封闭循环养殖系统

封闭循环养殖系统（精选7篇）

封闭循环养殖系统 第1篇

1 试验材料与试剂

1.1 试验装置

封闭循环养殖系统试验装置如图1所示。系统主要由养殖池、砂滤池、储水池、蛋白质分离器、曝气生物滤池等5部分组成。曝气生物滤池反应器为PVC塑料管,内径20 cm,柱体高140 cm,塑料管内填充滤料,池内放置气石进行充气,污水由底部进入,顶部排出。

1.2 材料与试剂

硝化菌样品:自然海水、黑鲷养殖水、某进口硝化菌液(德国产)、某国产硝化菌液。

格利斯试剂、二苯胺试剂、NH3-N测定(纳氏试剂比色法)所用试剂均为AR级。

1.3 培养基[2]

(1)硝酸菌培养基制备

分别准确称量1 g NaNO2、0.03 g MgSO4·7H2O、0.25 g NaH2PO4、1 g Na2CO3、0.75 g K2HPO4、0.01g MnSO4·4H2O加入1 000 mL灭菌海水(pH值为7.8)中,在蒸汽高压灭菌器0.1 Mpa下灭菌20 min,得到硝酸菌培养液;制备硝酸菌固体培养基时,按上述配方另加15 g琼脂即可得固体培养基。

(2)亚硝酸菌培养基制备

分别准确称量2g(NH4)2SO4、0.03 g MgSO4·7H2O、0.25 g NaH2PO4、5 g CaCO3、0.75 g K2HPO4、0.01 g MnSO4·4H2O、加入1 000 mL灭菌海水中,在蒸汽高压灭菌器0.1 Mpa下灭菌20 min,得到亚硝酸菌培养液;制备亚硝酸菌固体培养基时,按上述配方另加15 g琼脂即可得固体培养基。

(3)营养琼脂培养基

直接取35 g粉状营养琼脂加1 000 mL蒸馏水混匀,在蒸汽高压灭菌器120℃下灭菌20 min得营养琼脂培养基。供培养异养细菌使用。

2 试验方法

2.1 水质测定方法

盐度、温度采用多功能水质测定仪测定;溶解氧用碘量法;NH3-N用纳氏试剂比色法。

2.1 菌种含量的测定

分别取自然海水、黑鲷养殖污水、某进口硝化菌液、某国产硝化菌液四种样品,测定硝酸菌、亚硝酸菌的含量。

硝化细菌计数采用稀释培养测数法(MPN3)。

2.2 硝化菌液的扩培

第一级扩培液:取国产硝化菌原液与硝酸菌培养液、亚硝酸菌培养液按1∶1混合均匀,于温度28℃、转速127 r/min,振荡培养6 d。

第二级扩培液:取第一级扩培液与自然海水按1∶9混匀,每隔2 d投入1 g(NH4)2SO4、1 g NaNO2,曝气,溶解氧5.5 mg/L,静态培养9 d。

采用MPN3法测定各级扩培液含菌数量,平行测定3次,取测定结果的平均值作为扩培液含菌数量。

2.3 不同滤料的挂膜效果

取3种滤料(塑料生物小球、活性炭、陶瓷环)于二级扩培液中浸泡9 d进行静态挂膜,分别测定3种滤料上生物膜的硝酸菌、亚硝酸菌数量。

2.4 生物膜的培养及水处理能力

系统循环运转进行滤料动态挂膜,投加捣碎的人工合成饵料,挂膜期间水温为28~30℃,盐度为30‰,溶解氧5.5 mg/L,水力负荷逐渐增加,水流速由30L/h逐渐加大至120 L/h,驯化培养13 d。

每日进行生物膜的微生物镜检、检测水质总氨态氮NH3-N。以氨氮水质指标来监测生物膜的水处理能力。

3 结果与讨论

3.1 菌种含量的测定及菌种挑选

四种硝化菌样品中硝酸菌、亚硝酸菌含量如表1。

由表1对比可知道,国产硝化菌液含菌数量最多。将其稀释于28℃培养箱培养14 d,观察到培养基上细菌数目每日增长,说明国产硝化菌液的菌种活性良好。选用国产硝化菌液进行扩培。

3.2 扩培的硝化菌液含菌数量

各级扩培液含菌数量结果如表2所示。

个/mL

3.3 不同滤料生物膜中硝化菌含量

取出于二级扩培液中浸泡9 d进行静态挂膜的塑料生物小球、陶瓷环、活性炭3种滤料,用MPN3法分别进行硝酸菌、亚硝酸菌数量测定;采用稀释平板计数法测定曝气生物滤池中滤料的异养菌数量,结果如表3所示。

个/cm3滤料

由以上结果可见,塑料生物小球上附着的亚硝酸菌、硝酸菌含量高,同时,生物膜中异养菌数量级为104个/cm3滤料,比硝化菌含量低,因此生物膜中硝化菌是优势菌。选用塑料生物小球做滤料。

3.4 曝气生物滤池生物膜培养情况及水处理能力

循环养殖系统启动13 d后,出水清澈,肉眼可看见滤料塑料生物小球表面附着淡黄色生物膜并有丝状絮体,显微镜下可见生物膜有固着型纤毛虫以及轮虫。挂膜期NH3-N浓度变化见表4。挂膜第13 d,系统氨氮质量浓度由初始4.12 mg/L降为0.08 mg/L,NH3-N去除率为98%。该曝气生物滤柱的NH3-N容积负荷为0.18 kg/(m3·d),根据国内外大量的实际运行数据表明,正常的曝气硝化生物滤池其NH3-N容积负荷一般在0.1~1.5 kg/(m3·d)[3],可见试验的曝气生物滤池可以有效去除NH3-N,获得较好的硝化效果。此时,认为生物膜已驯化成熟。

mg/L

4 结论

在挂膜实验中,生物滤料经过9 d静态挂膜、13 d动态挂膜后,生物膜培养成熟。罗国芝等[4]采用“超级硝化细菌”进行循环海水系统(水温26℃,溶解氧6 mg/L)的挂膜,系统最高氨氮浓度为9.4 mg/L,需经过54 d氨氮浓度降到0.05 mg/L。何洁等[5]在水温20℃,p H值为8的条件下进行海水水槽中碎石的挂膜实验,海水生物膜的熟化期大约为25天。可见,本次实验方法生物膜的培养成熟时间较短。原因分析如下:

(1)选择活性良好的硝化菌种进行人工挂膜,可保证该硝化菌在生物膜中占优势。

(2)选用塑料生物小球为滤料,有利于生物膜的附着培养。生物小球是塑料材料制成的中空球体,它的表面粗糙、表面积较大,为微生物提供了理想的生长繁殖地,可以大量的附着硝化菌;此外它耐摩擦,化学性质稳定。水流经过时不会产生阻力,中空的结构可将水分成细流,并将大块的污垢击碎,过滤效果极好。

(3)向养殖海水投加人工合成饵料,人工合成饵料提供了蛋白质、脂肪、纤维、无机盐(钙、钾、铁、磷)等营养物质,养殖海水在系统中循环可以持续供给硝化菌及其它微生物生长所需的营养,使微生物大量繁殖,牢固地吸附在滤料上。实验期间海水水温一直处于28~30℃之间,海水pH值为7.8,硝化菌在该条件下具有较强的活性。

(4)硝化细菌是好氧自养菌,只有在溶解氧足够的条件下才能生长,系统持续供氧,水中溶解氧为5.5 mg/L,硝化细菌在该条件下能正常生长。

参考文献

[1]冯志华,俞志明,刘鹰,等.封闭循环海水育苗系统生物滤池的应用[J].中国环境科学,2004,24(3):350-354.

[2]李建政.环境工程微生物学[M].北京:化学出版社,2004.

[3]郑俊,吴浩汀.曝气生物滤池工艺的理论与工程应用[M].北京:化学工业出版社,2005:50-60.

[4]罗国芝,刘艳红,潭洪新,等.新建海水生物滤器接种培养的研究[J].农业环境保护,2001,20(6):443-445.

封闭循环养殖系统 第2篇

目前,商业化大规模的封闭循环水养殖主要是养殖耐高密度养殖条件的经济鱼类和名贵鱼类。淡水封闭循环水养殖模式已成功商业化养殖的品种有:罗非鱼(Tilapia sp.),北极红点鲑(Salvelinus alpinus),大西洋鲑(Salmo salar),鲟鱼(Acipenser sp.),鳗鲡(Anguilla sp.)等鱼类。海水养殖品种有:大菱鲆(Scophthalmus maximus),牙鲆(Paralichthys olivaceus),半滑舌鳎(Cynoglossus semilaevis Günther),海鲈(Dicentrarchus labrax),石斑鱼(Epinephelus sp.)等鱼类。不同鱼类对鱼池构建、生物过滤、物理过滤等水处理工艺配置的要求不同。依据不同鱼类的生活习性、水体流态以及水处理工艺特性,本文将循环水养殖系统分为常规游泳性鱼类、鲆鲽类、鲑鳟类、鳗鲡类等四大类,分别阐述不同类型的养殖系统工艺,总结系统工艺流程设计特点及其理论,从而为系统设计提供技术参考。

1 四种典型的RAS工艺

1.1 常规游泳性鱼类RAS工艺

常规游泳性鱼类主要指罗非鱼、鲈鱼、鲷科鱼类、石斑鱼等常规养殖品种,其生活习性要求水体流速适中、沿池逆流或顺流游动。鱼池多用双排水结构的中小型鱼池,直径2~6 m,多个养殖池共用一套水处理系统。海水系统常用泡沫分离/气浮水处理工艺。

鲷科鱼类(Sparidae)在欧洲大多是采用封闭循环水的模式养殖。Tal等[3]设计了小型海水RAS(图1)。从硝化反应水处理系统分离出来的有机颗粒物产生的H2S被用来产生自养的反硝化反应降解硝酸盐,残余的颗粒则转化为沼气或者CO2。在海水环境中,该移动床生物滤器的氨氮降解速率可达0.6 g/(m2·d),系统中的氨氮始终保持<0.8 mg/L。该系统的特点是在进行好氧硝化作用的同时,将厌氧反硝化工艺与厌氧氨氧化工艺结合,在将污泥分离、沉淀和集中处理后,再进入反硝化反应器产生沼气。该系统鲷鱼的养殖密度可达50 kg/m3。

挪威AKVA公司的RAS(图2)采用独特的拆分回路设计,生物过滤支路采用多级生物滤器(高比表面积、低能耗),充分进行硝化反应去除氨氮等物质,同时可去除CO2,提高生物过滤的效率。养殖池进水一部分通过锥式溶氧器增氧,一部分通过大水量低扬程的轴流泵直接进入养殖池。CO2去除池通过负压吸气方式去除CO2,并采用内置通风设备提高去除率,同时有利于纯氧的高效溶解。提高水体循环量可增大含低溶解氧的养殖池排水量。该系统特点是:采用多级生物过滤旁路设计,系统信息处理、自动化控制水平较高;缺点是没有采用泡沫分离处理技术,微小颗粒悬浮物的去除主要依靠生物过滤池的沉淀澄清和物理截留作用。该系统适于多种常规游泳性鱼类养殖。

1.2 鲆鲽类RAS工艺

鲆鲽类生活习性是底栖,喜欢潜伏于池底。不同于常规游泳性鱼类,养殖池的构建力求水浅,水体交换均匀,以促进污物排出和溶解氧分布均匀。常规双排水装置的固液分离效果较差,主要通过泡沫分离器实现固液分离。

浅水跑道式RAS[4](图3):养殖池规格为5.0 m×0.8 m×0.4 m,水深约0.04 m,流速约4.7 cm/s,水体循环速率为17次/h。养殖池进水口设一布水板,出水口设V型挡板促进排污。该系统采用填充柱曝气生物滤器进行生物过滤,同时起到脱气和曝气作用。机械过滤使用快速砂滤去除180μm以上的颗粒有机物,结合文丘里射水器的泡沫分离器进一步去除小颗粒有机物,同时添加臭氧杀菌并改善水质。该系统特点是:将循环水处理与浅水跑道式养殖池工艺相结合,水体和鱼体分布均匀,减少水体循环量,降低水泵能耗,提高养殖密度。缺点是:砂滤效果不稳定导致生物过滤效率低,水质总氨氮浓度较高(11.95mg/L),没有二氧化碳去除装置。该系统养殖规格为5.6 g大菱鲆,平均池底覆盖率达到262%,养殖密度约8 kg/m2。

挪威水科学研究所(NIVA)最近研究花狼鳚(Anarhichas minor Olafsen)在浅水跑道式循环水系统中的养殖技术,养殖密度达到惊人的600 kg/m3。花狼鳚孵化需要1 000℃·h的有效积温,孵化后可立即投喂颗粒配合饲料。该品种在水温5℃条件下养殖,3年后达到5 kg的上市规格[5]。

1.3 鲑鳟类RAS工艺

鲑鳟类大多属溯河洄游性鱼类,生活特性是沿池壁逆流游动。成鱼多采用大中型鱼池,直径8~15 m,池深2~3 m,鱼池普遍使用双排水装置,采用多进口推流技术促进排污,一般一个鱼池采用一套水处理系统。生物过滤使用高效稳定的流化砂床,杀菌多使用臭氧杀菌。

北极红点鲑RAS[6](图4):养殖水体约300m3,水体循环速率为2次/h,约60%的水体进入Cyclo BioTM[7]流化砂床经生物处理再进入脱气/曝气池,其余40%的水体直接进入脱气/曝气池。养殖池底部排污经“康奈尔”双排水系统[8]进入微滤机过滤,微滤机反冲洗出来的固体颗粒物经沉淀浓缩和曝气氧化塘处理后进入人工湿地,实现污泥零排放。该系统还采用致冷机将水温控制在13℃左右。臭氧在低压溶氧器中的添加大大有助于水质的改善。该系统的特点是养殖池底部排水不再进入水体循环,仅有60%的水体经流化砂床进行生物处理。该系统每年可生产200 t规格为1.3 kg的北极红点鲑。该系统底部排污也可由漩涡分离器替代微滤机过滤环节进行固液分离。

大西洋鲑幼鱼淡水RAS[9](图5):养殖池采用“康奈尔”双排水系统。占总水体40%的底部排水经过漩涡分离器后,再经微滤机过滤进入沉淀池,而60%的中心管排水直接进入沉淀池。沉淀池作用是补充新水、储水和沉淀。其中补充水是由井水经臭氧杀菌再加热调温,加入沉淀池,再经流化砂床处理,最后进行脱气和低压溶氧器增氧后进入养殖池。每个循环排放4%~5%的水量。该系统特点是仅40%的水体经微滤机机械过滤,其余直接进入生物过滤环节。该系统幼鲑养殖密度可达20 kg/m3。

1.4 鳗鲡类RAS工艺

鳗鲡是降河性洄游鱼类,属无鳞鱼类,喜欢流水,且体表多粘液,排氨量较大。鱼池多用中小型双排水结构鱼池,物理过滤采用盘式微滤机以实现固液分离,生物过滤采用多级生物过滤器形式以充分去除氨氮,同时兼具一定的物理截留和沉淀有机物作用。

丹麦Stensgrdenleopdrt公司欧洲鳗鲡RAS工艺流程[10](图6):通过自然水流进入盘式过滤器可减轻残饵粪便等颗粒有机物的破碎程度,从而提高去除能力。生物过滤采用浸没式生物滤器去除氨氮,滴滤池在脱气的同时也具有生物过滤的作用。该系统特点是在浸没式生物滤器后设反硝化支路,反硝化反应器上层清水回流至泵池;采用盘式过滤器过滤颗粒有机物。其中仅40%的水体通过锥式溶氧器来增氧,其余60%的水体经紫外杀菌器杀灭细菌和病毒后回流到养殖池。

丹麦Billund公司欧洲鳗鲡RAS[5](图7):水体循环速率为2次/h,约30%的循环水量进行紫外处理,盘式微滤机有自动反冲洗功能,每2周人工清洗一次。经小型转鼓式微滤机处理后,污水进入600 m3的沉淀池,上层溢流水进入土池,应用于农田灌溉。该系统特点是在盘式过滤器后还设一个小型转鼓式微滤机进一步去除颗粒悬浮物,设3级生物滤器,移动床生物滤器顶端装排气扇去除二氧化碳,在移动床生物滤器后设反硝化支路。该系统小规格欧洲鳗鲡养殖密度可达60kg/m3,成鳗密度可达250 kg/m3。

2 国外RAS工艺特征

2.1 工艺流程多样化

不同的养殖对象和养殖规格,所采用的养殖模式大相径庭。由于养殖对象种类繁多,各种鱼类对水温、溶解氧、盐度、水流等都要求不同,分泌物、排泄物等代谢产物不同,从而使得每个养殖系统都不相同,呈现出多样性。同时,每个养殖系统都是针对某一特定养殖品种在特定阶段设置的最佳培育场所,具有一定的专一性。

2.2 养殖装备标准化

RAS工艺流程设计理论基本成熟,具体形式各不相同,水处理设备各式各样,但关键水处理工艺技术(如机械过滤、生物过滤、杀菌、增氧、脱气等)大同小异。微滤机、紫外杀菌器、臭氧杀菌器、泡沫分离器、砂滤罐、流化砂床等关键设备的设计、生产和制造等技术已相对成熟,各个型号也已基本成形,呈现出产品标准化的倾向。

2.3 操作管理规范化

循环水系统设备繁多,操作较为复杂,涉及到调温(空调或锅炉)、杀菌(紫外或臭氧)、物理过滤(微滤机、泡沫分离器、气浮)、增氧、电控等各个方面,对操作人员有一定的技能要求。国外循环水养殖系统的设备操作、使用、管理等有专人管理使用,各个设备严格按照使用说明定期维护保养。制定科学、明确、规范的生产操作流程,对于系统效率的提高起着重要的作用。

2.4 海水和淡水RAS具有较大的区别

淡水系统的特点有:pH值波动大,碱度调控非常重要,生物过滤和臭氧杀菌效果好,淡水排污可用作植物的肥料,可与人工湿地综合处理结合等;缺点是泡沫分离效果差,微小颗粒悬浮物的去除在水处理中是个棘手难题。海水系统的特点是:泡沫分离去除悬浮物效果好,pH值相对较稳定;缺点是臭氧杀菌会产生次溴化物带来二次污染、海水排污处理难度大、对设备耐腐蚀性要求高、生物过滤效果差等。

3 RAS工艺流程设计发展趋势

欧洲2009年封闭循环水养殖水产品产量约25 000 t,鱼苗产量约1.5亿尾[11]。随着环保政策、市场需求以及水资源制约等因素的推动,荷兰几乎全部的水产养殖都采用封闭循环水养殖模式[11]。丹麦环保政策要求淡水养殖中的污水排放必须用于农业肥料[5]。在美国,虹鳟鱼类几乎都是由封闭循环水系统养殖的。在欧洲国家,鳗鲡完全采用封闭循环水系统养殖。其中大菱鲆、牙鲆以及大西洋鲑幼鱼在欧洲几乎都是由封闭循环水系统养殖[12]。

总结最近国外封闭循环水养殖系统工艺流程模式的研究发展趋势,简要归纳如下:

浅水多层跑道式RAS 适用于鲆鲽类、花狼鳚等底栖性鱼类。特点是水浅(0.07~0.25 m)、多层、超高密度(池底覆盖率200%~300%)、单位面积高产量、自清洗排污等。随着水深变浅、流速提高,鱼池水流死区减少,形成紊流和栓流,可大大提高水体混合效率、利用效率以及污物去除效率。通过减小水体循环量可降低水泵能耗,提高养殖效益。在挪威和冰岛,花狼鳚通常采用该养殖模式[13]。封闭循环水技术与浅水跑道池养殖技术的结合,在保证生长率的同时能有更高的养殖密度。

大型鱼池RAS 适用于鲟鱼、军曹鱼、鲑鳟类亲鱼等大型游泳性鱼类。特点是:单池水量大(直径约12~25 m3,深约1.7~3.0 m),系统水体循环量大,一般单池即构成一个养殖系统。其设计思路是通过提高水体总量和循环速率以保持优良水质,同时避免台风、赤潮、水体污染等自然灾害造成影响。多采用轴流泵、双排水、进水推流或气提泵推流技术,改善水体流态,促进残饵粪便及时排出,同时维持一定的流速满足游泳性鱼类的生理需求。随着养殖池的增大增深,水体流态发生显著变化,集污、排污、推流技术显得非常重要,从而对系统管路设计、水体分流分路、土建施工等提出较高的要求。当池型为长方形时,可考虑与混流跑道式养殖模式(Mixed-Cell Raceway)[14]设计技术相结合,提高水体交换及混合效率,保持良好水质。

集成高效藻塘(海水)或人工湿地(淡水)RAS 适用于海鲈、罗非鱼、虾等。法国集成高效藻塘的海水循环水养殖系统[15]工艺流程为:养殖池—颗粒收集器—机械过滤—泵池—紫外杀菌—生物过滤—脱气—增氧,部分水经紫外杀菌后进入高效藻塘(有石莼、浒苔等)再回流至机械过滤,形成一个旁路。高效藻塘在循环水养殖系统中的集成应用可替代反硝化支路,实现零排放。系统优点是:大型藻类易收获,可产生氧气并维持较高的pH值,藻类可作为水产动物的食物;缺点是藻类生长具有季节性。ZachritzⅡ等[16]仅采用澄清池、潜流式湿地和气提增氧技术构建简易商业化循环水系统,罗非鱼养殖密度可达35 kg/m3。将藻塘或人工湿地作为水处理单元应用于循环水养殖系统,可增加单位面积产量,提高养殖效益,促进常规养殖模式的升级。

循环水养殖水处理技术最新进展随着循环水技术(如反硝化反应器、污泥浓缩技术和臭氧处理技术)的发展使得RAS用水量、污水排放和能源利用都进一步得到降低。其中,上流式污泥反硝化反应器(USBR)已成功应用于中试规模封闭循环水养殖[17];带式过滤机和土工编织袋的技术发展可有效解决污泥浓缩脱水问题[11];臭氧和紫外杀菌的联用具有很好的灭菌效果[18];通过开发超低水头损失的生物过滤技术以降低系统能耗[5];应用生物絮凝技术培养生物饵料以提高氮的利用效率,罗非鱼养殖密度可达50 kg/m3[19]。

封闭循环养殖系统 第3篇

目前国内规模化的工厂化养殖场大部分使用流水式养殖模式。近几年,随着循环经济的实施,带动了相关循环水养殖技术的研究[2,3],但多数研究尚处于试验阶段。国外循环水养殖发展比较早,设施和技术相对成熟,但设备、设施造价高,难以适合国内的养殖企业。本研究借鉴国际上循环水养殖的成功经验,针对石斑鱼、半滑舌鳎的生活习性,以增加系统的生物处理能力,减少设备的运行费用,规范养殖系统的日常管理为切入点,对天津市海发珍品实业发展有限公司的循环水养殖系统进行了技术改造,达到了养殖舌鳎和石斑鱼的设施要求。

1 循环水养殖系统工艺

原养殖系统为建于2000年养殖牙鲆鱼的简易循环水养殖系统,主要由养殖池、微滤机、生物滤池、鼓风机等简单设备组成。为适应石斑鱼和半滑舌鳎的养殖,2004年开始对养殖系统的生物过滤单元、物理过滤单元进行改造,增加液氧添加单元、灭菌单元,形成了循环水养殖工艺流程(图1)。

2 水处理单元和养殖管理

2.1 生物处理单元

生物滤池是循环水养殖的关键。生物滤池由3级滤池组成,每池体积50 m3。考虑到生物滤池冲洗时的可操作性,将原来3级滤池中的弹性毛刷滤料集中安装到第1,2级生物滤池中,使第1,2级生物滤池具有较强的有机物拦截能力。毛刷上附着异养菌菌膜也能够有效分解进入生物滤池的有机物,弹性毛刷的性质也有利于第1,2级生物滤池的清洗。第3级生物滤池中,使用了比表面积达到300 m2/kg的塑料片滤料,使生物滤池具有较高的生物处理能力。

1.养殖池 2.弧型筛 3.循环泵 4.蛋白分离器 5.生物滤池 6.脱气池7.溶氧池 8.紫外线灭菌器 9.臭氧发生器 10.液氧站

2.2 物理处理单元

物理处理单元是循环水养殖的第1级处理单元,它起到分离养殖系统中大部分有机质的作用。本系统用弧形筛和蛋白分离器替代传统的滚筒过滤机。弧形筛是一种分离颗粒物的设备,它能够有效分离>70 μm的颗粒物,能够去除系统中80%以上的颗粒物质。蛋白分离器能够去除养殖系统中的溶解物和胶质物。弧型筛和蛋白分离器的相互分工和作用,有效地降低了水中有机物的含量,减少生物滤池的负载。这种设备组合比传统的物理处理方式(滚筒过滤机、沙滤罐)节省设备投资,且设备易维修,运行成本低。

2.3 灭菌单元

本循环水系统中配备有2级灭菌装置,在蛋白分离器中添加臭氧和在生物滤池出口安装紫外线消毒器,2级灭菌有效地减少了病原体进入养殖池的几率。在蛋白分离器中添加臭氧不仅能够提高分离器的分离效率,而且还能够有效杀灭进入生物滤池的细菌、病毒、寄生虫等,臭氧也能够氧化水中的NH3-N和NO2-N,降低其含量。在每套养殖系统中的2条进水管道上分别安装了1套圆筒型紫外线灭菌装置,每套灭菌装置安装75 W紫外线灯管12只,在灭菌器外筒设置1个法兰清洗孔,用于定期对灯管的石英套管进行清洗。该紫外线灭菌器对细菌的杀灭率达到99.9%。

2.4 脱气池

鱼类和生物滤池中的微生物每天排泄大量的废气(如CO2等)到养殖系统中,大量的废气积累不仅会降低水的pH,而且水中的废气会影响鱼类腮腺的对水中离子和气体的正常交换,影响养殖鱼类的正常生长和抗病能力。在生物滤池的最后一级设置了滴流式脱气池,并安装了曝气装置,达到了有效去除有害气体的目的。

2.5 纯氧添加池

本研究中,新建1个液氧站用于38套养殖系统(16 000 m3养殖水体)的气源。液氧站有2个15 m3的液氧储罐,液氧经空热式汽化器转为气态氧,气态氧在1个5 m3的缓冲罐中将气体压力调整到1.5 kg/cm2,再经管道输送到养殖车间,经过流量计,用超微氧气分散器溶解到养殖水体中。

在纯氧添加池的设计中,将原有的生物滤池出水槽分割为3个槽,3个槽底部相通,中间槽安装50 cm×50 cm超微氧气分散器2个。经过生物滤池和脱气池以后的养殖水从中间的槽流入,从底部流向两侧的槽,然后进入养殖车间进水管道。这种设计增加了溶氧池水流行程,提高了纯氧的溶解效果,并且中间溶氧槽的进水使该槽的水表面形成了一层水封,阻止了大部分氧气的溢出。该纯氧添加池氧气的溶解效率达到70%。

2.6 养殖池

每套循环水养殖系统有12个面积为38 m2、深1.2 m的养殖池。系统采用双进水管道,对角线安装,进水口为鸭嘴设计,使养殖池中水流形成了一个良好的循环,能够及时清除池底和水表面的污物。

2.7 养殖管理

水产养殖的成功与否取决于养殖成活率,而养殖成活率又取决于对鱼病的控制。鱼病的发生是病原、鱼体和环境综合作用的结果,所以在石斑鱼、半滑舌鳎的循环水养殖中对鱼病的防治从3个方面综合考虑,并制订出了严格的技术规范。

(1)在养殖过程中通过选择高质量苗种和高品质饲料,定时在饲料中添加维生素、多糖等营养调控措施,通过精心操作,减少鱼的应激反应,增加鱼体免疫抵抗力。(2)在养殖过程中,严格做好水、饵料、养殖池、鱼体、操作者、工具等的消毒,防止病原体进入养殖系统。(3)通过使用水质调控、微生物调控技术,明显改善养殖环境。

3 系统运行情况

3.1 水质情况

3.1.1 水处理系统的氨氮和亚硝酸氮降解能力

在技术改造以前,养殖系统的养殖承载量为15 kg/m2,即使这样低的养殖承载量,NH3-N和NO2-N分别高达0.5 mg/L和0.3 mg/L以上。由于系统中填料缺少对有机物的拦截和分解能力,使得养殖池中的水浑浊,以至于看不清池中的鱼。有机物过多也造成了养殖系统中细菌性疾病和寄生虫病害频发。通过对生物滤池的改造,生物滤池对有机物的拦截能力大幅度提高,再加上弧型筛和蛋白质分离器对有机物的分离作用,以及增加生物滤池的比表面积,进一步提高了异养菌对有机物的分解作用,使得系统的水处理能力有了明显加强。即使目前的养殖承载量高达30 kg/m2,NH3-N和NO2-N分别维持在0.2 mg/L和0.1 mg/L以下,并且养殖池中的水清澈见底。水质的改善也为使用紫外线灭菌提供了良好的条件,细菌性和寄生虫性疾病得到了有效控制。

3.1.2 养殖系统中的溶解氧水平

系统改造以前,养殖系统采用直接给鱼池中充气的方式增氧,溶氧一直在5 mg/L左右,很难达到高密度养殖的要求,而且饵料投喂后的2～3 h常常有缺氧情况发生。技术改造过程中,首先试验采用射流器加氧的方式,由于射流器的不稳定性,使得养殖池中的DO忽高忽低,很难稳定在一个较为理想的水平上。后来选择采用超微氧气分散器添加氧气,并且根据氧气添加的需要,改造了溶氧池。通过控制氧气流量来控制养殖池中的溶氧水平。根据养殖密度确定溶氧槽中的溶氧水平。表1是不同纯氧流量下的溶氧池溶氧和纯氧的溶解效率。

3.1.3 养殖系统的灭菌能力

养殖系统中紫外线灭菌器控制着进入养殖池的细菌总量。细菌总量的检测结果表明,紫外线灭菌器将养殖池中的弧菌数成功控制在1 000 CFU/mL以下,明显降低了细菌性疾病的发病几率。紫外线灯管杀菌效率随着灯管使用寿命的延长而降低。表2列出了新安装灯管、使用3个月、使用6个月后紫外线灭菌器的杀菌效果。

3.2 养殖生长情况

由于循环水养殖系统比较好地解决了水质、溶解氧、微生物控制、饲料选择、温度控制等关键问题,使得石斑和舌鳎常年处于一个最佳生长状态。为了评价系统中舌鳎和石斑鱼的生长状况,在海发公司的养殖系统中分别取2组舌鳎和石斑鱼进行统计,每月测定鱼的体重和饵料系数。试验日期为2008年1—9月,舌鳎投喂日清颗粒饲料,图2为舌鳎在2组系统中的生长和数量变化情况(随着舌鳎雄鱼的淘汰及正常分池,系统中的存鱼数逐步减少),8个月内舌鳎的平均体重由10 g增加到450 g,饵料系数0.8～0.9。青石斑试验日期为2007年11月—2008年9月,投喂自制颗粒饲料,10个月内青石斑的平均体重由5 g增加到200 g,饵料系数1.1～1.2(图3)。结果显示,舌鳎在夏季、石斑鱼在冬季都保持较高的生长率,饵料系数也控制在一个较好的水平。

4 循环水养殖系统技术状况评价

经过几年的不断完善,海发公司的循环水养殖系统得到了根本改善和升级(表3)。2006年系统改进后,NH3-N、NO2-N、pH、有机悬浮物等指标都有显著改善,水质清澈见底。水质改善也使臭氧灭菌和紫外线灭菌更加有效,通过在系统中添加筛选后的益生菌,使系统中弧菌总数控制在一个较低的水平。现在系统中已逐步减少或取消了抗生素类药物的使用。通过提高养殖密度,养殖系统单位能耗由原来养殖1 kg海水鱼13.55 kW,减少到目前的7.54 kW,降低44.35%。如果考虑到换水量减少而节约的地热水资源,其能源节约将更加可观。石斑鱼、牙鲆、半滑舌鳎等海水鱼养殖品种的生长率明显提高,由原来的30%提高到90%,饵料利用率也得到明显改善。

循环水养殖作为一种可持续发展的养殖模式,在国外得到了快速的发展[4]。循环水养殖在经济效益和生态效益方面比传统养殖具有较大的优势[5]。而我国的循环水养殖发展还相对落后,绝大多数养殖还使用长流水养殖模式,这种养殖模式面临水资源短缺,水质难以控制,病害泛滥等诸多问题[6]。本研究对发展循环水养殖模式做了有益的探索,具有较好的示范作用。自半滑舌鳎人工繁育成功以来,该品种一直在试验长流水工厂化养殖和池塘养殖[7]。由于半滑舌鳎的最佳生长温度难以在这些养殖系统中维持,造成生长缓慢、生长期较长。在山东一些利用地下水的养殖场,达到600 g的上市规格一般需要2年时间。在本系统中,由于对温度进行了很好的调控,养殖8个月后半滑舌鳎体重就由10 g达到450 g,体重增加达到45倍,明显快于传统长流水养殖9个月体重增加15倍的生长速率[8]。

在养殖密度方面,长流水工厂化养殖体重600 g的半滑舌鳎鱼放养密度为9 kg/m2 [9],而本系统同样体重的放养密度为15 kg/m2,提高1.7倍。石斑鱼在南方一般采用池塘和网箱养殖[10,11]。网箱中300 g石斑鱼的放养密度为5 kg/m3,池塘中100 g石斑鱼的放养密度为50 kg/亩,本系统石斑鱼的放养密度达到了25 kg/m3,远远高出了池塘和网箱的放养密度。近几年随着水质和养殖环境的恶化,网箱和池塘养殖石斑鱼面临病害泛滥等诸多问题,石斑鱼的细菌性疾病和病毒性疾病以及寄生虫性疾病多达十几种[12],严重制约了石斑鱼养殖的健康发展。本循环水养殖系统对养殖石斑鱼的水质实现完全调控,成活率高,并且使石斑鱼在北方做到了全年均衡生产,满足了市场的需求。

5 结论

(1)本研究中的循环水养殖系统使用了弧形筛和蛋白分离器组合作为物理处理单元,养殖系统的单位能耗降低了44.35%。整个系统具有造价低、运行费用低等优点,适合于我国的国情。

(2)超强的生物过滤能力能够保持养殖系统中水质的稳定,为石斑鱼和半滑舌鳎营造了良好的生长环境条件,半滑舌鳎的生长速度比山东地区流水式工厂化养殖提高了近1倍,实现了鱼类的快速生长。

(3)苗种筛选、营养调控、微生物调控等措施能够保证鱼体健康,增加鱼体抵御病害能力,提高成活率。养殖成活率由原来的30%提高到90%。

(4)循环水养殖较传统的长流水养殖减少换水量90%以上,降低了水产养殖对环境的污染。这套循环水养殖工艺以及在石斑鱼和半滑舌鳎养殖管理方面的经验具有一定的推广价值。

摘要：介绍适合于点带石斑鱼(Epinephelus malabaricus)和半滑舌鳎(Cynoglossus semilaevlis Günther)的循环水养殖系统的工艺流程、生物调控及管理措施。通过在系统中采用弧形筛和蛋白分离器组合装置替代微滤机、添加比表面积大的塑料片状滤料、增加臭氧和紫外线2级灭菌装置等手段,并且针对循环水养殖的特点制定系统的生物调控和管理规范,使该养殖系统石斑鱼和半滑舌鳎的养殖承载量分别达到30 kg/m2和20 kg/m2;养殖1 kg海水鱼的电耗为7.54 kW,并能达到无公害水产品的质量要求。

关键词：石斑鱼,半滑舌鳎,循环水养殖,生物调控

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[11]陈飞.赤点石斑鱼围塘养殖技术[J].中国水产,2006(10):49-50.

封闭循环养殖系统 第4篇

1 材料与方法

1. 1 材料

花鳗鲡由集美大学养殖试验厂封闭循环流水系统提供。养殖池水体积0. 85 m3,养殖密度60 kg / m3,养殖车间温度25 ℃左右,每天早、晚各投喂1 次,每次喂料2 h后从养殖池底部排出约15% 的养殖污水,同时添加新水,之后不间断地进行水循环和充气。采样时间2014 年6—8 月及11—12 月,共获得花鳗鲡样品10 尾,雌雄各半,平均个体重量( 2 050 ±50) g,体长( 91. 5 ±3. 1) cm。

37 种脂肪酸甲酯混标标准品购于ANPEL Scientific Instrument( 上海) 有限公司,规格为25 mg色谱纯; 无水乙醚、正己烷、氢氧化钾、甲醇等均为国产分析纯。

1. 2 仪器与设备

仪器与设备包括: Agilent 6890N型气相色谱仪和G188 顶空进样器( 美国Agilent公司) ;EL104 型电子天平( METTLER TOLEDO上海公司) ; DHG-9146A型电热恒温鼓风干燥箱( 上海精宏实验设备有限公司) ; SY1-2 型电热式恒温水浴锅( 天津欧诺仪器仪表有限公司) ; MS3 basic漩涡混均器( 厦门精艺兴业科技有限公司) 。

1. 3 粗脂肪含量测定方法

参照王立新等[12]的方法经改进后测定花鳗鲡的粗脂肪含量。原料花鳗鲡快速急冻1 h后剖杀,清洗、沥水后分别取鱼头、鱼皮、鱼肉、中背连皮鱼肉、鱼骨头等样本。每种花鳗鲡样本剁碎,分别称取( 16 ±1) g鲜样于已称重的表面皿中,105 ℃鼓风干燥箱中干燥3 ~ 4 h,在干燥器内冷却至室温称重,再于干燥箱中干燥直至恒重。

取12 cm × 15 cm脱脂滤纸,折成筒状再将底部折起封闭,做成滤纸筒,用药勺刮取已干燥的样品于滤纸筒中,将其放入索氏提取器的抽取管内,将表面皿上的样品残留用少量乙醚洗3 次,入滤纸筒内,连接已干燥至恒重的提取瓶,组装好索氏提取器,表面皿再次称量。索氏提取器于55 ℃ 水浴锅中恒温抽提,每小时回流次数控制在6 次以上,整个抽提过程用时约6 h。提取完毕后,取出滤纸筒,回收乙醚,待提取瓶内的乙醚剩1 ~2 m L时再干燥2 h,放干燥器内冷却0.5 h后称重,并重复操作至恒重。通过计算,获得花鳗鲡各部位的脂肪含量值。

1. 4 气相色谱法检测脂肪酸含量

1. 4. 1 样品前处理

参照张立坚等[13]的方法分析花鳗鲡各可食部的脂肪酸组成。将提自鱼头、鱼皮、鱼肉、中背连皮鱼肉、鱼骨头的油脂各称取0. 25 g,在具塞试管中用正己烷定容至5 m L后涡旋混匀,再加1 m L 4 mol / L KOH-CH3OH溶液,涡旋振荡,静置至上清液分层澄清。1 份吸取200 μL澄清上清液到进样瓶中加800 μL正己烷( 稀释5 倍) ,另1份吸取100 μL澄清上清液到进样瓶中加900 μL正己烷( 稀释10 倍) 。进样瓶编号后置于气相色谱仪的G188 顶空进样器中。同时做平行试验。

37 种脂肪酸甲酯混标标准液的配制: 将脂肪酸甲酯混标标准品溶解在10 m L正己烷中,配置成2. 5 mg /m L的标准液。

1. 4. 2 色谱条件与分析

Agilent HP-88 毛细管柱100. 0 m × 250 μm ×0. 20 μm; 进样口温度250 ℃ ; 检测器( FID) 温度280 ℃ ; 柱程序升温150 ℃ 保持1 min,以1. 5 ℃ / min升至210 ℃,再以30 ℃ /min升至250 ℃,保持5 min; 载气N2的纯度≥99. 99% ; 分流比10∶1; 尾吹45 m L/min。

外标法测定,面积归一化法计算各脂肪酸的含量。

1. 5 测试数据的处理

测试结果以平均值 ± 标准偏差( ± s) 的形式表示。利用Excel和SPSS 15. 0 统计分析软件对测试数据进行处理,采用单因素方差分析( One-Way ANOVA) 以检验不同组织间的差异显著性,并进行LSD的多重比较,当P < 0. 05 时表示具有显著性差异。

2 结果与分析

2. 1 粗脂肪含量的比较分析

花鳗鲡各部位粗脂肪含量测定结果表明,鱼皮中粗脂肪含量显著高于其他部位( P < 0. 05) ,其次为鱼骨头、中背连皮鱼肉、鱼头和鱼肉( P <0. 05) ,最高含量达( 26. 96 ± 0. 34) g /100 g; 鱼骨头中脂肪含量为( 20. 78 ± 0. 29) g /100 g; 中背连皮鱼肉的脂肪含量为( 13. 05 ± 0. 42) g /100 g; 而鱼头和鱼肉的脂肪含量最低,分别为( 10. 17 ±0. 92) g /100 g和( 10. 36 ± 0. 45) g /100 g。

相关研究表明,体长31 ~41. 5 cm、体重51. 8 ~163. 64 g和体长( 40. 7 ± 0. 7 ) cm、体重( 167. 9 ±10. 7) g的花鳗鲡肌肉脂肪含量分别为5. 08%[7]和( 8. 62 ± 1. 01) %[9],体重约1 kg花鳗鲡鱼肌肉脂肪含量为10. 86%[10],本研究所用的花鳗鲡体重( 2 050 ± 50) g、体长( 91. 5 ± 3. 1) cm,其肌肉脂肪含量为( 10. 36 ± 0. 45) % 。差异的主要原因: 一是个体处在不同的生长阶段; 二是养殖模式可能不同,封闭循环流水养殖模式下花鳗鲡的运动较少; 三是与饲料组成有关,本研究所用的养殖饲料是鳗鱼粉状配合饲料,饲料用量根据池鳗数量参照投饵表,并根据气候,水温水质还有鳗鱼生长及摄食状况来推算日投饵量及鱼油添加量。

2. 2 花鳗鲡不同部位的脂肪酸组成

37 种标准脂肪酸甲酯色谱图见图1。经气相色谱仪测定,37 种标准脂肪酸甲酯的总含量为2. 43 mg / m L,回收率是97. 31% 。图2 为提自鱼皮的油脂经甲酯化及澄清后,再稀释5 倍所得到的气相色谱图。

本研究共检测出23 种脂肪酸,其碳链长度最短的是12 个碳原子,最长的是24 个碳原子,其中饱和脂肪酸从C12∶0 ~ C24∶0 共9 种,单不饱和脂肪酸从C14∶1n5 ~ C22∶1n9 共6 种,多不饱和脂肪酸从C18∶2n6t ~ C22∶6n3 共8 种( 表1) 。花鳗鲡不同可食部的脂肪酸组成基本相似,饱和脂肪酸中均以软脂酸C16∶ 0 含量最高,单不饱和脂肪酸中均以油酸C18∶1n9c含量最高,而多不饱和脂肪酸中均以二十二碳六烯酸C22 ∶6n3 ( DHA) 为最高。

g/100 g油脂

注: “- ”代表未检测出。

罗鸣钟等[9]采用的脂肪酸甲酯标准品含27种标准样,检测到花鳗鲡肌肉含16 种脂肪酸,其中7 种是饱和脂肪酸( SFAs) ,2 种是单不饱和脂肪酸( MUFAs) ,7 种为多不饱和脂肪酸( PUFAs) ,多不饱和脂肪酸中以C22∶6n3 的含量为最高。本研究所用的脂肪酸甲酯标准品含37 种标准样,花鳗鲡肌肉中检测到SFAs有8 种,MUFAs有6 种,PUFAs有8 种,其中C22 ∶ 6n3 是含量最高的PUFAs。与罗鸣钟等[9]的结果相比,检测到了C21∶ 0 和C24∶ 0 两种SFAs,但没有检测到C19∶ 0;PUFAs中有检测到二十碳五烯酸C20 ∶ 5n3( EPA) ,但罗鸣钟等[9]的结果中没有C20 ∶5n3。闵志勇等[8]认为C20∶5 维持在较低的水平。结果差异分析,可能的原因,一是所用花鳗鲡的个体大小不同; 二是实验中所用脂肪酸甲酯标准品不同。

2. 3 花鳗鲡各可食部脂肪酸饱和程度分析

花鳗鲡各可食部脂肪酸饱和程度的分析结果见表2。本研究检测到的各类脂肪酸经分类总结可见,虽然不同部位的粗脂肪含量差异显著,但SFAs总量、MUFAs和PUFAs总量间的比例都大约为1∶3∶1,其中MUFAs含量均显著高于SFAs和PUFAs的含量( P < 0. 05 ) ,而SFAs与PUFAs的含量均无显著差异( P > 0. 05) 。

g/100 g油脂

本研究中,花鳗鲡的脂肪酸在种类比例方面表现为较佳的营养学特征[10]。饱和脂肪酸与多不饱和脂肪酸比例接近1∶1; 单不饱和脂肪酸中油酸C18∶1n9c的含量显著高于其它类型单不饱和脂肪酸。人体摄入的脂肪酸比例是衡量食物脂肪酸营养的主要指标。一些发达国家和国际组织均提出了相应的标准[14]; 中国营养学会也于2014年提出了推荐比例,认为3 种脂肪酸的质量比为1∶1∶1; 世界卫生组织建议对单不饱和脂肪酸在膳食中的比例可以不限量[15]。

血液胆固醇含量是人类脂类营养水平以及风险评估的主要指标。有研究表明,油酸C18∶1n9c可以降低血液中有害胆固醇及总胆固醇含量[16,17],油酸含量常作为评定食品营养价值的重要指标,在营养学界油酸被称为“安全脂肪酸”[18]。本研究表明,花鳗鲡不同可食部单不饱和脂肪酸中,均以油酸C18∶1n9c含量最高,均超过20 g /100 g总脂。可见花鳗鲡是一种安全脂肪酸的来源食物。

本研究中的花鳗鲡不同可食部EPA + DHA含量显著高于其它类型多不饱和脂肪酸,且以DHA含量最高,在不同部位的含量为4. 42 ~ 5. 59 g /100 g总脂之间。可见,含有较高DHA含量的花鳗鲡对人体的健康是有利的。

3 结论

封闭循环养殖系统 第5篇

我国现有的工厂化养殖模式多采用开放式或半封闭式养鱼、育苗,普遍存在用水量大,水处理过程过于简单,不再回收利用,水质受自然环境制约,造成饵料系数高[1],育苗成活率不高等缺点。

为进一步探索封闭式循环水鱼类育苗系统可靠性和可操作性,充分利用渔业水处理组合系统及相关技术建立一套新型的鱼类育苗模式,项目组于2004年2月20日到2004年3月27日在福建闽东金鼎海洋水产研究所良种繁育中心进行封闭式循环系统海水鱼类育苗关键技术研究及大菱鲆集约化育苗对照试验,现将试验情况及结果报告如下。

1 材料与方法

按照“渔业水处理组合系统”技术工艺的要求在福建闽东金鼎海洋水产研究所良种繁育中心的新建育苗车间,其工艺流程如图1所示。

1.1 养殖池及附属设备

1.1.1 育苗池

整个循环水育苗车间有12个育苗池,分4个独立的循环系统,分别编为3个试验组(A组、B组、C组)和1个对照组(D组),每组3个育苗池,其中23 m3/池(4.6 m×5.0 m×1 m/池),共276 m3;生化池24 m3(1 m×1 m×3 m=3 m3×8),组成一套完整的“封闭式循环水鱼类育苗系统”。所有设备于2004年1月底安装调试完毕,2004年2月正式投入运行。

1.1.2 进水系统

育苗用水经过二次砂滤后进入蓄水池,使用前经过紫外线杀菌,通过进水管输送到封闭式循环水系统综合水处理区,处理过的水利用水位差自流入育苗池,进水口增设增压喷嘴,起到推动水流,结合地转偏向力形成涡流。

1.1.3 集污排水系统

由集污盘、集污槽、回流集污器和排水管道组成。池水形成涡流在离心力作用下而将污物集中于池底中央。集污盘的吸入口延伸至池底中央污物集中处,而将这些残饵,排泄物等污物吸入回流集污器中。

1.2 机械过滤系统

本系统由两道机械过滤构成,第一道由集污排水系统组成,采用中间排污和回转式集污池预先分离大颗粒残饵和排泄物,第二道采用316不锈钢外壳制成的高效精密过滤器,滤袋使用美国无缝热熔聚丙烯过滤袋,能相对有效地截留颗粒大于5μm以上的污物。

1.3 泡沫分离系统

利用气提原理,气体经射流器从圆桶状泡沫分离器底部注入,并在上升的过程中产生表面张力,吸附集聚水体中的有机溶质,最后形成泡沫状态将携带的溶质举出水面,自动流入顶部收集器而排放。经应用试验表明,聚集污物的含固率可达3.9%。由本所自行设计的高效泡沫分离仪,聚集污物的含固率可达4.1%,最大处理水量可达20 t/h。

1.4 生物滤床及有益微生物系统

生化滤池主要采用麦氏生物滤床及滴滤式CO2去除,两种滤槽结合使用最大限度去除水中的氨氮及CO2的含量。采用优质球状生物滤料,比表面积1 000 m2/m3,滤料投放量为24 m3每个滤料单元都存在着好氧、亏氧和厌氧3种不同的微生物环境,以适应不同类微生物的生长条件,可以使硝化、反硝化脱氮同时进行,提高净化效果。该生化池侧面设DN600通风口2个。用流量300 m3/h,压力31kPa、功率3 kW,鼓风机2台为氧化床充气增氧。

1.5 紫外线、臭氧消毒系统

采用IWG高强度紫外线(UV-C)消毒系统杀灭水中的有害病菌,UV计量设计为32 000 uw·s/cm2;结合泡沫分离仪的负压进气口,连接臭氧发生器(广州威固环保设备有限公司生产)进行臭氧消毒。

1.6 增氧及在线监控系统

锥型溶氧器增氧,同时以Oxyguard容氧监测系统作全时检测,配备紧急供氧系统。使用常开式电磁开关,当溶氧低于低点警报值或停电时即刻开启。

1.7 试验方法

将经过二次砂滤和紫外线杀菌的海水输送到封闭式循环水系统中,按照设计的工艺流程经过各环节对育苗用水进行严格、精确的处理,确保各项水质指标达到大菱鲆苗种生长的要求。从鱼池中排出的排泄物、残饵、及其他杂质的海水再流至封闭式水处理系统,处理完的海水再输送到育苗池中。

整个循环水育苗车间有12个育苗池共4个独立的循环系统,分别编为3个平行试验组(A组1#、2#、3#,B组4#、5#、6#,C组7#、8#、9#)和1个对照组(D组10#、11#、12#),设3个密度梯度1#、4#、7#和10#池放苗20 000尾,2#、5#、8#和11#池放苗30 000尾,3#、6#、9#和12#池放苗40 000尾。对照组采用常规育苗模式,每天换水两次不循环。试验期从2004年2月20日(25日龄)到2004年3月27日(60日龄),试验初和试验末每池随机取样20尾测量鱼苗的体长,试验末对每池鱼苗点数,记录生长和存活情况。并根据下式计算生长率[3,4,5]:

上式中的H是鱼的增长率,L是鱼的体长,t是与L相对应的时间。

2 苗种成活率与个体生长结果

封闭循环系统试验组和对照组在试验前体长无显著差异的情况下,经过35 d的培育,如表1所示,实验组的平均成活率达到43.7%,对照组的平均成活率只有33.7%,差异显著(P<0.05),成活率提高了10%左右。随着放养密度增高,成活率呈明显下降趋势。

由表1可以看出,试验组的平均末体长达到4.37 cm,平均日增长率达到3.55%,而对照组的鱼苗体长只有3.32 cm,平均日增长率也只有2.71%。但随着放养密度增加,循环组和对照组平均日增长率有所下降,差异不显著(P>0.05)。

3 分析与讨论

随着我国海水鱼类养殖的发展和对渔业水域环境保护意识的加强,同时高品质海水名优特产品深受市场的青睐,无病害生长速度快抗病能力强的高品质苗种越来越受到养殖户的重视。无污染的封闭式循环水育苗系统不受自然环境制约、节地省水、可在人控条件下进行大规模生产[2]。通过优化水质指标,合理投喂优质饵料,提高苗种抗病能力,不使用任何药物,得到较高的成活率和生长速率。对于提高苗种生产单位的知名度,打造名牌水产苗种都能起到巨大的作用。

封闭式循环系统育苗、养鱼是工程技术和海洋生物科学的有机结合,是国家发展海洋生物资源高增殖利用的一个方向。这套系统的特点是操作方式简便、经济,封闭的育苗方式减少了外界疾病的感染率,高效的紫外线杀菌系统,更彻底地杜绝了疾病的发生。使水净化到更适合苗类生长的超自然状态,达到按标准排放无环境污染的生产,优质高产,科技附加值超过80%[2],更加体现了当今知识经济渔业特征。因此,封闭式循环水海水鱼类育苗系统将成为未来海水鱼育苗的可持续发展的必然趋势和主流。

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水产养殖循环水系统集成 第6篇

1 固体颗粒移除

鱼虾固体排泄物与残饵若未及时移除, 不仅消耗溶解氧还将分解产生大量氨氮。固体颗粒物可分为三类:可沉降固体、悬浮固体、微细或可溶固体。

1.1 可沉降固体

可沉降固体可通过养殖水池的排污设施快速排出。圆形池 (或八角形池、六角形、方形池带圆角) 池底部设计成锅底形, 由于四周流速较中间的流速大, 可沉降固体易在池中央集中、沉积, 其水动力有助于固体颗粒的自动快速排出。池中央通常设双通道排污装置, 小口径管道从池底排出可沉降固体;大口径管道从水体中上层排出悬浮固体。可沉降固体以连续或半连续的方式从水池中央排出, 其流量大小则决定后续的固体颗粒的收集与浓缩处理方法。可沉降固体流量较大的系统可采用旋流分离器、沉淀池或转鼓式过滤机来收集固体颗粒;若流量较小, 可使用小型的沉淀设施。

跑道式水池水流若沿长轴方向, 则可沉降固体颗粒的收集区与水流方向垂直。为加大水体下层流速, 进水口安装于靠近池壁的底部, 同时增设加压装置。处理可沉固体颗粒的另一种方法是通过持续的强充气搅动使之保持悬浮状态, 并与粒径较小悬浮固体一同排出, 在养殖池外再进行沉淀或过滤处理。

1.2 悬浮固体

悬浮固体在养殖池中不易沉淀, 现多采用机械过滤方法移除, 其中网筛过滤与可扩展粒质滤器过滤是最常用的2种方法。

1.2.1网筛

网筛常用不锈钢或聚酯材料, 截留在网筛上的固体通过转动网筛经由高压射流反冲洗出。转盘式过滤机、转鼓式过滤机、倾斜筛过滤机已在循环水系统中用于处理悬浮固体。相对于沉淀池或旋流分离器, 网筛过滤的主要优点在于体积小、反冲用水少, 缺点是商用的网筛过滤机成本较高。

1.2.2可扩展粒质滤器

水流穿过沙、塑料珠等粒质滤器时, 固体颗粒截留于粒质材料空隙间或直接粘附其上。久之, 滤器会逐渐堵塞, 需反冲清洗。反冲过程粒质材料从紧致压实状态扩展开, 固体颗粒则随反冲水流冲脱而出。常用的可扩展粒质滤器有加压砂滤罐与浮珠过滤器。

1.3 微细或可溶固体

微细或可溶有机固体颗粒难以用传统的机械过滤方式移除, 但可用泡沫分离法处理。泡沫分离亦称蛋白分离器, 其作用机理是从封闭水体的底部注入空气并产生气泡, 气泡在上行过程与自上而下的水流接触, 吸附可溶有机固体, 产生泡沫, 微细固体颗粒则截流于泡沫中, 最后从水体顶部移除。

2 氨氮和亚硝态氮的控制

作为饵料蛋白质的副产品, 养殖池中氨氮应控制在养殖品种能耐受的安全浓度内。养殖池外的氨氮处理效率决定池水的循环流速。空气剥离法、离子交换法、生物过滤法均可用于氨氮的消除, 其中生物过滤在循环水系统中应用最广。用于生物过滤的基质通常具有高比表面积供硝化细菌附着生长, 氨氮和亚硝态氮分别经由亚硝化单胞菌、硝化杆菌氧化, 硝化终产品为无毒的硝酸盐。常用基质材料包括沙砾、沙、塑料珠 (环、片) 、竹制品等, 4种常用生物过滤设施的主要优缺点比较如下。

2.1 生物转盘

生物转盘由水槽、盘体和电机 (动力) 构成。盘体固定于转轴上由电机驱动, 由于盘体仅部分 (约40%) 浸没于水中, 其表面生长的生物膜交替接触槽水和空气中的氧气, 故能加速硝化过程, 同时可去除水中二氧化碳, 此为其优点。生物转盘的主要缺点是生物膜不断生长、加重, 有导致机械故障的风险。

2.2 滴滤池

滴滤池由滤床与填充其间的碎石等填料组成。距滤床顶部20 cm左右设有旋转式布水器, 水流均匀从布水横管中流出, 流速取决于填料间缝隙大小。由于滤床未完全浸没于水, 滴滤池可同时提供硝化、曝气与部分二氧化碳的去除功能, 此为其优点。滴滤池的主要缺点是体积庞大、成本高, 若悬浮固体未经预处理, 久之, 滤床可能被堵塞。

2.3 可扩展基质滤器

上述加压砂滤罐与浮珠过滤器等可扩展基质滤器, 亦可兼作生物过滤的设施, 其最大优点便是能同时完成硝化作用与悬浮固体移除两大任务。但截留于基质材料空隙间的固体颗粒降解过程可影响水质, 故循环水系统若采用此种简化设计, 需扩大滤器容量。

2.4 流化床

本质上, 流化床是水流方向保持自下而上的沙滤池, 并通过控制流速, 使沙粒保持扩展、沸腾状态。沙粒粒径应小于用于移除悬浮固体的沙粒, 亦可用比重略大于水的塑料珠 (环、片) 取代沙粒。由于沙粒等基质始终处于扩展状态, 其整个表面均适于硝化细菌的栖息生长, 故单位体积流化床的硝化能力较强, 此为其主要优点。但随时间推移, 沙粒等基质上生物膜加厚, 用于保持基质“流化”状态的动力成本亦随之增加。

3 充气、增氧、二氧化碳去除

多数循环水系统通过充气或输送纯氧提高养殖池溶解氧水平。充气系统更为常用, 且能同时去除二氧化碳。纯氧输送系统成本甚高, 适用于对溶解氧有更高需求的养殖品种或高密度的养殖系统。故从节省成本考虑, 商业养殖系统通常结合使用充气系统与纯氧输送系统, 后者仅在养殖后期养殖池生物量较高时备用, 这样可省去二氧化碳去除独立单元组件的安装。

4 消毒

循环水系统高密度养殖更易传播疾病, 使用化学消毒剂或抗生素则会杀灭循环水系统内尤其是生物过滤器的硝化细菌。循环水系统常用紫外线或臭氧消毒防控疾病。由于浑浊水会影响紫外线的处理效果, 故紫外线设施应安装在悬浮固体处理单元之后。而臭氧则不同, 因其能帮助分解悬浮与溶解固体, 通常安装在悬浮固体处理单元之前。

5 加热

加热方式一是直接对养殖用水加热, 二是空气加热从而间接提高水温。建筑材料应兼具保温与水蒸气阻隔性能, 以免冷凝水持续从顶棚滴落。

5.1 加热盘管

在预热池中安装聚丙烯加热盘管 (金属管道易生水垢) , 加热盘管外接锅炉, 自动调温器在水温低于设定值时能自动打开锅炉开关进行加热。

5.2 空气加热

在循环水系统中空气加热更为常用, 此策略乃是应用中央加热器, 设计中需考虑养殖大棚内的通风所导致的热损失。

5.3 温室

太阳能既能加热空气又能直接加热养殖用水。常见的温室有塑料大棚, 既能收集又能保存太阳能, 大棚顶棚亦可用其他透光材料替代塑料薄膜。但普遍采用的是双层塑料薄膜设计, 其在提高保温效果的同时增加了抗湿性。温室的主要缺点是夏季为保持适宜水温需暂时拆除顶棚, 或在大棚内安装排气扇与冷却器。在北方地区温室大棚仍需安装辅助的加热设备。

6 小结

美国工厂化循环水养殖系统研究 第7篇

工厂化循环水养殖方式正以其环境友好、节能、节水等优势,逐步被人们所接受和越来越多的被应用到生产实践中去。工厂化循环水养殖系统(RAS)可以提供可控的环境,系统的大小不受环境条件限制,可以控制养殖水产品的生长速度,甚至可以预计产量。与传统养殖方式相比,循环水养殖生产方式每单位产量的可以节约90~99%的水消耗和99%的土地占用,并几乎不污染环境[1]。

美国在工厂化循环水养殖的研究方面一直处于较高水平,特别是在鲑鳟类冷水性鱼和罗非鱼等温水性鱼的工厂化循环水养殖上有不少的研究和应用。从美国工厂化循环水养殖系统的模式研究总体情况来看可以将之划分成两个有着明显差异的研究技术路线。一是在美国北部是以康奈尔大学的Timmons教授和西弗吉尼亚淡水研究所Summerfelt教授为代表的,以集成各种水处理设备的高集成循环水养殖系统模式研究为主的技术路线。二是在美国南部以路易斯安那州立大学Malone教授和Aquaculture Systems Technologies公司Ebeling博士为代表的,以简化水处理设备,采用简单的处理方式以获得较高经济效益的经济型循环水养殖系统模式研究为主的技术路线。

1 高集成循环水养殖系统模式

高集成循环水养殖系统模式是通过使用各种各样的水处理设备来获得良好的水质,通过各种自动化设施来减少人员劳动强度,通过高精度的水质监控系统来实时反馈系统运行状态。

西弗吉尼亚淡水研究所内有一个集成化程度相当高的循环水养殖系统。其采用的是一个比较典型的水处理工艺,其水处理工艺流程图如图1所示。

在这些工厂化循环水养殖系统中的鱼池一般为圆形,普遍采用了双排水的设计。鱼池的中上层水是通过设置在鱼池侧面的水位保持器直接进入微滤机过滤,而鱼池的底层水中由于含有比较多的颗粒物质(主要是残饵和鱼粪),则是从鱼池底部中心的排水口先进入一个沉淀池或水力旋流器,将可沉淀颗粒物去除后,再进入微滤机过滤。微滤机可以去除大于60μm的悬浮颗粒物。物理过滤后的水流到调节池,在调节池中可以进行调温、补水等。然后使用水泵提升进入生物过滤器,生物过滤可以采用流化沙床、移动床、微珠生物过滤器等方式。经过生物处理后的水自流到脱气装置吹脱水中的CO2,再进入增氧装置,增氧一般采用LHO或锥形增氧装置。由于在美国的工厂化循环水养殖系统中已经普遍使用液氧,因此CO2的去除就显得尤为重要。增氧后的水回到鱼池[3,4,5,6,7,8]。西弗吉尼亚淡水研究所中的循环水养殖系统及主要设备的照片见图2,左边是循环水养殖系统的效果图,右上是系统中的鱼池和投饲机,右下是微滤机和调节池。

要实现工厂化循环水养殖科学、统一、标准化的管理是其中一个相当重要环节。而其中又以饲料的投喂、水质监测和报警系统为关键。在美国农业部国家冷水鱼研究中心和西弗吉尼亚淡水研究所都有相当成熟的饲料自动投喂系统和水质监测系统。所有的数据都会实时反应在控制电脑上,操作人员只需要面对电脑就可以清楚的了解所有系统最新的水质情况和饲料投喂情况,也可以通过电脑实现对它们的控制。整个系统的自动化程度相当高,人员只需要完成一些简单的劳动工作。如图3所示,左上为一个收鱼装置。当养殖的鱼达到市场规格后,员工就可以将鱼从鱼池中赶到这个装置中捞起,设计得非常简单实用。右为自动投饲机,右上和右下都是自动投饲机,不同之处在于,由于右上的鱼池较大,设计人员在鱼池上方设计了一个小型的行车。操作人员在鱼池一侧就可以轻松的将饲料投喂到鱼池的另一侧。左下为一个养殖车间的投饲控制系统。车间内所有系统的投喂都可以通过这台电脑来进行控制,可以设置包括投喂的饲料种类、投饲速度等操作参数。

水质监控系统是一个养殖系统成功的保障。美国工厂化循环水养殖在这方面做的相当完善,尤其是对ORP相当的关注,采用ORP数值的变化来进行水质的预测和调控。如图4所示左上和右上分别为二氧化碳和ORP的测试仪。下方为电脑上显示的系统水质参数在最近一个小时内的历史曲线,包括的参数主要有溶氧、水温和ORP。

2 经济型养殖模式

2.1 BF/AL循环水养殖模式

路易斯安那州立大学Malone教授根据多年的研究,认为循环水养殖系统能够成功运行必须满足五大必要条件:一是水的循环;二是悬浮颗粒物及时去除;三是生物过滤;四是增氧;五是二氧化碳的去除。当然,目前有很多方法都可以满足这五大必要条件。但是,重要的是如何采用简单有效的方法来实现,成为研究和应用的技术关键。BF/AL循环水养殖系统模式是一种采用气提代替传统养殖模式必须使用的水泵以实现水体循环,而水处理仅仅使用浮性珠子过滤器等简单的处理设备的循环水养殖系统模式。其中仅采用浮性珠子过滤器和气提技术就能完全满足五大必要条件。

浮性珠子过滤器的特点在于其同时兼具物理过滤和生物过滤的双重功能,可以简化循环水养殖系统的设计和操作。目前,浮性珠子过滤器系列中有螺旋桨反冲洗型(PBF)、气泡反冲洗型(BBF)和气室反冲洗型(PGF)三中型式。气室反冲洗型(PGF)过滤器是当中的最新产品,它可以使用自身容器内的水体来完成反冲洗,而其强度又不会太过剧烈而影响到硝化反应的进行。采用浮性珠子过滤器可以实现五大必要条件中的悬浮颗粒物及时去除和生物过滤。气提技术在BF/AL循环水养殖系统模式中可以实现另外三个必要条件,通过使用鼓风曝气,形成密度差,可以将让水从低位提升到高位,实现水的循环。在实现水位提升的同时曝气可以实现给系统水体增氧和去除水中的二氧化碳。PF/AL循环水养殖系统模式仅仅使用珠子过滤器技术和气提技术就完成了循环水养殖所必要的五大必要条件,系统所使用的动力设备非常少,因此,大大减少了系统维护所需要的时间。而从安全性的角度考虑,除去了水泵故障的可能性,使系统更加安全可靠,养殖风险更低[9,10,11,12,13]。

Tiltech Aqua Farm养殖场内目前在使用的一套BF/AL循环水养殖系统。Tiltech Aqua farm主要生产全雄罗非鱼苗,并可以根据客户需要提供各种特定家系或者规格的罗非鱼苗。整个农场正常运行时只需要4个人,只是在特别忙的情况下才会另外请临时工。水处理系统相当简单,仅仅是使用了几台大型的珠子过滤器来控制系统内的微藻浓度和去除颗粒物。鱼池中的微藻浓度相当高,据介绍最高浓度可以达到800 000 000ind/L。鱼池内的水是通过中央排污口自流进入PBF过滤器,鱼池内水面和PBF过滤器中的液面高差大约为30cm,过滤后水通过气提方式被提升回到鱼池,实现了水的处理和循环。系统的换水量相当的低,系统中的水体已经使用了长达4、5年之久。在鱼池的池壁、水管上到处长满了藻,看起来非常的脏。如图5所示,左上是农场最早使用PBF过滤器,从1993年开始使用至今运行状况良好。左下是一组BF/AL循环水养殖系统,右上为鱼池中的分类养殖网箱,右下气提装置。

2.2 生物絮凝(Biofloc)循环水养殖系统

在美国虾类产品的养殖量相当大,而且从目前来看,它还在以每年15%的增幅在迅速膨胀。一方面,水质的好坏对于虾类的养殖是相当关键的。另一方面,由于虾类养殖而带来的污水排放也成为了美国各个环境保护协会关注的焦点。因此,寻找一种稳定、高产、高效、环境友好而又可以将病毒危害降到最低的虾类养殖模式就成为了主要的研究方向。生物絮凝(Biofloc)循环水养殖系统是目前美国在经济性循环水养殖系统模式方面的研究热点之一,目前已经有不少的实验系统和部分应用实例。

生物絮凝(Biofloc)循环水养殖系统有别与传统的水处理方式,它是利用异养细菌的同化反应,理论反应方程式如下:

根据方程式可以得到:每g的总氨氮转化为细菌,需要消耗4.71g的溶解氧、3.57g碱度(0.86g无机碳)和15.17g碳水化合物(6.07g有机碳)。反应可以生成8.07g的细菌生物体(4.29g有机碳)和9.65g的二氧化碳(2.63g无机碳)。反应使得细菌的生物量增加了40倍,所产生的生物量远远大于的硝化反应过程中的细菌生物量的变化,所以系统的另一个关键就是使用物理过滤及时去除水中的微生物和颗粒物[14]。

生物絮凝(Biofloc)循环水养殖系统主要是养殖虾类,使用的是跑道式养殖池(如图6中的左图所示),养殖池仅仅配备了压力式沙滤灌、泡沫分离器或采用沉淀池等物理设备,图6右上所示的是竖流式沉淀池。实验使用填料糖(如图6中的右下所示)作为生物填料和外加碳源,通过提高水体内的碳氮比,使得水体内的异养细菌取代自养细菌,成为系统中的优势种,从而吸收总氨氮、硝酸盐和亚硝酸盐,将其转化为细菌的生物体。根据研究报到,每6g碳可以将1g总氮转化为细菌的生物体,其使用的填料糖的比重为1.3,含碳量为50%。实验结果显示在实验过程中,系统水体中的氨氮和亚硝酸盐氮被控制在一个合理的水平,系统运行稳定[15,16,17,18]。

3 结语