一種水槽式循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

韓玉娟 陳文永

（1.淮安市高級(jí)職業(yè)技術(shù)學(xué)校，淮安 223005；2.淮安市科苑漁業(yè)發(fā)展有限公司，淮安 221000）

池塘養(yǎng)殖已成為我國(guó)水產(chǎn)養(yǎng)殖的主要形式和水產(chǎn)品供應(yīng)的主要來源。我國(guó)的水產(chǎn)養(yǎng)殖發(fā)展迅猛，使得越來越多的養(yǎng)殖廢棄物在養(yǎng)殖環(huán)境中逐漸累積，造成養(yǎng)殖環(huán)境的惡化和周圍土質(zhì)及水源的污染。然而，我國(guó)還沒有真正建立養(yǎng)殖廢水相關(guān)的排放標(biāo)準(zhǔn)，由池塘養(yǎng)殖產(chǎn)生的廢水大量被隨意排放，對(duì)周圍的生態(tài)環(huán)境造成了極大破壞。此外，多數(shù)傳統(tǒng)池塘養(yǎng)殖存在技術(shù)水平不高、設(shè)施化程度低和設(shè)施配置不足等問題。近年來，隨著池塘高效化、集約化養(yǎng)殖需求的提高，以及環(huán)保要求的加強(qiáng)，新型環(huán)保節(jié)能池塘循環(huán)養(yǎng)殖成為發(fā)展的新方向[1]。

池塘循環(huán)流水養(yǎng)殖是近幾年從國(guó)外引進(jìn)的一種新型池塘養(yǎng)殖模式。該模式借鑒了工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖理念，將傳統(tǒng)池塘的開放式散養(yǎng)變?yōu)榧s化圈養(yǎng)，使“靜水”池塘實(shí)現(xiàn)了“流水”養(yǎng)魚，能夠使養(yǎng)殖池塘保持優(yōu)質(zhì)的水環(huán)境，在提高成品魚類產(chǎn)量的同時(shí)，有效降低了池塘養(yǎng)殖水體的污染壓力。

本文在國(guó)內(nèi)外已有循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，針對(duì)淡水魚的養(yǎng)殖特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一種分隔式水槽循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)。設(shè)計(jì)的養(yǎng)殖系統(tǒng)利用太陽能驅(qū)動(dòng)的螺旋槳實(shí)現(xiàn)定向推水，可以有效使池塘水循環(huán)流動(dòng)起來。水在循環(huán)流動(dòng)過程中可經(jīng)水草的吸收、微生物的分解和自然曝氣后得到凈化，以期達(dá)到“節(jié)能、減排、生態(tài)、高效”的養(yǎng)殖目的，可為新型池塘養(yǎng)殖模式提供參考。

1 循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成

1.1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成及工作原理

設(shè)計(jì)的分隔式水槽循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)主要包括魚類養(yǎng)殖區(qū)、循環(huán)水凈化區(qū)、分散在凈化區(qū)的浮生水草、用于導(dǎo)流的水泥壩體、餌料投放及廠房區(qū)，具體組成見圖1[2]。

1.2 主要區(qū)域的設(shè)備安裝及功能

1.2.1 養(yǎng)殖區(qū)

在養(yǎng)殖區(qū)安裝有一系列的太陽能螺旋槳推水裝置（見圖2）、導(dǎo)流板、增氧泵以及在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

池塘中所養(yǎng)魚類集中在養(yǎng)殖區(qū)。養(yǎng)殖區(qū)設(shè)計(jì)為長(zhǎng)方體，底部為水泥結(jié)構(gòu)，側(cè)壁主體用鍍鋅鋼管焊接，用傾斜60°導(dǎo)流板引流，用30 mm×30 mm的鍍鋅鐵絲網(wǎng)防止魚類進(jìn)入凈化區(qū)，上端敞開。在養(yǎng)殖區(qū)水槽的前端（V型槽內(nèi)側(cè)）安裝太陽能螺旋槳定向推水裝置，推動(dòng)水流經(jīng)導(dǎo)流板從養(yǎng)殖區(qū)的前部流入和尾部流出，從而達(dá)到養(yǎng)殖區(qū)水體流動(dòng)的目的。通過調(diào)整電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制水流的大小，以適應(yīng)不同魚類對(duì)水流速度的要求。

在養(yǎng)殖區(qū)安裝水質(zhì)在線監(jiān)控系統(tǒng)，24 h遠(yuǎn)程在線監(jiān)測(cè)養(yǎng)殖水體的溶解氧、溫度、pH值、氧化還原電位（Oxidation-Reduction Potential，ORP）、鹽度、電導(dǎo)率、濁度、氨氮、亞硝酸鹽氮、葉綠素a以及藍(lán)綠藻等水質(zhì)參數(shù)[3]。

在養(yǎng)殖區(qū)附近配套建設(shè)餌料自動(dòng)投放站，同時(shí)養(yǎng)殖區(qū)需要加一套輔助增氧裝置，以防連續(xù)陰雨天魚類缺氧。

1.2.2 凈化區(qū)

綜合養(yǎng)殖系統(tǒng)98%左右的區(qū)域都是凈化區(qū)。凈化區(qū)分布有浮生水草，水底還有藻類植物。占養(yǎng)殖系統(tǒng)2%的養(yǎng)殖區(qū)產(chǎn)生的殘餌和糞便被推水系統(tǒng)推送到凈化區(qū)，其中漂浮在水面的作為浮生水草的肥料，沉淀到池塘底部的被藻類植物吸收，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)水質(zhì)的循環(huán)凈化。

凈化區(qū)建有依據(jù)流體動(dòng)力學(xué)布置的導(dǎo)流堤壩。在導(dǎo)流堤壩的作用下，整個(gè)系統(tǒng)的水流基本按照?qǐng)D1中的水流方向進(jìn)行流動(dòng)，一般2 d左右可以實(shí)現(xiàn)一次全系統(tǒng)水的循環(huán)。

養(yǎng)殖區(qū)整個(gè)池塘養(yǎng)殖系統(tǒng)采用水泥地板，可以避免土池生成淤泥，導(dǎo)致養(yǎng)殖魚有土腥味的缺陷。

2 應(yīng)用實(shí)驗(yàn)（以鱖魚的養(yǎng)殖為例）

2.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h3>

利用池塘水槽循環(huán)水養(yǎng)殖裝置養(yǎng)殖鱖魚，利用養(yǎng)殖效果檢驗(yàn)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，為進(jìn)一步改進(jìn)和完善該養(yǎng)殖系統(tǒng)的設(shè)計(jì)積累經(jīng)驗(yàn)，為魚類養(yǎng)殖企業(yè)減少環(huán)境影響提高經(jīng)濟(jì)效益等建立基礎(chǔ)，為池塘養(yǎng)殖的環(huán)保模式應(yīng)用與推廣提供一定的技術(shù)支撐。

2.2 實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)與池塘條件

該實(shí)驗(yàn)在淮安市科苑漁業(yè)發(fā)展有限公司所屬的韓橋養(yǎng)殖基地進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)共設(shè)置矩形水槽4個(gè)，兩兩串聯(lián)后并聯(lián)。池塘水深1.8 m，每個(gè)矩形水槽長(zhǎng)16 m、寬4 m，水槽均設(shè)置于同一池塘內(nèi)。池塘除養(yǎng)殖水槽區(qū)域外的水面作為凈化區(qū)。池塘為新開挖興建的水泥底養(yǎng)殖池塘，面積約為13 340 m2。除去堤壩等所占面積，養(yǎng)殖區(qū)與凈化區(qū)的比例約為1.8∶98.2，符合設(shè)計(jì)比例養(yǎng)殖區(qū)與凈化區(qū)面積比不大于2∶98的要求[4]。

2.3 系統(tǒng)的安裝與調(diào)試

設(shè)備所需金屬材料用焊接性能和耐腐蝕性能好且價(jià)格適宜的鍍鋅鋼，主要采用了鍍鋅鋼板、鍍鋅角鋼、鍍鋅鋼管以及鍍鋅網(wǎng)[5]。按設(shè)計(jì)尺寸將各部分所需零部件在相關(guān)企業(yè)加工后，在池塘內(nèi)完成現(xiàn)場(chǎng)組裝。養(yǎng)殖區(qū)主體組裝完畢后安裝配套設(shè)備，包括太陽能螺旋槳推水裝置、輔助增氧裝置以及水質(zhì)在線監(jiān)控系統(tǒng)等，然后池塘加水（所用水從屬于洪澤湖水域的二河引入，二河水為淮安市區(qū)飲用水的水源地），之后進(jìn)行調(diào)試工作。調(diào)試期間主要對(duì)養(yǎng)殖區(qū)各設(shè)備部件穩(wěn)固度、池塘循環(huán)水流大小以及水體溶氧情況等進(jìn)行檢測(cè)，同時(shí)在凈化區(qū)布設(shè)水草浮床，約占池塘面積的10%。整個(gè)裝置調(diào)試穩(wěn)定后，放入魚種。

2.4 魚種放養(yǎng)

所用鱖魚苗種為淮安市科苑漁業(yè)發(fā)展有限公司自育苗種。所用苗種規(guī)格為平均體長(zhǎng)11.8 cm和平均體質(zhì)量14.8 g，其中矩形水槽設(shè)200 kg/槽和400 kg/槽兩種放養(yǎng)密度（4個(gè)水槽里共放養(yǎng)1 200 kg）。另設(shè)對(duì)比實(shí)驗(yàn)用土池1個(gè)，面積7 300 m2，放養(yǎng)同規(guī)格苗種400 kg。養(yǎng)殖過程中采用相同的餌料，且投放時(shí)間和魚料比基本相同。

2.5 水質(zhì)監(jiān)測(cè)管理

凈化區(qū)水質(zhì)的凈化主要依靠浮生水草和池底藻類植物，采用廈門水貝自動(dòng)化科技有限公司的水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)，對(duì)水質(zhì)進(jìn)行24 h監(jiān)測(cè)。整個(gè)養(yǎng)殖期間，水槽內(nèi)溶解氧都在3.8～7.0 mg·L-1，多數(shù)時(shí)間在5 mg·L-1以上，陰雨悶熱天氣時(shí)會(huì)降低，到2.5 mg·L-1時(shí)輔助增氧設(shè)備自動(dòng)打開；土池中，凌晨溶解氧有時(shí)可能低至2 mg·L-1，故需每天都打開增氧機(jī)進(jìn)行增氧。氨氮最高時(shí)達(dá)到0.3 mg·L-1。亞硝酸鹽曾經(jīng)多次超過0.15 mg·L-1，最高達(dá)到0.25 mg·L-1。在水槽養(yǎng)殖凈化區(qū)，實(shí)驗(yàn)養(yǎng)殖期間有幾天連續(xù)悶熱陰雨，導(dǎo)致出現(xiàn)裸藻爆發(fā)。使用大劑量小球藻加復(fù)合乳酸菌潑灑兩次（間隔1 d），效果明顯。從監(jiān)測(cè)測(cè)數(shù)據(jù)來看，整個(gè)實(shí)驗(yàn)期間，氨氮、亞硝酸鹽以及pH值等水質(zhì)指標(biāo)均保持相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

經(jīng)一年的鱖魚養(yǎng)殖實(shí)驗(yàn)，放養(yǎng)密度和養(yǎng)殖環(huán)境對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 不同放養(yǎng)密度及養(yǎng)殖環(huán)境實(shí)驗(yàn)結(jié)果

分析表1數(shù)據(jù)可以看出，高密度養(yǎng)殖水槽內(nèi)的鱖魚個(gè)體較低密度養(yǎng)殖水槽內(nèi)的個(gè)體小，并且存活率低，但單產(chǎn)遠(yuǎn)高于低密度，應(yīng)該是養(yǎng)殖密度的增大影響了魚類攝食，使得不同密度下魚類的生長(zhǎng)速度出現(xiàn)了明顯差異。土池喂養(yǎng)條件下，鱖魚苗種存活率最高，應(yīng)該是水槽養(yǎng)殖中魚類活動(dòng)空間較小，使得魚類生長(zhǎng)受到限制，餌料競(jìng)爭(zhēng)過度，造成魚體生長(zhǎng)速度變慢，抵抗疾病能力變?nèi)酰档土舜婊盥?。雖然水槽養(yǎng)殖中鱖魚個(gè)體明顯較土池個(gè)體小，但是水槽養(yǎng)殖由于競(jìng)爭(zhēng)比較激烈，魚的活動(dòng)量大，所以肉質(zhì)緊實(shí)且沒有土腥味，還可以克服土池養(yǎng)殖鱖魚捕撈的難題，方便鱖魚成魚及時(shí)捕撈上市或?qū)崿F(xiàn)反季節(jié)上市，提高了養(yǎng)殖的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)語

水槽式循環(huán)水養(yǎng)殖基本實(shí)現(xiàn)了養(yǎng)殖污水零排放，有效解決了傳統(tǒng)魚類養(yǎng)殖的污染問題。這個(gè)模式不需要換水，最多需要在高溫蒸發(fā)的時(shí)候添一些新水，實(shí)現(xiàn)了節(jié)約用水。環(huán)保、節(jié)水、經(jīng)濟(jì)效益好是水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展追求的目標(biāo)。該循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)采用太陽能作為清潔能源，環(huán)保安全，安裝維護(hù)方便，無須長(zhǎng)距離的電路鋪設(shè)，節(jié)省了人力物力。整套裝置可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行，在光照不足時(shí)，蓄電池可保證水流推進(jìn)裝置連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。通過導(dǎo)流板、引流堤壩共同作用有效地使池水流動(dòng)，水在循環(huán)流動(dòng)過程中經(jīng)凈化區(qū)水面水草和池底藻類的有效吸收、微生物的自然分解、大面積的光照殺毒使凈化水流入池塘養(yǎng)殖區(qū)用于養(yǎng)殖，生產(chǎn)管理簡(jiǎn)單，成魚起捕方便，適宜多品種、多規(guī)格魚類的養(yǎng)殖。

目前，設(shè)計(jì)還處在不斷摸索和改進(jìn)階段，對(duì)推水增氧單元的水流特性、流場(chǎng)分布等參數(shù)還未能完全量化。此外，在自動(dòng)運(yùn)行過程中，推水設(shè)備空氣氣泡在水中的大小、分布、上升路徑、存在時(shí)間以及溶氧與空氣氣泡的關(guān)系還需進(jìn)一步研究。后續(xù)將采用流體力學(xué)等專業(yè)的研究方法分析水槽中水體流動(dòng)的流場(chǎng)、流速等動(dòng)力學(xué)指標(biāo)，盡可能節(jié)約推水動(dòng)力，降低養(yǎng)殖成本。此外，在相關(guān)設(shè)施規(guī)格、使用材質(zhì)、設(shè)備的合理配套選用以及養(yǎng)殖品種的選擇等方面仍需要進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)與優(yōu)化，以期最大限度發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。