高位池循環水處理工藝節能優化設計

文 / 頡曉勇 中國水產科學研究院南海水產研究所，廣東省漁業生態環境重點實驗室，農業部南海漁業資源開發利用重點實驗室

鐘金香 于培松 廣東省水產技術推廣總站

李純厚 中國水產科學研究院南海水產研究所，廣東省漁業生態環境重點實驗室，農業部南海漁業資源開發利用重點實驗室

姜漢平 廣州市創領水產科技有限公司

對蝦養殖產業是我國水產經濟中一項主要內容，高位池養殖模式在我國南方養蝦產業中占有重要地位。近10多年來，高位池養殖模式規模化發展，養殖廢水大量排放，日益對近海海域造成污染，部分地區形成惡性循環。據估算高位池養殖利潤60%以上來自無償使用生態環境資源。本研究在國內首次創立高位池循環水養殖模式，在生產試驗過程中對養殖水體中部分理化水質指標以及浮游生物變化情況進行了跟蹤監測，摸索了不同循環處理能力與養殖面積、養殖效果之間的對應關系。在高位池循環水養殖模式構建成功的基礎上，針對推廣應用過程中的運行成本問題，開展循環水處理工藝節能創新與養殖生產試驗。本文重點介紹高位池循環水處理工藝流程設計節能優化情況，探討高位池循環水養殖模式推廣應用相關問題。

1 對蝦養殖自身污染

生產性對蝦池塘養殖系統中，對蝦的攝食、排泄活動和代謝產物的分解轉化通常都在同一個池塘中進行。為了保障對蝦的正常生長，必須往池塘中投入大量的配合飼料以及肥料、消毒劑、治療劑、調節劑、添加劑等，這些投入品會造成養殖池塘的自身污染。廣東省的普遍情況是，管理良好的對蝦生產其飼料系數平均約為1.3，即養成1kg對蝦需要1.3kg營養值合理的配合飼料，相應進入養殖環境的飼料干物質為882.25g，其中粗蛋白質315.7g、粗脂肪57.25g、粗纖維52.0g、粗灰分191.55g、碳水化合物265.75g，這些物質以對蝦排泄物、殘存飼料的形態進入養殖池塘。廣東省是我國主要的對蝦養殖基地，按2008年廣東省池塘對蝦養殖產量260088噸計算，當年對蝦養殖需向養殖環境排入飼料干物質22.95萬噸，其中粗蛋白質8.21萬噸、粗脂肪1.49萬噸、粗纖維1.35萬噸、粗灰分4.98萬噸、碳水化合物6.91萬噸，自身污染程度相當驚人。根據對浙江、福建沿海的對蝦養殖調研表明，對蝦養殖廢水一般采取直接排出的方式，由于受成本、養殖觀念等因素限制，大部分企業尚未對排放廢水進行有效處理，其它地方的排污情況與此類似，養殖污染已經成為近岸海水污染的一個重要來源。

2 對蝦高位池循環水處理工藝節能優化

高位池養殖模式在中國南方對蝦養殖產業中占據重要地位，但是在本研究之前尚沒有見到高位池循環水養殖方式探索的報道。國內文獻資料中較多出現工廠化養殖，多指車間養殖。無論各個地方采用的工廠化養殖技術細節如何變化，其本質仍是一致的。缺乏適合的水處理設備系統制約了高位池養殖產業的可持續發展，對浙江、福建沿海的對蝦工廠化養殖調研也表明了類似的情況。筆者以發明專利“多功能循環水處理設備”為核心構建高位池循環水養殖模式，實現了對傳統高位池養殖技術和養殖模式的重要創新。

國內的工廠化養殖模式經過多年的發展卻依然存在諸多問題，其中之一即循環水養殖系統運行成本過高，現有的節能降耗技術在基于生物膜硝化反應的循環系統中潛能有限。因此，在高位池循環水養殖模式創新的基礎上，以節能降耗為目標開展進一步的水處理工藝節能優化，避免工廠化養殖面臨的系統運行成本過高造成工廠化循環水養殖技術規模化應用困難的問題，對于高位池循環水養殖模式的推廣應用具有重要意義。

基于此，在中國水產科學研究院南海水產研究所深圳試驗基地，優化設計高位池循環水處理工藝，建立如圖1所示高位池循環水養殖系統，采用節能降耗與提高水處理效率的創新工藝，其中勢能增氧和回流增氧2個環節在無需額外耗能的情況下提高養殖水體中的溶解氧含量，從而降低循環水養殖系統運行成本，更易為養殖生產者所接受。

圖1 高位池循環水處理系統工藝節能優化設計

3 高位池循環水處理節能優化工藝養殖效果

中國水產科學研究院南海水產研究所深圳試驗基地2010年開始在開展高位池循環水處理工藝優化及養殖生產試驗。自2010年6月底放養南美白對蝦蝦苗至2010年10月初收成，采用經過優化設計與改造的高位池循環水處理系統。養殖全過程實現全封閉循環水養殖，養殖期間不使用藥物，優化并維持了穩定的水質環境、營造了良好的浮游藻相、顯著降低了環境污染，促進了對蝦健康生長。試驗池塘與對照池塘各2個，每個池塘面積為0.12 hm2，水深1.8～2.2m，并配備1臺水車式增氧機，同時底部微孔曝氣式管道增氧，增氧功率為0.98 kW/hm2。投放凡納濱對蝦蝦苗密度為150萬尾/hm2。循環水處理池塘養殖成活率平均79.5%，1號對照塘養殖成活率65.4%，2號對照池塘養殖因病害問題生產失敗而排塘。

4 討論

4.1 對蝦養殖與節能減排技術的相互影響

對蝦是人們生活中的一種重要食品，隨著生活水平提高，對蝦的需求量越來越大，對蝦養殖成為提高蝦產量的重要途徑。廣東沿海重要的海水養殖區大多分布于沿海港灣和河口水域，這些水域也是沿海陸源污染物和海上排污的主要受納場所。同時，隨著對蝦養殖規模的不斷擴大和集約化程度提高，養殖廢水排放引起的水體富營養化問題日益突出，養殖污染已成為近岸海水污染的一個重要來源，養殖自身污染物減少排放技術研究與應用接近空白。富含營養物質的農業污水也隨地表徑流進入沿海水體，致使局部海域水質惡化嚴重，造成近海水域富營養化與赤潮頻繁發生，生態平衡受到破壞。20世紀80年代對蝦養殖產業蓬勃發展，有資料表明同期廣東沿海無機氮的濃度呈顯著增長趨勢，赤潮危害次數增加、范圍增大、程度加重，1992年首先在福建沿海發生養殖對蝦病毒病，1993年蔓延到全國沿海，大面積暴發性流行病致使對蝦養殖產量減少一半多，造成巨大經濟損失，給養蝦產業帶來沉重打擊。

科技進步成為拉動對蝦產業走出低谷的重要動力。對蝦的病害防治引起人們的重視，不斷研究病害防治措施和提高養蝦技術。高位池養蝦技術較好地實現了外圍養殖環境對于養殖生產系統的影響，與污物減排相關的技術措施包括：①四邊堤壩的內坡多采用鋪砌水泥預制塊的方法護坡和防滲, 池底鋪設聚乙烯塑料薄膜，隔斷池塘污物對養殖水體的影響；②池底的高程通常比海水的最高潮位線高，蝦池的清塘消毒完全、徹底，養殖過程中可進行定期排污，減少池塘養殖水體的污染負荷。高位池養殖技術的推廣使養蝦產業逐步恢復，1999年養蝦產量與災害前產量相接近。但是在高位池養殖污染物減少排放方面的技術開發與應用卻極為有限，多數養殖企業的養殖污水未經處理直接排放到自然環境，長期積累給對蝦養殖產業的健康可持續發展埋下隱患。

高位池循環水養殖技術應現實需求而生。通過采用機械過濾、生化處理等技術手段，分離和去除高位池養殖系統中產生的過量餌料、動物糞便、排泄物和生物遺骸等污染物來源，有效地降低了養殖自身污染，達到提高養殖生產經濟效益和減輕養殖污染物排放的目的，從而實現對蝦養殖產業的可持續發展。農業節能減排是國家節能減排戰略的重要組成部分，是現代農業建設的重要內容。本研究對高位池循環水處理工藝進行節能優化設計與改造，是推進對蝦高位池養殖減排技術規模化應用的必要技術基礎，代表了當前高位池養殖在工程化減排技術方面的最新科研成果，屬于農業節能減排技術研究的范疇。

4.2 高位池循環水養殖模式推廣的技術問題

我國的水產養殖企業總體上還沒有真正面臨環境保護對排放的限制和壓力, 除非發生特定水域惡性污染問題，養殖企業的排放不受法律、法規的制約, 大部分養殖系統對排放沒有限制措施。當前循環水減排養殖模式的推廣有賴于兩方面因素：1、促進建立養殖污染物排放方面的法律法規，為硬性約束生產企業減少養殖生產排污提供法律依據；2、完善減少養殖污染的技術基礎，同時提高養殖生產效益，宣傳、吸引生產者主動采用循環水養殖生產技術，達到環境保護與養殖生產可持續發展的目標。

溶解氧（DO）是對蝦養殖環境中最主要的環境因子之一，它直接或間接影響著對蝦的存活及生長，也是影響其它環境因子的因素之一。高位池養殖一般采用高密度精養模式，相較其它養殖環境，溶解氧具有更為重要的意義，低溶氧是導致凡納濱對蝦產生疾病和生長不良的主要因素，缺氧則往往容易造成“翻塘”事故。高位池循環水養殖，在降低養殖水體中殘留污物含量的同時，增加了養殖水體的循環流動，在經過本研究節能優化設計之后，進一步增加了4個提高水體溶解氧含量的步驟：①勢能增氧，在水流通過多功能水處理器時增加水體與空氣的混合度從而增加溶氧；②臭氧殺菌過程提高處理后水體的溶解氧；③回流增氧，在水處理程序完成水流進入池塘的環節通過噴淋的方式，提高了養殖池塘中水氣混合度；④池底鋪設微孔增氧管，提高溶氧效率。提高養殖水體溶解氧含量，有助于縮短養殖時間、提高生產效益、降低養殖生產風險。

影響高位池循環水養殖模式推廣應用的問題還包括相應增加的生產成本，包括設備成本和運行成本。采用發明專利“循環水處理器”建立的高位池循環水養殖系統，與之前國內所建立的其它工廠化養蝦系統相比，所用設備減少，相應設備成本和運行成本都有一定程度的下降。但是高位池養殖生產者中有相當部分是個體經營模式，企業規模較小，因此在后續的研究中進一步研發循環水運行成本對于高位池循環水養殖模式的推廣應用具有重要意義。