对虾高位池中央排污口装置排污效果研究

李春晓， 翁 雄， 陈楷亮， 杨 铿， 许晓能， 杨文君

(1 汕头市海洋与水产研究所，广东 汕头 515000；2 中国水产科学研究院南海水产研究所，农业部南海渔业资源开发利用重点实验室，广东 广州 510300)

对虾高位池中央排污口装置排污效果研究

李春晓1， 翁 雄2， 陈楷亮1， 杨 铿2， 许晓能1， 杨文君1

(1 汕头市海洋与水产研究所，广东 汕头 515000；2 中国水产科学研究院南海水产研究所，农业部南海渔业资源开发利用重点实验室，广东 广州 510300)

高位池通常采用中央排污口排污，排污口上的排污装置是高位池的重要部件，其构造直接影响排污效果，是高位池养殖成败的重要因素。为解决传统排污口排污易堵塞和无法吸排底部沉积物的问题，研制了侧排式排污口装置SC-1、SC-2和顶排式排污口装置SD-1，在生产中应用并实测其排污效果。试验采用分时段测定排出口流速和总氮的方法，研究3种新型排污口的应用效果。结果显示，在养殖前期，SC-1型和SC-2型排污口装置的排污性能均优于SD-1，侧排式排污口装置的单次累计排氮量比顶排式的提高18.9%(P<0.05)。通过改进中央排污口装置构造，可显著提高排污效率。研究表明，侧排式排污口装置对构建低换水率高位池对虾养殖模式、实现低换水量养殖，具有积极意义。

对虾养殖；高位池；排污口装置；排污

目前的排污装置大多是在圆池底部设计锥形沉降器和排污管，通过水流旋转收集排出沉积物[13-14]，而高位池排污方面的研究成果几乎是空白，文献资料极少。本研究设计的高效排污装置，以消耗水量少为前提，吸排池底的颗粒性聚积物。根据应用调查和排水性能初筛，从设计方案中优选出侧排式排污口装置SC-1、SC-2和顶排式排污口装置SD-1，将这3种装置在养殖生产中试验使用，测定排出的总氮，以氮为标记，比较3种排污口装置的物理性排污性能。

1 材料与方法

1.1 池塘情况

于2014年8—10月在广东省汕头市和潮州市进行试验。用于试验的高位池塘为正方形、全池铺设地膜、中央排污，中央排污出水口为DN200 PVC管，池塘规格及排污口装置类型见表1。试验池塘编号T1～T4，T1、T2为试验A组，两池塘的构造相同，T1应用圆形侧排排污口装置(SC-1)，T2应用方形顶排排污口装置(SD-1)，对比两者的排污效果。T3、T4为试验B组，两池塘的构造相似，T3应用方形侧排排污口装置(SC-2)，T4应用SD-1，对比两者的排污效果。

试验池的中央排污口周边呈锅底形，利于集污、排污。排污口装置采用专利技术[15]设计建造，SC-1(图1)，直径1.0 m，钢混结构，通过侧面的栅式防逃栏排水，顶盖为半球形。SC-2(图2)，边长1.2 m，通过侧面的栅式防逃栏排水，顶盖为平板式。SD-1(图3)，方形，1.0 m×1.34 m，通过顶部穿孔式防逃板排水。

表1 试验池塘及排污口装置类型

图1 圆形侧排中央排污口装置(SC-1)Fig.1 Round side-discharge central draining outlet device(SC-1)

图2 方形侧排中央排污口装置(SC-2)Fig.2 Square side-discharge central draining outlet device(SC-2)

图3 顶排式中央排污口装置(SD-1)Fig.3 Top-discharge central draining outlet device(SD-1)

各池的排污管汇集至总排污管，再排入污水处理池塘进行处理。处理池塘为土塘，总面积约1 hm2，由沉淀池和生物处理池组成；污水先经沉淀池沉淀，再流入生物处理池处理后外排。生物处理池塘养殖有江蓠、鲈鱼、罗非鱼等，定期施放有益菌；沉淀池定期抽吸或清理污泥，并用污泥车外运低洼处填埋。

1.2 设施情况

每口池塘对角安放功率1.5 kW的射流式增氧机2台、功率0.75 kW水车式增氧机2台，养殖后期视情况增加增氧机配置。配置射流式增氧机，既能增氧还产生涡流，利于加强池底废物的聚集效果。配置罗茨鼓风机充气增氧，使水体中保持充足的溶氧。

1.3 养殖方法

海水抽取自海边砂井后进入蓄水池，经沉淀、紫外光和氯剂杀菌消毒处理，再曝气1 d 后使用。养殖20 d内一般不换水，养殖20～45 d，每天排污2～6次，每天换水率在1%以内，这个时期添加的海水需经严格消毒；养殖45 d后开始换水，每天换水6次，每天换水率3%～12%，随养殖时间推移逐步增加换水率。罗茨鼓风机和水车式增氧机的开启视情况而定，一般每天4～6次；射流式增氧机每4 h开动1次，每次1～3 h。

T1和T2、T3和T4，都是同期放苗，养殖操作相同。养殖品种为凡纳滨对虾(Litopenaeusvannamei)，虾苗投放规格为体长0.8 cm，虾苗经特定病毒检验为不带病毒，弧菌检测阴性。虾苗放养密度为每亩18万尾。养殖全过程在水中添加芽孢杆菌制剂，引导有益菌生长。根据溶解性总氮浓度，适当添加蔗糖渣等碳源。每天投喂饲料6次。试验期间，盐度21～32，水温23～31℃，DO 4.9～6.2 mg/L，pH 7.7～8.5。

1.4 试验方法

(1)仪器及测定方法。总氮(TN)采用HACH公司DR890多参数比色计，HACH的0.5～25.0 mg/L总氮试剂；水中悬浮物(SS)采用重量法[16]测定；排污口流速采用LS300便携式流速测速仪；溶解性总氮(DTN)为样品经过 Whatman GF / F 滤膜过滤后的滤液中的溶解性总氮；池底排污有效面积估算，采用PVC管吸底泥结合水下视频观察。

(2)取样及计算方法。排污口聚积物取样采用DN32的PVC管在排污口抽吸，排污前取样。测定流速时测速仪安放于排污管出水口处。排出废水的取样：排污时在集污井的排水口进行人工取样，每次取样500 mL，每隔15 s进行1次取样和流速测定，观察到出水口的出水完全变清即可停止取样。根据各时间点TN数据及流速数据，采用多时间段累加方法，累计1次排污过程的排氮量。一次排污过程的排氮量计算公式为：

(1)

式中：Ntotal—一次排污过程的排氮量，g；n—取样次数；Ni—一个取样时段内的平均总氮浓度，mg/L；Δt—取样间隔时间，s;例如，取样间隔时间Δt为15s，N1为0～15s之间的平均总氮浓度，N2为15～30s之间的平均总氮浓度，如此类推；v—排水口流速，m/s；R—排污管半径，m。

1.5 数据统计及处理

2 结果

2.1 排污装置排出总氮浓度的时间变化特征

(1)SC-1与SD-1比较。图4是养殖40d时SC-1与SD-1排出总氮浓度的时间变化特征，可以看出，刚开始排污时废水总氮浓度最高，随时间迅速下降，60s左右时，总氮浓度接近池水，SC-1曲线在SD-1的上方，SC-1排出污的总氮浓度自始至终高于SD-1。同时测得的池水数据显示：T1池水TN为2.0mg/L，池水溶解性总氮为0.9mg/L，排污口的溶解性总氮为1.1mg/L；T2池水TN为1.9mg/L，溶解性总氮为0.8mg/L，排污口溶解性总氮为1.0mg/L。溶解性总氮浓度较低，排出废水中的氮主要来源于颗粒状含氮有机物。图5是养殖50d时的时间变化特征，与40d时较为相似，只是两者的特征曲线靠得很近，显示两种排污装置此时的效果相差不明显。因此认为两种排污装置均有不错的排污效果。

图4 SC-1与SD-1排出总氮浓度的 时间变化特征(40 d)Fig.4 The characteristic of total nitrogen dischargeconcentrations of SC-1 and SD-1 in terms oftime change (40 d)

图5 SC-1与SD-1排出总氮浓度的 时间变化特征(50 d)Fig.5 The characteristic of total nitrogen dischargeconcentrations of SC-1 and SD-1 in terms oftime change (50 d)

(2)SC-2与SD-1比较。图6是养殖40d时SC-2与SD-1排出总氮浓度的时间变化特征。可以看出，刚开始排污时废水总氮浓度最高，随时间迅速下降，60～75s左右时，总氮浓度接近池水，SC-2曲线在SD-1的上方，SC-2排出污的TN浓度自始至终高于SD-1。图7是养殖50d时SC-2与SD-1排出总氮浓度的时间变化特征，与40d时较为相似，只是两者的特征曲线靠得很近，显示两种排污装置此时的效果相差不明显。这一组(B组)与上一组(A组)有相似的结果。

图6 SC-2与SD-1排出总氮浓度的 时间变化特征(40 d)Fig.6 The characteristic of total nitrogen dischargeconcentrations of SC-2 and SD-1 in terms oftime change (40 d)

图7 SC-2与SD-1排出总氮浓度的 时间变化特征(50 d)Fig.7 The characteristic of total nitrogen dischargeconcentrations of SC-2 and SD-1 in terms oftime change (50 d)

2.2 侧排式和顶排式排污时的单次排氮量比较

从排出总氮浓度的时间变化特征中看出，A组与B组有相似的结果，加上A组中的SC-1制作较为复杂，实际上较少使用。试验过程中仅比较和统计B组的SC-2和SD-1单次排氮量。分别在养殖40d及50d时，比较SC-2与SD-1排污装置的单次排氮量差异，结果如图8所示，40d时，P<0.05，两者具有显著性差异；50d时，P>0.05，两者无显著性差异。

40d时，SC-2均值为(62.25±1.79)g，SD-1的均值为(52.34±1.67)g，侧排式(SC-2)排污口的单次累计排氮量比顶排式(SD-1)的提高18.9%(P<0.05)。

图8 SC-2和SD-1单次排氮量比较Fig.8 The comparison of nitrogen discharge amount bysingle time with SC-2 and SD-1 draining outlets

2.3 池底聚积物吸排有效面积的观察比较

通过胶管吸底法评估池底的干净程度，侧排式吸排面积较大，可达到半径1.5m的面积；顶排式吸排面积较小，与防逃板(1.00×1.37m)面积相似。同时观察到废水聚积的区域半径达3～5m。

3 讨论

3.1 不同排污口装置的构造特点及排污效果分析

本试验测试的3种排污口装置，构造各不相同，是以行业中常用的排污口装置为基础进行优化设计后制造的。SC-1和SC-2都是侧排式，顶部不能排污，废水只从侧面的栅式防逃栏排出，排污时可以带走周边的聚积物，增大排污面积，试验结果表明，池底聚积物吸排有效面积要比顶排式的大，单次排氮量也优于顶排式。在SC-1与SC-2中，前者为半球形顶盖，设计用于引导聚积物下滑，避免污物沉积，但实际使用时发现，SC-2平板式顶盖板也并未有污物沉积。由于SC-2具有易制作等优点，因而被推荐使用。顶排式排污装置的构造较简单，废水通过顶部的穿孔式防逃板排出，但其对周边沉积物的吸排效果不好，排水时容易形成涡流，会出现只排走表层水的现象。排污时，有效排污时间短，说明短时间内已将周边的聚积物排走。侧排式与顶排式排污口装置在养殖后期的效果差异不显著，可能与后期的颗粒较粗有关。后期的死虾、虾壳等大颗粒物质较多，容易造成阻塞。

虽没有与相关研究进行类比分析，但本文采用测试总氮的方法研究比较3种排污口的实际排污效果是简单和有效的。另外，悬浮物浓度指标显示，在A组40d时，测得排污口的悬浮物(SS)浓度为(854.5±368.4)mg/L，排出的废水悬浮物含量也较高。

3.2 排污口装置的选型及排污操作建议

使用SC-2养殖40d，其单次排氮量比顶排式提高18.9%，而且SC-2的池底吸排面积也大于顶排式。因此推荐使用SC-2方形侧排式排污口装置。从总氮浓度的时间变化特征看出，排污时的有效排污时段很短，只有开启后的75s左右，就能排走高浓度颗粒状废物，如果再继续排污，排出的都是有机物含量低的池水。因此，有效的排污方式是缩短单次排污时间，见到清水后立即停止排污，待重新集污后再排污。在高位池的养殖排污操作上，不主张进行长时间的排污，建议以每日多次、每次少量的方式进行排污。

3.3 吸排有效面积偏小的解决方案

高位池排污管一般用管径较小的DN200的PVC，接在排污管上的排污装置尺寸也较小，直接造成有效吸排面积偏小的现象。根据调查，粤东一带乃至全国各地的高位池养殖均存在这类问题。解决问题的方法主要有：(1)选择吸排面积较大的侧排式排污装置；(2)增加移动式吸排器，吸排中央排污装置无法吸排到的底部区域；(3)选用面积小的池子，因为小面积高位池集污，废物更易被聚集到排污口，集污效果会更好些，建议使用面积小的池，甚至使用0.067hm2的高位池[17]。

3.4 射流式增氧机改善集污效果的探讨

射流式增氧机通常只是用于增氧及促进池水的上下层对流[18]。射流式增氧机能产生较强水流，对池底具有冲洗作用，池水易形成旋转式涡流，污泥等污染物容易向位于中心位置的排污口聚积。这与循环水养殖系统管式射流集污有相似的效果[19]。程果锋等[20]研究组合跑道式养殖池系统的集污效果，发现增大旋流速度提高循环量可提高固体颗粒物的去除率。对于高位池养殖，增加射流式增氧机数量及射流速度，是否有助于解决上述废水聚集面积过大的问题，值得进一步研究探讨。

4 结论

(1)方形侧排式排污装置(SC-2)在养殖前期的物理性排污性能优于顶排式(SD-1)，其底部排污有效面积亦大于顶排式；(2)3种排污口装置排污时的最佳时间段都在开启排污后的75s内；(3)方形侧排式排污装置(SC-2)吸排池底聚积物时，有效半径在1.5m左右；(4)应用侧排式排污口装置，采用多次少排的排污操作，可有效提高高位池的排污效率，节省排污的耗水量。排污口装置改进技术具有实际应用价值，可为降低对虾感染病原的机率、构建低换水率高位池对虾养殖模式提供新的方案。其排污水量少的特点，有利于实现养殖废水的集中处理。

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Study on the effects of central draining outlet device in higher-place prawn ponds

LI Chunxiao1，WENG Xiong2，CHEN Kailiang1，YANG Keng2，XU Xiaoneng1，YANG Wenjun1

(1 Shantou Ocean and Fisheries Research Institute, Shantou 515000, China；2SouthChinaSeaFisheriesResearchInstitute,ChineseAcademyofFisherySciences,KeyLaboratoryofSouthChinaSeaFisheryResourcesExploitation&Utilization,MinistryofAgriculture,Guangzhou510300,China)

Central draining is often adopted in higher-place aquaculture ponds, and as an important part of the higher-place pond aquaculture system, the draining device at the draining outlet directly affects the draining effects, and thereby affects the success or failure of higher-place aquaculture. In order to solve the problems of traditional draining outlet such as easy blocking and incapability in the suction of pond bottom deposit, a new side-discharge outlet device of SC-1 and SC-2 types, and a top-discharge outlet device SD-1 are designed and tested for the draining effects in actual production. Experiment was conducted to measure the flow velocity and total nitrogen at the draining outlet at different time intervals, and the draining effects of the three new types were studied. The results showed that, at the earlier stage of aquaculture, the draining performance of SC-1 type and SC-2 type draining outlets remarkably preceded the SD-1 type; the total nitrogen draining amount in single count of the side-discharge outlet device was 18.9%(P<0.05)higher than that of the top-discharge type. With the improving of the structure of the central draining outlet, the draining efficiency was significantly enhanced. The research shows that, side-discharge outlet device is of much significance to reduce water exchange rate in higher-place pond prawn culture and achieve the lower water exchange rate aquaculture.

prawn culture; higher-place pond; draining outlet; draining

10.3969/j.issn.1007-9580.2016.06.002

2016-09-11

2016-11-18

广东省海洋渔业科技推广专项(A201301B07)

李春晓(1962—)，男，高级工程师，研究方向：对虾养殖技术。E-mail：lcxhyn@126.com

翁雄(1964—)，男，研究员，研究方向：对虾养殖技术。E-mail：wengxiong@scsfri.ac.cn

S968.22

A

1007-9580(2016)06-006-06