节约型海水鱼类循环水养殖车间工艺设计

节约型海水鱼类循环水养殖车间工艺设计

本文针对我国海水鱼类工厂化循环水养殖系统建设成本高、运行能耗高、主要水处理设备不耐海水腐蚀、相互间耦合性差、运行管理难度大等问题，通过对主要水处理设备如微滤机、蛋白质泡沫分离器、紫外线消毒杀菌装置及高效溶氧器的设施化改造，构建了一种节约型海水鱼类循环水养殖水处理工艺，其水处理工艺流程为养殖池→弧形筛→提水泵→气浮池→三级生物净化池→脱气池→紫外线消毒池→气水对流增氧池→养殖池，该工艺实用性强，适合在中小养殖企业推广使用。

循环水养殖系统（RecirculatingAquaculture Systems，RAS ）是指通过物理、化学、生物方法对养殖水进行净化处理，使全部或部分养殖水得到循环利用的工程装置。根据海水鱼类养殖水的特点，RAS 主要由沉淀（Sedimentation ）、过滤（Filtration ）、生物净化（Biologicalpurification ）、增氧（Oxygenation ）、调温（Temperature regulation）、和杀菌消毒（Sterilization ）几部分组成。循环水养殖具有节水、节地、节能，减少污染物排放、保护环境，养殖密度高、养殖鱼类生长速度快、经济效益高，产品绿色无公害等优势，符合国家节能减排、发展蓝色经济的产业政策，是引领我国渔业走向“工业化”的重要抓手。近几年来，随着广大从业人员对循环水养殖认识的提高及国家和各级地方政府扶持力度的加大，我国海水鱼类循环水养殖呈现出飞速发展态势，目前建有循环水养殖系统的企业有

近50家，养殖面积超过16万m ²。我国循环水养殖面临的主要问题有：

1. 专用材料、专用设备、专用饲料的生产与开发严重滞后于产业发展需求。

2. 海水鱼类循环水养殖系统设备多、造价高，设备间的耦合性差，系统运行能耗高、管理难度大。

3. 养殖车间、水处理设备、水处理工艺、养殖技术的标准化体系亟待建设。

4. 从业人员对循环水养殖的认识与理解有待进一步提高，不少人把循环水养殖等同于传统的流水养殖，循环水养殖的优势没得到充分体现。

针对上述问题， 我们在集成“十一五”海水鱼类循环水养殖研发工作的基础上，优化设计了节约型海水鱼类循环水养殖工艺，目的在于提供一种造价低廉、运行平稳、容易管理的实用型 水处理工艺与建设方案，以满足广大中小型养殖企业对循环水养殖的需求。

一、节约型海水鱼类循环水养殖车间工艺设计原则

1. 紧密结合产业实际。我国从事海水鱼类工厂化养殖的主体是个体养殖户，其主要特征为投资小、设备简陋、技术水平与管理水平低。资源浪费严重和产品质量无保障等问题，迫使众多中 小企业有着越来越强烈的开展循环水养殖的需求，过高的投入与技术要求将中小企业挡在门外的同时，也阻碍了循环水养殖模式

的普及与推广进程。

2. 低成本建设。单位面积建设成本控制在450元/m²以内，其中土建成本控制在300元/m²以内，水处理系统控制在150元/m²以内。

3. 低能耗运行。减少系统内动力配备，一级提水后主要靠梯级自流来实现系统内水循环，系统运行能耗控制在0.014kw/h〃m ²以内。

4. 功能完善，保障水质。具备完善固体颗粒物去除、泡沫分离、生物净化、脱气、增氧、杀菌消毒、控温等功能。

5. 操作简单，运行平稳。经过必要的循环水养殖技术培训以后的员工就可以正常操作，人均管理面积1000m ²，养殖密度30kg/m²以上。

二、车间主体设计

循环水养殖车间主体包括：基础、地梁、墙体、棚顶、养殖池、水处理区、操作区、管道系统、通风系统、灯光系统等。

1. 车间大小

循环水养殖车间大小主要决定于建设场地大小，常见的循环水养殖车间跨度14m-16m 、长度65m-90m ，车间大体分为操作管理区。

养殖区和水处理区三部分；车间内设1-2套循环水养殖系统，每套系统配置8-12个养殖池；

为降低车间建设成本和运行管理成本，常采用多连体设计。

2. 基础、地梁与墙体

车间基础与地梁大小应根据当地地质、主体重量来考量，并采纳专业技术人员的意见。采用结构柱、地梁与圈梁一体的框架结构，以保证车间主体的安全性。在北方地区，车间外墙厚度应 大于24cm ，车间层高应控制在3.0m 以内，以增强车间主体的保温性能。

3. 棚顶

车间棚顶多采用低拱圆弧顶或三角形坡顶，棚顶要求具有一定的抗风、抗压、密闭、保温性能，棚顶保温是车间总体保温的重点，也是维持养殖环境温度稳定的关键。常见的保温方式有：双层塑料膜：内层无滴膜+20cm空气隔热层+外层黑塑料膜。内层无滴膜+保温棉+毛毡+外层防辐射塑料薄膜。保温彩钢板，北方沿海养殖大棚的保温层厚度要求大于8cm 。外层玻璃钢波纹板，内层喷涂5cm-8cm 厚聚氨酯保温层。

4. 养殖池

循环水养殖通常采用圆形或圆角形养殖池，圆角形养殖池的圆角半径应大于养殖池半径的1/2，池底采用中间低四周高的锅底形，排水口置于池中央最低处，锅底坡度1:10，以利于池底 污物的排出；根据不同养殖品种的要求，养殖池内径5.5m-7.5m 、池深0.8m-1.6m 之间；养殖池壁为砖混结构，池壁厚12cm ，要求做五层防水处理，池面光滑、不挂脏，有条件的企业建议池面刷养殖池专用涂料。

5. 水处理区

水处理区由弧形筛、泵池、提水泵、气浮池、一级截污生物净化池、二级生物净化池、三级生物净化池、脱气池、紫外消毒池和增氧池组成，水处理区约占车间总面积的13%；弧形筛、泵池为砖混结构，池壁厚12cm ；其他为钢筋混凝土结构，池壁厚20cm 。

6. 操作区操作区主要包括消毒间、值班室、监控室、储藏间等，约占车间总面积的4%。

7. 管道系统

循环水养殖车间的管道系统包括进水管道、回水管道及外源水补充管道。进水管道是指由水处理系统进入养殖池的管道系统，由进水主管和入池管组成，进水主管置于车间两侧的池台上，通常选用直径为200mm-250mm 的PVC 管，入池管直径75mm-90mm 。回水管道是指从养殖池流向水处理系统的管道，由回水装置和回水主管组成，回水装置位于养殖池外侧。我们在养殖生产实际中发明了多功能回水装置，该装置具有快速排污、清除养殖池水面杂质、调节养殖池水位和将系统内任意养殖池脱离系统外进行流水养殖等功能；回水主管通常置于中间过道下的地沟两侧，通常选用直径为250mm-315mm 的PVC 管。外源水补充管道的功能是向循环水养殖系统添加和补充新水，我们在泵池、一级截污生物净化池末端及每个养殖池都安置了新水补充管头。

8. 通风系统

常用的通风装置有换气扇和排风帽，主要用于夏天交换室内空气、冬天排出室内水汽，一般安装在车间两头山墙上或车间棚顶中央。

9. 灯光系统

本设计采用日常管理灯和操作灯两套灯光系统，日常管理灯每支15w ，每4池设一支，为弱灯光系统，投喂、巡池等日常管理时使用；每2池设一支操作灯，每支40w ，为强灯光系统，分苗、倒池等精细操作时使用。

三、水处理系统设计

1. 水处理工艺

在“十一五”研究工作的基础上，我们通过对蛋白质泡沫分离器、高效溶氧器与脱气塔等主要水处理设备的设施化改造，以弧形筛替代微滤机、以气浮泵替代蛋白质泡沫分离器、以纳米增氧板替代了高效溶氧器，优化了生物滤池结构，强化了生物滤池排污，增设了脱气池，不但大幅降低了循环水养殖系统造价与运行能耗，而且有效提高了水处理能力和系统运行的平稳性、可操作性。

2. 弧形筛的安装

弧形筛的作用是快速分离养殖水中的残饵、粪便等固体颗粒物。弧形筛的选择：丝宽1mm 、丝间距0.2mm 、丝倾角6°、曲率68.8、过水量50~80m3/m²〃h ，安装夹角36°-38°。残饵、粪便等固体颗粒物通过筛面滑向排污槽排出，清水透过筛面进入

泵池。

3. 气浮池设计

气浮池的作用通过潜水式离心气浮泵的文丘里管射入大量微气泡，通过微气泡的表面张力吸附水中的微细悬浮颗粒物和胶状物质，再以泡沫形式排出系统外，起到净化水质的作用，其气水比是蛋白质泡沫分离器的3倍，而造价只有蛋白质泡沫分离器的1/5。气浮池大小10m ³左右，气浮泵功率2.2kw ，进气量35m ³/h-40m³/h。

4. 生物净化池设计

生物净化是循环水养殖水处理系统的核心，生物净化是由附着在生物滤池中生物填料表面的生物膜完成的，生物膜由多种硝化细菌、有机碎屑和多糖等组成，其主要作用是分解养殖水中的有机质、氨氮、亚硝酸盐、硫化物及磷酸盐等有害物质。实践中，生物净化池不但能分解氨氮等有害物质，而且其截污沉淀能力，对于颗粒物的去除、维持系统内水质清新也发挥着不可忽视的作用，因此，生物净化池设计是整个循环水养殖系统设计的重点。生物净化池大小生物净化池大小决定于系统最大生物承载量、养殖品种的摄食与消化能力、填料比表面积和生物膜的净化能力，其计算公式为：

实践中，生物滤池体积一般设计为有效养殖水体的35%-40%，在此基础上再根据养殖品种的摄食能力和粪便的成型情况作适当调整。生物填料选择通过性价比对效，我们采用经过拉毛处理

的刷状弹性填料，丝长20cm ，悬垂布置，填料间距略小于丝长，这样既可保证一定的比表面积，又能保持足够的通透性，以便于颗粒物的下沉。流态控制生物滤池流态主要通过池形、进出水口位置和充气三种手段调控，生物净化池以长方形为主，池子的宽度和深度均应控制在3m 以内，长宽比应大于黄金分割值；三级生物净化池之间设计成“上进底出”和“下进上出”的形式，让养殖水在生物净化池内成波浪式流动；适量充气既可以使生物滤池保持充足溶氧，也可以避免养殖水在生物滤池内形成稳流，提高填料的净化效率，同时，气泡对生物膜产生的轻微冲刷有利于生物膜的更新。充气管的布置采用微孔管充气，充气管固定于生物净化池池底，直径2.6cm ，管间距30cm ，充气孔直径0.4-0.6mm ，孔间距20cm ，外接罗兹鼓风机。生物净化池排污由于弧形筛的过滤精度是70μm ，小于70μm 的微细颗粒物除一部分通过气浮池以泡沫形式排出系统外，多数会在生物净化池通过填料的拦截作用，大量沉积在生物净化池池底，为此，我们在一级生物滤池和二级生物滤池底部设计了专门的斗状集污槽，集污槽上口宽

1.5m ，底部宽20cm ，槽深40cm ，槽底埋设多孔排污管，排污管直径110mm ，排污孔直径1.6cm ，孔间距10cm 。

5. 脱气池

鱼类代谢及生物净化过程中会产生大量的CO2，CO2在水中大量富集容易导致养殖水pH 值下降，养殖水pH 值低于7.5不但会影响鱼类的摄食与生长，而且会抑制生物膜的生物净化作用。

解决循环水养殖水pH 值下降问题是国外研究的重点和难点，这在国内才刚刚引起业界重视。脱气是解决这一问题的主要方法之一，为此，我们在水处理系统中专门增设了脱气池，脱气池的作用是通过大量曝气加快水中CO2的溢出，脱气池有效水体10m ³左右，采用固定于池底的微孔管充气，微孔直径2.6cm ，管间距20cm ，充气孔直径0.4-0.6mm ，孔间距10cm ，外接罗兹鼓风机。

6. 臭氧的添加

臭氧的作用在循环水养殖系统中，臭氧的作用表现为三个方面：①杀菌消毒：臭氧不但可以杀灭各种细菌，而且对紫外线不能杀灭的寄生虫、寄生虫卵、真菌及真菌孢子体等具有很强的杀伤力。②分解氨氮：一个臭氧与一个氨氮结合生成二氧化氮和水。③除色、去味：通常情况下，系统运行一段时间以后，养殖水会变黄和略带腥臭味，添加臭氧以后，通过臭氧的强氧化作用，很快使水质变得清澈和清新。臭氧的添加位置臭氧的添加位置大致可分为两种，一种是加在生物净化池之前的气浮池，一种是加在生物净化池之后的脱气池，加在生物净化池之后的效果要优于加在生物净化池之前，这是因为进入生物净化池之前的养殖水中氨氮含量高，大量的臭氧会作用于分解氨氮，削弱了其杀菌消毒、除色、去味的功能，另外，多余的臭氧进入生物净化池会影响生物膜的生长，臭氧加在生物净化池之后，既可以充分发挥臭氧的杀菌消毒作用，多余的臭氧在通过紫外消毒池时会被紫外线照射分解掉，不会对鱼造成影响。臭氧的添加量臭氧的添加量可以通

过水体的氧化还原电位来实现自动控制，氧化还原电位的设定范围为

350±10。臭氧的添加方式臭氧可以通过纳米增氧盘或微气泡射流泵添加到养殖水中，实验表明：微气泡射流泵的添加效果要优于纳米增氧盘。

7. 紫外消毒装置

紫外线对绝大多数细菌具有很强的杀灭效果，因此它是循环水养殖最常见的杀菌手段。紫外消毒池位于脱气池之后，长1.2m ，宽1m ，采用功率75w 、光波长为260nm ±10nm 的热阴极灯，垂直布置、灯管间距15cm ，功率配置根据单位流水量确定，以6w/m³〃h 为宜。8. 增氧池高溶氧是开展循环水高密度养殖和提高生物滤池生物净化效率的保障，增氧池设在水处理系统的末端，养殖水在经过增氧池后直接进入进水主管流向养殖池，通常以液态氧作氧源，采用板式纳米增氧器以气水对流的形式来达到高效溶氧的目的。该方法使增氧系统造价下降了90%，该装置的溶氧效率75%左右，水体溶氧量可维持在10mg/L以上，能满足养殖密度40kg/m³的溶氧需求。

四、其他

高程设计系统内各单元合理的高程设计是降低系统运行能耗的关键，本设计养殖池与水处理系统间的落差为1.4m ，只要采用扬程为4m 的提水泵，一级提水后利用系统内高程差实现养殖水的梯级自流，最大限度降低了系统的运行能耗。

流量设计系统流量按照养殖池水每小时一个循环量设计，已有研究表明，该流量是循环水养殖的经济流量。水质自动在线监测系统水质自动在线监测系统好比循环水养殖的眼睛，它可以帮助我们实时了解系统内水质指标的变化情况，并根据水质指标及时作出管理上的调整，同时，水质在线监测系统还可以与气浮泵、紫外消毒器、臭氧发生器、自动投饵机及外源水补充阀联动，实现真正意义上的自动化、工业化养殖。因此，给系统配备水质在线监测系统是很有必要的，目前国内从事这方面研究的企业很多，建议选择监测指标齐全、探头耐用、监测指标准确的厂家的设备。

五、系统启动与管理

1. 系统启动

循环水养殖与流水养殖的最大区别在于循环水养殖系统是一个“菌鱼共生”系统，生物净化不但是水处理系统的核心，也是养好鱼的基础。循环水养殖系统建好并调试完成以后，如何快速培养生物膜、构建稳定的生物净化功能是启动循环水养殖系统的前提，也是生产中遇到的最大难题。研究表明：在水温20 ℃左右、盐度35‰的条件下，海水生物净化器的生物膜预培养大约需耗时40天-60天。海水生物净化器生物膜培养耗时长的主要原因是海水中的盐分对氨氧化菌和亚硝酸盐氧化菌的活性具有显著抑制作用。为克服生物膜预培养耗时、耗力的问题，可采取边养鱼、边培养和熟化生物膜的方法，系统启动初期，通过大量添加外源水把养殖水指标控制在安全范围以内，利用鱼类代谢

氮源培养生物膜，随着膜净化功能的完善，逐步减少外源水的补充量。为保险起见，系统启动初期的放养密度最好控制在10kg/m³以内。2. 外源水补充外源水补充是循环水养殖过程中维系水质指标稳定的重要手段，补充点可以在泵池、也可以在一级截污生物净化池，新水补充量应根据养殖水的氨氮、亚硝酸盐及pH 值指标来决定。

3. 饲料选择

循环水养殖对饲料的要求很高，首先是营养价值高、饲料利用率高，其次还要求饲料不带致病菌、饲喂后鱼的粪便成型性好。优质饲料可以最大限度地减轻水处理系统的处理负荷，保障系统的正常运行。采取少量多次和控制80%的饱食量的饲喂方法，不但可以提高饲料利用率、避免浪费，而且能起到增强鱼的体质、减少疾病发生的作用。

4. 疾病防控

放养健康优质苗种、保持系统内各项水质指标稳定、科学投喂高营养价值饲料是循环水养殖中预防疾病发生的重要措施。一旦发病，切忌在系统内使用任何抗生素，因为抗生素在杀死致病菌的同时也会破坏生物膜上的益生菌，最好的方法是尽快把发病的鱼及养殖池脱离循环水养殖系统，在系统外完成病鱼的治疗和养殖池的消毒后再并入循环水养殖系统。

六、结束语

我国的海水鱼类循环水养殖经历了“九五”时期的重要水处

理设备研发，“十五”期间固体颗粒物去除、生物净化与高效溶氧三大关键技术突破，和“十一五”时期的系统集成与优化及相 关养殖技术研究过程，目前在养殖规模、建设成本、运行能耗等方面已处于世界领先地位，但在水处理工艺、处理精度、自动化程度等方面与发达国家还存在一定差距。

因此，今后我们应在进一步熟化适合我国国情的海水鱼类循环水养殖工艺与养殖技术，扩大循环水养殖市场占有率，加快推进我国渔业产业结构调整的同时，进一步加强高精度水处理装 备、自动监测与控制设备研究与开发及循环水养殖标准化建设工作，努力提升我国循环水养殖技术水平和高科技含量，为迎接海水鱼类工业化养殖时代的到来奠定坚实基础。