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标准的工厂化循环水养殖系统基础设施

发表时间:2022/10/3 22:12:35  浏览次数:2844  
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工厂化循环水养殖(Recirculating aquaculture system,简称RAS)是一种新兴的水产养殖模式,集中使用了多种先进的设施设备,综合运用了化学、机械、电子等各种科学技术,创造适合养殖生物的生活环境,进行科学管理,从而摆脱气候、土地、水等外界条件的限制。RAS以其用水量少、占地面积小、高密度、高产出、生产可控等特点,有望成为21世纪水产养殖的主导模式之一,实现渔业的可持续和绿色发展。

RAS主要包括水产养殖池、水质过滤系统、水质监测系统、增氧系统、控温系统、消毒系统、投饵系统等。其工艺流程如图所示。

图1 循环水养殖系统工艺流程图

01 水产养殖池

水产养殖池是养殖生物整个生命周期的生长空间,是循环水养殖系统的关键基础设施。养殖池根据其形状主要分为以下几类:

①圆形池:如图2,圆形池的水体交换均匀,没有死角。池底一般为锅底形,在池中心设排水口,排污效果理想。但在水量小、水压小的地方不宜采用。同时对地面利用率小,池壁不能相互利用,造价高。

②矩形池长方形、长方形切角池形,虽然有一定的死角,易沉积污物,但在鱼群个体、密度、水量较大时,污物的沉积并不明显。同时它具有结构简单,布局容易,施工方便,场地利用率高,相邻鱼池的池壁可共同使用,成片建造节约成本的优点,故实际养殖中大多建造这类型的鱼池。

③正方形池:正方形池与长方形池有共同的优点,若采取鱼池上方进水,下方排水的方式,水体交换不均匀,有明显的死角,生产养殖中使用较少。所以正方形池的设计一般采用池中心设排水口,排污效果好;

④矩形圆弧角养殖池:如图3,兼顾圆形池与矩形养殖池的设计优点,在改善池内流场状态,加强排污效果的同时,增加养殖池的空间利用率。研究结果表明:当0.2≤R/B0.4 时,养殖池的平均流速相比方形养殖池明显提升,阻力系数降低,流场均匀性显著改善。

图2 矩形圆弧角养殖池

⑤八角养殖池:八角养殖池和矩形圆弧角养殖池是圆形养殖池的最佳替代品,具有更好的空间管理、共享的侧走道和均匀的旋转流体单元。但是,水箱内的流速和水质仍有相当大的差异。例如,在八角形养殖池的角落附近可能会形成死水区。事实上,在拐角尺寸相同的情况下,矩形圆弧角养殖池的可用养殖面积要好于八角形养殖池。然而,八角养殖池在操作生产中更常见,因为它们比矩形圆弧角养殖池更容易处理和建造。

其余椭圆形池、梯形池、三角形池和不规则形养殖池在我国很少使用。

02 水质过滤系统

水质过滤系统是指采用沉淀过滤、生物过滤等方法,将废水通过石英砂等滤料层以截留水中悬浮杂质和微生物等的净水过程,是用来实现净化养殖用循环水的一种系统。

①沉淀过滤:主要采用沉淀池或机械过滤机。这些设备去除颗粒物质的作用原理是利用挤压、沉淀作用或二者的结合。使用中为保持良好的净化能力需要对处理设备进行阶段性的冲洗以维持两次冲洗之间的去除能力冲洗水可以用经过净化的循环水或新的补给水。养殖水中的有机物主要以固体形式存在于鱼粪和残饵中溶解性有机物所占的比例较低。因此通过沉淀过滤处理可将水中悬浮固体去除与此同时也去除了大部分的BOD物质。

②微滤机:如图4,一种工厂化循环水养殖中的固液分离装置,是适用于工厂化循环水养殖的水中颗粒物分离设备,是循环水过滤系统的关键设备。其过滤效率及效果将大大影响后续水处理工序的效率。它具有过滤介质空隙小,能有效截留颗粒物、占地面积小、耗能低、操作管理方便等优点。微滤机的主要类型有转鼓式、转盘式、格栅式和履带式,目前普遍使用的微滤机装置是转鼓型微滤机。其主要作用是去除残饵、粪便、悬浮物、泥沙、藻类、生物粘泥等。

图3 自动控制微滤机

③生物滤池:如图5,利用碎石、陶粒或塑料等制成的生物填料污水与填料表面上生长的微生物膜间隙接触,使污水得到净化。其技术的原理主要依据了两个方面,一个是接触氧化,另一个是给水快滤池,生物滤池将这两者的优点结合在一起,具有曝气、滤速快、悬浮物去除等功能。生物滤池技术的技术原理主要由三部分构成。第一部分是氧化分解:就是在滤池中装入适量的小块滤料,活性生物膜依附在滤料上,滤池进行曝气处理,滤料上生长的生物进行强氧化分解,实现对污水的初步净化。第二部分是截留:污水通过紧密的滤料时,滤料及附着的生物膜就起到了过滤的作用,可以截留污水中的悬浮物。第三部分属于反冲洗:生物滤池在进行一段时间的处理过程后,水头损失加剧,这时就需要进行反冲洗去除残留的悬浮物,同时更新依附的生物膜。生物滤池可分为淹没式生物滤池、塔式生物滤池、转盘式生物滤池、曝气生物滤池、厌氧生物滤池等。

图4 淹没式生物滤池

03 水质监测系统

水质检测系统以水环境为对象,运用物理的、化学的及生物的技术手段,对其中的污染物及其有关的组成成分进行定性、定量和系统的综合分析,以探索研究水环境质量的变化规律。

在水质监测中,物理指标和化学指标能反映污染物的来源、浓度,能反映水环境的质量变化,却不能体现污染物对生物的影响,也不能解释水生生物对污染物的作用机理。因此,应用生物监测技术,从水生生物对污染物的利用角度反映污染物对生物的影响,展现污染物的潜在风险和威胁,是水环境监测发展的必然趋势。

水产养殖水质监控参数主要包括水温、PH 、溶氧量、浊度和电导率。最初的养殖水质监控完全依靠养殖人员的经验,后来开始采取采样化学分析法。现代的养殖水质监控系统是以水质传感器为核心设备,以提供具有代表性、及时性和可靠性的水质信息为核心任务,运用自动控制技术、计算机技术并配以专业软件而组成的一个从取样、预处理、分析到数据处理及存贮的完整系统,从而实现对各水质参数的在线自动监测和执行机构的自动控制。

04 增氧系统

增氧系统主要采用增氧机、微孔曝气等技术增加水中的氧气含量以确保水中的生物不会缺氧,同时也能抑制水中厌氧菌的生长,防止池水变质威胁鱼类生存环境。增氧机一般是靠其自带的空气泵将空气打入水中,以此来实现增加水中氧气含量的目的。

目前应用最广的是微孔曝气增氧机。微孔曝气增氧机是一种利用压缩机和高分子微孔曝氧管相配合的曝气增氧装置。曝气管一般布设于池塘底部,利用压缩空气通过微孔逸出形成的细密气泡增加水体和气体的交换量,随着气泡的上升,硫化氢、氨氮等有毒气体被带出水面,下层水体中的肥泥、有机排泄物、剩余变质的饵料等难分解的有机物,因充足的微孔曝气增氧,转化为易于微生物分解的有机物,水体自我净化功能得以恢复。

05 控温系统

控温系统采用一些加热或制冷设备,控制养殖系统内水环境的温度,以便为养殖对象提供最适宜的温度环境。常用设备有煤锅炉、热泵、太阳能等。其中,热泵技术以其低投入、高产出的优越性在建筑采暖制冷中得到大力应用,而将其应用到水产养殖中更具优势。

06 消毒系统

消毒系统一般采用臭氧消毒技术、紫外线杀菌等方法提高水质质量,也可利用消毒剂的氧化性及对病原体渗透压的改变,破坏水体中病原微生物的膜结构,使病原体中酶和蛋白质失去活性,进而致其死亡。

一方面,消毒可杀灭水体中的病原微生物,降低鱼类感染的风险,减少鱼病的发生,并能调节水质。另一方面,消毒产品都具有一定的氧化性和刺激性,对水产动物造成一定的损伤,加之水体是一个变化的、复杂的系统,某些化学物质对水体环境易造成负面影响。所以,选择合适的消毒时机、合适的消毒产品以及合理控制用量非常重要。

07 投饵系统

投饵机是投饵系统的关键组成部分,从应用范围可分为池塘投饲机、网箱投饲机和工厂化养鱼自动投饲机;从投喂饲料性状分为颗粒饲料投饲机、粉状饲料投饲机、糊状饲料投饲机和鲜料饲料投饲机;根据被投饲料的性质不同可分成喷浆设备和颗粒饲料投饲设备两类。

(来源: 水产设施养殖与装备工程研究中心)

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