循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)在魚類人工增殖放流技術(shù)中的應用

羅 宗 偉

(華電金沙江上游水電開發(fā)有限公司蘇洼龍分公司，四川 成都 610041)

0 引 言

任何一個養(yǎng)殖系統(tǒng)中，最重要的是要有一個完整的系統(tǒng)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是維持系統(tǒng)功能的重要前提，結(jié)構(gòu)決定于功能，功能又反作用于結(jié)構(gòu)，一旦系統(tǒng)組織遭到破壞，系統(tǒng)功能也就遭到破壞，最終導致整個養(yǎng)殖系統(tǒng)崩潰。因此，對于一個漁業(yè)養(yǎng)殖系統(tǒng)來說，設計一個完善的養(yǎng)殖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)這是至關(guān)重要的。循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)設備作為近年發(fā)展起來的新型的凈化過濾設備，系統(tǒng)結(jié)合原水特性控制理論，自動化流體智能控制技術(shù)，整個工藝采用物理過濾方法、生物過濾、自動反沖洗、高效溶氧、生化反應、氣液調(diào)控，有效去除水面懸浮物、水中有機物、重金屬離子等物質(zhì)。其生化處理作為整個處理工藝的核心,通過微生物的新陳代謝作用,分解廢水中溶解性有機物，目前在循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中發(fā)揮了重要的作用。

1 設計原理

1.1 物理過濾

1.1.1 預處理

養(yǎng)殖廢水無論以何種工藝或綜合措施進行處理,都要采取一定的預處理措施。通過預處理可使廢水污染物負荷降低,同時防止大的固體或雜物進入后續(xù)處理環(huán)節(jié),造成設備的堵塞或破壞等。針對廢水中的大顆粒物質(zhì)或易沉降的物質(zhì),漁業(yè)水處理采用過濾、離心、沉淀等固液分離技術(shù)進行預處理,其作用是阻攔污水中粗大的漂浮和懸浮固體,以免阻塞孔洞、閘門和管道,并保護水泵等機械設備。沉淀法是在重力作用下將重于水的懸浮物從水中分離出來的處理工藝,是廢水處理中應用最廣的方法之一。目前,凡是有廢水處理設施的養(yǎng)殖場基本上都是在舍外串聯(lián)2 ～3個沉淀池,通過過濾、沉淀和氧化分解將糞水進行處理。篩網(wǎng)是篩濾所用的設施,廢水從篩網(wǎng)的縫隙流過,而固體部分則憑機械或其本身的重量截流下來,或推移到篩網(wǎng)的邊緣排出。

1.2 生物過濾

1.2.1 生物膜法過濾

生物膜法是利用附著生長于某些固體物表面的微生物(即生物膜)進行有機污水處理的方法。生物膜是由高度密集的好氧菌、厭氧菌、兼性菌、真菌、原生動物以及藻類等組成的生態(tài)系統(tǒng)，其附著的固體介質(zhì)稱為濾料或載體。生物膜自濾料向外可分為慶氣層、好氣層、附著水層、運動水層。生物膜法的原理是，生物膜首先吸附附著水層有機物，由好氣層的好氣菌將其分解，再進入?yún)挌鈱舆M行厭氣分解，流動水層則將老化的生物膜沖掉以生長新的生物膜，如此往復以達到凈化污水的目的。廢水中微生物沿固體(可稱載體)表面生長的生物處理方法的統(tǒng)稱。因微生物群體沿固體表面生長成粘膜狀，故名。廢水和生物膜接觸時，污染物從水中轉(zhuǎn)移到膜上，從而得到處理。

生物膜過濾，這里主要著重介紹其填料，填料是污水生物膜處理法的核心部分，它直接影響到處理效果、投資成本及運作費用。

通常我們選用EPP材料，這種材料質(zhì)地輕，浮在濾槽上部，污水流經(jīng)濾槽內(nèi)附有微生物的EPP濾材時，進行大顆粒懸浮物的過濾和有機物的分解，可有效去除SS 85%，BOD 82%，設備為日本杰斯比塑料有限公司研發(fā)的多孔質(zhì)EPP填料，也稱PEPP，這種填料每一個泡沫粒子都帶孔，可以大大提高生物膜的附著面積，而且含有活性炭成分，對污濁物有更好的吸附效果。

1.2.2 硝化作用過濾

硝化系統(tǒng)是硝化反應系統(tǒng)的簡稱，指硝化細菌將氨(NH3)氧化為亞硝酸鹽(NO2-)，或?qū)喯跛猁}氧化為硝酸鹽(NO3-)的反應系統(tǒng)。負責執(zhí)行這項任務的硝化細菌，分別是(亞硝酸菌)及(硝酸菌)：在有氧氣存在時，首先由亞硝酸菌把氨氧化為亞硝酸鹽，其次由硝酸菌再把亞硝酸鹽氧化為硝酸鹽。

氨是養(yǎng)魚過程中的必然產(chǎn)物！因為氨有劇毒性，只需在極低濃度之下，可能就對健康的魚產(chǎn)生足以致命的威脅，而氨可藉由硝化系統(tǒng)將之消除，因此若能藉由硝化細菌的硝化作用，不斷地把氨給消除掉，將能使養(yǎng)殖魚類之健康與安全獲得更大的保障。

2 主要設備設計說明及工作原理

2.1 微濾機

微濾機由中心轉(zhuǎn)鼓、轉(zhuǎn)盤、反洗系統(tǒng)和配套控制電氣系統(tǒng)等組成。主體結(jié)構(gòu)為SUS304不銹鋼材料制造，標準型轉(zhuǎn)鼓尺寸為1.1 m；主要用于去除污水中懸浮的固形物，配備定位自動反沖洗裝置，主要包括自動控制器、高壓噴頭、高壓沖洗水泵，反沖洗日耗水量<1 m/d，總功率：不大于1.5 kW；額定電壓：380 v(50 Hz)，過濾面積1.2 m2。

原水由中心轉(zhuǎn)鼓的一端開口流入轉(zhuǎn)鼓內(nèi)，并通過連通孔進入各轉(zhuǎn)盤，轉(zhuǎn)盤裝有不銹鋼過濾布。原水通過過濾布過濾后，清水流出過濾布，從過濾水出口流入下一環(huán)節(jié)過濾。隨著過濾的進行，過濾布內(nèi)側(cè)的截留雜質(zhì)不斷增加，過濾壓差隨之增加，透過濾布的水量減小。當雜質(zhì)堆積到一定程度時，中心轉(zhuǎn)鼓液位達到設定值，自動啟動反洗，將過濾布內(nèi)側(cè)堆積的雜質(zhì)反洗出。反洗水泵抽取透過過濾布的清水，噴灑到過濾布外側(cè)，將過濾布內(nèi)側(cè)的截留雜質(zhì)沖洗下來，沖洗后污水掉落在接污槽內(nèi)，然后排出設備外。反洗時轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)，反沖洗水噴灑不同角度的過濾布，直至轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)停止，過濾布全部經(jīng)過清洗，反沖洗停止，重新進入靜止過濾過程，直至再次進行反沖洗。

2.2 集成式生物過濾器

集成式生物過濾器屬于水產(chǎn)養(yǎng)殖循環(huán)水處理系統(tǒng)中的生物過濾環(huán)節(jié)， 養(yǎng)殖廢水中存在大量的亞硝酸鹽(水中的離子氨和非離子氨)，對魚類有毒害，需要通過生物過濾環(huán)節(jié)去除。集成式生物過濾器能保證必要的硝化細菌種群的生長，通過硝化細菌來降解，并把在反應過程中生成的氨氣、氮氣和CO2通過鼓風吹出。適用于淡水魚養(yǎng)殖。

2.3 紫外線消毒器

紫外線消毒器分為二種型號，一種為處理水量30 m3/h，功率0.5 kW、另一種為處理水量10 m3/h，功率0.1 kW，其消毒器腔體材料均為304不銹鋼材質(zhì)，主要配備時間累計器、紫外線強度檢測儀、系統(tǒng)紫外強度不足報警裝置、手動清洗裝置、腔體過熱保護裝置、高純度石英套管及紫外線C燈管等，其燈管壽命終點9 000 h；紫外線消毒器是利用紫外線光子的能量破環(huán)水體中各種病毒、細菌以及其它致病體的DNA結(jié)構(gòu)。主要是使DNA中的各種結(jié)構(gòu)鍵斷裂或發(fā)生光化學聚合反應，例如使DNA中THYMINE二聚，從而使各種病毒、細菌以及其它致病體喪失復制繁殖能力，達到滅菌的效果。

紫外線依據(jù)不同的波長范圍，分為 A 、 B 、 C 三種波段，其中的 C 波段紫外線波長在 240 - 260 nm 之間，為最有效的殺菌波段，波段中之波長最強點是 253.7 nm。當水或空氣中的各種細菌病毒經(jīng)過紫外線(253.7 nm波長)照射區(qū)域時，紫外線穿透微生物的細胞膜和細胞核，破壞核酸(DNA或RNA)的分子鍵，使其失去復制能力或失去活性而死亡，從而在不使用任何化學藥物的情況下殺滅水中所有的細菌病毒。

2.4 電加熱器及恒溫箱

溫控系統(tǒng)分為二種第一種采用10 kW管道式電加熱器，由多支管狀電加熱元件、筒體、導流板等幾部分組成，管狀電熱元件是在金屬管內(nèi)放入高溫電阻絲，在空隙部分緊密地填入具有良好絕緣性和導熱性能的結(jié)晶氧化鎂粉，采用管狀電熱元件做發(fā)熱體，具有結(jié)構(gòu)先進，熱效率高，機械強度好，耐腐、耐磨等特點。筒體內(nèi)安裝了導流隔板，能使空氣在流通時受熱均勻升溫和降溫速率快：可達10 ℃/s，調(diào)節(jié)快而穩(wěn)定。第二種為橫溫箱溫控系統(tǒng)，設備運行時制冷壓縮機排出高溫氟利昂蒸汽，高溫蒸汽在板式冷凝器內(nèi)部充分與冷卻水進行熱交換，冷卻后的氟利昂液體保持0～5 ℃的過冷度，干燥過濾器對流動的氟利昂進行過濾除濕處理，膨脹閥對氟利昂起減壓作用，直接控制板式蒸發(fā)器氟利昂流量，氟利昂在蒸發(fā)器中吸熱作功，降低恒溫循環(huán)水的溫度，當恒溫循環(huán)水高于上限設定值時，啟動壓縮機制冷，當恒溫循環(huán)水低于上限設定值時，壓縮機停止工作，當恒溫循環(huán)水低于下限設定值時，電加熱啟動加熱，當恒溫循環(huán)水高于下限設定值時，電加熱停止工作，恒溫循環(huán)水在水泵作用下與熱交換器進行閉式循環(huán)，恒溫循環(huán)水在熱交換器內(nèi)部與樣水進行熱交換，最終實現(xiàn)水的溫度控制在5～35 ℃。

2.5 羅茨鼓風機

鼓風機采用了三葉轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)形式，葉輪和軸為整體結(jié)構(gòu)，其中壓力29.4 kPa，風量1.79 m3/m，功率1.5 kW。風機油封選用進口氟橡膠材料，耐高溫，耐磨，使用壽命長，設備分為機座、電機、氣泵壓縮機、消聲器等部件組成。 羅茨鼓風機系屬容積回轉(zhuǎn)鼓風機，這種壓縮機靠轉(zhuǎn)子軸端的同步齒輪使兩轉(zhuǎn)子保持嚙合。轉(zhuǎn)子上每一凹入的曲面部分與氣缸內(nèi)壁組成工作容積，在轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)過程中從吸氣口帶走氣體，當移到排氣口附近與排氣口相連通的瞬時，因有較高壓力的氣體回流，這時工作容積中的壓力突然升高，然后將氣體輸送到排氣通道從而達到增氧效果。

2.6 電氣控制柜

電氣控制柜為車間循環(huán)水處理系統(tǒng)控制柜，主要用于微濾機、羅茨風機、水泵、電加熱器、恒溫機及紫外線消毒器等設備的控制。防水箱體采用厚度1.5 mmSPCC冷軋鋼板制作，配套的通風去濕裝置確保了電子元器件在水產(chǎn)養(yǎng)殖高濕度環(huán)境下不易損壞。柜內(nèi)主要電氣元件采用施耐德品牌，微電腦單片機數(shù)碼顯示控制系統(tǒng)，可控制模塊化循環(huán)水系統(tǒng)所有水處理模塊設備，設備運行時間自動記錄，系統(tǒng)自動運行與手動運行切換開關(guān)，具備故障聲光報警功能。

3 工程實例分析

3.1 概況

《金沙江上游蘇洼龍水電站環(huán)境影響報告書》中要求在巴塘段修建1個魚類增殖站，主要任務是服務于巴塘以下梯級，負責整個河段魚類種質(zhì)交換，維持巴塘保留段魚類種群數(shù)量，同時兼顧巴塘以下河段魚類增殖保護。

蘇洼龍水電站魚類增殖放流站規(guī)劃布置于蘇洼龍水電站右岸壩上游2 km階地，緊鄰蘇洼龍水電站業(yè)主營地，場平總面積51.62畝，平面上呈“┓”形，平面尺寸為218.6 m×186 m。魚類增殖站西側(cè)南北位置各有一入口，與場外規(guī)劃中的2#路相連，建成后以2#路為主要對外交通道路，交通較為便利。主要建(構(gòu))筑物有：1#、2#親魚培育車間及室外魚池、配電間、室外發(fā)電機、魚苗培育車間、催產(chǎn)孵化及開口苗培育車間、1#、2#、3#魚種培育車間、廢水處理站及飼料倉庫等。

本增殖放流站所處位置為山地，可供用地面積少；站內(nèi)承擔有科研任務，要求有可控的養(yǎng)殖水體環(huán)境和良好的水質(zhì)；另外本工程所在區(qū)域的金沙江河段水環(huán)境功能區(qū)劃為Ⅱ類，現(xiàn)狀水質(zhì)為Ⅱ類，養(yǎng)殖棄水不能外排入金沙江。綜合比較循環(huán)水養(yǎng)殖模式、靜水養(yǎng)殖模式和流水養(yǎng)殖模式的優(yōu)缺點和考慮本增殖放流站的需求，最終選擇循環(huán)水養(yǎng)殖模式。

3.2 實驗系統(tǒng)

以3#魚種培育車間為例，該車間水體按照約350 m3設計，系統(tǒng)采用2.0循環(huán)水處理系統(tǒng)，處理量為60 t/h，每日系統(tǒng)換水量和損耗量約為系統(tǒng)水體12%，既42 m3。實驗系統(tǒng)包括直徑3m養(yǎng)殖缸、轉(zhuǎn)盤式微孔過濾機、集成式生物過濾器、紫外線消毒器、冷熱機組、PLC控制器等部分組成。

組織試驗魚為短須裂腹魚，平均體重(13 000)g，2個試驗缸、1個對照缸(每個水體4 m3)，1個生物過濾器(水體10 m3)，每個養(yǎng)殖缸(包括對照養(yǎng)殖缸)放養(yǎng)25尾，試驗前，養(yǎng)殖系統(tǒng)在低溫下(15～20 ℃)運行24 h確定生物濾器產(chǎn)生較好作用后，在18 ℃的水溫條件下，用2個試驗缸在系統(tǒng)中進行試驗，對照缸水體不參與系統(tǒng)循環(huán)，通過水泵在原池水中循環(huán)增氧；

氨氮處理：共七天，每天8:00采水樣1次，在養(yǎng)殖缸排水口和生物過濾器出水口各取兩個水樣(均為2個平行樣)，在對照缸內(nèi)取一個水樣，通過檢測各個排水口和對照缸水樣的氨氮，檢測方法為：氨氮采用納氏試劑比色法(HJ537—2009)。

表1 試驗期間設備采樣點相關(guān)水質(zhì)變化

3.3 結(jié)果與討論

表1表示在系統(tǒng)運行過程中各個采樣點的總氨氮，試驗缸水體總氨氮的最高濃度為0.49 mg/L，在18℃水溫條件下，非離子氨最高濃度為0.0043 mg/L，遠小于標準要求的0.002 mg/L，表明養(yǎng)殖試驗池在循環(huán)使用養(yǎng)殖水體的情況下，氨氮指標符合淡水漁業(yè)水質(zhì)國家標準GB11607-89的要求由表1可知，試驗7d后，對照缸水體積累了大量氨氮，濃度達到20.3 mg/L，從第2天起，已經(jīng)嚴重超出養(yǎng)殖水質(zhì)標準；而養(yǎng)殖試驗缸排水口的氨氮濃度為0.27 mg/L，進水口的氨氮濃度為0.19 mg/L，符合養(yǎng)殖水質(zhì)標準,分析表明，經(jīng)過循環(huán)水處理后的水體，其氨氮含量在進水口較低，經(jīng)過養(yǎng)殖缸后，由于魚類的排泄對養(yǎng)殖水體造成了污染而使氨氮濃度進一步增加，需要進一步處理，從而形成了養(yǎng)殖污染—處理—再污染—再處理的循環(huán)利用模式.

通過對表1數(shù)據(jù)的比較可知，養(yǎng)殖缸排出廢水中的氨氮經(jīng)過微濾機和生物濾器處理后，已經(jīng)有了一定的下降，總計約有95%的總氨氮被處理，只有5%左右的氨氮可能會積累在養(yǎng)殖水體中，但在實際應用中，循環(huán)系統(tǒng)正常使用時每天須要補充一定量新水源，5%濃度經(jīng)過稀釋后不會引起氨氮的積累。

4 結(jié) 語

魚類增殖站的修建，是蘇洼龍水電站貫徹落實國家環(huán)評要求的實際行動和有力舉措，對改善水域生態(tài)、保護水生生物資源、促進漁業(yè)可持續(xù)發(fā)展、增強全社會的生態(tài)環(huán)保意識和促進人水和諧等具有重要意義。

通過以物化和生化處理相結(jié)合的方式進行低溫下養(yǎng)殖水體的氨氮處理試驗表明，采用該方式可處理冷水魚養(yǎng)殖產(chǎn)生的總氨氮的95%，使冷水性魚類循環(huán)水養(yǎng)殖的水質(zhì)達到淡水漁業(yè)水質(zhì)標準的要求。目前，蘇洼龍水電站魚類增殖放流站已完成進站馴養(yǎng)、培育短須裂腹魚、四川裂腹魚和長絲裂腹魚三種魚類親本共計470kg，實現(xiàn)了短須裂腹魚、四川裂腹魚和長絲裂腹魚的人工催產(chǎn)繁殖工作。此次魚苗的自主繁育成功，為水電行業(yè)增殖放流站工程的運行模式做出了積極，有益的探索和嘗試，保證了增殖放流的可持續(xù)發(fā)展。