我國(guó)工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖研究

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2014級(jí)水產(chǎn)研究生201411908013王文福

2.1大顆粒物濾除

工廠化養(yǎng)魚(yú)屬于集約化養(yǎng)殖模式，養(yǎng)殖魚(yú)類(lèi)的單位水體密度較高，產(chǎn)生的固體廢棄物量很大，首先要求濾除大顆粒物（TSS）。目前生產(chǎn)上使用得比較成熟的是微濾機(jī)和弧形篩。轉(zhuǎn)鼓式微濾機(jī)為當(dāng)前去除TSS的主要設(shè)備之一，濾網(wǎng)是轉(zhuǎn)鼓式微濾機(jī)的主要工作部件，其網(wǎng)目數(shù)（孔徑）直接影響轉(zhuǎn)鼓式微濾機(jī)的TSS去除率、反沖洗頻率、耗水耗電等。宿墨等研究發(fā)現(xiàn)，200目濾網(wǎng)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果最為明顯，其TSS去除率達(dá)到54.90%[1]。微濾機(jī)在初次使用過(guò)程中過(guò)濾效果較好，但在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中，養(yǎng)殖水體中黏性物質(zhì)會(huì)逐步附著到濾網(wǎng)上，導(dǎo)致濾網(wǎng)孔徑變小，影響過(guò)濾能力，且由于體積龐大，不容易維護(hù)[10]。

弧形篩是目前國(guó)內(nèi)外工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖模式中應(yīng)用較為成熟的一種微篩過(guò)濾器，優(yōu)點(diǎn)是無(wú)動(dòng)力消耗、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)成本低，缺點(diǎn)是國(guó)內(nèi)尚未解決弧形篩面的自動(dòng)清洗難題，養(yǎng)殖負(fù)荷較高，每天不定時(shí)地需要進(jìn)行人工清洗。弧形篩主要利用篩縫排列垂直于進(jìn)水水流方向的圓弧形固定篩面實(shí)現(xiàn)水體固液分離。最常用的篩縫是0.25mm，可有效去除約80%的粒徑大于70μm的TSS[11]。

2.2臭氧消毒

臭氧是一種強(qiáng)氧化劑，其滅菌過(guò)程屬于生物化學(xué)氧化反應(yīng)。臭氧滅菌有3種形式：a.能氧化分解細(xì)菌內(nèi)部葡萄糖所需的酶，滅活細(xì)菌；b.直接與細(xì)菌、病毒作用，破壞它們的細(xì)胞器和DNA、RNA，使細(xì)菌的新陳代謝遭到破壞，導(dǎo)致細(xì)菌死亡；c.透過(guò)細(xì)胞膜組織侵入細(xì)胞內(nèi)部，作用于外膜的脂蛋白和內(nèi)部的脂多糖，使細(xì)菌產(chǎn)生通透性畸變而溶解死亡。臭氧滅菌為廣譜殺菌和溶菌方式，殺菌徹底，無(wú)殘留，可殺滅細(xì)菌繁殖體和芽孢、病毒、真菌等，并可破壞肉毒桿菌毒素。另外，臭氧由于穩(wěn)定性差，很快會(huì)自行分解為氧氣或單個(gè)氧原子，而單個(gè)氧原子能自行結(jié)合成氧分子，不僅能對(duì)養(yǎng)殖水體增氧，而且不存在任何有毒殘留物，所以臭氧是一種比較理想的、無(wú)污染的消毒劑[12]。

臭氧盡管殺菌效果較好，但如果過(guò)量使用對(duì)養(yǎng)殖生物會(huì)造成較大危害。因此，在水產(chǎn)養(yǎng)殖過(guò)程中，定時(shí)、定量、安全、規(guī)范使用臭氧非常重要，應(yīng)采取嚴(yán)格措施盡力避免過(guò)量使用；并要防止臭氧溢出造成空氣環(huán)境污染[13]。

2.3氣浮綜合處理

此環(huán)節(jié)使用的主要設(shè)備是蛋白分離器。其工作原理為：空氣與水之間形成的接觸面具有一定的表面張力，因此纖維素、蛋白質(zhì)和食物殘?jiān)扔袡C(jī)雜質(zhì)必然會(huì)在此被吸附匯集。如果能夠盡力擴(kuò)大此表面積，例如產(chǎn)生氣泡（制造泡沫），則會(huì)有更多的纖維素、蛋白質(zhì)和食物殘?jiān)仍诖吮砻姹晃?。泡沫的黏度將隨著表面的擴(kuò)大而增強(qiáng)，并隨氣泡的逐漸消失而改變。因此，蛋白分離器的有效性就在于擴(kuò)大氣體和液體之間的表面區(qū)域及其特定的表面張力[14~16]。

2.4生物濾池

RAS的核心是生物濾池，包括生物濾料的選擇、生物濾膜的培養(yǎng)等技術(shù)環(huán)節(jié)。循環(huán)水養(yǎng)殖模式

屬高密度集約化養(yǎng)殖，其殘餌、糞便產(chǎn)生的氨氮、亞硝酸氮是整個(gè)循環(huán)水系統(tǒng)中主要的代謝廢物，

也是重點(diǎn)過(guò)濾對(duì)象，而生物濾池主要承擔(dān)養(yǎng)殖廢水氨氮、亞硝酸氮的轉(zhuǎn)化、脫除等功能環(huán)節(jié)?？梢哉f(shuō)，生物濾池對(duì)氨氮、亞硝酸氮的處理能力代表了整個(gè)RAS工藝的先進(jìn)性，也代表了整個(gè)RAS的最大養(yǎng)殖承載量[17~20]。

2.5紫外線(xiàn)殺菌環(huán)節(jié)

紫外線(xiàn)殺菌工藝被廣泛地應(yīng)用在循環(huán)水處理環(huán)節(jié)上。適當(dāng)波長(zhǎng)的紫外線(xiàn)會(huì)破壞微生物機(jī)體細(xì)胞

中的DNA或RNA分子結(jié)構(gòu)，造成生長(zhǎng)性細(xì)胞死亡或再生性細(xì)胞死亡。因此，當(dāng)應(yīng)用紫外殺菌技術(shù)于RAS中，水中的各種細(xì)菌、病毒、寄生蟲(chóng)、水藻以及其他病原體受到一定劑量的UVC輻射后，其細(xì)

胞中的DNA、RNA結(jié)構(gòu)受到破壞，從而在不使用任何化學(xué)藥物的情況下殺滅水中的細(xì)菌、病毒以及其他致病體，達(dá)到消毒和凈化的目的[21]。

3.結(jié)果與討論

3.1水循環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性是工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖模式的重中之重

工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖模式的最大特點(diǎn)就是可以實(shí)現(xiàn)無(wú)季節(jié)差別的全天候高效生產(chǎn),實(shí)現(xiàn)這個(gè)預(yù)期

效果離不開(kāi)科學(xué)合理的水處理工藝設(shè)施,但同時(shí)也離不開(kāi)科學(xué)有序的運(yùn)營(yíng)管理。水循環(huán)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的

穩(wěn)定性跟水循環(huán)系統(tǒng)的總水量平衡、生物濾池的定期維護(hù)、過(guò)濾設(shè)施的定期清洗、水質(zhì)的有效監(jiān)測(cè)、合理的飼料投喂策略、適宜的養(yǎng)殖密度、合理的養(yǎng)殖管理措施等都是分不開(kāi)的。所以,水循環(huán)系統(tǒng)

的穩(wěn)定性是一個(gè)綜合考量的指標(biāo),也是實(shí)現(xiàn)工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖模式穩(wěn)定生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在中

國(guó)已有的工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖容量中,規(guī)模較大的養(yǎng)殖企業(yè)均或多或少暴發(fā)了RAS崩潰的現(xiàn)象,究

其原因,還是水循環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性不夠所致。具體表現(xiàn)為養(yǎng)殖對(duì)象大規(guī)模感染致病菌,出現(xiàn)活力低下、體表潰爛、肝脾腫大、暴發(fā)性死亡的現(xiàn)象,往往短時(shí)間內(nèi)給經(jīng)營(yíng)業(yè)者帶來(lái)重大損失。因?yàn)檠h(huán)水養(yǎng)

殖模式是高效養(yǎng)殖,養(yǎng)殖密度是一般流水養(yǎng)殖模式的數(shù)倍,在水循環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定的狀況下,其高效高

產(chǎn)優(yōu)勢(shì)可以正常發(fā)揮,一旦出現(xiàn)水循環(huán)系統(tǒng)自?xún)裟芰κ茏?水質(zhì)惡化,所帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)和損失也是成

倍增長(zhǎng)的。所以,工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖模式不同于傳統(tǒng)養(yǎng)殖模式,要求管理運(yùn)營(yíng)人員素質(zhì)較高,要對(duì)

整個(gè)RAS各個(gè)環(huán)節(jié)非常熟悉和了解,能夠及時(shí)地掌控和反饋系統(tǒng)運(yùn)行情況。同時(shí)要求養(yǎng)殖企業(yè)建立完善的水質(zhì)監(jiān)測(cè)監(jiān)管體系和規(guī)范科學(xué)的養(yǎng)殖管理體系。

3.2工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖模式的應(yīng)用范圍應(yīng)當(dāng)大力拓展

目前,國(guó)內(nèi)循環(huán)水養(yǎng)殖模式已在高檔魚(yú)類(lèi)如半滑舌鰨、大菱鲆、石斑魚(yú)、紅鰭東方鲀(Takifugurubripes)、虹鱒等品種上有很好的應(yīng)用,國(guó)外主要應(yīng)用于大西洋鮭、虹鱒、歐洲鰻、暗斑梭鱸、紅點(diǎn)鮭、鱘、尼羅羅非魚(yú),均創(chuàng)造了巨大的商業(yè)利潤(rùn)。除了魚(yú)類(lèi)之外,已經(jīng)越來(lái)越多地將此種養(yǎng)殖模

式應(yīng)用于蝦類(lèi)、刺參、貝類(lèi)等品種。歐洲龍蝦、凡納濱對(duì)蝦、九齒團(tuán)蝦、梭子蟹、皺紋盤(pán)鮑、東方

牡蠣、佛羅里達(dá)蘋(píng)果螺等均在循環(huán)水養(yǎng)殖模式中有了很好的嘗試與應(yīng)用,只是養(yǎng)殖規(guī)模和養(yǎng)殖效率

還有待提高。不僅如此,有些水產(chǎn)工在循環(huán)水養(yǎng)殖模式下還做了魚(yú)貝共生、蝦貝共生、蝦藻共

生等的有益嘗試,對(duì)水質(zhì)控制、氮磷轉(zhuǎn)化利用、提高綜合效益等也做了相應(yīng)的探討,為工廠化循環(huán)

水養(yǎng)殖模式的發(fā)展提出了新的方向。工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖模式不僅可以在養(yǎng)殖種類(lèi)上拓展,在養(yǎng)殖空

間上也可以大力開(kāi)拓。紹興一家企業(yè)已實(shí)現(xiàn)用全人工配置海水養(yǎng)殖大菱鲆,開(kāi)創(chuàng)了循環(huán)水養(yǎng)殖應(yīng)用

前景。在國(guó)家開(kāi)創(chuàng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的大力支持下,隨著人民生活水平的提高,工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖模式的發(fā)

展空間將越來(lái)越大,假以時(shí)日,在中國(guó)西部邊陲新疆、西藏實(shí)現(xiàn)海鮮的就地供給是完全可以實(shí)現(xiàn)的。

3.3工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖模式的發(fā)展應(yīng)注重節(jié)能減排、環(huán)境友好

普通流水養(yǎng)殖模式的養(yǎng)殖用水是從20~60m的地下通過(guò)電能晝夜不停地抽提上來(lái),簡(jiǎn)單地用于

養(yǎng)魚(yú)后就排向大海,不但造成水資源的浪費(fèi),而且?guī)ё吡藷崃?是對(duì)地?zé)豳Y源的不合理開(kāi)發(fā)。同時(shí),每月消耗的電能是一個(gè)龐大數(shù)字,以一個(gè)普通的20個(gè)6m×6m×1m池子的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)魚(yú)棚為例,每月消

耗的電量為1~2萬(wàn)kW·h,電費(fèi)達(dá)萬(wàn)元/月以上。而且不經(jīng)任何處理的養(yǎng)殖廢水直接排入海中,造成近海的富營(yíng)養(yǎng)化和病菌的滋生,對(duì)環(huán)境造成很大破壞。相比普通流水養(yǎng)殖模式,工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖

模式可以實(shí)現(xiàn)水體循環(huán)利用,日均水利用率在95%以上,大量節(jié)省了水資源和地?zé)崮茉??？墒且驗(yàn)楝F(xiàn)在國(guó)內(nèi)相關(guān)水處理設(shè)備性能還不完善,使用壽命短、處理效率不高、節(jié)能效果也不好,同時(shí)水處理工藝和養(yǎng)殖運(yùn)營(yíng)的管理水平也有待提高,造成國(guó)內(nèi)循環(huán)水養(yǎng)殖企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)成本高昂,產(chǎn)品價(jià)格缺乏競(jìng)爭(zhēng)力,導(dǎo)致部分循環(huán)水車(chē)間處于基本維持和補(bǔ)貼運(yùn)營(yíng)狀態(tài),甚至生產(chǎn)陷入停頓。因此,采用多種措施和手段,降低能耗,降低生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)成本,是今后工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖模式發(fā)展和推廣的必須

舉措。具體的措施和方法有:在系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)中應(yīng)貫徹“一級(jí)抽提、重力流循環(huán)”思路,最大限度地減少多級(jí)抽提帶來(lái)的能耗和水頭損失;盡量使用能耗低的水處理設(shè)備,部分使用低揚(yáng)程水泵;盡量使用成熟綠色能源代替電能,如太陽(yáng)能、地?zé)?、光伏、風(fēng)能、生物質(zhì)能等;實(shí)現(xiàn)科學(xué)合理的工業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)管理,挖掘工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖模式生產(chǎn)潛能,實(shí)現(xiàn)全年滿(mǎn)負(fù)荷養(yǎng)殖生產(chǎn),降低單位產(chǎn)品生產(chǎn)成本等。普通開(kāi)放養(yǎng)殖模式生產(chǎn)過(guò)程中的養(yǎng)殖廢水直接外排,大量無(wú)機(jī)和有機(jī)營(yíng)養(yǎng)元素如氨氮、磷酸鹽、溶解性有機(jī)碳和有機(jī)顆粒直接進(jìn)入環(huán)境,從而造成水域環(huán)境的惡化,進(jìn)而引發(fā)水質(zhì)污染、病害滋生,水產(chǎn)品的衛(wèi)生和安全等一系列問(wèn)題成為限制水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)可持續(xù)發(fā)展的首要問(wèn)題。工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖模式可以實(shí)現(xiàn)全封閉式生產(chǎn),排放可控,而且污染終產(chǎn)物還可以作為堆肥直接肥田[22]。

4.結(jié)論

從世界范圍內(nèi)看,工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖模式發(fā)展的歷史較短,水處理工藝及養(yǎng)殖管理還不完善,

有時(shí)是受成本控制限制,所以還不能做到完全的“零排放”,所以在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)中,每日還是要排出一定量的污染物,如何科學(xué)地處理這些“污染物”是擺在水產(chǎn)工面前的一個(gè)重要問(wèn)題。而且,涉及生物過(guò)濾環(huán)節(jié),會(huì)有N2、N2O和CO2的排出,N2O和CO2是典型的溫室氣體,且N2O對(duì)臭氧層有明顯的破壞作用,如何減少和限制這種對(duì)環(huán)境的不良影響,也是工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖模式生產(chǎn)推廣需要克服的一個(gè)問(wèn)題。盡管如此,工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖模式仍然是未來(lái)最具發(fā)展?jié)摿Φ年懟h(huán)水養(yǎng)殖模式,是中國(guó)開(kāi)創(chuàng)現(xiàn)代水產(chǎn)業(yè)的重要組成部分。隨著核心裝備的國(guó)產(chǎn)化、水處理工藝的成熟化、養(yǎng)殖管理的科學(xué)化,集“裝備工程化、技術(shù)現(xiàn)代化、生產(chǎn)工廠化、管理工業(yè)化”為一體的現(xiàn)代工業(yè)化養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)新模式將會(huì)被建立,水產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí),海淡水養(yǎng)魚(yú)大產(chǎn)業(yè)的架構(gòu),才能夠?qū)崿F(xiàn),而中國(guó)水產(chǎn)業(yè)將進(jìn)入工業(yè)化養(yǎng)殖新時(shí)代,屆時(shí),中國(guó)不僅是世界水產(chǎn)大國(guó),也同樣會(huì)是世界水產(chǎn)強(qiáng)國(guó)[23]。

5.

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