循环水养殖系统中的增氧技术应用研究

宋红桥 管崇武

摘 要：养殖水体中的溶氧值是满足养殖品种在养殖环境中生长的重要条件之一。该文归纳了养殖模式的发展和变化，介绍了国内外增氧发展及循环水养殖系统中的主要增氧方式，为进一步提高增氧技术水平提供参考。

关键字：水产养殖;溶氧;增氧技术

中图分类号 S965文献标识码 A文章编号 1007-7731（2021）22-0100-03

Study on Application of Aeration Technology in Recirculating Aquaculture System

SONG Hongqiao et al.

（Institute of fishery machinery and instruments， Chinese Academy of Fishery Sciences / Key Laboratory of fishery equipment and engineering technology， Ministry of agriculture and rural areas， Shanghai 200092， China）

Abstract： dissolved oxygen value in aquaculture water is one of the important conditions to meet the growth of aquaculture varieties in the aquaculture environment. According to the development and change of aquaculture mode， this paper mainly summarizes the main ways of aeration at home and abroad， and the main ways of aeration in the current recirculating aquaculture system， so as to provide reference for further improving the aeration technology.

Key words： Aquaculture; Dissolved oxygen; Oxygenation technology

我国的水产养殖产业不断的发展，从原先单一的池塘养殖模向大水体网箱养殖、流水养鱼、高密度集约化、工厂化等多元化的养殖模式方向发展和转化[1]。循环水养殖系统是利用现代设施设备和控制技术相结合而构建的一种高密度水产养殖系统。单位养殖水体的产出指标是评价循环水养殖系统效率的重要参数，在单一养殖系统中养殖密度越高、单位产量也越高，也表明该系统在养殖中的利用率和单位产出也越高，所带来的经济效益也越高。

溶氧是鱼类在水中赖以生存的基础条件，是水环境物质的氧化的重要物质[2]，也是鱼类生存和生长的基础条件之一。鱼在生长和活动的过程中不停地进行耗氧，水中的溶解氧在养殖过程中处于先决条件地位，对于鱼类的生长和发育都具备着决定意义。溶解氧（DO）在水产养殖中具有重要作用，每一吨鱼/天需要消耗约3kg的氧气[3-4]，在养殖水体中保持一定水平的溶解氧是循环水养殖系统所必备的重要条件之一[5]。在循环水养殖系统中养殖密度与系统的溶氧之间密切关联。以在空气增氧为基础条件下，循环水养殖系统的养殖密度上限基本保持在30～50kg/m3左右，在循环水产养殖系统中达到养殖密度后，溶解氧一般都不高于5mg/L或是水体溶氧饱和度达到60%～70%。因此，在高密度循环水产养殖模式下，高效增加养殖水体中的溶解氧是保证循环水养殖系统正常运行以及鱼类生长的前提和关键，也是提高养殖系统的设施设备利用效率、提高经济效益的最有效途径。

因此，探讨和研究循环水养殖模式下的增氧技术，有利于为增氧技术研发和增氧设备创新提供思路，对促进和提高循环水养殖学科的发展具有十分重要的意义。

1 增氧技术发展现状

在水产中的增氧形式是多样化的，机械增氧、物理增氧、化学增氧、生物增氧等是最为常见的几类增氧方式。机械增氧在水产养殖中是最为普遍、应用性最广的一种增氧方式。随着循环水养殖模式的迅速发展，对传统的增氧设施设备和方法要求相应的有所提高;隨着养殖技术要求的不断提高，水产养殖业由“粗养精养”逐渐向集约化、循环水和工厂化等方向发展，在养殖系统中保证高溶氧值是高密度下养殖生产的必备条件。较多的研究表明：水体在高溶氧情况下，所投喂饲料的利用率可提高30%，提高养殖收益，降低养殖成本;养殖对象在养殖过程中病害的发生和死亡率也明显降低。

我国增氧设备的研究始于20世纪的70年代，近年来随着我国高密度水产养殖模式的飞速发展，应用及推广，增氧技术也取得了相当大的研究成果，研发出了各种新型的增氧技术和设备。国内主要的池塘养殖增氧方式还是主要以增氧机为主，其中叶轮、水车增氧机的使用率最高，此类增氧机应用于较大水体养殖较多，例如池塘，其增氧的范围较大，所以在循环水养殖系统中的实际应用较少，只作为辅助型的增氧设施。循环水养殖增氧在国内以曝气增氧（罗茨风机、涡旋风机）等为主，为适应高密度循环水养殖模式的发展，陈友光[6]等研究了纯氧增氧，其表现利用率高;张宇雷[7]等研究低压纯氧增氧装置等，为循环水中的高密度养殖模式中的增氧设施设备奠定了良好的应用基础。

国外的主要增氧技术以利用纯氧增氧为主，Wagner等通过使用纯氧增氧方式使氮的饱和从116%降低至98%，达到高增氧的效果。大部分较多的是纯氧混合装置U型管、加压填充筒，锥形氧接触器等，此类增氧设施在同一养殖水体中，利用纯氧进行增氧可迅速增高1至2倍增氧效果和利用率，对国内增氧技术的研究提供了依据和参考，在增氧等研究过程中起到了良好的指导和积极引导的作用。

2 循环水养殖模式下的常用增氧技术

2.1 曝气增氧 曝气增氧是循环水养殖模式中最为常见的一种增氧方式，利用微孔曝气管或者曝气石向养殖水体充空气进行增氧，该增氧方式的范围比较广，能够提高各水层养殖品种的活动能力。曝气增氧是由电机、罗茨风机或涡旋风机等设备、主供气管、PVC支管及曝气管或曝气石组成的供气系统。其曝气原理是利用电动机带动风机，将空气加压后送至系统中的主供气管道;由主供气管道将空气源氧沿支路管道进入系统中的曝气石或曝气管内;曝气石或曝气管将空气源氧以微小气泡形式分散到各水层的水体中，形成的微气泡向池底释放出后逐渐上浮跟各层水体接触混合进行增氧。气泡是在高氧状态的分压作用下，将氧气充分溶入到养殖水体中的;气泡在上升过程中形成水流旋转和上下水层进行流动互换，将上层溶氧量值较高的水带入下层水体中，让水流形成旋转后使微孔管周围高溶氧量水向外围扩散，最终实现整个养殖系统中水体高效、均匀增氧的效果。曝气增氧情况下实现高效立体增氧，保证水体溶氧量稳定，特别是极端天气情况下养殖水体溶氧的波动性小。该增氧方式的主要缺点是空气中的氧气含量21%，当养殖品种密度超过50kg/m3后，溶氧值不稳定，基本保持在3～5mg/L左右，系统的养殖密度受到了限制，溶氧利用效率降低。

2.2 纯氧增氧

2.2.1 低压纯氧混合增氧（LHO） 该增氧装置主要是根据气与液传质的双膜理论，通过LHO腔体内持续和多次吸收来提高纯氧的吸收率和利用率。循环水流经过布水孔板后形成一定厚度的水层以减少纯氧的溢流，水流以滴流的形式自留入吸收腔;纯氧的吸收腔是若干个相互串联的小型腔体分格而成的，是主要进行氧-水接触的混合空间;整个LHO增氧装置半埋于水体中，让整个吸收腔处于密闭状态，减少氧的流失和浪费;水流通过从互串的吸收腔的底部流出，纯氧在装置侧面进气口注入，部分尾气通过尾气管从吸收腔排出。该设备增氧溶氧的利用率主要是控制气水比以及布水孔径与吸收腔之间高度;如设定进出水溶氧为9～10mg/L，氧吸收率为60%～70%，设定气液体积比应为0.01∶1;布水板孔径以小为佳，布水层厚度不低于5cm，吸收腔不能过多，一般以7～10格利用率为最高。该增氧能满足中高养殖密度的循环水养殖系统对溶氧的需求;但低压增氧长期使用会导致养殖系统水体中的二氧化碳的积聚，pH值会持续性降低和产生波动等不稳定情况发生，因此需要在系统中配备相应的二氧化碳去除装置和脱气装置。

2.2.2 氧锥 氧锥增氧装置是由1个锥形气液接触罐体、循环水泵、进出水口、进气口和气体回收等装置所构成。在整个增氧使用过程中充分利用锥体接触罐内部液体的静压力，增氧锥的出水管安装在养殖水体的底部;纯氧从增氧锥顶部的进气口进入锥形气液接触罐体内，并使气体流速方向与水流方向呈垂直角度;养殖水经循环泵上提至增氧锥顶部回落至底部，与整个增氧锥内的氧气充分接触后从底部出水口自行流出。纯氧与水是在锥型气液接触罐中进行混合接触后形成气泡流体状态，即完成氧-水接触从而提高水中的溶氧值，将多余未溶解的氧气经回收管道收集后再循环利用，气液混合的水随后进人循环水养殖系统中，最终实现水体增氧过程，水体中的溶氧值达到15～22mg/L，甚至更高值。当气泡流经过增氧锥时，就可使得氧气最大限度地延长停留在增氧锥内的接触时间，从而提高气液之间混合来提高水体溶氧值和饱和含量。另外，气-液的混合流在向下的自流动的过程中，随着深度增加锥体内的压强不断加大，水体中氧传质的动力不断提高和增加，氧气的传递速率也随之增加，高效增氧更加明显和显著。氧锥增氧在我国的水产养殖中应用不是很普遍，主要原因是锥形接触器吸收腔的工作压力达到100kpa左右，使用成本、动力及能耗等费用都较高，对于养殖户来说使用成本偏高。

2.3 化学法 化学增氧是一般养殖户常备的增氧方法和药剂，主要是利用增氧作用的化学试剂中的功能和特性，将增氧化学试剂投入或添加到养殖水体中，让其与水发生化学反应后释放出氧气，以此方式来提高水中的溶氧和含氧量。化学增氧试剂的主要成份都是过氧化氢、过氧化钙、过氧酰胺、过氧碳酸氢钠等易反应释放氧的化学试剂。该类主要是用于应急处理的方法，应对就极端天气、紧急停电等特殊的情况下缺氧而造成的浮头和缺氧，该法成本高，常规情况下极少使用该方法[8]。

2.4 生物法 生物增氧法主要是利用水体中的光合微生物、藻类等水生植物进行光合作用，吸收二氧化碳，释放氧气来达到养殖水体增氧的目的。在循环水养殖系统中受到技术和空间、配套等约束。但在标准化池塘的循环水模式下和华北地区的冰下越冬有相关的使用报告。此类增氧方法需生态环境条件等综合因素进行考量[9]。

3 结语

水体中保持稳定的溶氧值是整个养殖过程中的保障，增氧能力是衡量养殖系统评价的重要指标[10]，水体中溶氧低则会引起养殖品种的应急，轻会鱼类浮头，严重时窒息死亡。但较多的试验结果表明，养殖水体中的溶氧值并非是越高越好;鱼苗如长期在溶氧过饱和的水体中，易发生气泡病。基本养殖水体中的溶氧保持在5～7mg/L是既满足养殖品种所需氧，又节能节约成本。

针对养殖对象和密度选择增氧方式是首先考虑的问题，不同养殖品种对其生长环境也有着不同的要求。如罗非鱼可耐受的最低溶氧值为0.5mg/L，鲤科鱼类可耐受0.7～1.0mg/L，根据养殖的不同鱼类的需氧量，进行符合整个系统运行的所需配比。养殖密度过高，对于水体中的溶氧消耗较高，即要满足鱼类呼吸所需的溶氧值，也要满足系统中的生物处理器所需氧源。

参考文献

[1]张文香，王志敏，张卫国.海水鱼类工厂化养殖的现状与发展趋势[J].水产科学，2005，24（5）：50-52.

[2]房燕，韩世成，蒋树义，等.工厂化水产养殖中的增氧技术

[3]Margal ef R， D i versi dad de especi es en las com unidades nat urales[J]. Proceedi ngs Inst. Bi ol A pl，1951，9（5）：5-27.

[4]渔业水质标准[S].G B11607-89，1990.

[5]曹广斌，蒋树义，韩世成，等.冷水性鱼类循环水养殖系统设计及养殖虹鳟试验研究.水产学杂志，2010，23（3）：44-48.

[6]陈有光，段登选，陈秀丽，等.工厂化养鱼中氧气锥的增氧规律[J].漁业现代化，2009，36（3）：26-30.

[7]张宇雷，倪奇，徐皓，等.低压纯氧混合装置增氧性能的研究[J].渔业现代化，2008，35（3）：l-5.

[8]高廷耀，顾国维.水污染控制工程[M].北京：高等教育出版社，1999.

[9]郭新相.高寒地区养鱼水体冰下生物增氧[J].渔业致富指南，2012（22）：41-41.

[10]马海龙，李秀辰.气液接触式增氧技术在水产养殖中的应用与展望[J]渔业现代化，2004（2）：13-14.

（责编：王慧晴）