陸基循環(huán)水立體養(yǎng)殖工藝設(shè)計及設(shè)備分析

文/劉國虎 劉晨雨

陸基循環(huán)水立體養(yǎng)殖工藝設(shè)計及設(shè)備分析

文/劉國虎1劉晨雨2

由于我國近海污染現(xiàn)狀變得日益嚴(yán)重，越來越不適宜網(wǎng)箱養(yǎng)殖，這種情況下，陸機循環(huán)水立體養(yǎng)殖技術(shù)顯得尤為重要，本文通過循環(huán)水養(yǎng)殖有點、循環(huán)水立體養(yǎng)殖水處理工藝、循環(huán)水立體養(yǎng)殖工藝設(shè)備這幾方面簡單的介紹了一下陸機循環(huán)水立體養(yǎng)殖技術(shù)，所得數(shù)據(jù)，僅供大家參考。

隨著工業(yè)污染物排放、沿海油田排污、沿海城鎮(zhèn)生活垃圾處理不當(dāng)?shù)默F(xiàn)象愈演愈烈，我國近海污染現(xiàn)狀變的日益嚴(yán)重，越來越不適宜近海網(wǎng)箱養(yǎng)殖，這種情況下，陸基海水循環(huán)水養(yǎng)殖技術(shù)顯得尤為重要。循環(huán)水養(yǎng)殖由于應(yīng)用了較多的水處理設(shè)備及先進的科學(xué)技術(shù)，在集約化養(yǎng)殖程度、水資源利用、養(yǎng)殖廢水排放控制、土地利用率、健康養(yǎng)殖效果、產(chǎn)品質(zhì)量安全等方面均具有明顯優(yōu)勢，既可以通過合理利用自然資源，保護養(yǎng)殖生態(tài)環(huán)境，又獲得了更多更好的無公害水產(chǎn)品，保障了食品安全，因此符合國家糧食安全和漁業(yè)強國需求。

一、循環(huán)水養(yǎng)殖優(yōu)點

1.節(jié)水

養(yǎng)魚用水可循環(huán)利用，利用率高達90%以上。特別是水資源緊張地區(qū)或主要利用地下水作為養(yǎng)魚水源的地區(qū)，有利于合理開發(fā)利用地下水。無論冬季、夏季都能保持一定水溫，使養(yǎng)殖生物正常生長；

2.節(jié)地

利用循環(huán)水可實現(xiàn)高密度養(yǎng)殖；

3.高產(chǎn)

優(yōu)良水質(zhì)加上純氧增氧，使養(yǎng)殖魚類一年四季均可健康生長；

4.保護海洋環(huán)境

做到少排放或零排放，同時又不受外界環(huán)境變化的影響；

5.健康養(yǎng)殖

消毒設(shè)備切斷病源，養(yǎng)殖過程不用藥物，可生產(chǎn)出綠色安全食物。

二、循環(huán)水立體養(yǎng)殖水處理工藝

處理工藝流程如圖1所示，由養(yǎng)殖池、微濾機、臭氧-蛋白質(zhì)分離器、超級增氧機、生物濾池、紫外線消毒、換熱器及水質(zhì)在線監(jiān)測八大部分組成。其中生物濾池內(nèi)均勻懸掛生物載體，該載體是利用化學(xué)纖維絲條（直徑0.5mm，比表面積約360m2/ m3）加工而成，形似毛刷，具有彈性，不僅能使自然微生物均勻地附著在每一根絲條上，而且能使氧氣、水、自然微生物之間充分接觸，獲得較大的比表面積。系統(tǒng)運行前利用養(yǎng)魚水中的自然微生物輔助一定的微生態(tài)制劑及營養(yǎng)鹽進行生物掛膜。由于養(yǎng)殖池水體蒸發(fā)及排污等均會導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)水體的損失，因此，每天需補充總水體10%的水量，以保持系統(tǒng)水位的平衡和穩(wěn)定。

循環(huán)水主要指的是內(nèi)循環(huán)，是指魚池排出的循環(huán)水流入內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)的的微濾機，水經(jīng)過濾后進入低位池，通過循環(huán)水泵提水分別進入蛋白質(zhì)分離器、超級增氧機、生物濾池、渠道式紫外線消毒器、冷熱換熱器及立體養(yǎng)殖魚池；同時水泵從海邊的取水構(gòu)筑物提水到低位水池，補充內(nèi)循環(huán)用水。每級水處理設(shè)施都在多點在線自動水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)控制下運行，確保進入魚池水的水質(zhì)。

若養(yǎng)殖規(guī)模較大，內(nèi)循環(huán)可分為若干個獨立循環(huán)系統(tǒng)。該種設(shè)置有一定的靈活性，方便生產(chǎn)管理與水質(zhì)監(jiān)測，一個系統(tǒng)發(fā)生問題不會影響其他系統(tǒng)。系統(tǒng)水循環(huán)的頻率不能太高或太低，太高循環(huán)泵耗電較大，太低魚池水質(zhì)不能保證。系統(tǒng)中的水循環(huán)頻率在一定的水處理設(shè)施、養(yǎng)殖品種和養(yǎng)殖密度下有一個經(jīng)濟頻率，經(jīng)濟頻率一般通過養(yǎng)殖生產(chǎn)試驗確定。在上述水處理設(shè)施下，鲆鰈魚類養(yǎng)殖密度在30kg/m2～35kg/m2，水循環(huán)頻率一般在2h～3h循環(huán)1次為宜。

三、循環(huán)水立體養(yǎng)殖工藝設(shè)備分析

1.全自動微濾機

新型全自動微濾機是根據(jù)海水循環(huán)水養(yǎng)殖特點研制的產(chǎn)品，采用，120目～150目不銹鋼篩網(wǎng)過濾，去除水中懸浮物，包括浮游動植物、殘渣碎餌等等。主要技術(shù)指標(biāo)：濾鼓直徑1400mm，濾鼓長度1700mm，電機功率0.9kW，處理水量400m3/h。微濾機的主要特點：質(zhì)量輕，噪音低，耐海水腐蝕，使用壽命長，消耗電能少，價格低廉，水位和反沖洗自動控制。該微濾機在不銹鋼結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過試驗采用工程塑料構(gòu)件，并設(shè)計了新型氣、水反沖洗裝置和自動控制系統(tǒng)，使整機重量大大減輕，耐海水腐蝕能力增強，使用壽命是傳統(tǒng)微濾機的2倍～3倍，價格是國外同類產(chǎn)品的1/3。

圖1 .循環(huán)水立體養(yǎng)殖水處理工藝

2.蛋白質(zhì)分離器

蛋白質(zhì)分離器適用于海水循環(huán)水養(yǎng)殖，系列產(chǎn)品有分離水量50 m3/h，100 m3/h，150 m3/h幾種。蛋白質(zhì)分離器去除氨氮和有機物質(zhì)，主要是利用泡沫分離和臭氧氧化反應(yīng)原理。泡沫分離是將水中的有機物在未分解成氨氮之前，從水中分離出去；臭氧氧化是向蛋白質(zhì)分離器中加入臭氧，通過臭氧的強氧化作用，去除有機物質(zhì)。與蛋白質(zhì)分離器配套的臭氧發(fā)生器，選用以純氧為氣源的發(fā)聲器為宜，純氧可來自液態(tài)罐或制氧機，向蛋白質(zhì)分離器加入臭氧殺菌效果較理想，同時又能增加水體的溶解氧，是既經(jīng)濟又安全的新技術(shù)。由于新型蛋白質(zhì)分離器裝有臭氧尾氣回收裝置，殘余臭氧不會影響?zhàn)B殖魚類的正常生長，因而不需要附加設(shè)備處理殘余臭氧。

3.超級增氧機

超級增氧機主要由耐蝕水泵、制氧機、氣液高效混合器及相關(guān)管路附件組成。制氧機制出的純氧進入耐蝕水泵葉片處，隨著葉片的高速旋轉(zhuǎn)混合后，帶有一定壓力和流速的氣液混合體進入高效混合器，從而產(chǎn)生了高氧溶量（氧氣以微納米級氣泡溶入水中）的海水。

耐蝕水泵主要針對海水設(shè)計，主要成分是耐海水腐蝕的鈦合金。制氧機就是將空氣中的氧氣分離出純氧。氣液高效混合器設(shè)計有特殊結(jié)構(gòu)的流體通路，通過蜂窩結(jié)構(gòu)體的元件施加剪切力，經(jīng)過多個流體單元后，在短時間內(nèi)超細(xì)和均化水中氧氣。不像現(xiàn)有其他混合器和均化器，高效混合器能夠獲得均勻微納米氣泡水溶液。

傳統(tǒng)的微米級氣泡體積較大，水中上升速度快，消失也快。而微納米級氣泡指的是直徑在50μm和數(shù)10nm之間的微小氣泡，具有氣泡尺寸小，比表面積大、吸附效率高、在水中上升速度慢等特點，其在在水體增氧、循環(huán)水養(yǎng)殖、氣浮凈化技術(shù)、臭氧水消毒、微納米氣泡減阻等領(lǐng)域有重要的應(yīng)用價值。在水體增氧中，能快速將氧溶量從7mg/L～9mg/L上升到50mg/L或以上，對水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)中的高端高附加值養(yǎng)殖十分適用。

4.綜合生物濾池設(shè)計

海水循環(huán)水養(yǎng)殖，魚池排出的污水一般總氮（TN）不高于2mg/L，COD不高于15mg/L，應(yīng)屬于微污染水。微污染水提供給微生物生長的營養(yǎng)物含量也較低，形成的生物量相對減少，對水中有機物的降解作用有所減弱。在微污染海水生物膜處理中，一般不能按高低濃度污染水的處理方法設(shè)計，如何提高對污染海水的處理效果是一個值得研究的問題。對海水循環(huán)水養(yǎng)殖排出的微污染水，提出了生物膜穩(wěn)態(tài)運行的節(jié)能型綜合生物濾池及蛋白質(zhì)分離器加臭氧氧化的處理工藝。

（1）生物膜穩(wěn)態(tài)運行水處理工藝

從理論上講，生物膜水處理分為穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)兩種運行工藝。穩(wěn)態(tài)工藝是生物膜隨時間變化沒有凈增長或凈死亡的變化，二非穩(wěn)態(tài)生物膜正好相反。就穩(wěn)態(tài)工藝而言，水中基質(zhì)含量在一定時間內(nèi)不變或變化很小，生物膜生長和自身氧化得到一個穩(wěn)態(tài)的生物厚度，并維持了一定的出水基質(zhì)含量，及在一定的生物量下，不能任意變化處理水的能力。而非穩(wěn)態(tài)工藝是依靠生物的一種應(yīng)激性反應(yīng)，當(dāng)微生物前期處于相對較高的營養(yǎng)環(huán)境中，生物膜生長很好；當(dāng)進水基質(zhì)含量減少后，微生物為維持自身生長的需要，就會發(fā)揮全部潛力，快速攝取營養(yǎng)水中的有機物，從而被處理微污染水的有機物含量會降到較低水平。雖然生物膜水處理非穩(wěn)態(tài)工藝效果較好，且可深度處理，但生物載體需間斷性的在高含量有機物水環(huán)境中培養(yǎng)微生物，再運到生物濾池處理微污染水，這給生產(chǎn)管理帶來負(fù)擔(dān)，并且修建微生物培養(yǎng)池又加大工程投資，所以在優(yōu)化設(shè)計中不采用生物膜水處理工藝非穩(wěn)態(tài)運行。

（2）綜合生物濾池節(jié)能設(shè)計

首先，將綜合生物濾池建在太陽能溫室車間內(nèi)，室內(nèi)屋頂安裝調(diào)光天幕。在北方的冬季，太陽能溫室車間生物濾池的水溫一晝夜可升高2℃左右，室內(nèi)氣溫高于一般車間5℃～8℃，長時間運行能大量節(jié)約能源。若條件允許，安裝大型太陽能熱水器更佳。綜合生物濾池的標(biāo)高設(shè)計，為內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)的高位，濾池的出水依次流進蛋白質(zhì)分離器、超級增氧機、紫外線消毒器、調(diào)溫池、及魚池。合理設(shè)計各設(shè)備設(shè)施之間的水頭，可節(jié)約循環(huán)水泵的動能。

（3）生物濾池生物多樣性設(shè)計

一般生物濾池只采用微生物處理海水，而綜合生物濾池采用多種生物共存的生物多樣性水處理工藝。濾池一般設(shè)計為池深2.2m，水深2.0m，池寬2.0m～3.0m，長度分段的流水池，上層吊養(yǎng)殖大型藻類，如馬尾藻、江蘺、石莼等，其中粗江蘺較好，是多年生的暖溫帶大型紅藻，高20cm～50cm。江蘺不但能處理、調(diào)控水質(zhì)，而且定期收貨還有一定的經(jīng)濟效益。下沉吊裝或堆放生物載體，通過生產(chǎn)性試驗，聚丙烯絲制作的輻射形刷狀生物載體、片狀結(jié)構(gòu)球形生物載體較好。生物載體不能單純追求比表面積，應(yīng)通過生產(chǎn)性試驗進行選用，不但考慮比表面積和水處理效果，還應(yīng)考慮有利于生物膜的生長和生產(chǎn)管理的方便。綜合生物濾池養(yǎng)殖大量海水植物，利用植物光合作用吸收水中氨氮等營養(yǎng)鹽，增加水中溶氧，并調(diào)控水質(zhì)。同時在濾池的生物載體中，引入微生物群落，起到養(yǎng)魚水環(huán)境的生物修復(fù)作用，發(fā)揮多種方式水處理的功能。綜合生物濾池的有效水體，應(yīng)根據(jù)采用的工藝流程、水處理設(shè)備、養(yǎng)殖的品質(zhì)、密度、水循環(huán)頻率等，通過試驗確定。不能用處理高濃度污水的某種方法或計算設(shè)計生物載體量來確定有效水體，并且不取設(shè)計安全系數(shù)。用上述方法實際的有效水體往往偏少，因為微污染海水用生物法處理有它的特殊性，必須通過生產(chǎn)性試驗，全面綜合分析研究確定有效水體。綜合生物濾池的有效水體，在配備較好水處理設(shè)備的工況下，一般不小于養(yǎng)殖水體。

5.渠道式紫外線消毒器

渠道式紫外線消毒器是將數(shù)支高強度紫外線殺菌燈管（德國產(chǎn)）設(shè)計成模塊，配套相應(yīng)高位、低位進出水的分段渠道，將燈管模塊直接安裝在渠道的水流中，渠道頂部安裝特制的反光板，水流在渠道（暗溝）中呈波浪式的起伏運動，使水體與燈管充分接觸，從而提高了消毒能力。燈管模塊的數(shù)量可根據(jù)循環(huán)水量的大小、渠道的長短、水處理效果等綜合分析確定。渠道式紫外線消毒器比傳統(tǒng)封閉式消毒器效率高，成本低，流量大，維修方便，細(xì)菌去除率為95%～99%。渠道式紫外線消毒器安裝在蛋白質(zhì)分離器之后，根據(jù)水中有害細(xì)菌量的多少可間斷開啟。

四、結(jié)語

工廠化養(yǎng)殖應(yīng)向提高單產(chǎn)與效益，節(jié)水、節(jié)能無公害健康養(yǎng)殖模式發(fā)展。優(yōu)化設(shè)計的循環(huán)水立體養(yǎng)殖模式，能從單產(chǎn)10kg/m2，左右提高到30kg/m2以上，所帶來的經(jīng)濟效益是顯而易見的，并對循環(huán)水到排放污水都進行了有效處理，對海區(qū)生態(tài)環(huán)境不產(chǎn)生污染，有效推進海水養(yǎng)殖模式的轉(zhuǎn)變。循環(huán)水與流水開放式養(yǎng)殖相比，不但單產(chǎn)提高到3倍多，而且節(jié)水節(jié)能環(huán)保。因此循環(huán)水立體養(yǎng)殖具有廣闊的發(fā)展前景和推廣價值。

作者單位：1.湖北省武漢新科谷技術(shù)股份有限公司 2.湖北省武漢大學(xué)資環(huán)學(xué)院