循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中固體顆粒物集排污效率的指標(biāo)參數(shù)

張譯文 車(chē)宗龍 張倩 任效忠

摘 要：工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖池系統(tǒng)的集排污效率直接影響整個(gè)系統(tǒng)的順利運(yùn)轉(zhuǎn)。集排污效率的高低與水質(zhì)密切相關(guān)，進(jìn)而影響?zhàn)B殖生物的健康。研究表明，沉降時(shí)間、停留時(shí)間、排污時(shí)間、累積排出量等參數(shù)都可以作為判斷集排污效率的指標(biāo)。篩選集排污效率參數(shù)，對(duì)養(yǎng)殖池集排污特性的試驗(yàn)研究有重要意義。

關(guān)鍵詞：工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖;集排污;參數(shù)

文章編號(hào)：1004-7026（2020）16-0047-02? ? ? ? ?中國(guó)圖書(shū)分類(lèi)號(hào)：S959? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

由于人們對(duì)水產(chǎn)品需求不斷增加，而捕撈漁業(yè)嚴(yán)重受限，水產(chǎn)養(yǎng)殖已成為魚(yú)蝦等水產(chǎn)品的重要來(lái)源，促使養(yǎng)殖業(yè)快速發(fā)展。工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖具有占地面積小、獲取效益高、養(yǎng)殖密度大、保護(hù)環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，為養(yǎng)殖戶(hù)帶來(lái)了較高的經(jīng)濟(jì)效益，備受工廠化養(yǎng)殖企業(yè)的青睞[1]。殘餌、糞便等固體顆粒物的有效去除是工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖的重中之重。提高集排污效率有利于養(yǎng)殖系統(tǒng)的水質(zhì)達(dá)標(biāo)[2]，防止水質(zhì)惡化。

養(yǎng)殖池系統(tǒng)的集排污機(jī)理尤為復(fù)雜，與池內(nèi)流場(chǎng)特性密切相關(guān)，改善養(yǎng)殖池系統(tǒng)的集排污效率已成為優(yōu)化養(yǎng)殖池系統(tǒng)的重要研究課題之一[3]。循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中固體顆粒物集排污效率的指標(biāo)參數(shù)可以作為集排污效率的參考依據(jù)。

1? 集排污研究進(jìn)展

1.1? 二次流原理

二次流在循環(huán)水養(yǎng)殖池中存在一定的固體邊界和流場(chǎng)參數(shù)，是一種非主流方向的流動(dòng)[4]。殘餌、糞便等固體顆粒物的沉降和匯聚易受到二次流的影響，且池內(nèi)的二次流效應(yīng)對(duì)養(yǎng)殖池系統(tǒng)的集排污機(jī)制起到積極的促進(jìn)作用，有利于固體廢物排出。目前，工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)定以切向射流方向?yàn)橹?，且出水口設(shè)置于池底中心。此種結(jié)構(gòu)布設(shè)方式有利于池內(nèi)二次流的形成和將固體廢棄物排輸送到污口處[5]。

1.2? 池型對(duì)集排污影響

工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖池系統(tǒng)的集排污效率與池內(nèi)流場(chǎng)特性直接相關(guān)[6]。池型結(jié)構(gòu)對(duì)流場(chǎng)特性的影響顯著，與養(yǎng)殖池系統(tǒng)的集排污效率密不可分。跑道式養(yǎng)殖池內(nèi)易出現(xiàn)死水區(qū)，屏障附近流速較低，限制了殘餌、糞便等固體顆粒物的有效排出。

研究表明，圓形養(yǎng)殖池的徑深比在3∶1～10∶1范圍內(nèi)，有利于池內(nèi)形成良好流態(tài)，促進(jìn)污物的排出，但其空間利用率低，嚴(yán)重限制了工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖業(yè)的產(chǎn)能和效益。矩形養(yǎng)殖池雖有較高的空間利用率，但池內(nèi)的流態(tài)較差，易在池角等區(qū)域出現(xiàn)死水區(qū)，不利于污物的聚集，導(dǎo)致集排污效率差，故未被廣泛推廣使用。

目前，方形圓弧角養(yǎng)殖池和八角形養(yǎng)殖池成為較好的養(yǎng)殖池池型結(jié)構(gòu)，摒棄圓形養(yǎng)殖池和矩形養(yǎng)殖池的缺點(diǎn)且結(jié)合二者優(yōu)點(diǎn)，已開(kāi)始推廣使用。

1.3? 排水系統(tǒng)

工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖中常用的排水系統(tǒng)有單通道排污系統(tǒng)、雙通道排污系統(tǒng)以及三通道排污系統(tǒng)，目前應(yīng)用和研究最多的是雙通道排污系統(tǒng)。雙通道排污系統(tǒng)由底部中心排污口和溢流口構(gòu)成，其中溢流口包括側(cè)壁溢流口和池心設(shè)置溢流管等兩種類(lèi)型，既能及時(shí)有效排出養(yǎng)殖池底部的殘餌、糞便等固體顆粒物，降低了過(guò)濾器的壓力和反沖洗壓力，又可以通過(guò)溢流口將細(xì)小懸浮物沖走，降低了過(guò)濾器的堵塞概率，減少運(yùn)行能耗。同時(shí)，使用雙通道排污系統(tǒng)可減少約5%左右的耗水率。

2? 集排污參數(shù)

2.1? 停留時(shí)間

停留時(shí)間是指殘餌、糞便等固體顆粒在養(yǎng)殖池內(nèi)的停留時(shí)間?？梢愿鶕?jù)停留時(shí)間分布的方法來(lái)清晰觀測(cè)到污物的排出情況。由于養(yǎng)殖池內(nèi)的流場(chǎng)多變，流速分布不均勻，池內(nèi)易出現(xiàn)不同程度的死水區(qū)、短路流等非理想流態(tài)，導(dǎo)致固體顆粒在養(yǎng)殖池內(nèi)的停留時(shí)間不同。繪出停留時(shí)間分布曲線(xiàn)可以更直觀地體現(xiàn)出固體顆粒的分布。

停留時(shí)間分布試驗(yàn)測(cè)定方法：通過(guò)跟蹤示蹤劑來(lái)監(jiān)測(cè)固體顆粒的動(dòng)向，在養(yǎng)殖池的進(jìn)口處加入一定量的示蹤劑，同時(shí)在出口處檢測(cè)示蹤劑濃度隨時(shí)間的變化情況。

對(duì)示蹤劑的要求。①在較低濃度下仍然可以準(zhǔn)確檢測(cè)出來(lái)。②不溶于水，不附著在養(yǎng)殖池壁上。③易附著在殘餌、糞便等固體顆粒上，并且不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。④必須具有不揮發(fā)的性質(zhì)。

2.2? 排污時(shí)間

排污時(shí)間與養(yǎng)殖池的池型結(jié)構(gòu)、進(jìn)水管的布設(shè)位置、射流角度、射流速度、排污口的大小、底流分流比以及殘餌、糞便本身的特性等因素有關(guān)。

由于殘餌、糞便等固體顆粒極難完全排出，因此排污時(shí)間可以從污物排出開(kāi)始計(jì)時(shí)，到大部分排出且小部分靜止于養(yǎng)殖池內(nèi)或小范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)為止。運(yùn)用排污時(shí)間這個(gè)指標(biāo)可以清晰方便地觀察到養(yǎng)殖池系統(tǒng)集排污的好壞。

由于排污時(shí)間是由觀察者肉眼觀測(cè)所得，多次試驗(yàn)也只能降低誤差但無(wú)法完全避免，故排污時(shí)間對(duì)集排污效率的判斷存在局限性。

2.3? 集污效率

循環(huán)水養(yǎng)殖池進(jìn)水管的射流速度與射流角度對(duì)集污效率影響顯著。研究表明，射流速度一定，射流角度約為40°是促使污物匯聚的最佳射流角度[7]。通過(guò)多次試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，提高射流速度有助于減小池內(nèi)殘餌糞便殘留面積，促進(jìn)污物匯聚，增強(qiáng)集污效果，射流角度為40°時(shí)，養(yǎng)殖池系統(tǒng)的集污效果最佳。

養(yǎng)殖池系統(tǒng)的集排污效率與池型結(jié)構(gòu)有關(guān)。在其他條件相同時(shí)，圓形池內(nèi)流場(chǎng)分布均勻、穩(wěn)定且死水區(qū)面積小于矩形池，故集污效果優(yōu)于矩形池。集排污效率與養(yǎng)殖池的流速、排污時(shí)間節(jié)點(diǎn)、集污區(qū)結(jié)構(gòu)、設(shè)備排污效率等有關(guān)。

2.4? 累計(jì)排污量

累計(jì)排污量也是工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖中判斷集排污效率的參數(shù)。累計(jì)排污量是指每隔相同時(shí)間測(cè)量養(yǎng)殖池內(nèi)的殘餌、糞便等固體顆粒的含量。由此計(jì)算出排污效率，得出排污效率與時(shí)間的關(guān)系曲線(xiàn)，直觀看出集排污效率的高低。

2.5? 沉降時(shí)間

影響沉降時(shí)間的因素很多，飼料的密度、粒徑、容重以及飼料中物質(zhì)的含量都會(huì)影響沉降時(shí)間。按照密度及功能特性分類(lèi)，飼料可以分為快沉飼料、慢沉飼料、懸浮飼料、漂浮飼料等。不同種類(lèi)飼料的沉降時(shí)間不同，需要根據(jù)魚(yú)的攝食需要來(lái)選擇合適的飼料投喂。相同質(zhì)量的同種飼料，粒徑大的沉降時(shí)間長(zhǎng)，粒徑小的沉降時(shí)間短。

飼料容重同樣影響沉降時(shí)間，影響飼料沉降的主要因素是飼料重量和水的浮力。相同重量的飼料顆粒，飼料的容重越大，顆粒的體積就越小，飼料的沉降速度加快，沉降時(shí)間縮短。相反，飼料的容重越小，顆粒的體積就越大，沉降速度就相對(duì)較慢[8]。

飼料中某些物質(zhì)的含量與沉降時(shí)間密切相關(guān)，其中鈣的含量與沉降時(shí)間的關(guān)系最為密切。飼料中的鈣通常以礦物鹽的形式存在，而鈣的含量直接影響飼料的容重，因此鈣可以作為評(píng)價(jià)沉降時(shí)間快慢的一個(gè)指標(biāo)。

飼料中含有粗脂肪，而粗脂肪來(lái)源于油脂的添加。不同飼料生產(chǎn)廠家添加的油脂含量不同，直觀表現(xiàn)為殘余餌料的沉降時(shí)間不同。添加油脂可以提高飼料的表面光滑度，減少水浸入飼料的時(shí)間，因此增大油脂的含量可以縮短沉降時(shí)間。

3? 研究意義

工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖中，水質(zhì)處理是關(guān)鍵技術(shù)之一。為防止殘餌糞便長(zhǎng)時(shí)間停留而使水質(zhì)惡化和破壞養(yǎng)殖生物的生存環(huán)境，優(yōu)化養(yǎng)殖池系統(tǒng)的集排污機(jī)制尤其重要。集排污參數(shù)有助于判別養(yǎng)殖池系統(tǒng)集排污的好壞，因此進(jìn)行集排污參數(shù)的篩選對(duì)工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖集排污試驗(yàn)十分必要。

提高集排污效率，可以有效阻止危害養(yǎng)殖生物健康的氨氮及亞硝酸鹽的產(chǎn)生，降低養(yǎng)殖生物的病害風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)殘餌、糞便等固體顆粒的高效排污，避免固體廢棄物對(duì)養(yǎng)殖生物鰭、鰓等生理結(jié)構(gòu)造成傷害。優(yōu)化工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)水質(zhì)條件，可以節(jié)約水資源，實(shí)現(xiàn)高密度養(yǎng)殖，提高經(jīng)濟(jì)效益，且與“生態(tài)優(yōu)先”的國(guó)家戰(zhàn)略與“提質(zhì)增效、減量增收、綠色發(fā)展”的現(xiàn)代漁業(yè)發(fā)展需求相契合。

4? 結(jié)束語(yǔ)

工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖是水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的必然發(fā)展趨勢(shì)。提高養(yǎng)殖池系統(tǒng)的集排污效率是保障養(yǎng)殖池系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的必然要求。

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