工业化循环水养殖
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封闭循环水养殖水处理系统介绍

我国是海洋水产大国,2006年我国的海水养殖产品总量达1436万吨,约占世界海水养殖产品总量的60%以上,为我国13亿人口的食品安全做出了贡献。但我国不是海洋水产强国,这主要表现在海水养殖业普遍存在的设施陈旧、简陋、生产工艺不成熟、生产率低、生产稳定性差、养殖过程病害频发、养殖生产环境污染严重、养殖产品品质下降等方面。

 

发展新的养殖技术和养殖模式,使水产养殖过程更为“环境友好”已成为海水养殖业亟待解决的关键问题。工厂化养殖被普遍认为是解决环境污染、提高产品质量的有效途径。养殖企业也希望通过发展工厂化养殖,能够实现可持续发展,特别是能适应全球开放市场的需求和进一步降低生产成本。我国现有的海水工厂化养殖,基本是采用开放式流水生产,处于工厂化养殖初级阶段。其特点是用水量过大,对水质的前处理简单,产量难以提高,绝大多数养殖单位不设后处理,养殖废水直接排放入海,造成海区污染并危及企业自身的持久生存。为此,从保护环境和持续利用资源的全局出发,走封闭式循环水工厂化养殖之路,改变目前的生产现状,彻底改善养殖生产与环境保护之间不协调的关系,才是最佳的出路。

 

封闭循环水养殖(Recirclingaquaculturesystem,RAS)通过综合集成现代生物学、建筑学、化学、电子学和工程学等领域的技术,机械过滤、生物过滤去除养殖水体中的残饵、粪便以及NH3-N、NO2-N等有害物质,再经消毒增氧、去除CO2、调温后输回养殖池实现养殖用水的循环利用,这样可大大节约水资源,使养殖水体持续保持高溶氧状态和稳定的水质环境,显著提高单位水体生产力。

 

在封闭循环水养殖系统中,需要控制总氨氮(TAN)、悬浮物、溶解性有机物以及二氧化碳(CO2)等代谢物的积累,循环水养殖所需要的水处理单元取决于水循环利用率、经济性和养殖对象的水质要求,典型的循环水养殖系统的处理单元包含悬浮颗粒物去除(机械过滤)、气体控制(氧气供应,CO2去除)和生物处理(生物过滤的氨硝化反应和消毒)等。

 

封闭循环水工厂化养殖无论是用水量还是占地面积均要显著低于池塘养殖和开放式流水养殖模式,并可大大提高养殖密度;另外工厂化养殖把外来污染源和病原体的危害降低到最小程度,生产环境稳定,可生产出完全符合国际标准的优质无公害产品,并通过对养殖废水的资源化处理,减少养殖生产对环境的污染,实现环境友好。

 

实验对象

大菱鲆属于鲽形目鲆科,英文名Turbot,山东、广东等地又称为蝴蝶鱼或多宝鱼。身体扁平近似圆型,双眼位于左侧,有眼侧呈青褐色,具少量皮刺;无眼侧光滑白色,背鳍与臀无硬体且较长;头部及尾鳍均较小,身体中部肉厚,内脏团小、出肉率高,整个身体的可食用部分比同类鱼多。大菱鲆属于北欧冷水鱼类,是一种名贵的比目鱼,该鱼对温度等海水指标要求较严,全国仅山东半岛少数地区适合养殖。大菱鲆最高致死温度为28-30℃;最低致死温度为1-2℃;最高生长温度为21-27℃;最低生长温度为7-8℃;最适生长温度为14-17℃,其对盐度的耐受力最高为40‰;最低为12‰。大菱鲆在自然环境状态摄食习性为肉食性,幼鱼期摄食甲壳类;成鱼则捕食小鱼、虾等。在人工养殖条件下,经驯化主要投喂高能颗粒配合饲料。

 

大菱鲆雄性一年达到性成熟,雌鱼二年达到性成熟,自然成熟期在每年5-8月份。人工培养的亲鱼,在控温控光的条件下,全年都可获得成熟的卵子,目前进行人工繁殖的采用人工授精方法。

 

大菱鲆生长迅速,从产卵孵化到养成商品鱼出售(0.8-1斤)仅需10-12月时间,而且其经济价值高、饵料转换率高、抗病力强、耗氧量低、适合高密度养殖,是个很有发展前途的优良养殖品种。1992年由中国水产科学研究院黄海水产研究所引进我国,目前工厂化养殖大菱鲆已成为我国海水养殖的重要产业。

 

封闭循环水系统

封闭式循环水养殖系统(以下简称循环水系统)概念有两个主要部分,一是循环,一是封闭。循环水是指同一养殖水体经过养殖系统内部的处理过程后循环使用。封闭是指此养殖环境既不受外界水源和气候制约,又不对外界环境产生危害。由于循环的需要,养殖系统本身有充分的能力改变和控制养殖水环境,从而达到与外界封闭的效果。

 

循环水系统的最重要的功能是给生活在其中的动物提供一个健康环境。维持这个功能需要系统有不同的装置处理污染物,以保持水质干净,有充足的氧气、适宜的温度范围和恰当的水化学参数。循环水系统里的污染物主要来自于饲料,水生动物(以鱼类为例)只能消化和吸收所喂饲料的一部分,其余部分转化为排泄物和二氧化碳,排泄物中有三项指标对循环水系统的运行有直接影响。一是氨氮,可使鱼中毒。二是悬浮颗粒,既可直接影响鱼的健康,尤其是冷水鱼,又会增加生物过滤器的负担。三是有机物,其降解过程消耗氧气。因此一个循环水系统的基本装置包括生物过滤器、悬浮物分离去除装置和增氧装置。生物过滤器的主要功能是通过细菌的作用,将氨氮转化为一般不具毒性的硝态氮,在转化氨氮的时也具有分解有机物的作用。其它辅助装置包括消毒,除去二氧化碳的装置和抽水设备如水泵。

 

本封闭循环水系统设置在养殖场,抽取地下井海水,经过曝气砂滤进入实验系统,理化指标符合车间养殖品种的要求。在养殖过程中,循环水量每天20个循环,鱼苗为养殖场亲鱼培育的一月龄大菱鲆。

封闭循环水养殖试验系统平面布置图

地下自然海水经过杀菌消毒后首先进入循环水系统的养殖槽,然后养殖槽内含水生生物粪便、饲料残饵等的海水进入残饵粪便收集器,大型悬浮颗粒物在此处被分离出循环水系统,之后海水再经初级过滤器去除细小颗粒物后进入循环水系统的给水箱,再由潜水泵将海水送至蛋白质泡沫分离器,同时蛋白质泡沫分离器通入压缩空气进行蛋白分离,之后海水进入二氧化碳去除器去除其中的酸性物质,再流经紫外线杀菌器进行杀菌消毒,然后到调温箱进行适当的温度调节,再进入整个循环水系统中最核心的部分——生物滤箱,在生物滤箱中氨氮转化为一般不具毒性的硝态氮,在转化氨氮的同时分解海水中的有机物,最后经过流量计后进入养殖槽。此后海水在整个封闭系统中进行循环,同时系统定期向外排出部分污水,适时补充新水,系统新补水量应等于系统外排水、蒸发水与损失水之和,总计约占整个循环系统水量的10%。

 

我国的渔业工厂化养殖起步较晚,有关工程设计的理论和方法与国际水平还有一定差距,快速去除水溶性有害物质和高效增氧是养殖生产的核心问题,也是摆在渔业及环保科研工作者面前的重大课题。发展工厂化养殖是可持续渔业发展必然要求,是产业化有效途径。虽然在某些水质指标上与传统的流水开放式养殖系统相比还存在差距,但封闭循环水养殖系统更加高效、高产、安全、环保、节约土地和资源,工厂化养鱼正在全球形成蓬勃发展的产业,引起世界范围的重视。这是一个跨行业、跨世纪的产业,也是响应党的号召,坚持科学发展的产业,应该加快发展这一高科技渔业的步伐。

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