陆基循环水立体养殖工艺设计及设备分析

文/刘国虎 刘晨雨

陆基循环水立体养殖工艺设计及设备分析

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由于我国近海污染现状变得日益严重，越来越不适宜网箱养殖，这种情况下，陆机循环水立体养殖技术显得尤为重要，本文通过循环水养殖有点、循环水立体养殖水处理工艺、循环水立体养殖工艺设备这几方面简单的介绍了一下陆机循环水立体养殖技术，所得数据，仅供大家参考。

随着工业污染物排放、沿海油田排污、沿海城镇生活垃圾处理不当的现象愈演愈烈，我国近海污染现状变的日益严重，越来越不适宜近海网箱养殖，这种情况下，陆基海水循环水养殖技术显得尤为重要。循环水养殖由于应用了较多的水处理设备及先进的科学技术，在集约化养殖程度、水资源利用、养殖废水排放控制、土地利用率、健康养殖效果、产品质量安全等方面均具有明显优势，既可以通过合理利用自然资源，保护养殖生态环境，又获得了更多更好的无公害水产品，保障了食品安全，因此符合国家粮食安全和渔业强国需求。

一、循环水养殖优点

1.节水

养鱼用水可循环利用，利用率高达90%以上。特别是水资源紧张地区或主要利用地下水作为养鱼水源的地区，有利于合理开发利用地下水。无论冬季、夏季都能保持一定水温，使养殖生物正常生长；

2.节地

利用循环水可实现高密度养殖；

3.高产

优良水质加上纯氧增氧，使养殖鱼类一年四季均可健康生长；

4.保护海洋环境

做到少排放或零排放，同时又不受外界环境变化的影响；

5.健康养殖

消毒设备切断病源，养殖过程不用药物，可生产出绿色安全食物。

二、循环水立体养殖水处理工艺

处理工艺流程如图1所示，由养殖池、微滤机、臭氧-蛋白质分离器、超级增氧机、生物滤池、紫外线消毒、换热器及水质在线监测八大部分组成。其中生物滤池内均匀悬挂生物载体，该载体是利用化学纤维丝条（直径0.5mm，比表面积约360m2/ m3）加工而成，形似毛刷，具有弹性，不仅能使自然微生物均匀地附着在每一根丝条上，而且能使氧气、水、自然微生物之间充分接触，获得较大的比表面积。系统运行前利用养鱼水中的自然微生物辅助一定的微生态制剂及营养盐进行生物挂膜。由于养殖池水体蒸发及排污等均会导致系统内水体的损失，因此，每天需补充总水体10%的水量，以保持系统水位的平衡和稳定。

循环水主要指的是内循环，是指鱼池排出的循环水流入内循环系统的的微滤机，水经过滤后进入低位池，通过循环水泵提水分别进入蛋白质分离器、超级增氧机、生物滤池、渠道式紫外线消毒器、冷热换热器及立体养殖鱼池；同时水泵从海边的取水构筑物提水到低位水池，补充内循环用水。每级水处理设施都在多点在线自动水质监测系统控制下运行，确保进入鱼池水的水质。

若养殖规模较大，内循环可分为若干个独立循环系统。该种设置有一定的灵活性，方便生产管理与水质监测，一个系统发生问题不会影响其他系统。系统水循环的频率不能太高或太低，太高循环泵耗电较大，太低鱼池水质不能保证。系统中的水循环频率在一定的水处理设施、养殖品种和养殖密度下有一个经济频率，经济频率一般通过养殖生产试验确定。在上述水处理设施下，鲆鲽鱼类养殖密度在30kg/m2～35kg/m2，水循环频率一般在2h～3h循环1次为宜。

三、循环水立体养殖工艺设备分析

1.全自动微滤机

新型全自动微滤机是根据海水循环水养殖特点研制的产品，采用，120目～150目不锈钢筛网过滤，去除水中悬浮物，包括浮游动植物、残渣碎饵等等。主要技术指标：滤鼓直径1400mm，滤鼓长度1700mm，电机功率0.9kW，处理水量400m3/h。微滤机的主要特点：质量轻，噪音低，耐海水腐蚀，使用寿命长，消耗电能少，价格低廉，水位和反冲洗自动控制。该微滤机在不锈钢结构的基础上，通过试验采用工程塑料构件，并设计了新型气、水反冲洗装置和自动控制系统，使整机重量大大减轻，耐海水腐蚀能力增强，使用寿命是传统微滤机的2倍～3倍，价格是国外同类产品的1/3。

图1 .循环水立体养殖水处理工艺

2.蛋白质分离器

蛋白质分离器适用于海水循环水养殖，系列产品有分离水量50 m3/h，100 m3/h，150 m3/h几种。蛋白质分离器去除氨氮和有机物质，主要是利用泡沫分离和臭氧氧化反应原理。泡沫分离是将水中的有机物在未分解成氨氮之前，从水中分离出去；臭氧氧化是向蛋白质分离器中加入臭氧，通过臭氧的强氧化作用，去除有机物质。与蛋白质分离器配套的臭氧发生器，选用以纯氧为气源的发声器为宜，纯氧可来自液态罐或制氧机，向蛋白质分离器加入臭氧杀菌效果较理想，同时又能增加水体的溶解氧，是既经济又安全的新技术。由于新型蛋白质分离器装有臭氧尾气回收装置，残余臭氧不会影响养殖鱼类的正常生长，因而不需要附加设备处理残余臭氧。

3.超级增氧机

超级增氧机主要由耐蚀水泵、制氧机、气液高效混合器及相关管路附件组成。制氧机制出的纯氧进入耐蚀水泵叶片处，随着叶片的高速旋转混合后，带有一定压力和流速的气液混合体进入高效混合器，从而产生了高氧溶量（氧气以微纳米级气泡溶入水中）的海水。

耐蚀水泵主要针对海水设计，主要成分是耐海水腐蚀的钛合金。制氧机就是将空气中的氧气分离出纯氧。气液高效混合器设计有特殊结构的流体通路，通过蜂窝结构体的元件施加剪切力，经过多个流体单元后，在短时间内超细和均化水中氧气。不像现有其他混合器和均化器，高效混合器能够获得均匀微纳米气泡水溶液。

传统的微米级气泡体积较大，水中上升速度快，消失也快。而微纳米级气泡指的是直径在50μm和数10nm之间的微小气泡，具有气泡尺寸小，比表面积大、吸附效率高、在水中上升速度慢等特点，其在在水体增氧、循环水养殖、气浮净化技术、臭氧水消毒、微纳米气泡减阻等领域有重要的应用价值。在水体增氧中，能快速将氧溶量从7mg/L～9mg/L上升到50mg/L或以上，对水产养殖业中的高端高附加值养殖十分适用。

4.综合生物滤池设计

海水循环水养殖，鱼池排出的污水一般总氮（TN）不高于2mg/L，COD不高于15mg/L，应属于微污染水。微污染水提供给微生物生长的营养物含量也较低，形成的生物量相对减少，对水中有机物的降解作用有所减弱。在微污染海水生物膜处理中，一般不能按高低浓度污染水的处理方法设计，如何提高对污染海水的处理效果是一个值得研究的问题。对海水循环水养殖排出的微污染水，提出了生物膜稳态运行的节能型综合生物滤池及蛋白质分离器加臭氧氧化的处理工艺。

（1）生物膜稳态运行水处理工艺

从理论上讲，生物膜水处理分为稳态和非稳态两种运行工艺。稳态工艺是生物膜随时间变化没有净增长或净死亡的变化，二非稳态生物膜正好相反。就稳态工艺而言，水中基质含量在一定时间内不变或变化很小，生物膜生长和自身氧化得到一个稳态的生物厚度，并维持了一定的出水基质含量，及在一定的生物量下，不能任意变化处理水的能力。而非稳态工艺是依靠生物的一种应激性反应，当微生物前期处于相对较高的营养环境中，生物膜生长很好；当进水基质含量减少后，微生物为维持自身生长的需要，就会发挥全部潜力，快速摄取营养水中的有机物，从而被处理微污染水的有机物含量会降到较低水平。虽然生物膜水处理非稳态工艺效果较好，且可深度处理，但生物载体需间断性的在高含量有机物水环境中培养微生物，再运到生物滤池处理微污染水，这给生产管理带来负担，并且修建微生物培养池又加大工程投资，所以在优化设计中不采用生物膜水处理工艺非稳态运行。

（2）综合生物滤池节能设计

首先，将综合生物滤池建在太阳能温室车间内，室内屋顶安装调光天幕。在北方的冬季，太阳能温室车间生物滤池的水温一昼夜可升高2℃左右，室内气温高于一般车间5℃～8℃，长时间运行能大量节约能源。若条件允许，安装大型太阳能热水器更佳。综合生物滤池的标高设计，为内循环系统的高位，滤池的出水依次流进蛋白质分离器、超级增氧机、紫外线消毒器、调温池、及鱼池。合理设计各设备设施之间的水头，可节约循环水泵的动能。

（3）生物滤池生物多样性设计

一般生物滤池只采用微生物处理海水，而综合生物滤池采用多种生物共存的生物多样性水处理工艺。滤池一般设计为池深2.2m，水深2.0m，池宽2.0m～3.0m，长度分段的流水池，上层吊养殖大型藻类，如马尾藻、江蓠、石莼等，其中粗江蓠较好，是多年生的暖温带大型红藻，高20cm～50cm。江蓠不但能处理、调控水质，而且定期收货还有一定的经济效益。下沉吊装或堆放生物载体，通过生产性试验，聚丙烯丝制作的辐射形刷状生物载体、片状结构球形生物载体较好。生物载体不能单纯追求比表面积，应通过生产性试验进行选用，不但考虑比表面积和水处理效果，还应考虑有利于生物膜的生长和生产管理的方便。综合生物滤池养殖大量海水植物，利用植物光合作用吸收水中氨氮等营养盐，增加水中溶氧，并调控水质。同时在滤池的生物载体中，引入微生物群落，起到养鱼水环境的生物修复作用，发挥多种方式水处理的功能。综合生物滤池的有效水体，应根据采用的工艺流程、水处理设备、养殖的品质、密度、水循环频率等，通过试验确定。不能用处理高浓度污水的某种方法或计算设计生物载体量来确定有效水体，并且不取设计安全系数。用上述方法实际的有效水体往往偏少，因为微污染海水用生物法处理有它的特殊性，必须通过生产性试验，全面综合分析研究确定有效水体。综合生物滤池的有效水体，在配备较好水处理设备的工况下，一般不小于养殖水体。

5.渠道式紫外线消毒器

渠道式紫外线消毒器是将数支高强度紫外线杀菌灯管（德国产）设计成模块，配套相应高位、低位进出水的分段渠道，将灯管模块直接安装在渠道的水流中，渠道顶部安装特制的反光板，水流在渠道（暗沟）中呈波浪式的起伏运动，使水体与灯管充分接触，从而提高了消毒能力。灯管模块的数量可根据循环水量的大小、渠道的长短、水处理效果等综合分析确定。渠道式紫外线消毒器比传统封闭式消毒器效率高，成本低，流量大，维修方便，细菌去除率为95%～99%。渠道式紫外线消毒器安装在蛋白质分离器之后，根据水中有害细菌量的多少可间断开启。

四、结语

工厂化养殖应向提高单产与效益，节水、节能无公害健康养殖模式发展。优化设计的循环水立体养殖模式，能从单产10kg/m2，左右提高到30kg/m2以上，所带来的经济效益是显而易见的，并对循环水到排放污水都进行了有效处理，对海区生态环境不产生污染，有效推进海水养殖模式的转变。循环水与流水开放式养殖相比，不但单产提高到3倍多，而且节水节能环保。因此循环水立体养殖具有广阔的发展前景和推广价值。

作者单位：1.湖北省武汉新科谷技术股份有限公司 2.湖北省武汉大学资环学院