。该研究成果可用于工厂化鱼类养殖池管式射流水力驱动系统的优化设计,在不影响养殖对象生长的前提下,可尽量提高射流流速,最佳射流角度一般为40°左右,并尽量采用底部抽吸模式。

循环水养殖系统论文 第9篇

为准确了解该套技术在江苏省的实际应用效果, 2015 年4 月, 笔者来到江苏省金坛市田祥水产养殖场进行实地调研, 了解了该场池塘工程化循环水养殖系统的结构, 就系统养殖区构成和水体净化区功能、系统运行效率、生产成本控制、养殖日常管理、养成收获等情况进行了详细了解。现就有关情况总结如下。

1 系统概况

该水产养殖场实施循环水养殖的池塘总面积为94×667 m2, 总体呈南北走向的长方形, 分为大、小两个池塘, 大池塘68×667 m2, 小池塘26×667 m2, 池塘间有暗沟相连。循环水养殖设施建设于2014年初, 总面积1 000 m2, 与大池塘配比约为11 m2配667 m2, 总造价480 000 元 (不含池塘土建费用) , 其他参数见图1 和表1。

2 养殖生产情况

该套养殖设施2014 年5 月下旬投入运行, 于当年12 月底完成一个生产周期, 结束运行, 具体情况如下。

2.1 养殖品种及数量

养殖水槽投放两种规格青鱼, 2 个水槽投放青鱼鱼种, 6 个水槽投放青鱼夏花。池塘投放青鱼鱼种、草鱼鱼种、鲫鱼夏花、鲢鱼夏花、鳙鱼夏花, 均投放于68×667 m2大池塘中, 小池塘作为净水区, 不投放养殖鱼类。投放密度见表2。

2.2 生产管理

一是饲料投喂, 从2014 年5 月30 日, 开始投喂颗粒饲料, 饲料蛋白含量25%~30%。据天气和摄食情况, 每天投喂1~2 次, 到11 月25 日停止投喂, 饲料总用量150 000 kg (含外塘) 。二是水质管理, 养殖期间采用EM菌原露进行调水, 使用方法参照说明书, 共用8 次, 调水时间选择晴天9:00—10:00。三是水体增氧管理, 5 个增氧机均配套安装在养殖水槽上, 从5 月30 日开始24 h增氧, 白天适度关停2 台功率小的增氧机, 维持养殖水槽总增氧功率15k W以上, 至12 月25 日养殖周期结束, 增氧机组关停, 清塘出鱼。

2.3 养殖鱼类存活情况

由于夏季高温、养殖密度高等原因, 导致水槽下层养殖水体溶解氧下降增加了养殖病死率。养殖水槽中青鱼成鱼病死率约为20%, 青鱼鱼种病死率约为8.3%。而池塘中偶见鱼类死亡, 病死率基本可以忽略不计。

3 养殖效益分析

3.1 养殖鱼类产量及收入情况

养殖场年产各类淡水鱼15.6 万kg, 具体产量见表3, 其中养殖水槽出产青鱼鱼种1.5 万kg, 规格为140~150 g/尾;青鱼成鱼6 000 kg, 规格1.9~2.0kg/尾。养殖水槽中青鱼成鱼单位产量为13.9 kg/m3, 鱼种单位产量为17.4 kg/m3。夏季高温季节鱼种死亡约1 万尾, 育苗成活率80%。

大池塘养殖鱼类总产量13.5 万kg, 其中青鱼10 万kg, 草鱼1.1 万kg, 鲫鱼1.3 万kg, 鳙鱼6 000kg, 鲢鱼5 000 kg。池塘单位产量为1 985 kg/667m2。

3.2 养殖成本分析

养殖成本分析主要见表4, 主要由固定成本、变动成本、总成本三部分组成, 固定成本主要包括固定资产 (养殖水槽、增氧机组、生产用房、监控等设备设施) 的折旧费用。生产用房造价30 000 元, 监控设施造价40 000 元。固定资产折旧以直线折旧法计算, 折旧期限10 年, 不计残值。变动成本指包括饵料、苗种、工资、水电等可变部分。总成本等于固定成本与变动成本之和。

注:数据来源, 询问查询。

3.3 养殖经济效益分析

养殖场年收入205.62 万元, 年总运行费用为153.34 万元, 净利润51.52 万元, 净利润为5 481元/667 m2。由上述数据可以计算出销售额盈亏平衡点 (Break Even Point, BEP) 为47.19 万元, 计算公式[2]如下。

4 讨论

4.1 循环水养殖对池塘养殖生产管理的影响

调研发现, 循环水养殖给渔业生产管理带来了不少便利, 一是减少了养殖鱼类的病害发生, 经过一个养殖周期, 养殖水槽及池塘中基本没有青鱼成鱼的发病情况。夏季高温季节, 养殖水槽中出现溶氧不足的现象, 导致鱼种和成鱼因缺氧而死亡, 后期要对设施的相关参数进行优化。二是养殖水体水质得到了较好的改良, 由于小池塘 (面积约26×667m2) 未投放养殖鱼类, 充当了养殖循环水系统的净化水区域, 水体得到了较好的净化。三是养殖水槽易于投喂和捕捞, 免于池塘拉网捕捞的辛苦劳动。四是养殖鱼类活动增加, 使商品鱼具有更好的流线体型和品质, 由于设施系统中氧气的持续推水作用, 使静止的池塘水体呈现了微流水状态。因而, 到生产周期结束, 采购的批发商普遍反映, 青鱼的鱼体流线型更好。有研究认为, 鱼类的活动主要包括巡航式活动、爆发式活动和持续式活动, 要保持跑道式养殖单元中的清洁度, 至少要保持水流速度在10 cm/s[3], 但部分鱼类或鱼苗阶段的最大巡航速度远低于这个速度, 因此在槽体自洁度和最大巡航速度之间取一个平衡值3 cm/s[4], 在此状态下, 养殖水槽能保持清洁, 同时能避免鱼类游动过快引起过多的能量消耗。

4.2 循环水养殖设施对养殖产量的促进作用

根据调研结果, 该养殖场的鱼类养殖产量较2013 年有较大的增长, 同样以青鱼为主的养殖模式, 2013 年总产量为14 万kg, 均产量约为1 489kg/667 m2, 2014 年, 总产量达15.6 万kg, 均产量约为1 660 kg/667 m2。其中, 大池塘的均产量1 985kg/667 m2, 要高于目前江苏省淡水鱼类养殖均产量约1 500 kg/667 m2。从当年的5 月到12 月底, 由于养殖水槽不间断增氧, 水体流动给养殖池塘带来了充足的氧气, 池塘中的鱼类产量得到了提高, 同时, 养殖经济效益更加突出。2013 年, 该养殖场全年净利润约29.5 万元, 平均净利润3 138 元/667 m2;2014 年则达到总利润51.52 万元, 平均净利润5 481 元/667 m2。

4.3 循环水养殖设施相关参数的优化

该套设施中, 循环水养殖水槽的养殖产能为:青鱼3 000 kg/槽, 单位产能15.43 kg/m3;青鱼鱼种2 500 kg/槽, 单位产能12.86 kg/m3, 8 个养殖水槽净利润约2 万元。该套循环养殖设施属于固定式气推水养殖系统, 具体结构[5]见图2, 养殖生产过程中反映出目前对一些生产细节仍需做进一步的研究, 如水体溶氧的均匀性、养殖水槽水流速度、池塘水体微流水分布等, 同时对养殖品种、养殖密度和净化区生态群落的构建仍需作进一步的研究, 以在获得环境净化等生态效益的同时, 水产养殖获得更好的经济效益。

参考文献

[1]彭刚, 刘伟杰, 童军, 等.池塘循环水生态养殖效果分析[J].水产科学, 2010, 29 (11) :643-647.

[2]韩云峰, 刘晃, 鲍越鼎.工厂化循环水养殖系统的盈亏平衡分析研究[J].中国渔业经济, 2008 (6) :75-79.

[3]联合国粮食及农业组织.鱼道:生物学依据、设计标准及监测[M].北京:中国农业出版社, 2011:15-20.

[4]金武, 罗荣彪, 顾若波, 等.池塘工程化养殖系统研究综述[J].渔业现代化, 2015, 42 (1) :32-36.

循环水养殖系统论文 第10篇

本试验在新建海水循环水养殖系统建成运行前,通过预培养生物膜,获得已建立完全硝化功能的海水生物滤料,然后将其置入系统生物滤器中进行硝化细菌接种,以期达到快速构建生物过滤器硝化功能,使系统迅速投入正常运行的目的。

1 材料与方法

1.1 海水循环水养殖系统主要构成

试验在福建省淡水水产研究所榕桥中试基地一个养殖面积100 m2海水循环水养殖车间中进行。海水循环水养殖系统由上海海洋大学设计、南京雅亿环境科技有限公司建设。主要有养殖池、固液分离器、泡沫分离器、循环泵、悬浮流着净化装置、浸没式生物过滤器、气液混合器、沉淀池、臭氧深度氧化装置、罗茨鼓风机、液态氧罐等组成(图1)。其中,养殖池52.5 m3,循环泵3 kW,悬浮流着净化装置6 m3,浸没式生物过滤器14 m3,悬浮流着净化装置与浸没式生物过滤器由罗茨鼓风机增氧,养殖池由液态氧气化后增氧。

1.2 预培养生物膜方法

在海水循环水养殖系统正式运转前2个半月,在海水观赏鱼店购买1块已稳定运行半年以上的海水鱼缸中的过滤棉(长80 cm、宽40 cm、厚1 cm),将该过滤棉及浸没式生物滤器中的2.5 m3滤料置入预培养生物膜池(下称预培池,为直径4 m、高1.2 m圆形塑料池),池内配制10 m3盐度20的人工海水,充气使水体溶氧保持在6 mg/L以上,添加NH4Cl,使水体氨态氮达到5 mg/L以培养硝化细菌。待海水循环水养殖系统搭建完成后,将预培池中已培养生物膜成熟的2.5 m3滤料置入系统的浸没式生物过滤器中进行接种硝化细菌,同时系统放养美国红鱼进行养殖试验。

1.3 养殖对象、密度与投饵

美国红鱼(Sciaenops ocellatus Linnaeus)是我国南方沿海网箱养殖重要鱼类之一[15]。系统共放养美国红鱼6 558尾,总重1 327.17 kg,均重202.37 g/尾,养殖初期密度为25.28 kg/m3,日投饵量约占体重的1.5%,每养殖10 d计算1次鱼的理论重量以调节投喂量。

1.4 养殖水体盐度、温度、溶氧、pH、流量调控

人工海水配制:每100 t淡水中添加氯化钠1 769 kg、硫酸镁220 kg、氯化镁163 kg、氯化钙76 kg、氯化钾48 kg、碳酸氢钠13 kg[14]。试验期间预培池水体盐度20左右,系统内水体盐度20～25;预培池水温23～28 ℃,系统水温22～27 ℃;预培池溶氧控制在6 mg/L以上,系统水体溶氧6～8 mg/L;用NaHCO3调节pH在7.0～7.5;调节系统水流量在60～80 m3/h,日循环18～24次。

1.5 水质指标检测及分析方法

预培养生物膜阶段每日取水样1次,养殖阶段隔天取养殖池进、出水口水样各1次。检测项目及方法:氨态氮(次溴酸钠氧化法)[16]、亚硝态氮(重氮偶氮法)[16]、硝态氮(紫外分光光度法)[17]、溶氧、pH、温度等理化指标。

进(出)水口氨态氮平均值=各次采样养殖池进(出)水口氨态氮值之和/取样次数

一次性氨态氮去除率=[(出水口氨态氮值-进水口氨态氮值)/出水口氨态氮值]100%

2 结果与分析

2.1 预培池三态氮变化趋势

2009年89月,用时48 d完成预培池中2.5 m3滤料的硝化功能预构建。如图1所示,氨态氮在生物膜开始后第27天6.98 mg/L开始下降,第31天下降到0.70 mg/L;亚硝态氮第27天0.21 mg/L,第31天上升至6.66 mg/L。用时31 d氨氧化功能成熟。亚硝态氮从第41天6.05 mg/L,降至第48天0.00 mg/L。硝态氮第41天1.18 mg/L,第48天上升至9.19 mg/L。以亚硝态氮“镜面S”型曲线出现第2拐点为判断硝化功能成熟的标志,硝化功能完全成熟需48 d。2.5 m3滤料的硝化功能成熟后,添加NH4Cl,使氨态氮达到5 mg/L,经3 d全部转化为硝态氮,证明2.5 m3滤料的硝化功能已完全成熟。

2.2 养殖池三态氮变化趋势

如图3所示,2009年10月30日(第0天)放养美国红鱼,2.5 m3滤料置入浸没式生物过滤器后,系统硝化功能还没稳定,氨态氮在第6天上升到1.46 mg/L,此后开始下降,在第16天后维持在0.50 mg/L以下,在盐度25、温度25 ℃、pH 7.5条件下换算成非离子氨为6.510-3 mg/L,低于渔业水质标准0.020 mg/L。亚硝态氮在第6天上升到2.87 mg/L,此后迅速下降,在系统运行第12天降至0.14 mg/L,此后一直维持在0.10 mg/L左右。以亚硝态氮“镜面S”型曲线出现第2拐点为判断硝化功能成熟的标志,新建海水循环水养殖系统生物过滤器硝化功能成熟用时12 d。硝态氮一直处于上升积累过程,系统运行34 d硝态氮从1.29 mg/L上升至63.58 mg/L,表明系统硝化作用强烈,硝化功能稳定。

2.3 养殖池进、出水口氨态氮变化

11月17日12月17日系统稳定运行期间(系统运行第1848天),跟踪测量养殖池进、出水口氨态氮浓度及一次性去除率,见表1。进、出水口氨态氮及一次性去除率变化趋势如图4。出水口氨态氮维持在0.15～0.65 mg/L,平均值0.44 mg/L;经系统各水处理单元处理后,进水口氨态氮维持在0.01～0.10 mg/L,平均值0.05 mg/L。一次性氨态氮去除率69.01%～96.45%,一次性氨态氮平均去除率为88.64%。

2.4 溶解氧、pH、水温及换水量

2.4.1 溶解氧

养殖初期,养殖池采用罗茨鼓风机曝气,溶氧维持在6 mg/L左右。随着养殖时间的推移,美国红鱼摄食量加大,新陈代谢耗氧量加大,此外系统各水处理单元的生物膜不断生长增厚,也增加了耗氧量,溶解氧持续下降。养殖池溶解氧下降到3～4 mg/L,已影响美国红鱼摄食量。故后来加入液态氧供氧系统,溶氧控制在6～8 mg/L,使高密度养殖的溶氧瓶颈得以解决。

2.4.2 pH

稳定运行后,由于硝化作用强烈,碱度消耗迅速,系统的pH随之下降,平均1 d下降0.1左右。开始考虑到成本问题,使用氢氧化钠调节pH,但使用后易产生沉淀,使水质混浊,故改用碳酸氢钠调节使pH稳定在7.0～7.5。

2.4.3 水温

养殖过程中虽然没有加温设施,但系统内水温在外界气温低至9 ℃时依然维持在20 ℃以上。考虑原因有:(1)采用循环水养殖模式,养殖过程不换水;(2)保温棚的保温作用;(3)各机器设备运行过程中产生的热量传导入系统水体中;(4)养殖对象新陈代谢过程产生的热量积累在水体中。

2.4.4 换水量

养殖过程中,系统的日换水量<1%,基本做到了“零排放”。

2.5 养殖效果

循环水系统初期养殖美国红鱼密度为25.28 kg/m3水体,养殖1个月后死亡596尾,成活率90.91%。取样50尾,均重252.32 g,饵料系数约为1.96,养殖密度达28.65 kg/m3水体。

3 讨论

3.1 预培养生物膜法的可行性

预培养生物膜法成功地在短时间内建立起海水生物过滤器硝化功能,使系统建成后可以马上投入使用,并保障水质指标对养殖对象的安全性。1981年,Bower等[9]在实验室中证明通过添加已具有硝化功能的海水过滤器滤料可以快速构建海水生物过滤器的硝化功能。1990年,Nijhof等[10]利用具有稳定氨氧化功能的淡水生物过滤器成功驯化为具有氨氧化功能的海水生物过滤器,为加速海水生物过滤器硝化功能构建提供了一条途径。2008年,齐巨龙等[13]采用盐度梯度驯化法将淡水生物过滤器成功驯化为海水生物过滤器,但效果不理想,最快仍需56 d时间。各项研究结果表明,构建海水生物过滤器硝化功能最为快捷的方法是接种已稳定海水生物滤器的滤料,并推荐滤料的接种量应>10%[9]。本试验中,在系统正式运转前对滤料进行硝化细菌接种,预培养生物膜,待系统搭建完成后,再将其置入系统生物过滤器中进行硝化细菌接种。经2次接种扩大培养,快速构建了海水生物过滤系统的硝化功能。该方法在实际生产中具有操作简单、时间节约显著的特点,可以在海水循环水养殖生产中推广应用。

3.2 硝态氮积累问题

系统在34 d的养殖运行期间,硝态氮从1.29 mg/L迅速上升到63.58 mg/L。据Otte等[18]报道,海水循环水养殖系统中最大硝态氮浓度高达400～500 mg/L。在海水循环水养殖系统中,硝态氮的积累对养殖生物,特别是无脊椎动物是有害的[8],50 mg/L是公认的较为安全硝态氮浓度,但是不同养殖品种以及不同生长阶段的安全硝态氮浓度差别很大。据报道[8],高浓度硝态氮会导致海水养殖品种生长速度降低、易患病、发育迟缓、繁殖力降低、成活率降低。此外,海水鱼类的白点病与30 mg/L以上的硝态氮浓度有很大关系[1]。因此,硝态氮浓度的有效控制是不容忽视的问题,解决这一循环水系统普遍存在的问题的高效硫自养反硝化滤器与异养反硝化滤器正在研究中。

4 结论

(1)在新建海水循环水养殖系统建成运行前,通过预培养生物膜的方式,将具有完全硝化功能的过滤材料置入系统的生物过滤器中进行硝化细菌接种,与传统的海水循环水养殖系统培养生物膜方式相比,具有操作简单、省时、省力、省电的优点。

(2)海水循环水养殖系统硝化功能成熟之后,系统的非离子氨浓度低于0.02mg/L,符合渔业水质标准要求,亚硝态氮和硝态氮均维持在美国红鱼生长适宜范围内,系统一次性氨态氮平均去除率达88.64%。

打造循环养殖体系保障生猪安全生产 第11篇

河南南阳是农业大市，主要粮食作物有小麦、玉米、大豆等，这为生猪养殖饲料原料的供给提供了充分的保障。近年来南阳市生猪养殖规模发展较快，据南阳市畜牧局统计，截至2013年年底，南阳市生猪存栏500多万头，能繁母猪近60万头，猪肉产量达48万余吨。

当前规模化养殖正在逐步取代以往千家万户的散养方式，规模化养殖已成为生猪发展的主导方式。在“畜产品质量安全基层行”活动中，记者发现，生猪企业在规模化养殖基础上，逐步走向生态循环养殖，以实现生猪养殖可持续、绿色发展。

“如果一家企业不把质量生产放在一定高度，它就没有存在的价值了。”鸿旺牧业有限公司总经理王福良在接受采访时说。该公司位于方城县杨集乡，是一家以种猪生产为龙头，以生态养殖、无公害种植、观光农业、饲料生产为依托的新型农牧企业，建设标准化猪场3座，年可出栏生猪15万头，销售额达2.5亿元。

王福良告诉记者，该公司花费100多万元新建一座能源生态型污水处理系统，日处理污水能力100吨，日产沼气量约200立方米。将在高岗坡地种植林果，实现“猪—沼—果”良性循环。

“唐河作为我市畜牧业强县，长期以来我们紧紧围绕‘建立长效监管机制，确保畜产品质量安全这个工作中心，狠抓养殖场源头监管，加强动物检疫和投入品监督管理，鼓励养殖企业发展循环养殖，确保畜产品质量安全。”河南省南阳市唐河县畜牧局局长冯明书说，该局坚持推广循环养殖，对有条件的养殖企业进行政策和资金扶助，力争在该县实现可持续、循环养殖全覆盖。

唐河县稳康种猪场和三宝牧业有限公司是该县生猪养殖大型企业，管理制度完善，经验丰富。稳康种猪场位于昝岗乡八叉沟村，年出栏商品猪1万余头，建有500立方米新型软体沼气池并进行固液分离，年处理鲜猪粪及其废水2万余吨，年产优质有机肥1600多吨。

循环水养殖系统论文 第12篇

我国循环水养殖模式尚处于起步和示范阶段,水产养殖系统中的固体颗粒物的处理尚未引起重视[2]。目前随着环境资源的日益匮乏以及相关环境保护法规的完善,政府将逐步要求养殖单位在养殖系统内部对固体废弃物进行处理。城市污水的污泥处理方法比较成熟,但水产养殖的颗粒物的性质与城市污泥的性质有很大差异。一些在城市污水的污泥处理中应用较为成熟的方法在应用于处理水产养殖颗粒物质时有一定的限制,但可以提供参考和借鉴。本文总结了国内外在水产养殖固体颗粒物处理方面的研究进展,为后继研究提供思路。

1 固体废弃物的性质

RAS中固体颗粒物的性质主要取决于养殖系统类型、管理方法、饲料质量以及养殖对象。不同学者对不同养殖对象的循环水养殖系统中的污泥性质作了分析(表1)。表中,TS(total solids):总固体;VS(volatile solids):挥发性固体;TN(total nitrogen):总氮;TKN(total Kyeldhal nitrogen):总凯氏氮;TP(total phosphorus):总磷;COD(chemical oxygen demand):化学需氧量;BOD5(five days biochemical oxygen demand):五日生物需氧量;C/N:碳氮比。

固体废物来源于饲料,主要由残饵和粪便组成,含有大量氮(N)和磷(P),积累成固体污泥且消耗大量溶氧。固体颗粒物中含有7%～32%的TN和30%～84%的TP,其余的TN和TP则溶解在水中。大部分颗粒物质直径<30 μm,且这些颗粒物总体积远小于那些粒径>30 μm的颗粒物的总体积,处理这些细微颗粒物对处理设备提出了更高的要求[7]。废水的出水口与浓缩池相连,增加污泥浓度从而提高后续污泥处理效率。

2 去除方法及工艺

2.1 外排处理

通过循环水养殖系统中的固液分离设备排出系统的固体污泥常常用于施肥、掩埋甚至焚烧。淡水养殖系统的固体废弃物可以用作堆肥和灌溉,海水养殖系统中产生的固体废弃物则因含有一定浓度的盐分而需作进一步的无害化处理。在人口密集区域,污泥臭味问题亦是限制施肥处理的原因,运输费用也是污泥处理上一项花费颇多的因素,而焚烧更是消耗大量能源[8]。用于直接施肥须考虑固体废弃物中可能含有病原体、重金属等污染物质。

2.2 人工湿地

人工湿地对养殖系统中的有机污染物的去除能力较强。不溶性有机质在流经湿地系统中被过滤、沉淀,被截留下来为微生物分解利用;可溶性有机质则通过植物根系生物膜的吸附、吸收及微生物代谢被去除。人工湿地具有使用范围广、投资运行成本低、综合效益高等优势在废水处理中日益受到青睐[9]。Summerfelt等[10]利用人工湿地来处理循环水养殖鳟鱼过程中产生的固体污泥,总固体悬浮颗粒去除率达96%～98%,化学需氧量去除率达72%～91%,并去除了82%～93%的凯氏氮、磷以及溶解性磷酸盐,取得了良好的污泥去除与稳定效果。但是人工湿地占地大,运转效率受天气、季节等客观因素影响较大,因此应用在循环水产养殖系统废水处理中具有一定的局限性[11]。

2.3 生物絮凝

生物絮凝技术(Bio-floc Technology,BFT)是一项新的生物技术手段,可用来控制养殖系统中的水质。通过减少换水量、使系统中的营养物质进行再循环,减少固体废弃物的排放,从而降低环境污染。微生物利用残饵和粪便中的营养物质用于自身生长并同时吸附这些固体颗粒物质形成絮凝体,同时养殖对象可以吸收消化这些絮凝体。Avnimelech[12]在1 m3 的水池中圈养罗非鱼,在水池中加入从集约化罗非鱼养殖池塘中取出生物絮凝体(加入标记N15的NH4(SO4)2和淀粉),检测罗非鱼对生物絮凝体的吸收情况。结果表明,生物絮凝体可24 h不间断地为罗非鱼提供蛋白质,占到罗非鱼所需蛋白质含量的50%。目前这一技术已成功应用于鱼池和虾池的养殖系统中,减少了对饲料的投喂量。但是,生物絮凝是一个相对复杂的微生物过程,还很难将它进行定量的分析,相关机理还在探索中,用于处理循环水养殖系统中的固体颗粒物还需进一步研究,包括絮凝的工艺、工况、机理等。

2.4 厌氧消化

厌氧消化是在厌氧微生物的分解作用下,使污泥中的有机物分解并产生沼气。废水污泥能否进行厌氧消化取决于污泥的理化性质,包括:温度、pH、营养物质、反应抑制性物质、预处理等[13]。Mirzoyan等[3]对3个循环水海水养殖系统中的废水污泥性质进行分析,污泥的平均pH值为7.0～7.7,氧化还原电位(ORP)平均值为-80 mV,溶氧<1 mg/L,表明存在厌氧条件;污泥中挥发性固体(可被微生物利用并转化为甲烷)占污泥干重的56%～76%,污泥沉降指数为44～69 mL/g,表明了良好的沉降性能;这些条件都有利于厌氧消化反应的进行。有机固体废物中含有大量可生化降解的物质,蕴含着大量的生物质能,有效利用这类生物质能源对实现环境和经济的可持续发展具有重要意义。已有学者采用厌氧消化法来处理循环水养殖系统中的固体物质,取得了良好的消化效果,达到减量化、稳定化和环境友好的目的。

厌氧消化处理固体废物以湿式混合厌氧消化、厌氧干发酵、两相厌氧消化等3种工艺为主。循环水产养殖中引进厌氧消化技术来处理出水中的固体废物不仅可以取得良好的处理效果,而且能与循环水养殖系统中的其它处理工艺结合,打造日趋完善的系统化的循环水养殖系统。

2.4.1 发酵方式

湿式混合发酵中固体浓度通常维持在10%以下,通过加水稀释浆液处于完全混合的状态,但是容易受到氨氮、盐分等物质的抑制,产气率较低。厌氧干发酵固体含量可达到20%～35%,该工艺需水量少,单位容积处理量大,产气量高,消化后的沼渣无需脱水即可作为肥料。随着固体浓度的加大,需解决干发酵系统中输送流体粘度大以及高固体浓度带来的抑制问题[14]。两相厌氧消化在循环水养殖系统有机固废处理中可与其他处理设备有机结合[15]。

Kugelman等[16]利用持续搅拌池反应器(Continuously Stirred Tank Reactors,CSTRs)对闭合水产养殖中的浓缩污泥(TS浓度为4%～6%,TN为3.5 g/L)及稀释1倍的污泥(TS浓度为2%～3%,TN为1.3～1.8 g/L)在35 ℃下进行厌氧消化。结果发现,浓缩污泥的反应器中挥发性脂肪酸浓度高达7.8%,显著抑制了反应过程,但通过加水稀释1倍可消除污泥中高浓度的氨氮带来的抑制性作用。Lanari等[5]对养鱼场出水污泥(TS浓度为1.3%～2.4%,NH+4-N浓度<250 mg/L)在厌氧过滤池中进行常温消化。McDermott等[17]于18～20 ℃下在半持续搅拌消化池中对水产养殖出水中的污泥(TS浓度为0.4%,NH+4-N浓度<300 mg/L)进行消化。他们的实验由于含固率较低,整个实验过程都没有受到明显抑制作用或是高浓度挥发性脂肪酸(VFA,Volatile Fatty Acid)的积累,而且有机物都高度稳定化。

Gebauer[6]采用CSTRs对海水养殖场中的污泥进行中温(35 ℃)厌氧消化,分别以未稀释的污泥和经稀释的污泥进行实验。结果发现,未稀释组反应过程受到Na+的影响和挥发性脂肪酸特别是高浓度丙酸的影响使得整个反应过程相当不稳定,而经稀释组克服了上述限制且反应稳定。通过对污泥的厌氧消化可以减少36%～60%的COD,且每增加1 g COD可生产出0.114～0.184 L的甲烷。虽然稀释组达到了良好的处理效果,但是稀释后增加了反应器的容量,为达到反应要求的温度不得不增加能耗,从而加大了生产成本。

2.4.2 消化效果

Mirzoyan等[3]在升流式厌氧污泥床反应器(Upflow Anaerobic Sludge Blanket Digester,UASB)中对海水水产养殖污泥(Brackish Aquaculture Sludge,BAS)进行厌氧消化,通过对BAS进行理化分析,几乎未发现亚硝酸盐、硝酸盐、硫化物等常见的抑制厌氧消化反应的物质。虽然BAS中硫酸盐浓度较高对厌氧消化反应抑制作用明显,但是高浓度的生物需氧量抵消了这种抑制作用。污泥降解率高达70%,平均产甲烷率为40%,取得了良好的污泥消化效果。

Gebauer等[18]对大西洋鲑鱼孵化场中的浓缩污泥(TS浓度6.3%～12.3%)在35 ℃条件下于CSTRs中进行厌氧消化。COD的去除率为44%～54%,甲烷产量为0.140～0.154 L/g COD。反应过程受到强烈抑制,VFA浓度高达28 g/L,但是污泥中蛋白质含量高,反应器中的碱度足以使pH维持在7.4～7.5。反应得到的甲烷能量可占到整个孵化场耗能的2%～4%。

甲烷的回收利用需要额外的投资,对于小规模的厌氧处理设备而言,一般直接在废弃燃烧器中烧掉。如何合理有效的利用甲烷能源值得进一步研究。

2.4.3 工艺组合与完善

Yossi等[15]设计了一套完备的循环海水养殖系统饲养金头海鲷(Sparus aurata),取得了良好的养殖效果。该系统有机结合了包括硝化、脱氮和厌氧消化在内的一系列生物处理过程,有效地去除了无机含氮化合物和有机固体物质。通过污泥酸化池与脱氮池相连,酸化产物上清液(含有挥发性脂肪酸)可以为反硝化提供部分碳源,剩下的污泥则进入厌氧消化的第二阶段产甲烷(图1)。据笔者推断,以1.5的饵料系数和鱼类75%的饲料吸收率为计,那么每生产1 t鱼只需去除10.5 kg干固体物质,而根据目前RAS中采用的技术生产,同样重量的鱼需要去除375 kg固体废物。

A.微孔鼓状滤膜器 B.贮水泵 C.CO2 气提塔D.蛋白质分离器 E.硝化反应器 F.充氧器G.贮水泵 H.污泥收集器 I.污泥酸化池J.脱氮反应器 K.甲烷反应器及收集装置

厌氧处理只能去除可生物降解的有机物,一般不能去除氨氮和硫化物。因此,为了去除这些化合物和残留的有机物包括分散的固体,应采用某些适当的后处理。厌氧处理后继续采用好氧生物处理,使出水中的各项指标达到水产养殖排放标准。

3 总结与建议

随着工厂化循环水养殖业的快速发展,养殖过程中产生的固体废弃物的去向问题正不断受到关注。传统的堆肥、掩埋等方法越来越受到挑战。人工湿地法受到场地、天气等客观因素影响比较大,而生物絮凝法仍待进一步的深入研究。有机固体废弃物的厌氧消化技术已引起国内外的广泛关注。根据生命周期定义分析,厌氧消化是最适宜的有机固废处理方法。该工艺在处理大量有机废物的同时,可获得高质量的堆肥产品和沼气,实现生物质能的多层次循环利用,符合可持续发展观。对厌氧消化的最佳生物转化条件、微生态环境以及与其他处理设备相整合等方面,还需要进一步深入研究,以达到最佳的处理效果。此外,提高饵料质量、增加饵料转化率、提高科学饲喂水平,是从源头上减少养殖过程中固体废弃物产量的根本措施。加强养殖过程的污染控制和废弃物资源化利用,对改善水域环境质量和提高养殖水产品的质量安全意义重大。

摘要：循环水水产养殖系统中产生的残饵、粪便等固体废弃物的处理是实现水产养殖污染零排放的核心技术之一。随着环境法规的完善,政府将逐步要求养殖单位在养殖系统内部对固体废弃物进行处理,已报道的处理方法有堆肥、掩埋等。概述了循环水养殖系统中固体废弃物处理的研究进展,重点介绍循环水养殖系统固体废弃物厌氧消化处理技术的现状及存在的问题,并讨论应用人工湿地法、生物絮凝技术处理水产养殖固体颗粒物的研究状况。