LY16型循環水養殖系統在養殖廢水水質調控再循環中的應用

石遠航 杜祥運 熊勇軍

摘要：以夾巖水利樞紐工程魚類增殖放流站LY16型循環水養殖系統為研究對象，采用轉盤式微孔過濾器、集成式生物過濾器和旋渦式增氧機等設備，結合工程需要，對循環水養殖系統的設計原理、設備構成和數據處理進行解析，以期實現魚苗培育、人工繁殖及孵化達到回用水水質條件，符合養殖魚類生長繁殖需求。結果表明：懸浮物平均去除率達到68.09%，氨氮和硝氮平均去除率達到75.02%和77.04%，pH值偏弱堿性，總大腸菌群平均去除率達到92.64%，溶氧量平均增加率為35.5%，水溫不高于22℃。處理后循環水各指標均符合執行標準。

關鍵詞：循環水養殖系統;水質調控;工藝設計;設備應用;夾巖水利樞紐工程;貴州省

中圖法分類號：S959文獻標志碼：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2020.09.026

Abstract：Taking LY16 type circulating aquaculture system of Jiayan Hydro-complex Project as the research object， the design principle， equipment composition and data processing of the recirculating aquaculture system were analyzed by using rotary microporous filter， integrated biological filter， vortex aerator and other equipment in combination with the needs of the actual project， so as to realize the up-to-standard quality of recycled water which meet the requirement of the fish growth and propagation for fry cultivation， artificial propagation and hatching. The results showed that： the average removal rate of suspended solids by the system reached 68.09%， the average removal rate of ammonia nitrogen and nitrate nitrogen reached 75.02% and 77.04%， the pH was slightly alkaline， the average removal rate of total coliform group reached 92.64%， the average increase rate of dissolved oxygen was 35.5%， and the water temperature was not higher than 22 ℃. All indexes of the treated circulating water meet the executive standard.

Key words： recirculating aquaculture system; water quality control; technology design; equipment application; Jiayan Hydro -complex Project; Guizhou Province

大壩建設對各種洄游性魚類繁衍構成了威脅，為保護水電站開發流域的魚類，一般采取修建魚類增殖放流站的措施。夾巖水利樞紐及黔西北供水工程（以下簡稱“夾巖工程”）魚類增殖放流站為環境保護專項工程，站內主要建筑物由蓄水池、人工繁殖及孵化車間、魚苗培育車間、親魚培育池、魚種培育池、生態魚池、活餌培育池以及防疫隔離池等組成。主要放流對象為四川裂鰒魚、昆明裂鰒魚、云南光唇魚和白甲魚等。因所繁殖魚類喜好流水或急流生境，采用流水養殖方式更接近天然生境，水質是水產養殖的關鍵，優質水質不僅為水產養殖提供了環境，同時還消耗了水產對象的排泄物。此外，該工程所在六沖河流域的水環境功能區劃為Ⅱ類，現狀水質為Ⅱ類，養殖棄水不能外排[1-2]。綜合比較循環水養殖模式、靜水養殖模式和流水養殖模式的優缺點，并考慮增殖放流站的需求，最終選擇循環水養殖模式。

隨著環境污染加劇，水產養殖面臨水質污染風險增加，對深化調控技術的需求也越強。循環水養殖系統發展起來后，水質調控再循環技術的優勢得以凸顯，成為當前水產養殖先進生產力的發展方向[3]，目前相關研究主要集中在在池底排污、生物凈化等方面。隨著技術發展加快，呈現出普及化、產業化等特點[4]。

1 水污染物監測

以魚苗培育車間為例，該車間水體按照約200 m3設計，系統采用2.0循環水處理系統，處理量為80 t/h，每日系統換水量和損耗量約為系統水體的12%，即20 m3。根據冷水魚生活習性，水處理設備進、出水口的水質監測重點為：水體的懸浮物、pH、溶氧量、硝氮、氨氮、溫度及總大腸桿菌群等指標。水質執行標準參照GB 11607-89《漁業水質標準》，并結合昆明裂鰒魚、云南光唇魚、白甲魚等魚類生活習性執行[5]。采用SW/FW-III型環境水質有線監控系統對車間出水設備處理效果進行監測、水體存留時間做了9組實驗，系統觀察、檢測和分析。SW/FW-III型環境水質有線監控系統主要由現場專用多參數水質監測儀、水環境監控軟件和現場監控電腦及工業以太網絡組成。

由于繁殖對象種類不同，對水質條件的需求也有差異，水質各指標因子調控內容及方式隨之發生改變[6]。根據原水水質監測數據（見表1），水溫、溶氧、pH值和氨氮以及硝氮含量均不符合執行標準，不適合冷水魚繁殖。有研究表明，在魚類生活史中，從魚類懷卵量、催產量、受精率、孵化率、種苗培育至放流規格的成活率均受到水溫、溶氧、pH值的影響[7]。而在循環水養殖系統中，水質受到3項關鍵因素的影響：①以魚類排泄物、殘餌等為主要成分的物理因子;②以pH值、氨氮、亞硝酸鹽等有害物質為主要成分的化學因子;③以魚類、微生物為主的生物因子。為保證魚類的生長和繁殖行為，循環水養殖系統中水質調控極為重要。

2 系統工藝

2.1 LY16-8500型循環水養殖系統配置

循環水處理設備主要包括：轉盤式和轉鼓式微孔過濾器、集成式生物過濾器、過流式紫外線消毒器、旋渦式增氧機和熱泵型水冷暖機等。LY16型循環水養殖系統性能參數見表2。

（1）轉盤式微孔過濾器。型號ZP1200-4-9，主體為SUS304不銹鋼材料制造，標準型外型尺寸為1.9 m×1.64 m×1.55 m（長×寬×高），設備過濾流量分別為90 m3/h，主要用于去除水體中懸浮的固形物，配備定位自動反沖洗裝置包括自動控制器、高壓噴頭、高壓沖洗水泵，反沖洗日耗水量1 m3/d。

（2）轉鼓式微孔過濾器。主體為SUS304不銹鋼材料制造，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包括自動控制器、高壓噴頭、高壓沖洗水泵，反沖洗日耗水量小于1 m3/d。

（3）集成式生物過濾器。型號IBF-PPB-2.0或IBF-PPB-1.0，主要由浸沒式生物過濾和雨淋式生物過濾組成，具有比表面積大、掛膜時間快，水力停留時間長、生物降解充分等特點。主體設備分成多個水箱，進水從一個水箱流入另一個水箱，布水均勻，水力停留時間長，處理能力強。

（4）過流式紫外線消毒器。型號ZY2100，腔體材料為316L不銹鋼材質，主要配備時間累計器、紫外線強度檢測儀、系統紫外強度不足報警裝置、手動清洗裝置、腔體過熱保護裝置，高純度石英套管等。紫外劑量大于32 mj/cm2;燈管壽命終點8 000 h。

（5）旋渦式增氧機/羅茨鼓風機。規格2.2～7.5 kW，主要用于為系統設備及養殖缸等輸送氣體，是養殖系統、循環水處理系統供氣的重要設備。該設備齒輪精度高，消音裝置獨特，噪音低，氣室內無油接觸，輸出的氣體更純凈。

（6）熱泵型水冷暖機。規格25 000 m3/h，作為系統控溫設備，采用全封閉渦旋式壓縮機、高壓保護、過電流保護、水流量保護和防凍保護要求進行設計。其中，制冷量66 kW，制熱量72 kW，總輸入功率21 kW，水流量11 m3/h，控制水溫在10 ℃～22 ℃以內，能精確控制水溫±1 ℃。

2.2 工藝流程

工藝流程見圖1。

（1）養殖培育缸中的養殖退水通過水頭落差自流進入轉盤式微孔過濾器;經過轉盤式微孔過濾器過濾掉養殖退水里的懸浮顆粒、小分子顆粒。循環回水進入循環水養殖系統必須采取預處理措施。由于懸浮物主要來自于餌料、糞便、泥沙以及微生物群落，富含各種形態的碳氮化合物。由于懸浮物具有較高的附著性，預處理可防止大的懸浮物進入后續處理環節，造成設備的堵塞，影響設備運轉效率。此外，通過在水中溶解或微生物分解，產生大量氨氮、硝氮，改變水體pH值[8-9];更重要的是懸浮物的存在給耗氧微生物提供了良好的生存環境，導致水體中耗氧微生物大量繁殖，耗氧微生物所消耗的溶解氧也隨之增加，清除懸浮物有利于減少溶解氧的消耗。因此，通過預處理及時清除循環水體中積存的懸浮物，不但有利于改善水體物理特征，可最大程度地分離污染物，還對循環水體化學環境起到預處理作用，更是對實現養殖水體溶氧供需平衡起著關鍵作用，使處理系統降低運轉負荷，提高循環水處理效率。

該循環系統采用的轉盤式微孔過濾器是以耐腐蝕的化纖或金屬織物為過濾介質的物理過濾器，用于去除污水中懸浮的固形物。過濾器在初始進水時轉盤處于靜止狀態，當水中的懸浮物截留在轉盤濾布的內側面上時，隨著過濾布內的殘留物質增多，過濾盤內的液位開始增高，液位達到一定高度后，過濾轉盤開始緩慢轉動，同時啟動反沖洗裝置，懸浮物、細小顆粒等截留污物被沖入收集槽內并排出，轉盤式微孔過濾器以連續進水、周期式轉動沖洗、連續出水的方式在線運行。

（2）處理后的水通過水頭落差自流進入集水池，水泵將集水池中的水提升到集成式生物過濾器，養殖退水在集成式生物過濾器中通過硝化細菌的作用，降解水體中的氨氮。該循環系統采用的集成式生物過濾器屬于水產養殖循環水處理系統中的生物過濾環節，養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節去除[10]。集成式生物過濾器能保證必要的硝化細菌種群生長，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，適用于淡水魚養殖。

（3）利用水頭落差進入紫外線消毒系統，殺滅水體中的細菌及有害微生物。紫外線能作用于整個微生物，破壞微生物的DNA結構，阻止微生物DNA的光復活和暗修復，從而實現永久滅活。

（4）自流到養殖培育缸。與此同時，旋渦式增氧機補充水體中的氧氣。

3 結果及分析

（1）水溫。研究表明，在一定范圍內溫度每升高10℃，冷水魚代謝的速度將增快2～4倍[11]。該系統繁殖對象一般為冷水魚，適應其生長繁殖的水溫不宜超過22℃，但在系統中處于人工繁育條件下，脫離了原自然生長環境，水源溫度往往在20.5℃～27℃，大都高于水溫執行標準的上限22℃，使冷水魚生長、發育等一系列生命過程受到水溫影響，故系統采用熱泵型水冷暖機調控水溫環境。經處理后水溫在16.2℃～20.7℃，符合水溫執行標準，LY16型循環水養殖系統運行水質監測結果見表3。

（2）懸浮物。處理前懸浮物含量為42～108 mg/L，不同程度高于執行標準。懸浮物超標主要是因為在循環水養殖系統中存在魚類排泄物、殘餌、泥沙、微生物群落等。經處理后懸浮物含量為17～29 mg/L，懸浮物平均去除率達68.09%，符合懸浮物執行標準。

（3）溶氧量。處理前溶氧量為4.20～5.69 mg/L，整體低于執行標準6 mg/L。溶氧量偏低主要與魚類呼吸及水體微生物群落耗氧有關。循環水體中，魚類呼吸耗氧以及耗氧微生物生長、繁殖會逐漸消耗水體中的溶解氧，溶氧量不斷下降[12]。經處理后溶氧量為6.20～6.81 mg/L，溶氧量平均增加率為35.5%，符合溶氧量的執行標準。

（4）氨氮和硝氮。處理前氨氮和硝氮分別為0.04～0.09 mg/L和0.05～0.07mg/L，均高于執行標準的0.02 mg/L，經處理后氨氮以及硝氮含量均在0.01～0.02 mg/L，平均去除率達到75.02%和77.04%，符合氨氮和硝氮的執行標準。

（5）pH值。處理前pH值為6.9～7.2，整體低于7.5～8.5的執行標準，偏酸性。經處理后pH值在7.8～8.0，有所上升，偏弱堿性，符合pH值7.5～8.5的執行標準。

（6）總大腸菌群。主要指與魚類存在競爭關系的耗氧微生物以及對魚類有致病作用的總大腸桿菌[13]。處理前總大腸菌群為6 000～13 900個/L，經處理后總大腸菌群為130～900個/L，總大腸菌群平均去除率為92.64%，符合總大腸菌群的執行標準。

4 結 語

夾巖工程魚類增殖放流站養殖循環水中，制約冷水魚類生長的主要物質有懸浮物、pH值、溶氧量、溫度、總大腸桿菌群、氨氮及亞硝酸態氮等。LY16型循環水養殖系統以物化和生化處理相結合的組合工藝，通過采用轉盤式微孔過濾器懸浮物平均去除率達到68.09%，能充分保證污水和凈水的隔離;集成式生物過濾器通過合理的配流結構集成了浸沒式生物過濾和雨淋式生物過濾的功能，水力停留時間長，生物降解充分，同時分離掉水體中的有害氣體（氨氮和硝氮），pH值有所上升;紫外線消毒系統對總大腸菌群的平均去除率達到92.64%，殺菌能力強;旋渦式增氧機補充水體的氧氣，溶氧量平均增加率為35.5%;熱泵型水冷暖機精確控制水溫，保證循環水水溫不高于22 ℃。懸浮物、pH值、溶氧量、溫度、總大腸桿菌群、氨氮及亞硝酸態氮等指標均符合執行標準。

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（編輯：唐湘茜）