封閉式循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)工程的構建與集成

?；?常杰+賈玉東+雷霽霖

摘要：介紹了循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)（RAS） 構建的目標、類型，探討設施型循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)代替設備型循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)的可行性，提出RAS構建和設施設計方案，介紹RAS運行生態(tài)原理與飼料攝入。

關鍵詞：設施型;循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng);水產養(yǎng)殖業(yè)

中圖分類號： S959 文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2015）04-0237-02

收稿日期：2014-06-16

基金項目：國家鲆鰈類產業(yè)技術體系建設專項（編號：CARS-50）;國家自然科學基金 （編號：31360640）。

作者簡介：?；溃?978—），男，山東鄄城人，博士，副教授，從事水產動物營養(yǎng)與品質調控研究。E-mail： niuhuaxin@163.com。

通信作者：雷霽霖，研究員，博士生導師，從事海水魚類養(yǎng)殖學研究。E-mail： leijl@ysfri.ac.cn。

循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)（recirculating aquaculture systems，RAS）是指通過生物、化學、物理等方法對水產養(yǎng)殖用水進行凈化處理，確保全部或部分養(yǎng)殖水得到循環(huán)利用的工程裝置，該養(yǎng)殖模式是水產養(yǎng)殖諸多模式中工業(yè)化程度最高的一種，在西方發(fā)達國家已得到普及[1-2]。采用工廠化封閉式循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)養(yǎng)殖，具有環(huán)保、節(jié)水、省地、可控性強、低風險等優(yōu)點，是歐美發(fā)達國家目前較為普遍的水產養(yǎng)殖模式，也被認為是21世紀水產養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的主導方向之一。2009年，歐洲全封閉循環(huán)水養(yǎng)殖水產品產量達2.5萬t，魚苗產量約1.5億尾。在歐美發(fā)達國家，大西洋鮭、鰻鱺、大菱鲆、虹鱒等魚類幾乎都采用全封閉循環(huán)水養(yǎng)殖模式[3-4]。在我國，資源掠奪型的“溫室大棚+ 深井海水”的工廠化養(yǎng)殖模式正逐漸被資源節(jié)約型的工業(yè)化RAS所取代。但是，國外設備型RAS設備昂貴的成本讓國內很多企業(yè)難以承受。因此，根據我國經濟發(fā)展及水產養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展現狀，研發(fā)高效、節(jié)能、低成本的循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)配套設施具有一定推廣與普及價值[5]。本研究以工業(yè)化養(yǎng)殖理念為指導，以節(jié)能減排為目標，以鲆鰈類產業(yè)技術體系現有循環(huán)水養(yǎng)殖模式為基礎，基于RAS設計原理，研發(fā)成本低、系統(tǒng)運行穩(wěn)定、容易管理的實用型養(yǎng)殖模式，旨在為推動我國水產養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展提供依據。

1 RAS構建目標、類型

1.1 RAS構建目標

研發(fā)具有投資小、運行成本低、易管理、效益高、產品安全、節(jié)能減排等優(yōu)點的養(yǎng)殖模式，是當前我國循環(huán)水養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展目標。

1.2 RAS構建類型

RAS構建類型分為設備型循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)、設施型循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)，其中設備型循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)以發(fā)達國家成功運行的養(yǎng)殖系統(tǒng)為出發(fā)點，按照不同養(yǎng)殖魚類的生活習性、水體流態(tài)以及水處理工藝特性，將其歸類為常規(guī)游泳性魚類、鲆鰈類、鮭鱒類、鰻鱺等4種典型魚類的循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)工藝[6]，其工藝流程為養(yǎng)殖池→轉鼓微粒機→泵池→蛋白分離器→流化床生物凈化→紫外線消毒池→增氧池→養(yǎng)殖池（圖1）。

1.3 設施型循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)代替設備型循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)的可行性

發(fā)達國家的循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)主要靠系統(tǒng)設備來運轉維護，購買系統(tǒng)設備費用及運轉費用較高，導致發(fā)展中國家推廣設備型循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)面臨諸多困難。從節(jié)約成本、節(jié)能角度來考慮，水處理設備、系統(tǒng)設施改造措施如下：在養(yǎng)魚池末端增加1個小型低位池，設計1款無動力的弧形篩代替微濾機設備，增建氣浮池代替蛋白分離器設備，使用液態(tài)氧替換制氧機。循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)構建以及系統(tǒng)的運轉與維護能大幅減少建設成本，擺脫對電能、機械能的過度依賴。將系統(tǒng)設施進行改造優(yōu)化，合理設計或增建進水、排水系統(tǒng)的設施高位差，使整個系統(tǒng)內只保留一級提水泵，其他均采用系統(tǒng)設施高程差自流完成，降低系統(tǒng)的運行成本，達到高效、節(jié)能、減排的目的。

2 RAS構建和設施設計

設施型循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)是室內養(yǎng)殖，車間通常由養(yǎng)殖設施、水處理設施、周邊設施等3部分構成，其工藝流程如下：養(yǎng)殖池→弧形篩（弧形篩設施低位池）→提水泵（提水低位池）→氣浮池→三級生物凈化池→脫氣池→紫外線消毒池→增氧池→養(yǎng)殖池。

2.1 養(yǎng)殖車間

一般的循環(huán)水養(yǎng)殖車間寬度為15 m、長度為80 m，根據設計場地的大小決定車間大小。車間大體分為養(yǎng)殖區(qū)、水處理區(qū)、操作管理區(qū)等3個區(qū)域。車間內設1～2套循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)，每套系統(tǒng)配置8～12個養(yǎng)殖池。為降低車間建設成本、運行管理成本，常采用多連體或多連跨車間設計。

2.2 養(yǎng)殖區(qū)

養(yǎng)殖區(qū)由多個養(yǎng)殖池和進排水管道等組成。循環(huán)水養(yǎng)殖池多采用圓形或圓角形養(yǎng)殖池，圓角形養(yǎng)殖池的圓角半徑應大于養(yǎng)殖池半徑的一半，池底采用中間低四周高的“鍋底型”，排水口置于池中央最低處，“鍋底”一般為坡度1 ∶ 10，以利于池底殘餌糞便等污物順利排出。養(yǎng)殖池壁要求做5層防水處理，池面光滑、不掛臟，建議用養(yǎng)殖池專用涂料粉刷池內，以防污物、細菌等致病源藏躲其中，以減少病害發(fā)生。循環(huán)水養(yǎng)殖車間的管道系統(tǒng)包括進水管道、回水管道、外源水補充管道[7]。

2.3 水質處理區(qū)

水處理區(qū)由大顆粒過濾池（內設弧形篩）、提水低位池（提水泵）、氣浮池、一級截污生物凈化池、二級生物凈化池、三級生物凈化池、脫氣池、紫外消毒池、增氧池組成，水處理區(qū)面積約占車間總面積的13%。大顆粒過濾池內設有弧形篩，可將直徑大于75 μm的固體顆粒物（如殘餌、糞便、顆粒絮狀物等）過濾掉，有機顆粒物若長時間停留在循環(huán)水系統(tǒng)中，會導致養(yǎng)殖水水質惡化。因此，增添此設施和無動力的弧形篩來代替全自動微粒機是可行的[8]。提水低位池和提水泵中弧形篩的水通過落位差自流入提水低位池，低位池內設有提水泵（別稱循環(huán)泵）。利用氣浮泵通過微氣泡的表面張力吸附水中的微細懸浮顆粒物、膠狀物質，再以泡沫形式排出系統(tǒng)，起到凈化水質的作用，其氣水比是蛋白質泡沫分離器的3倍，而造價只有蛋白質泡沫分離器的1/5。生物過濾池、生物包培養(yǎng)是循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)工程的關鍵環(huán)節(jié)[9]。生物凈化是由附著在生物濾池中生物填料表面的生物膜完成的，生物膜由多種硝化細菌、有機碎屑、多糖等組成，其主要作用是分解養(yǎng)殖水中的有機質、銨態(tài)氮、亞硝酸鹽、硫化物及磷酸鹽等有害物質。脫氣池是將魚類代謝及生物凈化過程中產生的大量CO2從水中脫去。CO2 在水中大量富集容易導致養(yǎng)殖水pH值下降，養(yǎng)殖水pH值低于7.5，不但會影響魚類的攝食與生長，還會抑制生物膜的生物凈化作用[10]。增氧池中高溶氧是提高生物濾池生物凈化效率的保障，增氧池設在水處理系統(tǒng)的末端，養(yǎng)殖水經過增氧池后直接進入進水主管流向養(yǎng)殖池。水質自動在線監(jiān)測系統(tǒng)可以幫助人們實時了解系統(tǒng)內水質指標變化情況，并根據水質指標及時作出調整，同時，水質在線監(jiān)測系統(tǒng)還可以與氣浮泵、紫外消毒器、臭氧發(fā)生器、自動投餌機及外源水補充閥聯動，真正實現自動化、工業(yè)化養(yǎng)殖。endprint

2.4 操作區(qū)及其他

操作區(qū)主要包括飼料室、消毒間、值班室、監(jiān)控室、儲藏間。車間包括燈光照明系統(tǒng)、通風系統(tǒng)。為了節(jié)約成本，通常設計日常管理燈、養(yǎng)殖操作燈2套燈光系統(tǒng)。

3 RAS運行生態(tài)原理與飼料攝入

循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)是菌魚共生的小生態(tài)系統(tǒng)[11]。利用三級過濾池來進行生物凈化處理，不但是養(yǎng)殖水處理系統(tǒng)的核心，也是養(yǎng)魚的基礎。循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)建好并調試完畢后，如何快速培養(yǎng)生物膜、構建穩(wěn)定的生物凈化功能是啟動循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)的前提。放養(yǎng)健康優(yōu)質苗種，保持系統(tǒng)內各項水質指標穩(wěn)定，科學投喂高營養(yǎng)價值飼料是預防疾病發(fā)生的重要措施[12]。一旦發(fā)病，切忌在系統(tǒng)內使用任何抗生素，因為抗生素在殺死致病菌的同時也會破壞生物膜上的益生菌，最好的方法是盡快把發(fā)病魚及養(yǎng)殖池脫離循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)，在系統(tǒng)外完成病魚治療和養(yǎng)殖池消毒后再并入循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)。

4 結語

目前，大菱鲆、牙鲆、半滑舌鰨等鲆鰈類在我國已經實現工廠化養(yǎng)殖，大多是“溫室大棚 + 深井海水”流水養(yǎng)殖模式，部分半滑舌鰨、鰻鱺、河鲀（紅鰭東方鲀）、石斑魚等魚類已經初步實現了循環(huán)水養(yǎng)殖模式或半循環(huán)水養(yǎng)殖模式。其中海水鲆鰈類工業(yè)化養(yǎng)殖已經形成了較為成熟的產業(yè)化運作模式[13]。除少數魚類養(yǎng)殖采用循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)外，大多數魚類仍屬于粗放式、高能耗、高污染、低密度的工廠化養(yǎng)殖方式，急須建立節(jié)能減排、質量安全的養(yǎng)殖模式。我國作為水產養(yǎng)殖大國，開發(fā)和推廣全封閉循環(huán)水養(yǎng)殖模式，推進水產養(yǎng)殖技術向高端、精準、節(jié)能、高產方向發(fā)展具有重要意義。

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