循环水养殖系统中固体颗粒物集排污效率的指标参数

张译文 车宗龙 张倩 任效忠

摘 要：工厂化循环水养殖池系统的集排污效率直接影响整个系统的顺利运转。集排污效率的高低与水质密切相关，进而影响养殖生物的健康。研究表明，沉降时间、停留时间、排污时间、累积排出量等参数都可以作为判断集排污效率的指标。筛选集排污效率参数，对养殖池集排污特性的试验研究有重要意义。

关键词：工厂化循环水养殖;集排污;参数

文章编号：1004-7026（2020）16-0047-02         中国图书分类号：S959        文献标志码：A

由于人们对水产品需求不断增加，而捕捞渔业严重受限，水产养殖已成为鱼虾等水产品的重要来源，促使养殖业快速发展。工厂化循环水养殖具有占地面积小、获取效益高、养殖密度大、保护环境等优点，为养殖户带来了较高的经济效益，备受工厂化养殖企业的青睐[1]。残饵、粪便等固体颗粒物的有效去除是工厂化循环水养殖的重中之重。提高集排污效率有利于养殖系统的水质达标[2]，防止水质恶化。

养殖池系统的集排污机理尤为复杂，与池内流场特性密切相关，改善养殖池系统的集排污效率已成为优化养殖池系统的重要研究课题之一[3]。循环水养殖系统中固体颗粒物集排污效率的指标参数可以作为集排污效率的参考依据。

1  集排污研究进展

1.1  二次流原理

二次流在循环水养殖池中存在一定的固体边界和流场参数，是一种非主流方向的流动[4]。残饵、粪便等固体颗粒物的沉降和汇聚易受到二次流的影响，且池内的二次流效应对养殖池系统的集排污机制起到积极的促进作用，有利于固体废物排出。目前，工厂化循环水养殖池系统的结构参数设定以切向射流方向为主，且出水口设置于池底中心。此种结构布设方式有利于池内二次流的形成和将固体废弃物排输送到污口处[5]。

1.2  池型对集排污影响

工厂化循环水养殖池系统的集排污效率与池内流场特性直接相关[6]。池型结构对流场特性的影响显著，与养殖池系统的集排污效率密不可分。跑道式养殖池内易出现死水区，屏障附近流速较低，限制了残饵、粪便等固体颗粒物的有效排出。

研究表明，圆形养殖池的径深比在3∶1～10∶1范围内，有利于池内形成良好流态，促进污物的排出，但其空间利用率低，严重限制了工厂化循环水养殖业的产能和效益。矩形养殖池虽有较高的空间利用率，但池内的流态较差，易在池角等区域出现死水区，不利于污物的聚集，导致集排污效率差，故未被广泛推广使用。

目前，方形圆弧角养殖池和八角形养殖池成为较好的养殖池池型结构，摒弃圆形养殖池和矩形养殖池的缺点且结合二者优点，已开始推广使用。

1.3  排水系统

工厂化循环水养殖中常用的排水系统有单通道排污系统、双通道排污系统以及三通道排污系统，目前应用和研究最多的是双通道排污系统。双通道排污系统由底部中心排污口和溢流口构成，其中溢流口包括侧壁溢流口和池心设置溢流管等两种类型，既能及时有效排出养殖池底部的残饵、粪便等固体颗粒物，降低了过滤器的压力和反冲洗压力，又可以通过溢流口将细小悬浮物冲走，降低了过滤器的堵塞概率，减少运行能耗。同时，使用双通道排污系统可减少约5%左右的耗水率。

2  集排污参数

2.1  停留时间

停留時间是指残饵、粪便等固体颗粒在养殖池内的停留时间。可以根据停留时间分布的方法来清晰观测到污物的排出情况。由于养殖池内的流场多变，流速分布不均匀，池内易出现不同程度的死水区、短路流等非理想流态，导致固体颗粒在养殖池内的停留时间不同。绘出停留时间分布曲线可以更直观地体现出固体颗粒的分布。

停留时间分布试验测定方法：通过跟踪示踪剂来监测固体颗粒的动向，在养殖池的进口处加入一定量的示踪剂，同时在出口处检测示踪剂浓度随时间的变化情况。

对示踪剂的要求。①在较低浓度下仍然可以准确检测出来。②不溶于水，不附着在养殖池壁上。③易附着在残饵、粪便等固体颗粒上，并且不发生化学反应。④必须具有不挥发的性质。

2.2  排污时间

排污时间与养殖池的池型结构、进水管的布设位置、射流角度、射流速度、排污口的大小、底流分流比以及残饵、粪便本身的特性等因素有关。

由于残饵、粪便等固体颗粒极难完全排出，因此排污时间可以从污物排出开始计时，到大部分排出且小部分静止于养殖池内或小范围内运动为止。运用排污时间这个指标可以清晰方便地观察到养殖池系统集排污的好坏。

由于排污时间是由观察者肉眼观测所得，多次试验也只能降低误差但无法完全避免，故排污时间对集排污效率的判断存在局限性。

2.3  集污效率

循环水养殖池进水管的射流速度与射流角度对集污效率影响显著。研究表明，射流速度一定，射流角度约为40°是促使污物汇聚的最佳射流角度[7]。通过多次试验研究发现，提高射流速度有助于减小池内残饵粪便残留面积，促进污物汇聚，增强集污效果，射流角度为40°时，养殖池系统的集污效果最佳。

养殖池系统的集排污效率与池型结构有关。在其他条件相同时，圆形池内流场分布均匀、稳定且死水区面积小于矩形池，故集污效果优于矩形池。集排污效率与养殖池的流速、排污时间节点、集污区结构、设备排污效率等有关。

2.4  累计排污量

累计排污量也是工厂化循环水养殖中判断集排污效率的参数。累计排污量是指每隔相同时间测量养殖池内的残饵、粪便等固体颗粒的含量。由此计算出排污效率，得出排污效率与时间的关系曲线，直观看出集排污效率的高低。

2.5  沉降时间

影响沉降时间的因素很多，饲料的密度、粒径、容重以及饲料中物质的含量都会影响沉降时间。按照密度及功能特性分类，饲料可以分为快沉饲料、慢沉饲料、悬浮饲料、漂浮饲料等。不同种类饲料的沉降时间不同，需要根据鱼的摄食需要来选择合适的饲料投喂。相同质量的同种饲料，粒径大的沉降时间长，粒径小的沉降时间短。

饲料容重同样影响沉降时间，影响饲料沉降的主要因素是饲料重量和水的浮力。相同重量的饲料颗粒，饲料的容重越大，颗粒的体积就越小，饲料的沉降速度加快，沉降时间缩短。相反，饲料的容重越小，颗粒的体积就越大，沉降速度就相对较慢[8]。

饲料中某些物质的含量与沉降时间密切相关，其中钙的含量与沉降时间的关系最为密切。饲料中的钙通常以矿物盐的形式存在，而钙的含量直接影响饲料的容重，因此钙可以作为评价沉降时间快慢的一个指标。

饲料中含有粗脂肪，而粗脂肪来源于油脂的添加。不同饲料生产厂家添加的油脂含量不同，直观表现为残余饵料的沉降时间不同。添加油脂可以提高饲料的表面光滑度，减少水浸入饲料的时间，因此增大油脂的含量可以缩短沉降时间。

3  研究意义

工厂化循环水养殖中，水质处理是关键技术之一。为防止残饵粪便长时间停留而使水质恶化和破坏养殖生物的生存环境，优化养殖池系统的集排污机制尤其重要。集排污参数有助于判别养殖池系统集排污的好坏，因此进行集排污参数的筛选对工厂化循环水养殖集排污试验十分必要。

提高集排污效率，可以有效阻止危害养殖生物健康的氨氮及亚硝酸盐的产生，降低养殖生物的病害风险，实现残饵、粪便等固体颗粒的高效排污，避免固体废弃物对养殖生物鳍、鳃等生理结构造成伤害。优化工厂化循环水养殖系统水质条件，可以节约水资源，实现高密度养殖，提高经济效益，且与“生态优先”的国家战略与“提质增效、减量增收、绿色发展”的现代渔业发展需求相契合。

4  结束语

工厂化循环水养殖是水产养殖业的必然发展趋势。提高養殖池系统的集排污效率是保障养殖池系统稳定运行的必然要求。

参考文献：

[1]桂劲松，张倩，任效忠，等.圆弧角优化对单通道方形养殖池流场特性的影响研究[J].大连海洋大学学报，2020，35（2）：308-316.

[2]何玉明，周凤建，陈文永，等.池塘工业化生态养殖系统排出水槽集污区污物处理方式探讨[J].科学养鱼，2017（8）：18-19.

[3]于林平，薛博茹，任效忠，等.单进水管结构对单通道方形圆弧角养殖池水动力特性的影响研究[J].大连海洋大学学报，2020，35（1）：134-140.

[4]湛含辉，戴财胜，张晓琪.二次流原理在水处理沉降设备中的应用研究[J].煤矿环境保护，2002，16（3）：36-37.

[5]赵乐.管式射流驱动下的养殖池集污水动力学特性研究[D].舟山：浙江海洋大学，2017.

[6]魏武.循环水圆形养殖池数值模拟及结构优化[D].湛江：广东海洋大学，2013.

[7]赵乐，张清靖，李宏伟，等.循环水养殖系统管式射流集污特性试验研究[J].渔业现代化，2016（4）：16-21.

[8]刘立鹤，郭小瑞，李兆文，等.影响鮰鱼颗粒饲料沉降因素的相关性研究[J].中国牧业通讯，2009（19）：23-24.