5/5我國工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖研究我國工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖研究

2014級水產(chǎn)研究生201411908013王文福

2.1大顆粒物濾除

工廠化養(yǎng)魚屬于集約化養(yǎng)殖模式，養(yǎng)殖魚類的單位水體密度較高，產(chǎn)生的固體廢棄物量很大，首先要求濾除大顆粒物（TSS）。目前生產(chǎn)上使用得比較成熟的是微濾機和弧形篩。轉(zhuǎn)鼓式微濾機為當前去除TSS的主要設(shè)備之一，濾網(wǎng)是轉(zhuǎn)鼓式微濾機的主要工作部件，其網(wǎng)目數(shù)（孔徑）直接影響轉(zhuǎn)鼓式微濾機的TSS去除率、反沖洗頻率、耗水耗電等。宿墨等研究發(fā)現(xiàn)，200目濾網(wǎng)的技術(shù)經(jīng)濟效果最為明顯，其TSS去除率達到54.90%[1]。微濾機在初次使用過程中過濾效果較好，但在長期運行過程中，養(yǎng)殖水體中黏性物質(zhì)會逐步附著到濾網(wǎng)上，導致濾網(wǎng)孔徑變小，影響過濾能力，且由于體積龐大，不容易維護[10]。

弧形篩是目前國內(nèi)外工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖模式中應(yīng)用較為成熟的一種微篩過濾器，優(yōu)點是無動力消耗、結(jié)構(gòu)簡單、維護成本低，缺點是國內(nèi)尚未解決弧形篩面的自動清洗難題，養(yǎng)殖負荷較高，每天不定時地需要進行人工清洗?；⌒魏Y主要利用篩縫排列垂直于進水水流方向的圓弧形固定篩面實現(xiàn)水體固液分離。最常用的篩縫是0.25mm，可有效去除約80%的粒徑大于70μm的TSS[11]。

2.2臭氧消毒

臭氧是一種強氧化劑，其滅菌過程屬于生物化學氧化反應(yīng)。臭氧滅菌有3種形式：a.能氧化分解細菌內(nèi)部葡萄糖所需的酶，滅活細菌；b.直接與細菌、病毒作用，破壞它們的細胞器和DNA、RNA，使細菌的新陳代謝遭到破壞，導致細菌死亡；c.透過細胞膜組織侵入細胞內(nèi)部，作用于外膜的脂蛋白和內(nèi)部的脂多糖，使細菌產(chǎn)生通透性畸變而溶解死亡。臭氧滅菌為廣譜殺菌和溶菌方式，殺菌徹底，無殘留，可殺滅細菌繁殖體和芽孢、病毒、真菌等，并可破壞肉毒桿菌毒素。另外，臭氧由于穩(wěn)定性差，很快會自行分解為氧氣或單個氧原子，而單個氧原子能自行結(jié)合成氧分子，不僅能對養(yǎng)殖水體增氧，而且不存在任何有毒殘留物，所以臭氧是一種比較理想的、無污染的消毒劑[12]。

臭氧盡管殺菌效果較好，但如果過量使用對養(yǎng)殖生物會造成較大危害。因此，在水產(chǎn)養(yǎng)殖過程中，定時、定量、安全、規(guī)范使用臭氧非常重要，應(yīng)采取嚴格措施盡力避免過量使用；并要防止臭氧溢出造成空氣環(huán)境污染[13]。

2.3氣浮綜合處理

此環(huán)節(jié)使用的主要設(shè)備是蛋白分離器。其工作原理為：空氣與水之間形成的接觸面具有一定的表面張力，因此纖維素、蛋白質(zhì)和食物殘渣等有機雜質(zhì)必然會在此被吸附匯集。如果能夠盡力擴大此表面積，例如產(chǎn)生氣泡（制造泡沫），則會有更多的纖維素、蛋白質(zhì)和食物殘渣等在此表面被吸附。泡沫的黏度將隨著表面的擴大而增強，并隨氣泡的逐漸消失而改變。因此，蛋白分離器的有效性就在于擴大氣體和液體之間的表面區(qū)域及其特定的表面張力[14~16]。

2.4生物濾池

RAS的核心是生物濾池，包括生物濾料的選擇、生物濾膜的培養(yǎng)等技術(shù)環(huán)節(jié)。循環(huán)水養(yǎng)殖模式

屬高密度集約化養(yǎng)殖，其殘餌、糞便產(chǎn)生的氨氮、亞硝酸氮是整個循環(huán)水系統(tǒng)中主要的代謝廢物，

也是重點過濾對象，而生物濾池主要承擔養(yǎng)殖廢水氨氮、亞硝酸氮的轉(zhuǎn)化、脫除等功能環(huán)節(jié)。可以說，生物濾池對氨氮、亞硝酸氮的處理能力代表了整個RAS工藝的先進性，也代表了整個RAS的最大養(yǎng)殖承載量[17~20]。

2.5紫外線殺菌環(huán)節(jié)

紫外線殺菌工藝被廣泛地應(yīng)用在循環(huán)水處理環(huán)節(jié)上。適當波長的紫外線會破壞微生物機體細胞

中的DNA或RNA分子結(jié)構(gòu)，造成生長性細胞死亡或再生性細胞死亡。因此，當應(yīng)用紫外殺菌技術(shù)于RAS中，水中的各種細菌、病毒、寄生蟲、水藻以及其他病原體受到一定劑量的UVC輻射后，其細

胞中的DNA、RNA結(jié)構(gòu)受到破壞，從而在不使用任何化學藥物的情況下殺滅水中的細菌、病毒以及其他致病體，達到消毒和凈化的目的[21]。

3.結(jié)果與討論

3.1水循環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性是工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖模式的重中之重

工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖模式的最大特點就是可以實現(xiàn)無季節(jié)差別的全天候高效生產(chǎn),實現(xiàn)這個預期

效果離不開科學合理的水處理工藝設(shè)施,但同時也離不開科學有序的運營管理。水循環(huán)系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的

穩(wěn)定性跟水循環(huán)系統(tǒng)的總水量平衡、生物濾池的定期維護、過濾設(shè)施的定期清洗、水質(zhì)的有效監(jiān)測、合理的飼料投喂策略、適宜的養(yǎng)殖密度、合理的養(yǎng)殖管理措施等都是分不開的。所以,水循環(huán)系統(tǒng)

的穩(wěn)定性是一個綜合考量的指標,也是實現(xiàn)工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖模式穩(wěn)定生產(chǎn)運營的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在中

國已有的工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖容量中,規(guī)模較大的養(yǎng)殖企業(yè)均或多或少暴發(fā)了RAS崩潰的現(xiàn)象,究

其原因,還是水循環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性不夠所致。具體表現(xiàn)為養(yǎng)殖對象大規(guī)模感染致病菌,出現(xiàn)活力低下、體表潰爛、肝脾腫大、暴發(fā)性死亡的現(xiàn)象,往往短時間內(nèi)給經(jīng)營業(yè)者帶來重大損失。因為循環(huán)水養(yǎng)

殖模式是高效養(yǎng)殖,養(yǎng)殖密度是一般流水養(yǎng)殖模式的數(shù)倍,在水循環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的狀況下,其高效高

產(chǎn)優(yōu)勢可以正常發(fā)揮,一旦出現(xiàn)水循環(huán)系統(tǒng)自凈能力受阻,水質(zhì)惡化,所帶來的風險和損失也是成

倍增長的。所以,工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖模式不同于傳統(tǒng)養(yǎng)殖模式,要求管理運營人員素質(zhì)較高,要對

整個RAS各個環(huán)節(jié)非常熟悉和了解,能夠及時地掌控和反饋系統(tǒng)運行情況。同時要求養(yǎng)殖企業(yè)建立完善的水質(zhì)監(jiān)測監(jiān)管體系和規(guī)范科學的養(yǎng)殖管理體系。

3.2工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖模式的應(yīng)用范圍應(yīng)當大力拓展

目前,國內(nèi)循環(huán)水養(yǎng)殖模式已在高檔魚類如半滑舌鰨、大菱鲆、石斑魚、紅鰭東方鲀(Takifugurubripes)、虹鱒等品種上有很好的應(yīng)用,國外主要應(yīng)用于大西洋鮭、虹鱒、歐洲鰻、暗斑梭鱸、紅點鮭、鱘、尼羅羅非魚,均創(chuàng)造了巨大的商業(yè)利潤。除了魚類之外,已經(jīng)越來越多地將此種養(yǎng)殖模

式應(yīng)用于蝦類、刺參、貝類等品種。歐洲龍蝦、凡納濱對蝦、九齒團蝦、梭子蟹、皺紋盤鮑、東方

牡蠣、佛羅里達蘋果螺等均在循環(huán)水養(yǎng)殖模式中有了很好的嘗試與應(yīng)用,只是養(yǎng)殖規(guī)模和養(yǎng)殖效率

還有待提高。不僅如此,有些水產(chǎn)工在循環(huán)水養(yǎng)殖模式下還做了魚貝共生、蝦貝共生、蝦藻共

生等的有益嘗試,對水質(zhì)控制、氮磷轉(zhuǎn)化利用、提高綜合效益等也做了相應(yīng)的探討,為工廠化循環(huán)

水養(yǎng)殖模式的發(fā)展提出了新的方向。工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖模式不僅可以在養(yǎng)殖種類上拓展,在養(yǎng)殖空

間上也可以大力開拓。紹興一家企業(yè)已實現(xiàn)用全人工配置海水養(yǎng)殖大菱鲆,開創(chuàng)了循環(huán)水養(yǎng)殖應(yīng)用

前景。在國家開創(chuàng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的大力支持下,隨著人民生活水平的提高,工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖模式的發(fā)

展空間將越來越大,假以時日,在中國西部邊陲新疆、西藏實現(xiàn)海鮮的就地供給是完全可以實現(xiàn)的。

3.3工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖模式的發(fā)展應(yīng)注重節(jié)能減排、環(huán)境友好

普通流水養(yǎng)殖模式的養(yǎng)殖用水是從20~60m的地下通過電能晝夜不停地抽提上來,簡單地用于

養(yǎng)魚后就排向大海,不但造成水資源的浪費,而且?guī)ё吡藷崃?是對地熱資源的不合理開發(fā)。同時,每月消耗的電能是一個龐大數(shù)字,以一個普通的20個6m×6m×1m池子的標準養(yǎng)魚棚為例,每月消

耗的電量為1~2萬kW·h,電費達萬元/月以上。而且不經(jīng)任何處理的養(yǎng)殖廢水直接排入海中,造成近海的富營養(yǎng)化和病菌的滋生,對環(huán)境造成很大破壞。相比普通流水養(yǎng)殖模式,工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖

模式可以實現(xiàn)水體循環(huán)利用,日均水利用率在95%以上,大量節(jié)省了水資源和地熱能源。可是因為現(xiàn)在國內(nèi)相關(guān)水處理設(shè)備性能還不完善,使用壽命短、處理效率不高、節(jié)能效果也不好,同時水處理工藝和養(yǎng)殖運營的管理水平也有待提高,造成國內(nèi)循環(huán)水養(yǎng)殖企業(yè)生產(chǎn)運營成本高昂,產(chǎn)品價格缺乏競爭力,導致部分循環(huán)水車間處于基本維持和補貼運營狀態(tài),甚至生產(chǎn)陷入停頓。因此,采用多種措施和手段,降低能耗,降低生產(chǎn)運營成本,是今后工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖模式發(fā)展和推廣的必須

舉措。具體的措施和方法有:在系統(tǒng)工藝設(shè)計中應(yīng)貫徹“一級抽提、重力流循環(huán)”思路,最大限度地減少多級抽提帶來的能耗和水頭損失;盡量使用能耗低的水處理設(shè)備,部分使用低揚程水泵;盡量使用成熟綠色能源代替電能,如太陽能、地熱、光伏、風能、生物質(zhì)能等;實現(xiàn)科學合理的工業(yè)化、標準化生產(chǎn)管理,挖掘工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖模式生產(chǎn)潛能,實現(xiàn)全年滿負荷養(yǎng)殖生產(chǎn),降低單位產(chǎn)品生產(chǎn)成本等。普通開放養(yǎng)殖模式生產(chǎn)過程中的養(yǎng)殖廢水直接外排,大量無機和有機營養(yǎng)元素如氨氮、磷酸鹽、溶解性有機碳和有機顆粒直接進入環(huán)境,從而造成水域環(huán)境的惡化,進而引發(fā)水質(zhì)污染、病害滋生,水產(chǎn)品的衛(wèi)生和安全等一系列問題成為限制水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)可持續(xù)發(fā)展的首要問題。工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖模式可以實現(xiàn)全封閉式生產(chǎn),排放可控,而且污染終產(chǎn)物還可以作為堆肥直接肥田[22]。

4.結(jié)論

從世界范圍內(nèi)看,工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖模式發(fā)展的歷史較短,水處理工藝及養(yǎng)殖管理還不完善,

有時是受成本控制限制,所以還不能做到完全的“零排放”,所以在實際生產(chǎn)運營中,每日還是要排出一定量的污染物,如何科學地處理這些“污染物”是擺在水產(chǎn)工面前的一個重要問題。而且,涉及生物過濾環(huán)節(jié),會有N2、N2O和CO2的排出,N2O和CO2是典型的溫室氣體,且N2O對臭氧層有明顯的破壞作用,如何減少和限制這種對環(huán)境的不良影響,也是工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖模式生產(chǎn)推廣需要克服的一個問題。盡管如此,工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖模式仍然是未來最具發(fā)展?jié)摿Φ年懟h(huán)水養(yǎng)殖模式,是中國開創(chuàng)現(xiàn)代水產(chǎn)業(yè)的重要組成部分。隨著核心裝備的國產(chǎn)化、水處理工藝的成熟化、養(yǎng)殖管理的科學化,集“裝備工程化、技術(shù)現(xiàn)代化、生產(chǎn)工廠化、管理工業(yè)化”為一體的現(xiàn)代工業(yè)化養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)新模式將會被建立,水產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級,海淡水養(yǎng)魚大產(chǎn)業(yè)的架構(gòu),才能夠?qū)崿F(xiàn),而中國水產(chǎn)業(yè)將進入工業(yè)化養(yǎng)殖新時代,屆時,中國不僅是世界水產(chǎn)大國,也同樣會是世界水產(chǎn)強國[23]。

5.

[11]顧川川，劉晃，倪琦.循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中旋流顆粒過濾器設(shè)計研究[J].漁業(yè)現(xiàn)代化，2010，37（5）：9-18.

[12]祝瑩，楊紹斌.臭氧配合復合光合細菌對虹鱒魚病的防治研究[J].水產(chǎn)科技情報，2009（1）：27-30.

[13]宋奔奔，倪琦，張宇雷，等.臭氧對大菱鲆半封閉循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)水質(zhì)凈化研究[J].漁業(yè)現(xiàn)代化，2011（6）：11-15

[14]宋奔奔，宿墨，單建軍，等.水力負荷對移動床生物濾器硝化功能的影響[J].漁業(yè)現(xiàn)代化，2012水產(chǎn)科學，2012（5）：833-840.

[15]傅雪軍，馬紹賽，曲克明，等.微生態(tài)制劑對生物掛膜及牙鲆生長的影響研究[J].海洋科學，2011，35（4）：15-20.

[16]張正，王印庚，曹磊，等.海水循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)生物膜快速掛膜試驗[J].農(nóng)業(yè)工程學報，2012，15：157-162.

[17]王威，曲克明，朱建新，等.3種濾料生物濾器的掛膜與黑鯛幼魚循環(huán)水養(yǎng)殖效果[J].中國工程（5）：1-6.

[18]陳珠，劉鷹.河魨循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)生物濾器中異樣細菌的群落結(jié)構(gòu)[C]//第三屆水產(chǎn)工業(yè)化養(yǎng)殖技術(shù)暨封閉循環(huán)水養(yǎng)殖技術(shù)國際研討會.北京：現(xiàn)代教育出版社，2013.

[19]張海耿，馬紹賽，李秋芬，等.循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)（RAS）生物載體上微生物群落結(jié)構(gòu)變化分析[J].環(huán)境科學，2011，32（1）：231-239.

[20]劉長發(fā)，姚敬元，袁瑗，等.循環(huán)海水養(yǎng)殖系統(tǒng)硝化濾器中氨氧化微生物分析[J