工厂化养鱼水循环处理工艺技术及设备综述

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1、工厂化养鱼水循环处理工艺技术及设备综述胡伯成陈军倪琦中国水产科学研究院渔业水体净化技术与系统重点实验室上海中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所上海摘要最近农业部已将设施渔业列入新阶段渔业科技十大重点领域之一。工厂化养鱼是设施渔业的重要组成部分而水循环处理工艺技术及设备又是工厂化养鱼的必备条件和主要技术支撑。本文主要回顾了我国工厂化养鱼发展的三个阶段目前所采用的主要工艺、技术及装备情况根据存在问题与国外先进技术的差距国内外水处理技术的发展提出了一些今后研究发展的建议。关键词工厂化养鱼水处理工艺装备综述中围分类号文献标识码发展概况我国工厂化养鱼起步于七十年代它随着世界工厂化养鱼的迅速发展而逐步发展

2、起来的。大致可分为三个阶段七十年代在温流水养鱼等试验的基础上在上海、北京等少数大中城市采用常规水处理工艺设计建造了工厂化养鱼车间进行了工厂化养鱼试验是全新养鱼模式的尝试。八十年代先后发展了温室养鳗、养甲鱼仅个别试用了水循环处理回用模式。中期起掀起了引进国外先进工艺技术及设备的热潮并部份消化吸收这一过程延续到九十年代初期。深圳、宁波、营口三城市引进了德国美茨养鱼整套工艺技术及设备。余城市引进了丹麦整套工艺技术及设各。当时德国斯特勒马帝克养鱼整套工艺技术及设备很知名主要特点是采用辐流式沉淀池、生物转筒、纯氧增氧密度达。农业部对引进采取了慎重态度派出考察实习人员反应未见高密度养殖情况而未引进。年渔机

3、所在中原油田的大力支持和配合下在对德国模式和丹麦模式运行情况、技术内含及其缺陷缺少了解的情况下主要根据介绍资料进行了部分消化吸收。德国模式的主要特点是多元化特大长方鱼池水体达中部纵向设特殊填料生物包底部微孔曝气管增氧形成通过生物包的池内水大循环生物包底设深的沉淀沟采用刮泥机定时刮污泥至池端部集污井。采用气力提升使集污井污水流向平流式沉淀池水循环率每日仅次余。三城市经二年左右生产运行因水质差、产量远未达标、入不敷出而相继关闭。主因是将鱼池作初沉池水循环率太低等工艺缺陷。幸好由于多种因素我们仅吸取了其鱼池中部设生物包并形成池水内循环的合理工艺技术当年设计、施工并经生产运行取得了初步成功。年我所执行

4、工业化养鱼技术及设备的研究院课题在上海市政院、长江所的合作下结合中原油田二期工程吨级工业化养鱼场的设计在原有基础上鱼池缩小为采用上、下排水相结合的方式水循环率每日次斜管沉淀池沉淀水质和年净产的指标均达到设计任务书的要求鉴定后在其他油田、煤矿等企业得到推广应用。丹麦模式与此反差很大主要特点是以设备形式出现能随意搬迁采用以下圆形玻璃钢鱼池水循环率次旋流分离器后用微滤机、生化塔水处理纯氧增氧。我们除未采用纯氧外基本按其模式设计。试验中高生化塔供水泵故障较多电耗很大又考虑设备投资大停止了试验。引进的系统也未见真正用于生产的。九十年代在山东等沿海地区大规模发展了开放式工厂化流水海水养殖。以自然海水作水源

5、经无压滤池过滤流入鱼池后排海水循环率般次。后为了提高冬季水温又采用了海水井作水源。显然对海域环境产生污染不能长久维持。九十年代中后期起由于我国经济连年高速发展、水污染严重、产业需转换等因素的促使下我国水产、农、业、环保等部门的有关研究单位、院校、企业兢相投入力量研究、开发工厂化养鱼新工艺、新技术和新设备并在工程应用中接受检验初步形成了从未有过的百花齐放的大好局面。如上海水产研究所研究应用了小系统大组合工艺模式即一个鱼池配一个循环处理系统采用了气力提升沉淀、生化合二为一的净化池或气浮、生化台二为一的净化塔。黄海水产研究所专攻工厂化海水养殖工艺技术及设备先后执行了国家项目、十五攻关项目渔机所等参加

6、研究采用了多种工艺系统其中有各工艺环节都采用先进技术设备的系统。渔机所建成了渔业水体净化技术与系统院重点实验室先后研究开发应用了新型生物滤池、水质自动检测系统、水质部份指标自动监控系统等。又如有的完全从低投资、低电耗出发探索了简易的工艺模式。不少单位开发了微滤机、射流式气浮等设备有的试验了反硝化的条件及效果、植物滤器的净化效果。等等。显然近年来我国工厂化养鱼水处理工艺技术及设备发展迅速取得了长足进步工程量也比前有较大的增加。但毕竟尚未形成一种或几种技术先进、养鱼密度高、操作管理方便、投资较低、电耗较省的符合国情能普遍推广的工艺模式。为此最近农业部已将工厂化水产高密度养殖及水处理技术一设施渔业的

7、重要组成部分立为新阶段渔业科技工作重点领域之一。在新的形势下回顾发展历程总结现有技术展望未来以期起到抛砖引玉的作用。养鱼水的污染水污染的程度是所有水处理工艺技术研究、设计最基本、最必需的基础依据资料。养鱼水污染主要是由投饲和鱼类新陈代谢而产生的。我国水产业由于各种因素的制约尚未对养鱼水污染作系统研究。而发达国家则早就有系统研究其结果作为水处理工艺设计方法的依据。如日本学者以香鱼作为研究试验对象经反复测定表观每日投喂颗粒饲料所产生的总污染量相当于个人一天所排出的总污染量。据此推算一个大型水产养殖场所产生的总污染量相当于一个小城镇入口所产生的总污染量。又如美国学者和早在年的论文中以鳟鱼为研究试验对

8、象在水温、放养密度的封闭循环条件下获得如下新陈代谢物产生率方程式并作为工艺设计方法依据。式中一投饲率饲料鱼?日一一氨氮生成率鱼?目。一一硝酸盐生成率?鱼?日一磷酸盐生成率?鱼?日一固体悬浮物生成率鱼?日一一生成率鱼?日生物率鱼?日可见养鱼对水体的污染是大的其量将随着养殖密度的提高、水温的提高而增加饲料品质对其亦有影响。在污染物中有有机固体物其中既有较大易沉降的固体又有微小的不易沉降的悬浮固体有可溶性有机物如包括鱼类分泌的含氮高的粘液等还有可溶性无机物如氨氮等。污染物的种类确定了必须的工艺处理环节污染物的量则确定了各工艺环节的负荷从而为研究、设计系统工艺技术装备提供依据。主要工艺技术装备养鱼水循

9、环养鱼水的循环是工厂化养鱼首先要考虑的工艺环节是影响整个工艺流程、牵动全局的关键因素之一。水循环率次或次水循环率高鱼池水质好有利于提高养殖密度和产量但水处理设施、设备的投资及电耗亦随之上升。发达国家因鱼价贵而电费便宜等因素较多采用高水循环率如次或以上。我国工厂化养鱼发展初期根据国外资料也采用次抽。实践表明在鱼价低而电费贵的国情下高水循环生产运行易出现严重亏损。因此逐步探索采用较低的水循环率目前大都采用一次。水的提升在常规工艺流程中其电耗仅次于曝气增氧的电耗都仅可能采用一次提升其形式取决于工艺流程并对给排水方式、投资和电耗等都带来影响。因此人们已重视提升方式的探索。目前主要采用水泵提升以常规低扬

10、程、大流量的轴流泵据多。并趋向于选用或研制更低扬程的泵。为了减少电耗一些单位探索采用了气力提升方式该方式的优点是提水增氧一举二得。但提升高度小一般不大于有效水深的效率较低采用的工艺形式要去适应它。影响气提效率的因素很多尚需进行深入试验研究才利于推广。养鱼污水的物理处理物理处理方法的主要去除对象是鱼粪、残饲等固体有机物针对其特性采用了多种各有优缺点的方法主要形式如下沉淀是一种重力分离的简单易行的工艺形式且水头损失很小。较多采用占地面积小的斜板沉淀池形式七、八十年代应用普遍。由于占地面积大全悬浮状徽颗不能去除现较少应用。滤网有固定滤网和旋转滤网二大类。固定滤网类结构简单、造价低但需人工除污清洗。旋

11、转滤网主要使用微滤机的形式由于能自动反冲洗除污目前使用较多。滤网截留固体污物的效率随滤网目数的增加而增加但目数增加意味着过滤面积增加设施、设备增大且网丝直径减少易破损是微滤机碰到的一大问题。砂滤常用型式有普通滤池、重力式无阀滤池、机械过滤器、砂滤罐等。实践表明它们主要适用于水源预处理。用于养鱼污水处理不但反冲洗耗水量大尤其是鱼粪等带有粘性不易反冲掉而成为污染源。气浮是污水处理一项带有综合性处理效果的新工艺技术不但对悬浮固体有较高的去除率对或也有较好的去除率。同时对鱼类分泌的含氮粘液亦有较好的去除效果。水产业亦称为泡沫分离或去氮器正处于移植试用阶段。主要形式一是溶气气浮效率高但投资及电耗亦大二是

12、射流气浮效率般投资不低因而制约了其使用面。生物处理由于循环养鱼污水属低浓度污水一般适宜采用生物膜法处理这是一种以各种滤料或填料为截体富集微生物形成生物膜的处理方法。去除对象是等可溶性有机物和氨氮等无机物。由于氨氮、亚硝酸盐对鱼类有明显毒性因此人们往往重视硝化反应、氨氮等的去除率而不麴重视有机物的去除率。实际上只有当有机物的去除率高了浓度低了才有利于硝化菌的生长硝化反应效率的提高。本实验室的试验表明当一时对硝化反应的影响将越来越大。较多采用的几种形式是生物滤池普通生物滤池是最早发展的传统形式。滤料取材容易造价低但效率较低、占地面积较大反冲洗耗水大。目前应用较少有的采用人工定期冲冼替代较繁的反冲洗

13、。新型生物滤池系国外九十年代推出的高效污水处理薪工艺、新技术国内水处理行业亦开发成功其效率远商诔婀铡涮氐闶遣捎玫那嶂事肆媳缺砻婊卮缶哂薪亓粑】帕哪芰鏊宥捞氐钠龀宸闯逑醇际跄苡行】帕：屠匣锬钠可俨妓计拙纫蚨哂懈咝僮鞴芾矸奖愕扔诺恪婊嚎晒糜诠獭锝哟趸饕卣魇遣捎锰盍先绶湮炎刺盍稀硇园肴硇蕴盍稀宓系茸魑镌靥濉话闵柚迷谏刂小性吞锼捎玫脑谟愠刂屑渖枭锇站褪墙哟趸玫囊桓鎏乩捎诟梅虾霉芾矸奖隳壳笆褂媒瞎愕啻嬖诓妓灰拙鹊任侍狻镒桃彩瞧湟恢钟行问交辜嬗性鲅踝饔迷缙谠芯渴褂弥饕延诩婀送蹲屎褪褂檬倜苌偈褂谩参锎碓谘废低衬谖尥猎耘嗍卟顺朴悴斯采蛟耘嘟洗笏参锘蛟謇嘤靡晕詹欢匣鄣南跛嵫挝饕康耐蔽昭窍跛嵫巍钡榷约跎倩凰慷恍璨

14、捎猛羰奔浜艹姆聪趸低扯约跚嵘淼母汉啥疾皇志糜行姆椒蚨谕饩嘟醒芯坑捎谙喙赜跋煲蛩馗丛由形椿竦煤侠砼渲媚胶蜕杓品椒壳按蠖加肷锎砼浜鲜褂谩锢怼锎淼淖楹夏缴袷浅恋砑由锕瞬捎昧耸魇匠恋沓氐墓乖焯卣髟谄涑恋砬猩喜可柚寐肆喜闫渌匪鹗苄硪恢质瞧由锕瞬捎昧松锫怂墓乖焯卣髟谥行那柙餐残推从倚虾玫绾拇蟆捎诮峁剐问较拗贫帜浇鍪视糜谛废低场旧本壳爸饕捎贸粞鹾妥贤庀呦旧本钟行姆椒捎贸粞跎本杏性黾尤苎酢焉趸扇苄晕畚锏墓胱贤庀呦啾取渖璞赶低车姆延媒洗笪侠寻涠匀颂搴蜕物有害而需增加活性碳过滤等去除水中残留物的装置。显然二种方法各有优缺点从费用和操作维护方便性考虑有倾向于使用紫外线方法的趋势。水中悬浮物和有机碳化物等的浓度对二种

15、方式的杀菌效率有较大影响浓度越高效率越低。最近本实验室试验了一种银系纳米涂料的杀菌效果在玻璃钢小鱼池底部涂上银系纳米涂料采用循环水方式养鱼其水体菌落数明显低于对照组且未发现对鱼有不良影响取得了初步成功。增氧工厂化养鱼系统中龟类要耗氧有机物分解要耗氧、硝化反应要耗氧二者的耗氧量比例大体在左右据对几个工程的分析增氧电耗约占总电耗的左右水循环处理工艺设备越简单增氧电耗比例越大。因此增氧方式是值得探索的问题之一。常用的增氧方式目前使用较多的增氧方式有水车式、推流吸气式、鼓风曝气式。根据有关资料、检测数据及本实验室的使用情况分析以输入功率计算的动力效率比大约为。表明使用水车比鼓风曝气电耗省一倍多而使用水

16、车的投资仅约为鼓风曝气的左右。尽管如此目前水车增氧主要用于养鳗、养鲟等较大的鱼池而鼓风曝气则普遍使用其原因可能是水车噪声大池较小时水滴会甩出浊外并担心叶轮对鱼体的损伤水漉对鱼的影响等。纯氧与富氧能使水体的溶氧量达饱和值的几倍鱼池可不设繁琐的增氧系统由循环水带入溶氧其量可比常规增氧高有利鱼的生长。因而国外在温水性鱼类高密度养殖中使用纯氧较普遍。我国则很少使用主要是比价较高。纯氧价格元多尚需储运富氧需较贵的设备富氧耗电度余。要使纯氧、富氧高效溶于水尚需动力和气水混合设备。最近山西农科院开发成一种用于纯氧增氧的超微米级散气石工作压力为一、气泡直径、氧利用率。水质自动监控系统长期以来水产业主要使用不可

17、长期连续使用、价格较低的非在线型水质测试仪表。九十年代中后期起随着国家经济高速发展、工业化养鱼迅速发展的需要。开始探索价格高的水质在线检测仪表在水产业的应用。最早进入这一领域的有华东理工大学、上海水产大学等。渔机所利用专业实力后来居上第个推出了实用化的自动在线水质监测系统已推广了套。该系统在在线型仪表的基础上配套计算机技术、通讯技术、自动控制技术等实现了水质自动检测、显示、记录、打印及调控。目前该系统可以检测包括温度、溶解氧、酸碱度、盐度、氧化还原电位、浊度、氨氮、硝酸盐、亚硝酸盐等常用水质项目。并开发了水质控制系统己实施的有控制溶解氧和温度等指标也能自动控制所有有关渔业机械。还开发了养殖用现

18、场监视系统初步构成了养殖自动化系统平台。研究与发展方向我们认为目前主要存在的问题一是先进性与经济性不能有机统一大多经济上不过关或者说养殖密度、投资、电耗及可操作性不能相互兼顾。如国内最有特色的陆基模式整洁、美观、电耗很低但基建投资大生化处理滤填料需定期人工冲洗。二是与国外先进技术相比尚有差距在研究的广度和深度方面差距更大。同时往往只注意学习国外先进技术而忽视了国外对经济性更为重视的情况国外研究新工艺技术通过其高效性、节能性为经济性服务。另外养鱼水处理所采用的工艺技术及设备基本上都是从水处理行业引入、转化、延伸而来因此应及时跟踪国内外水处理新工艺、新技术、新材料、新设备的发展消化吸收为渔业所利用

19、。据此提出如下初浅的意见供行业讨论与参考。污排分流综合技术的研究“污排”分流能减少水处理系统的负荷减少投资和电耗已成为国内外高密度养鱼的热门话题。国外还试验了上排水生物处理、下排水物理处理的新模式。首先必须对鱼池形状、大小、低部结构由进水方式或增氧方法所产生的流态等进行综合性研究以大大提高集污效果从而实现高效排污。去除固体污物工艺设备的研究除对现有的固定滤网、微滤机等工艺设备的结构、性能、可操作性、可靠性进行、改进提高外拟应重点研究开发机械气浮工艺设备它兼顾了高效、低投资、低电耗的要求且在不投加浮选剂的工况下也有较好的效果。近年来日本等国工厂化养鱼系统已投入使用。高效生物处理新工艺新技术的研究

20、方向国内外生物处理工艺技术的研究与发展表明实现高效的必备技术要素主要是首先要研究选择比表面积大、理化稳定性好的滤料或填料以提高容积负荷减少占地面积和投资其次研究采用高效反冲洗技术能及时去除附于滤、填料表面的有机固体物及将老化的生物膜以提高生化效率且操作方便、耗水、耗气少还有应减少水头损失和布水、布气均匀等。植物过滤技术的研究以去除硝酸盐等盐类防止其积累对鱼类生长及硝化反应的不良影响减少换水量为主要目的。同时去除一部分氨氯和亚硝酸盐以减轻硝化反应的负荷。主要研究相适宜的植物类品种及其在水循环系统内的设置、布局尽量减少占地面积和水头损失以极低的投入取得较好的效果。纳米滤料、涂料的应片性研究本实验室

21、在执行上海市科委纳米材料在渔业上的应用课题中经小试表面亚纳米滤料比常规滤料净化效果较好鱼池壁涂含有纳米银涂料的池水含菌量低于对照组。因此应进一步深化试验尤其是纳米银涂料价格远低于臭氧和紫外线如真正成功具有现实意义。高效增氧方式适应性研究机械增氧效率高于鼓风曝气且投资低在高密度养殖中曾用过的形式按效率高低排列有叶轮式、水车式、涝浪式、推流吸气式。虽未发现对鱼生长有明显影响但从未具体研究过其对池型、水流态、集排污效果及鱼类习性、生长等的影响影响了对机械方式选择和改进。此外国外已使用一种适宜纯氧增氧的超微米级曝气石国内也试验成功。在此基础上研发低水头混合装置进一步提高氧利用率以利纯氧增氧的推广。几种

22、低投资、低电耗模式的研究以气提实现水循环处理模式的深化研究主要研究工况条件下气提形式、布局提高效率的途径探索简易气浮兼作水力提升实现水循环的更好模式。研究低水头情况下效率较高操作尚方便的物理和生物处理的工艺形式。间隙水循环处理模式的研究主要基于农村机械化养鱼日总排换水一次成功经验。短时间大流量排水大大有利于将固体污物带出池外。而日总处理水量大为减少意味着投资和电耗的下降。在研究采用水处理工艺时尚可考虑与其适应的间隙曝气工艺它还具有反硝化功能。鱼池与活性污泥法反应池合二为一处理模式的探索性研究最近美国在鱼池内试验了一种称为悬浮生化法属活性污泥法的新水处理工艺思路和方法取得了初步效果经济性好适宜于对悬浮物不敏感的鱼虾类养殖。显然值得我们探索和研究。工厂化养鱼水循环处理工艺技术及设备综述作者胡伯成 陈军 倪琦作者单位中国水产科学研究院渔业水体净化技术与系统重点实验室上海中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所上海 本文链接