上海能正公司破解尾水治理难题——内循环3.0养殖系统

上海能正渔业科技开发有限公司成立于2003年3月，是国家高新技术企业（GR201931000640），国家科技型中小企业（202131011808004574），上海市知识产权试点企业（2020053B企22），知识产权贯标企业（165IP200177ROS）。公司专注于渔业环保领域的循环水养殖设备和技术研发，申报专利60余件，授权专利30余件，其中发明专利10件，具有自主知识产权。

设备系统简介

“内循环3.0养殖系统”（201911767）是上海市高转项目，产品长10-30米，宽3-10米，高1.5-4.5米；改造推水结构，运转能耗比对标产品降低30%；采用倒屋顶立体布局，解决鱼粪收集的难题，底部一字型多点聚污口构成定向流排污器，粪污收集率大于80%，比对标产品去污效率提高2-3倍，养殖粪污耗氧量BOD5减少80%；粪污及时汇聚储存并与循环水体分流，尾水处理量比循环水量减少95%以上，性能优势显著。产品融入了2020年农业农村部发布农渔办[2020]8号文件筛选的5项典型尾水处理技术模式之二（底排污和流水槽），养殖尾水治理能力迭代式提升。

养殖污染的来源和尾水治理关键措施

水产养殖通过投饵养殖置换出水产品，饵料中约30-40%左右的物质能量转化为鱼体，其余的60-70%的物质成为污染物，其中固体污染物占50%以上，即投料产生的固体粪污是水产养殖污染的主要来源，该污染源在养殖周期内持续不断积累，前期积累的粪污在养殖周期内持续不断的溶解发酵，持续不断的释放污染物，持续不断的污染养殖水体，因积累形成了业内广泛关注的尾水治理难题。

解决养殖污染问题的关键是每天把产生的固体粪污收集起来，转移出水体，避免污染物的积累，避免水体环境的不断恶化；在养殖过程中转移固体粪污，从源头上解决养殖污染问题，使养殖水体持续维持优良状态，才是尾水治理的关键措施。

养殖尾水污染详解

2016-2021年期间，我国水产饲料整体呈现增长趋势。经过了过去十多年的快速发展期，我国水产饲料已进入稳定发展阶段。养殖者多采用高密度放养、大量施肥投饵的养殖模式，产量的提高却忽略了环境和水产品质量问题，制约着水产养殖的提质增效和可持续发展，产生了对质量安全稳定和优良水产品的旺盛需求，巨大的养殖产量对应着巨大的养殖污染源，源于鱼类分泌排泄物、饵料残留，包含碳、氮、磷、硫四种主要元素，数据显示，截至2020年，我国水产养殖规模突破万亿大关，达到10223.4亿元。2021年我国水产养殖产量从2016年的4793.2万吨增长至5388万吨，同期我国水产饲料产量2293.0万吨，同比增长8.0%。水产动物摄食的饲料中约有75%的N和P没有被养殖动物有效利用，以粪便和代谢产物等形式排出了体外，成为养殖环境中的污染物质，污染养殖水体，尾水外排时成为渔业环保问题。

养殖流程中由饲料转化利用到产生污染，造成尾水治理问题的流程如下图所示：

由上图可知，水产养殖通过投喂饵料置换出水产品，饵料中约30-40%左右的物质能量转化为鱼体，其余的60-70%的物质成为污染物，其中固体污染物占50%以上，即投料产生的固体粪污是水产养殖污染的主要来源，该污染源在养殖周期内持续不断积累，积累的粪污在养殖周期内持续不断的溶解发酵，持续不断的释放污染物，持续不断的污染养殖水体，因污染积累形成了业内广泛关注的尾水治理难题。

养殖尾水治理的现状

我国传统池塘养殖发展方式较为粗放，水产养殖粪污极易堆积池底，底部粪污翻涌搅拌污染水体，目前90%的传统水产养殖场没有专门的尾水处理设施，养殖尾水排放不达标等问题突出，水产养殖可持续发展面临严峻挑战，近80%水产养殖面积需要转型发展。

中国水产科学院杨光教授指出，根据近期调研数据统计，截至2021年12月，全国完成尾水治理的淡水池塘总面积为526.7万亩，占淡水池塘总面积的13.79%；全国完成尾水治理的海水池塘总面积为58.88万亩，占海水池塘总面积的8.4%。我国池塘改造和尾水治理推进提速明显，淡水池塘治理比例由2019年底的7.09%提高到2021年底的13.79%，海水池塘治理比例由2019年底的3.90%提高到2021年底的8.40%。海水池塘治理比例显著低于淡水池塘。2021年全国池塘改造和尾水治理总投资近70亿元，随着广东、山东、江苏、江西等养殖大省均已相继出台相关政策，财政投资逐步落实，2022年后池塘改造和尾水治理相关的投资将进一步增长。

养殖尾水的处理是必须要关注的，否则企业难以可持续发展，尾水中N含量是其中一个重要指标。下图是池塘养殖中N循环途径，移除固体粪污，能够大大缩小N循环的量，尾水净化难度大大降低，净化效果也更显著。

养殖尾水治理模式概述和主要缺点

1.养殖尾水治理模式概述

养殖尾水处理技术的创新应用成为渔业高质量发展的必备要素。2020年农业农村部发布了五类养殖尾水治理模式，强调了“将养殖过程中产生的含残饵、粪便等有机颗粒废弃物的尾水排出池塘”和“经处理后达标排放”，2021年又总结了可供选择的14种水产养殖尾水治理模式；2022年广东佛山市又总结和实践了7种水产养殖尾水治理模式，这些都属于传统的后端治理尾水处理模式未能解决养殖过程的污染问题和污染物持续积累问题。忽视了养殖过程中污染物在养殖水体和沉淀池的积累和持续释放问题，不能改善养殖环境。

2.现有三池两坝养殖尾水治理方案的主要缺陷

目前，养殖尾水治理处于后端治理阶段，以‘三池两坝一湿地’模式为典型代表，这导致了养殖粪污在养殖水域和沉淀池的持续积累和持续溶解发酵，在养殖过程中污染水体和危害养殖生物并未得到明显改观，尾水治理由后端前移到养殖过程中才是解决之道。

（1）尾水治理占用养殖面积约10%，减少养殖产量。与养殖户增产增收的喜好相悖，导致养殖单位和养殖户配合并不积极，建成后尾水治理设施设备的维护和使用意愿不强烈。

（2） 通常尾水治理没有改变养殖环境水质。政府投入尾水治理项目后，养殖池塘的水质状况并不会显著改变，养殖池塘的粪污因每天投饵而不断产生和持续积累，不断污染养殖水体，不断危害养殖生物，并没有解决池塘内污染物持续积累和释放的水生态问题。

（3）通常尾水治理额外增加尾水处理费用却没有增产增收。尾水处理中的曝气池，水生植物管护等费用分摊到连片鱼塘，每亩池塘每年要分摊300元左右的运转费用，这是绝大部尾水治理设施设备荒废的主要原因。

（4）连片集中治理的尾水治理模式，不适应湖南省安乡县每塘独立的养殖生产事实和鱼塘并列规范布局状况，地方政府和养殖户确定了维持池塘架构的硬性要求。连片集中治理需要重组池塘架构，改变养殖人员的养殖区域和范围，影响养殖人员的工作岗位，推行起来也阻力重重。

现在的尾水治理模式不能从源头上解决养殖污染和尾水治理难题，是费力不讨好的事情；减少养殖面积养殖户不支持，未能改善养殖水体的水质状况难以增产增收，建成的尾水治理设施后期维护障碍颇多，权责利不清晰，增加政府后续负担。这种尾水治理模式缺乏尾水污染源头的管控，养殖过程持续积累污染源应与持续削减污染物相匹配，需要养殖模式的创新和升级。

养殖尾水治理的解决路径探讨

原理方法

养殖尾水问题实质上是养殖污染问题，解决的关键是每天把产生的固体粪污收集起来，转移出水体，避免污染物的积累，避免水体环境的不断恶化；在池塘中构建类似于“产业化”的高密度养殖区进行圈养管理，在养殖过程中每天移除固体粪污，从源头上解决养殖污染问题，使养殖水体在养殖周期内持续维持优良状态，确保养殖尾水达标排放，才是尾水治理的关键措施。

理念措施

以增收的方式解决尾水治理难题是政府、渔民及模式开发方三方获益的举措，体现科技创新的价值，获益方易于配合，容易形成合力，效果更为显著。其中关键在于强化粪污的收集和及时处理，粪水经沉淀池沉降后固液分离，清水回塘，固形粪污转移到粪污处理中心干化、发酵后资源化利用，生产高档有机肥。

实施路径

1.减少运转能耗。循环水养殖的能耗占比较高，研究显示运转能耗占运转费用的15%左右，主要是增氧和水循环两个环节耗能高，要减少能耗，就只能从水循环环节着手，怎么让鱼粪和水循环的路径实现差异化，在水循环之前就使粪污相对集中，减少粪污收集过程中污水的数量，减少运转能耗，因此开发了分路排污模式。

以分路排污方式有利于残饵粪便的与水的分离和沉淀，实现循环水的减量化，减少去除粪污阶段水处理能耗，比采用泵吸方式，水循环量减少97%以上，节约水泵排污功耗90%，设备投入降低50%。如使用定向流排污器，至少可以减少95%的水排放。养殖水体的补氧循环和清除污染物的循环路径应有所差异，减少清除粪污的循环水量，对粪污浓缩和移出有利；加上减少的补氧循环水量，有利于减少养殖系统运转的循环水相应能耗，减少经营压力。

2.粪污及时上岸矿化处理，避免粪污溶融和水污染积累。排污设备选择要尽量减少残饵粪便在池中停留时间，即有即走地排放，就会减少残饵粪便的破碎和溶融，减少对水体的污染。因为高效滤除粪便会减少残饵粪便的扰动破碎、溶融，防止残饵粪便分解成更小的颗粒或变成氨氮等可溶物，降低后续生化处理工艺环节的容积与负荷，避免堵塞管道或设备，降低工作量和能耗，达到事半功倍的效果。

分路排污克服了粪污转移效率低的技术问题，在养殖过程中前置处理固形粪污，残饵粪便更容易沉淀，脱水、固化，避免粪污积累和持续释放污染物，减少污染物在水中的耗氧成本，避免污染物的持续释放和积累，从根源上解决养殖污染问题和尾水治理难题。

其中定向流排污器，安装于池底，集污时打开集污槽盖板，残饵粪便随流水落入集污槽。排污时盖上集污槽盖板，集污槽变成一个闭合的腔体排污，来自另一端的进水水流，便可将集污槽内的残饵粪便，完全彻底的不留死角的排放干净，大大减少了残饵粪便在养殖池的停留时间及溶融分解。

养殖粪污的资源化利用的前提是养殖粪污的汇聚、储存、转移、固液分离，然后才能开发出养殖粪污的资源化利用途径，将助力池塘养殖过程削减污染物的原位尾水治理新模式的建立和推广应用奠定基础。

3.尾水污染源的资源化利用。饵料系数为1的饲料，每斤饲料生产的鱼体干物质约0.35斤，说明有0.65斤成为了污染物，留存在池塘内；通常饲料的饵料系数为1.5，1.5斤饲料生产的鱼体干物质依然是0.35斤，说明有1.15斤成为了污染物，留存在池塘内。说明饵料越好，池塘的净化压力越小；饵料系数越大，池塘的净化压力越大。经估算，5000亩平均亩产4000斤，饵料系数1.5，需要3000万斤饲料，即1.5万吨饲料，收集固形废弃物0.7万吨。一期建设包括湖南省安乡县陈家嘴镇宏发渔场和老安德乡渔场，面积共10000亩，预计收集固形废弃物1.5万吨左右。可以拓展为一个重要的有机肥来源。有研究表明，粪污经发酵处理后含水量约35%，蛋白质含量约20%，用于养殖蚯蚓或黑水牤蛆虫，回收蛋白质资源化，使鱼粪有机肥更利于种植业的利用。利用后的废弃物添加干土和粉碎的秸秆混合制作有机肥，经制粒成为花肥供城区阳台或家庭绿植使用，或直接装袋制成有机肥供水果、茶树、中药材基地使用，减少化肥用量。

4.池塘湿地工程不能成功解决养殖尾水问题的案例印证了高效转移粪污的重要性。

池塘工程循环水养殖模式（或流水槽或内循环）在后端尾水治理基础上向养殖过程推进，以美国大豆协会推广的流水槽（或内循环）为典型代表，在养殖过程中转移部分固形粪污，削减污染物在养殖水域的积累，是尾水治理技术的进步，但是由于该模式前端养殖后端聚污的结构特性不能很好的适应高效聚污需求，粪污转移效率不高（约18-20%），尾水治理效果不太显著；并且，我们发现，未高效转移粪污的流水槽，即使是95%以上的池塘面积作为湿地净化系统，依然难以解决养殖水体污染和尾水治理难题。江苏省苏州市吴江市同里镇2017年建成的流水槽养殖系统，在建成后第三年就因养殖水体自身污染而崩溃；国内绝大部分的流水槽未能持续应用也体现出该模式的缺陷性。由此印证了高效转移粪污，减轻尾水净化压力的重要性

复合型养殖尾水治理模式

高阶尾水治理模式是在养殖过程中最大幅度的削减污染源，维持养殖水体优良状态，使尾水问题成为伪命题。

因此，我们认为解决尾水治理问题的方法是：以每天尽可能完全移除固体污染物为核心抓手，稳定养殖水体水质；以“强化池塘原位净化能力，转化利用可溶性污染物”为保障措施；以园区沟渠湿地净化为第三道保险，在养殖池塘创建常年达标水质来确保养殖尾水达标排放。

“流水槽+底排污+沉淀池”的复合型养殖尾水治理典型案例

1.内循环3.0养殖设备系统案例立体模式图

以4-5条流水槽为一组内循环3.0养殖设备系统，流水槽长21.5m，宽5m，走道边缘高2.4m，斜底倒屋顶结构；不锈钢支架支撑玻璃钢板构建养殖容器，养殖区18m*5m=90㎡，容积大于245m3；二级聚污区3.5m长；前端推水走道宽1m，中间走道宽1m，后端拉水走道宽0.5m。

流水槽案例立体模式图如下所示，粪污聚存在斜底底部，并设计可开闭聚污管腔（如下图底部的蓝色位置），短时储存粪污，关闭时形成管道转移出水体，绝大部分水体直接低水位差的参与水循环。

在流水槽养殖系统中，通过对水流的方向的调控，让养殖粪污易于向池底汇聚，引导粪污进入一级聚污区域，通过粪污输送管道与循环水分流并转移出养殖水体；更多的养殖循环用水只是参与循环，带来高溶氧水体，带走可溶性代谢废物，由水域湿地系统净化可溶性污染物；从而在池塘养殖水体中构建稳态的水域生态系统。

2.内循环3.0养殖设备系统中粪污产生和移除路径

每天产生的养殖粪污上岸后，经三级沉淀，上层清水回流到池塘中经过菌藻和水生植物净化处理；下层沉降的粪污留存于沉淀池内，离开养殖水体，避免了固形粪污在养殖水体中持续溶解发酵，持续污染养殖用水，减小养殖池塘的净化压力；从而构建稳态的池塘养殖系统，养殖用水循环利用，养殖尾水零排放。粪污转移路径如下图所示:

3.模式融合解决养殖尾水问题

组合应用“流水槽、底排污、三池两坝”三类尾水治理模式的核心要素，创建出“流水槽+底排污+沉淀池”养殖模式，运用分路排污架构，养殖水体在经养殖鱼类利用过程中，在养殖系统中将粪污和水体分流，完成清水分流和养殖尾水得以减量化；同时强化养殖粪污的汇聚、储存、转移、固液分离等技术细节，并开发出养殖粪污的资源化利用途径。养殖系统克服了粪污转移效率低的技术问题，在养殖过程中使用沉淀池前置处理固形粪污，避免粪污在养殖水体中的积累和持续释放污染物，减少污染物在水中的耗氧数量和成本，避免污染物的持续释放和积累，从根源上解决养殖污染问题和尾水治理难题，将助力池塘养殖过程削减污染物的异位尾水治理新模式的建立和推广应用奠定基础。

粪污收集效果照片

实施例航拍图

广角拍摄的实施例照片

(本文来源：数渔)

(作者：上海能正渔业科技开发有限公司 阳清发先生)

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