標(biāo)準(zhǔn)的工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施

工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖（Recirculating aquaculture system，簡(jiǎn)稱RAS）是一種新興的水產(chǎn)養(yǎng)殖模式，集中使用了多種先進(jìn)的設(shè)施設(shè)備，綜合運(yùn)用了化學(xué)、機(jī)械、電子等各種科學(xué)技術(shù)，創(chuàng)造適合養(yǎng)殖生物的生活環(huán)境，進(jìn)行科學(xué)管理，從而擺脫氣候、土地、水等外界條件的限制。RAS以其用水量少、占地面積小、高密度、高產(chǎn)出、生產(chǎn)可控等特點(diǎn)，有望成為21世紀(jì)水產(chǎn)養(yǎng)殖的主導(dǎo)模式之一，實(shí)現(xiàn)漁業(yè)的可持續(xù)和綠色發(fā)展。

RAS主要包括水產(chǎn)養(yǎng)殖池、水質(zhì)過(guò)濾系統(tǒng)、水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、增氧系統(tǒng)、控溫系統(tǒng)、消毒系統(tǒng)、投餌系統(tǒng)等。其工藝流程如圖1 所示。

圖1 循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)工藝流程圖

01 水產(chǎn)養(yǎng)殖池

水產(chǎn)養(yǎng)殖池是養(yǎng)殖生物整個(gè)生命周期的生長(zhǎng)空間，是循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施。養(yǎng)殖池根據(jù)其形狀主要分為以下幾類：

①圓形池：如圖2，圓形池的水體交換均勻，沒(méi)有死角。池底一般為鍋底形，在池中心設(shè)排水口，排污效果理想。但在水量小、水壓小的地方不宜采用。同時(shí)對(duì)地面利用率小，池壁不能相互利用，造價(jià)高。

②矩形池：長(zhǎng)方形、長(zhǎng)方形切角池形，雖然有一定的死角，易沉積污物，但在魚群個(gè)體、密度、水量較大時(shí)，污物的沉積并不明顯。同時(shí)它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，布局容易，施工方便，場(chǎng)地利用率高，相鄰魚池的池壁可共同使用，成片建造節(jié)約成本的優(yōu)點(diǎn)，故實(shí)際養(yǎng)殖中大多建造這類型的魚池。

③正方形池：正方形池與長(zhǎng)方形池有共同的優(yōu)點(diǎn)，若采取魚池上方進(jìn)水，下方排水的方式，水體交換不均勻，有明顯的死角，生產(chǎn)養(yǎng)殖中使用較少。所以正方形池的設(shè)計(jì)一般采用池中心設(shè)排水口，排污效果好；

④矩形圓弧角養(yǎng)殖池：如圖3，兼顧圓形池與矩形養(yǎng)殖池的設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)，在改善池內(nèi)流場(chǎng)狀態(tài)，加強(qiáng)排污效果的同時(shí)，增加養(yǎng)殖池的空間利用率。研究結(jié)果表明：當(dāng)0.2≤R/B＜0.4 時(shí)，養(yǎng)殖池的平均流速相比方形養(yǎng)殖池明顯提升，阻力系數(shù)降低，流場(chǎng)均勻性顯著改善。

圖2 矩形圓弧角養(yǎng)殖池

⑤八角養(yǎng)殖池：八角養(yǎng)殖池和矩形圓弧角養(yǎng)殖池是圓形養(yǎng)殖池的最佳替代品，具有更好的空間管理、共享的側(cè)走道和均勻的旋轉(zhuǎn)流體單元。但是，水箱內(nèi)的流速和水質(zhì)仍有相當(dāng)大的差異。例如，在八角形養(yǎng)殖池的角落附近可能會(huì)形成死水區(qū)。事實(shí)上，在拐角尺寸相同的情況下，矩形圓弧角養(yǎng)殖池的可用養(yǎng)殖面積要好于八角形養(yǎng)殖池。然而，八角養(yǎng)殖池在操作生產(chǎn)中更常見(jiàn)，因?yàn)樗鼈儽染匦螆A弧角養(yǎng)殖池更容易處理和建造。

其余橢圓形池、梯形池、三角形池和不規(guī)則形養(yǎng)殖池在我國(guó)很少使用。

02 水質(zhì)過(guò)濾系統(tǒng)

水質(zhì)過(guò)濾系統(tǒng)是指采用沉淀過(guò)濾、生物過(guò)濾等方法，將廢水通過(guò)石英砂等濾料層以截留水中懸浮雜質(zhì)和微生物等的凈水過(guò)程，是用來(lái)實(shí)現(xiàn)凈化養(yǎng)殖用循環(huán)水的一種系統(tǒng)。

①沉淀過(guò)濾：主要采用沉淀池或機(jī)械過(guò)濾機(jī)。這些設(shè)備去除顆粒物質(zhì)的作用原理是利用擠壓、沉淀作用或二者的結(jié)合。使用中為保持良好的凈化能力需要對(duì)處理設(shè)備進(jìn)行階段性的沖洗以維持兩次沖洗之間的去除能力沖洗水可以用經(jīng)過(guò)凈化的循環(huán)水或新的補(bǔ)給水。養(yǎng)殖水中的有機(jī)物主要以固體形式存在于魚糞和殘餌中溶解性有機(jī)物所占的比例較低。因此通過(guò)沉淀過(guò)濾處理可將水中懸浮固體去除與此同時(shí)也去除了大部分的BOD物質(zhì)。

②微濾機(jī)：如圖4，一種工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖中的固液分離裝置，是適用于工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖的水中顆粒物分離設(shè)備，是循環(huán)水過(guò)濾系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備。其過(guò)濾效率及效果將大大影響后續(xù)水處理工序的效率。它具有過(guò)濾介質(zhì)空隙小，能有效截留顆粒物、占地面積小、耗能低、操作管理方便等優(yōu)點(diǎn)。微濾機(jī)的主要類型有轉(zhuǎn)鼓式、轉(zhuǎn)盤式、格柵式和履帶式，目前普遍使用的微濾機(jī)裝置是轉(zhuǎn)鼓型微濾機(jī)。其主要作用是去除殘餌、糞便、懸浮物、泥沙、藻類、生物粘泥等。

圖3 自動(dòng)控制微濾機(jī)

③生物濾池：如圖5，利用碎石、陶粒或塑料等制成的生物填料污水與填料表面上生長(zhǎng)的微生物膜間隙接觸，使污水得到凈化。其技術(shù)的原理主要依據(jù)了兩個(gè)方面，一個(gè)是接觸氧化，另一個(gè)是給水快濾池，生物濾池將這兩者的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合在一起，具有曝氣、濾速快、懸浮物去除等功能。生物濾池技術(shù)的技術(shù)原理主要由三部分構(gòu)成。第一部分是氧化分解：就是在濾池中裝入適量的小塊濾料，活性生物膜依附在濾料上，濾池進(jìn)行曝氣處理，濾料上生長(zhǎng)的生物進(jìn)行強(qiáng)氧化分解，實(shí)現(xiàn)對(duì)污水的初步凈化。第二部分是截留：污水通過(guò)緊密的濾料時(shí)，濾料及附著的生物膜就起到了過(guò)濾的作用，可以截留污水中的懸浮物。第三部分屬于反沖洗：生物濾池在進(jìn)行一段時(shí)間的處理過(guò)程后，水頭損失加劇，這時(shí)就需要進(jìn)行反沖洗去除殘留的懸浮物，同時(shí)更新依附的生物膜。生物濾池可分為淹沒(méi)式生物濾池、塔式生物濾池、轉(zhuǎn)盤式生物濾池、曝氣生物濾池、厭氧生物濾池等。

圖4 淹沒(méi)式生物濾池

03 水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

水質(zhì)檢測(cè)系統(tǒng)以水環(huán)境為對(duì)象，運(yùn)用物理的、化學(xué)的及生物的技術(shù)手段，對(duì)其中的污染物及其有關(guān)的組成成分進(jìn)行定性、定量和系統(tǒng)的綜合分析，以探索研究水環(huán)境質(zhì)量的變化規(guī)律。

在水質(zhì)監(jiān)測(cè)中，物理指標(biāo)和化學(xué)指標(biāo)能反映污染物的來(lái)源、濃度，能反映水環(huán)境的質(zhì)量變化，卻不能體現(xiàn)污染物對(duì)生物的影響，也不能解釋水生生物對(duì)污染物的作用機(jī)理。因此，應(yīng)用生物監(jiān)測(cè)技術(shù)，從水生生物對(duì)污染物的利用角度反映污染物對(duì)生物的影響，展現(xiàn)污染物的潛在風(fēng)險(xiǎn)和威脅，是水環(huán)境監(jiān)測(cè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

水產(chǎn)養(yǎng)殖水質(zhì)監(jiān)控參數(shù)主要包括水溫、PH 、溶氧量、濁度和電導(dǎo)率。最初的養(yǎng)殖水質(zhì)監(jiān)控完全依靠養(yǎng)殖人員的經(jīng)驗(yàn)，后來(lái)開始采取采樣化學(xué)分析法。現(xiàn)代的養(yǎng)殖水質(zhì)監(jiān)控系統(tǒng)是以水質(zhì)傳感器為核心設(shè)備，以提供具有代表性、及時(shí)性和可靠性的水質(zhì)信息為核心任務(wù)，運(yùn)用自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)并配以專業(yè)軟件而組成的一個(gè)從取樣、預(yù)處理、分析到數(shù)據(jù)處理及存貯的完整系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)各水質(zhì)參數(shù)的在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的自動(dòng)控制。

04 增氧系統(tǒng)

增氧系統(tǒng)主要采用增氧機(jī)、微孔曝氣等技術(shù)增加水中的氧氣含量以確保水中的生物不會(huì)缺氧，同時(shí)也能抑制水中厭氧菌的生長(zhǎng)，防止池水變質(zhì)威脅魚類生存環(huán)境。增氧機(jī)一般是靠其自帶的空氣泵將空氣打入水中，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)增加水中氧氣含量的目的。

目前應(yīng)用最廣的是微孔曝氣增氧機(jī)。微孔曝氣增氧機(jī)是一種利用壓縮機(jī)和高分子微孔曝氧管相配合的曝氣增氧裝置。曝氣管一般布設(shè)于池塘底部，利用壓縮空氣通過(guò)微孔逸出形成的細(xì)密氣泡增加水體和氣體的交換量，隨著氣泡的上升，硫化氫、氨氮等有毒氣體被帶出水面，下層水體中的肥泥、有機(jī)排泄物、剩余變質(zhì)的餌料等難分解的有機(jī)物，因充足的微孔曝氣增氧，轉(zhuǎn)化為易于微生物分解的有機(jī)物，水體自我凈化功能得以恢復(fù)。

05 控溫系統(tǒng)

控溫系統(tǒng)采用一些加熱或制冷設(shè)備，控制養(yǎng)殖系統(tǒng)內(nèi)水環(huán)境的溫度，以便為養(yǎng)殖對(duì)象提供最適宜的溫度環(huán)境。常用設(shè)備有煤鍋爐、熱泵、太陽(yáng)能等。其中，熱泵技術(shù)以其低投入、高產(chǎn)出的優(yōu)越性在建筑采暖制冷中得到大力應(yīng)用，而將其應(yīng)用到水產(chǎn)養(yǎng)殖中更具優(yōu)勢(shì)。

06 消毒系統(tǒng)

消毒系統(tǒng)一般采用臭氧消毒技術(shù)、紫外線殺菌等方法提高水質(zhì)質(zhì)量，也可利用消毒劑的氧化性及對(duì)病原體滲透壓的改變，破壞水體中病原微生物的膜結(jié)構(gòu)，使病原體中酶和蛋白質(zhì)失去活性，進(jìn)而致其死亡。

一方面，消毒可殺滅水體中的病原微生物，降低魚類感染的風(fēng)險(xiǎn)，減少魚病的發(fā)生，并能調(diào)節(jié)水質(zhì)。另一方面，消毒產(chǎn)品都具有一定的氧化性和刺激性，對(duì)水產(chǎn)動(dòng)物造成一定的損傷，加之水體是一個(gè)變化的、復(fù)雜的系統(tǒng)，某些化學(xué)物質(zhì)對(duì)水體環(huán)境易造成負(fù)面影響。所以，選擇合適的消毒時(shí)機(jī)、合適的消毒產(chǎn)品以及合理控制用量非常重要。

07 投餌系統(tǒng)

投餌機(jī)是投餌系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，從應(yīng)用范圍可分為池塘投飼機(jī)、網(wǎng)箱投飼機(jī)和工廠化養(yǎng)魚自動(dòng)投飼機(jī)；從投喂飼料性狀分為顆粒飼料投飼機(jī)、粉狀飼料投飼機(jī)、糊狀飼料投飼機(jī)和鮮料飼料投飼機(jī)；根據(jù)被投飼料的性質(zhì)不同可分成噴漿設(shè)備和顆粒飼料投飼設(shè)備兩類。

(來(lái)源： 水產(chǎn)設(shè)施養(yǎng)殖與裝備工程研究中心)