工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)的構(gòu)建及應(yīng)用

吳小軍， 呂 軍， 吳 杰

（1.河南省水產(chǎn)科學研究院 鄭州450044； 2.浚縣畜牧局 河南鶴壁458000）

傳統(tǒng)的水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)占用了大面積的水域資源,且容易受到自然災(zāi)害的影響, 造成重大的經(jīng)濟損失。高密度的養(yǎng)殖雖然在短期內(nèi)能取得較高的經(jīng)濟效益,但養(yǎng)殖過程中有害物質(zhì)的大量積累,對環(huán)境造成了一定的影響,也給水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展帶來了較大的風險和困難,水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)作為農(nóng)業(yè)經(jīng)濟重要支柱之一,正面臨產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和升級的問題。為加快推進水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)綠色發(fā)展，促進產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部把養(yǎng)殖尾水循環(huán)再利用比傳統(tǒng)養(yǎng)殖節(jié)水95%以上、節(jié)地90%以上的“工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖”作為生態(tài)健康養(yǎng)殖模式之一進行了大力推廣。但我國工廠養(yǎng)殖目前受水處理成本的壓力，大多以流水養(yǎng)殖、半封閉循環(huán)水養(yǎng)殖為主，真正意義上的全封閉循環(huán)水養(yǎng)殖較少。本文對工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)及實際應(yīng)用進行介紹和分析，以期達到拋磚引玉的作用。

1 工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖的概念

工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)在國外被稱為循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)RAS(Recirculating Aquaculture Systems)。

工廠化循環(huán)水綜合利用了機械工程學、生物學、養(yǎng)殖水處理、現(xiàn)代檢測技術(shù)等對水產(chǎn)品進行高密度、集約化生產(chǎn)。經(jīng)過科學合理的布局，充分利用物理方法和生物方法對養(yǎng)殖水體進行處理和循環(huán)再利用，達到無污染、零排放、高密度、可持續(xù)發(fā)展。

工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)融入了生物學、工程學、流體力學、環(huán)境工程學、信息學等多種學科的知識，是一個多學科，多領(lǐng)域技術(shù)交叉，具有較強技術(shù)含量的系統(tǒng)。工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)是以工業(yè)化手段主動控制水環(huán)境，水資源消耗小、占地少、對環(huán)境污染小、產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)安全、病害少、密度高、養(yǎng)殖生產(chǎn)不受地域或氣候的限制和影響，資源利用率高，是高投入、高產(chǎn)出，實現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。它對改革水產(chǎn)養(yǎng)殖模式，保護環(huán)境都具有重要的現(xiàn)實和歷史意義。

2 工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)的構(gòu)成

在室內(nèi)建設(shè)養(yǎng)殖池及水處理設(shè)施，通過水處理設(shè)備對養(yǎng)殖水體進行物理過濾、生物凈化、殺菌消毒、脫氣增氧等一系列處理后循環(huán)再利用。主要包括：懸浮物的殘餌、糞便去除、可溶性有機污染物的去除、水體消毒、增氧、溫度調(diào)控等。車間選址、建造、系統(tǒng)配置及水處理工藝應(yīng)按照農(nóng)業(yè)農(nóng)村部漁業(yè)局水產(chǎn)行業(yè)標準：SC/T-6093-2019. 《工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖車間設(shè)計規(guī)范》進行。本文將以工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)養(yǎng)殖水體懸浮物及水體中有機物的去除進行詳細介紹。

2.1 養(yǎng)殖水體懸浮物及部分可溶解蛋白質(zhì)的去除設(shè)備及設(shè)施

2.1.1 三級沉淀池

可分為平流式和豎流式，利用折流的方式延長水流路徑，利用物理沉降的原理將大顆粒懸浮物沉淀到池底并由污泥泵排出的沉淀池。

2.1.2 微濾機

一種轉(zhuǎn)鼓式篩網(wǎng)過濾裝置，其利用一個外部附有一層致密篩網(wǎng)可以轉(zhuǎn)動的滾筒，由電機驅(qū)動，滾筒轉(zhuǎn)動時將顆粒懸浮物截留在篩網(wǎng)上由反沖洗水流將顆粒物沖入接污槽內(nèi)并流出轉(zhuǎn)筒，水體中的殘餌糞便得以有效的去除。

2.1.3 蛋白質(zhì)分離器

蛋白質(zhì)分離器是利用水中的小氣泡表面可以吸附水中小顆粒狀的懸浮物和部分可溶性蛋白質(zhì)的原理，利用充氧設(shè)備或旋渦泵或文丘里射流器產(chǎn)生大量的氣泡，這些氣泡上浮并集中在水體表面且形成泡沫，將吸附了污物的泡沫排出去從而將養(yǎng)殖水體中的懸浮去除。

2.1.4 氣浮機

氣浮機是利用溶氣釋放器在水中產(chǎn)生大量的微細氣泡，使空氣以高度分散的微小氣泡形式附著在懸浮物顆粒上，造成密度小于水的狀態(tài)，利用浮力原理使其浮在水面并由刮板刮出，從而實現(xiàn)固-液分離的水處理設(shè)備。

2.2 養(yǎng)殖水體有機物及氨氮的去除設(shè)備及設(shè)施

2.2.1 厭氧生化池（兼性生化池）

利用厭氧或兼性細菌將有機物進行水解、酸化和甲烷化，去除尾水中的部分有機物，并提高可生化性，有利于后續(xù)的好氧處理。工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)純粹的厭氧狀態(tài)很少，大多呈現(xiàn)兼性狀態(tài)。兼氧生化處理過程中，兼氧微生物只需要少量氧即可生長繁殖并對尾水中的有機物質(zhì)進行降解處理，厭氧生化池懸掛濾料大多為生物毛刷，且不曝氣。

2.2.2 MBBR生物膜反應(yīng)器

MBBR是一類新型的生物膜生化處理裝置，是在固定床反應(yīng)器、流化床反應(yīng)器和生物濾池的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種改進的新型復合生物膜反應(yīng)器。水體通過曝氣流動，水流呈完全混合態(tài)，池內(nèi)填充比重接近于水、比表面積大的聚乙烯或聚丙烯懸浮填料，填料上可附著大量的硝化和反硝化細菌，細菌的生長消耗了水體中大量的有機物水體得以凈化。濾池內(nèi)填充MBBR流化床生物濾料或改性聚氨酯海綿。

2.3 水體消毒

現(xiàn)階段工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)水體的殺菌多采用臭氧、紫外線殺菌。

2.4 紫外線殺菌

波長在240-280 nm范圍內(nèi)紫外線最具破壞細菌病毒中的DNA（脫氧核糖核酸）或RNA（核糖核酸）的分子結(jié)構(gòu)，造成生長性細胞死亡和（或）再生性細胞死亡的作用，從而達到殺菌消毒的效果，尤其在波長為253.7 nm時紫外線的殺菌作用最強。紫外線殺菌是一種物理方法，它不向水中增加任何物質(zhì)，沒有副作用，一般采用管道過流式。

2.4.1 臭氧殺菌

臭氧，化學分子式為O3，因其類似魚腥味的臭味而得名，在常溫下可以自行還原為氧氣。臭氧是一種強氧化劑，其氧化還原電位2.07 V僅次于氟，臭氧可氧化分解細菌內(nèi)部葡萄糖所需的酶，使細菌滅活死亡；可直接破壞細胞器和DNA、RNA，使細菌的新陳代謝受到破壞，導致細菌死亡；透過細胞膜組織，侵入細胞內(nèi)，作用于外膜的脂蛋白和內(nèi)部的脂多糖，使細菌發(fā)生通透性畸變而溶解死亡，從而達到殺菌的作用。

3 工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)實例

3.1 工廠化循環(huán)水處理工藝流程如下：

養(yǎng)殖池→尾水收集池→懸浮物去除→厭氧生化處理→微藻預(yù)處理→好氧生化處理→臭氧、紫外線消毒→曝氣復氧→養(yǎng)殖池循環(huán)再利用。

工廠化循環(huán)水處理工藝圖見圖1

3.2 工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)

工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)平面圖見圖2、圖3。

3.3 系統(tǒng)簡介

養(yǎng)殖尾水由微濾機或三級沉淀池內(nèi)（兼做尾水收集池）經(jīng)固液分離后上清液由泵提到微藻預(yù)處理池，微藻對部分氨氮吸收后自流進入氣浮池，通過氣浮移除部分水溶性有機物后進入?yún)捬醭孛摮菜胁糠职钡?，然后自流入MBBR生物反應(yīng)器進一步脫除水體中的氨氮及亞硝酸鹽后經(jīng)紫外線、臭氧殺菌消毒、曝氣、復氧后流入養(yǎng)殖池循環(huán)再利用。系統(tǒng)設(shè)施配置及參數(shù)見表1，主要設(shè)備及參數(shù)見表2。

表1 系統(tǒng)設(shè)施及參數(shù)

表2 主要設(shè)備配置及技術(shù)參數(shù)

4 應(yīng)用

利用該系統(tǒng)我們進行了南美白對蝦、斑節(jié)對蝦、大口黑鱸養(yǎng)殖試驗。其中：南美白對蝦放養(yǎng)規(guī)格為P5苗，體長：5 mm,分標粗和成蝦兩階段養(yǎng)殖。標粗池水體鹽度15‰，成蝦養(yǎng)殖階段為純淡水養(yǎng)殖，養(yǎng)殖周期95 d，出池規(guī)格：70～80尾/kg，產(chǎn)量：3.2 kg/m3。斑節(jié)對蝦放養(yǎng)規(guī)格：苗體長：10 mm,分標粗和成蝦兩階段養(yǎng)殖。標粗及成蝦池水體鹽度15‰，養(yǎng)殖周期100d，出池規(guī)格30～40 尾/kg，產(chǎn)量2.0 kg/m3。其放養(yǎng)量及效益見表3。

表3 工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖效益分析

5 討論與分析

5.1 通過對南美白對蝦、斑節(jié)對蝦、鱸魚三個品種的工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖試驗發(fā)現(xiàn)斑節(jié)對蝦養(yǎng)殖利潤最高，其次是南美白對蝦，鱸魚利潤最低；斑節(jié)對蝦投資回報率最高，鱸魚投資回報率最低。

5.2 在斑節(jié)對蝦養(yǎng)殖試驗過程中該系統(tǒng)運行平穩(wěn)，對水體中氨氮、亞硝酸鹽的處理比較徹底；在鱸魚養(yǎng)殖過程中系統(tǒng)運行較平穩(wěn)，處理后的水體中氨氮、亞硝酸鹽稍高但均在安全范圍內(nèi)，經(jīng)分析主要是鱸魚養(yǎng)殖過程中投料較多的原因。

5.3 工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖要想有利潤，養(yǎng)殖品種的選擇很重要。通過該次試驗發(fā)現(xiàn)斑節(jié)對蝦對鹽度要求高、售價高，內(nèi)陸海水資源缺乏，是當前工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖首選品種。

5.4 在鱸魚工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖試驗過程中曾發(fā)生細菌性疾病，使用殺菌藥物后生化系統(tǒng)菌群也被殺滅，生化系統(tǒng)癱瘓，停藥后生化系統(tǒng)慢慢恢復，該實例表明工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖全程慎用消毒劑，但工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖過程疾病的防治又是一個新的課題。