封閉式循環水養殖系統工程的構建與集成

?；?常杰+賈玉東+雷霽霖

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

關鍵詞：設施型;循環水養殖系統;水產養殖業

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，從事海水魚類養殖學研究。E-mail： leijl@ysfri.ac.cn。

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

1 RAS構建目標、類型

1.1 RAS構建目標

研發具有投資小、運行成本低、易管理、效益高、產品安全、節能減排等優點的養殖模式，是當前我國循環水養殖業的發展目標。

1.2 RAS構建類型

RAS構建類型分為設備型循環水養殖系統、設施型循環水養殖系統，其中設備型循環水養殖系統以發達國家成功運行的養殖系統為出發點，按照不同養殖魚類的生活習性、水體流態以及水處理工藝特性，將其歸類為常規游泳性魚類、鲆鰈類、鮭鱒類、鰻鱺等4種典型魚類的循環水養殖系統工藝[6]，其工藝流程為養殖池→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→養殖池（圖1）。

1.3 設施型循環水養殖系統代替設備型循環水養殖系統的可行性

發達國家的循環水養殖系統主要靠系統設備來運轉維護，購買系統設備費用及運轉費用較高，導致發展中國家推廣設備型循環水養殖系統面臨諸多困難。從節約成本、節能角度來考慮，水處理設備、系統設施改造措施如下：在養魚池末端增加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，使用液態氧替換制氧機。循環水養殖系統構建以及系統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。將系統設施進行改造優化，合理設計或增建進水、排水系統的設施高位差，使整個系統內只保留一級提水泵，其他均采用系統設施高程差自流完成，降低系統的運行成本，達到高效、節能、減排的目的。

2 RAS構建和設施設計

設施型循環水養殖系統是室內養殖，車間通常由養殖設施、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→養殖池。

2.1 養殖車間

一般的循環水養殖車間寬度為15 m、長度為80 m，根據設計場地的大小決定車間大小。車間大體分為養殖區、水處理區、操作管理區等3個區域。車間內設1～2套循環水養殖系統，每套系統配置8～12個養殖池。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 養殖區

養殖區由多個養殖池和進排水管道等組成。循環水養殖池多采用圓形或圓角形養殖池，圓角形養殖池的圓角半徑應大于養殖池半徑的一半，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。養殖池壁要求做5層防水處理，池面光滑、不掛臟，建議用養殖池專用涂料粉刷池內，以防污物、細菌等致病源藏躲其中，以減少病害發生。循環水養殖車間的管道系統包括進水管道、回水管道、外源水補充管道[7]。

2.3 水質處理區

水處理區由大顆粒過濾池（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水系統中，會導致養殖水水質惡化。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，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、生物包培養是循環水養殖系統工程的關鍵環節[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殖水中的有機質、銨態氮、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殖水pH值下降，養殖水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的末端，養殖水經過增氧池后直接進入進水主管流向養殖池。水質自動在線監測系統可以幫助人們實時了解系統內水質指標變化情況，并根據水質指標及時作出調整，同時，水質在線監測系統還可以與氣浮泵、紫外消毒器、臭氧發生器、自動投餌機及外源水補充閥聯動，真正實現自動化、工業化養殖。endprint

2.4 操作區及其他

操作區主要包括飼料室、消毒間、值班室、監控室、儲藏間。車間包括燈光照明系統、通風系統。為了節約成本，通常設計日常管理燈、養殖操作燈2套燈光系統。

3 RAS運行生態原理與飼料攝入

循環水養殖系統是菌魚共生的小生態系統[11]。利用三級過濾池來進行生物凈化處理，不但是養殖水處理系統的核心，也是養魚的基礎。循環水養殖系統建好并調試完畢后，如何快速培養生物膜、構建穩定的生物凈化功能是啟動循環水養殖系統的前提。放養健康優質苗種，保持系統內各項水質指標穩定，科學投喂高營養價值飼料是預防疾病發生的重要措施[12]。一旦發病，切忌在系統內使用任何抗生素，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病魚及養殖池脫離循環水養殖系統，在系統外完成病魚治療和養殖池消毒后再并入循環水養殖系統。

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殖，大多是“溫室大棚 + 深井海水”流水養殖模式，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水養殖模式或半循環水養殖模式。其中海水鲆鰈類工業化養殖已經形成了較為成熟的產業化運作模式[13]。除少數魚類養殖采用循環水養殖系統外，大多數魚類仍屬于粗放式、高能耗、高污染、低密度的工廠化養殖方式，急須建立節能減排、質量安全的養殖模式。我國作為水產養殖大國，開發和推廣全封閉循環水養殖模式，推進水產養殖技術向高端、精準、節能、高產方向發展具有重要意義。

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