循环水养殖系统在鱼类人工增殖放流技术中的应用

罗 宗 伟

(华电金沙江上游水电开发有限公司苏洼龙分公司，四川 成都 610041)

0 引 言

任何一个养殖系统中，最重要的是要有一个完整的系统。系统结构是维持系统功能的重要前提，结构决定于功能，功能又反作用于结构，一旦系统组织遭到破坏，系统功能也就遭到破坏，最终导致整个养殖系统崩溃。因此，对于一个渔业养殖系统来说，设计一个完善的养殖系统结构这是至关重要的。循环水养殖系统设备作为近年发展起来的新型的净化过滤设备，系统结合原水特性控制理论，自动化流体智能控制技术，整个工艺采用物理过滤方法、生物过滤、自动反冲洗、高效溶氧、生化反应、气液调控，有效去除水面悬浮物、水中有机物、重金属离子等物质。其生化处理作为整个处理工艺的核心,通过微生物的新陈代谢作用,分解废水中溶解性有机物，目前在循环水养殖系统中发挥了重要的作用。

1 设计原理

1.1 物理过滤

1.1.1 预处理

养殖废水无论以何种工艺或综合措施进行处理,都要采取一定的预处理措施。通过预处理可使废水污染物负荷降低,同时防止大的固体或杂物进入后续处理环节,造成设备的堵塞或破坏等。针对废水中的大颗粒物质或易沉降的物质,渔业水处理采用过滤、离心、沉淀等固液分离技术进行预处理,其作用是阻拦污水中粗大的漂浮和悬浮固体,以免阻塞孔洞、闸门和管道,并保护水泵等机械设备。沉淀法是在重力作用下将重于水的悬浮物从水中分离出来的处理工艺,是废水处理中应用最广的方法之一。目前,凡是有废水处理设施的养殖场基本上都是在舍外串联2 ～3个沉淀池,通过过滤、沉淀和氧化分解将粪水进行处理。筛网是筛滤所用的设施,废水从筛网的缝隙流过,而固体部分则凭机械或其本身的重量截流下来,或推移到筛网的边缘排出。

1.2 生物过滤

1.2.1 生物膜法过滤

生物膜法是利用附着生长于某些固体物表面的微生物(即生物膜)进行有机污水处理的方法。生物膜是由高度密集的好氧菌、厌氧菌、兼性菌、真菌、原生动物以及藻类等组成的生态系统，其附着的固体介质称为滤料或载体。生物膜自滤料向外可分为庆气层、好气层、附着水层、运动水层。生物膜法的原理是，生物膜首先吸附附着水层有机物，由好气层的好气菌将其分解，再进入厌气层进行厌气分解，流动水层则将老化的生物膜冲掉以生长新的生物膜，如此往复以达到净化污水的目的。废水中微生物沿固体(可称载体)表面生长的生物处理方法的统称。因微生物群体沿固体表面生长成粘膜状，故名。废水和生物膜接触时，污染物从水中转移到膜上，从而得到处理。

生物膜过滤，这里主要着重介绍其填料，填料是污水生物膜处理法的核心部分，它直接影响到处理效果、投资成本及运作费用。

通常我们选用EPP材料，这种材料质地轻，浮在滤槽上部，污水流经滤槽内附有微生物的EPP滤材时，进行大颗粒悬浮物的过滤和有机物的分解，可有效去除SS 85%，BOD 82%，设备为日本杰斯比塑料有限公司研发的多孔质EPP填料，也称PEPP，这种填料每一个泡沫粒子都带孔，可以大大提高生物膜的附着面积，而且含有活性炭成分，对污浊物有更好的吸附效果。

1.2.2 硝化作用过滤

硝化系统是硝化反应系统的简称，指硝化细菌将氨(NH3)氧化为亚硝酸盐(NO2-)，或将亚硝酸盐氧化为硝酸盐(NO3-)的反应系统。负责执行这项任务的硝化细菌，分别是(亚硝酸菌)及(硝酸菌)：在有氧气存在时，首先由亚硝酸菌把氨氧化为亚硝酸盐，其次由硝酸菌再把亚硝酸盐氧化为硝酸盐。

氨是养鱼过程中的必然产物！因为氨有剧毒性，只需在极低浓度之下，可能就对健康的鱼产生足以致命的威胁，而氨可藉由硝化系统将之消除，因此若能藉由硝化细菌的硝化作用，不断地把氨给消除掉，将能使养殖鱼类之健康与安全获得更大的保障。

2 主要设备设计说明及工作原理

2.1 微滤机

微滤机由中心转鼓、转盘、反洗系统和配套控制电气系统等组成。主体结构为SUS304不锈钢材料制造，标准型转鼓尺寸为1.1 m；主要用于去除污水中悬浮的固形物，配备定位自动反冲洗装置，主要包括自动控制器、高压喷头、高压冲洗水泵，反冲洗日耗水量<1 m/d，总功率：不大于1.5 kW；额定电压：380 v(50 Hz)，过滤面积1.2 m2。

原水由中心转鼓的一端开口流入转鼓内，并通过连通孔进入各转盘，转盘装有不锈钢过滤布。原水通过过滤布过滤后，清水流出过滤布，从过滤水出口流入下一环节过滤。随着过滤的进行，过滤布内侧的截留杂质不断增加，过滤压差随之增加，透过滤布的水量减小。当杂质堆积到一定程度时，中心转鼓液位达到设定值，自动启动反洗，将过滤布内侧堆积的杂质反洗出。反洗水泵抽取透过过滤布的清水，喷洒到过滤布外侧，将过滤布内侧的截留杂质冲洗下来，冲洗后污水掉落在接污槽内，然后排出设备外。反洗时转盘旋转，反冲洗水喷洒不同角度的过滤布，直至转盘旋转停止，过滤布全部经过清洗，反冲洗停止，重新进入静止过滤过程，直至再次进行反冲洗。

2.2 集成式生物过滤器

集成式生物过滤器属于水产养殖循环水处理系统中的生物过滤环节， 养殖废水中存在大量的亚硝酸盐(水中的离子氨和非离子氨)，对鱼类有毒害，需要通过生物过滤环节去除。集成式生物过滤器能保证必要的硝化细菌种群的生长，通过硝化细菌来降解，并把在反应过程中生成的氨气、氮气和CO2通过鼓风吹出。适用于淡水鱼养殖。

2.3 紫外线消毒器

紫外线消毒器分为二种型号，一种为处理水量30 m3/h，功率0.5 kW、另一种为处理水量10 m3/h，功率0.1 kW，其消毒器腔体材料均为304不锈钢材质，主要配备时间累计器、紫外线强度检测仪、系统紫外强度不足报警装置、手动清洗装置、腔体过热保护装置、高纯度石英套管及紫外线C灯管等，其灯管寿命终点9 000 h；紫外线消毒器是利用紫外线光子的能量破环水体中各种病毒、细菌以及其它致病体的DNA结构。主要是使DNA中的各种结构键断裂或发生光化学聚合反应，例如使DNA中THYMINE二聚，从而使各种病毒、细菌以及其它致病体丧失复制繁殖能力，达到灭菌的效果。

紫外线依据不同的波长范围，分为 A 、 B 、 C 三种波段，其中的 C 波段紫外线波长在 240 - 260 nm 之间，为最有效的杀菌波段，波段中之波长最强点是 253.7 nm。当水或空气中的各种细菌病毒经过紫外线(253.7 nm波长)照射区域时，紫外线穿透微生物的细胞膜和细胞核，破坏核酸(DNA或RNA)的分子键，使其失去复制能力或失去活性而死亡，从而在不使用任何化学药物的情况下杀灭水中所有的细菌病毒。

2.4 电加热器及恒温箱

温控系统分为二种第一种采用10 kW管道式电加热器，由多支管状电加热元件、筒体、导流板等几部分组成，管状电热元件是在金属管内放入高温电阻丝，在空隙部分紧密地填入具有良好绝缘性和导热性能的结晶氧化镁粉，采用管状电热元件做发热体，具有结构先进，热效率高，机械强度好，耐腐、耐磨等特点。筒体内安装了导流隔板，能使空气在流通时受热均匀升温和降温速率快：可达10 ℃/s，调节快而稳定。第二种为横温箱温控系统，设备运行时制冷压缩机排出高温氟利昂蒸汽，高温蒸汽在板式冷凝器内部充分与冷却水进行热交换，冷却后的氟利昂液体保持0～5 ℃的过冷度，干燥过滤器对流动的氟利昂进行过滤除湿处理，膨胀阀对氟利昂起减压作用，直接控制板式蒸发器氟利昂流量，氟利昂在蒸发器中吸热作功，降低恒温循环水的温度，当恒温循环水高于上限设定值时，启动压缩机制冷，当恒温循环水低于上限设定值时，压缩机停止工作，当恒温循环水低于下限设定值时，电加热启动加热，当恒温循环水高于下限设定值时，电加热停止工作，恒温循环水在水泵作用下与热交换器进行闭式循环，恒温循环水在热交换器内部与样水进行热交换，最终实现水的温度控制在5～35 ℃。

2.5 罗茨鼓风机

鼓风机采用了三叶转子结构形式，叶轮和轴为整体结构，其中压力29.4 kPa，风量1.79 m3/m，功率1.5 kW。风机油封选用进口氟橡胶材料，耐高温，耐磨，使用寿命长，设备分为机座、电机、气泵压缩机、消声器等部件组成。 罗茨鼓风机系属容积回转鼓风机，这种压缩机靠转子轴端的同步齿轮使两转子保持啮合。转子上每一凹入的曲面部分与气缸内壁组成工作容积，在转子回转过程中从吸气口带走气体，当移到排气口附近与排气口相连通的瞬时，因有较高压力的气体回流，这时工作容积中的压力突然升高，然后将气体输送到排气通道从而达到增氧效果。

2.6 电气控制柜

电气控制柜为车间循环水处理系统控制柜，主要用于微滤机、罗茨风机、水泵、电加热器、恒温机及紫外线消毒器等设备的控制。防水箱体采用厚度1.5 mmSPCC冷轧钢板制作，配套的通风去湿装置确保了电子元器件在水产养殖高湿度环境下不易损坏。柜内主要电气元件采用施耐德品牌，微电脑单片机数码显示控制系统，可控制模块化循环水系统所有水处理模块设备，设备运行时间自动记录，系统自动运行与手动运行切换开关，具备故障声光报警功能。

3 工程实例分析

3.1 概况

《金沙江上游苏洼龙水电站环境影响报告书》中要求在巴塘段修建1个鱼类增殖站，主要任务是服务于巴塘以下梯级，负责整个河段鱼类种质交换，维持巴塘保留段鱼类种群数量，同时兼顾巴塘以下河段鱼类增殖保护。

苏洼龙水电站鱼类增殖放流站规划布置于苏洼龙水电站右岸坝上游2 km阶地，紧邻苏洼龙水电站业主营地，场平总面积51.62亩，平面上呈“┓”形，平面尺寸为218.6 m×186 m。鱼类增殖站西侧南北位置各有一入口，与场外规划中的2#路相连，建成后以2#路为主要对外交通道路，交通较为便利。主要建(构)筑物有：1#、2#亲鱼培育车间及室外鱼池、配电间、室外发电机、鱼苗培育车间、催产孵化及开口苗培育车间、1#、2#、3#鱼种培育车间、废水处理站及饲料仓库等。

本增殖放流站所处位置为山地，可供用地面积少；站内承担有科研任务，要求有可控的养殖水体环境和良好的水质；另外本工程所在区域的金沙江河段水环境功能区划为Ⅱ类，现状水质为Ⅱ类，养殖弃水不能外排入金沙江。综合比较循环水养殖模式、静水养殖模式和流水养殖模式的优缺点和考虑本增殖放流站的需求，最终选择循环水养殖模式。

3.2 实验系统

以3#鱼种培育车间为例，该车间水体按照约350 m3设计，系统采用2.0循环水处理系统，处理量为60 t/h，每日系统换水量和损耗量约为系统水体12%，既42 m3。实验系统包括直径3m养殖缸、转盘式微孔过滤机、集成式生物过滤器、紫外线消毒器、冷热机组、PLC控制器等部分组成。

组织试验鱼为短须裂腹鱼，平均体重(13 000)g，2个试验缸、1个对照缸(每个水体4 m3)，1个生物过滤器(水体10 m3)，每个养殖缸(包括对照养殖缸)放养25尾，试验前，养殖系统在低温下(15～20 ℃)运行24 h确定生物滤器产生较好作用后，在18 ℃的水温条件下，用2个试验缸在系统中进行试验，对照缸水体不参与系统循环，通过水泵在原池水中循环增氧；

氨氮处理：共七天，每天8:00采水样1次，在养殖缸排水口和生物过滤器出水口各取两个水样(均为2个平行样)，在对照缸内取一个水样，通过检测各个排水口和对照缸水样的氨氮，检测方法为：氨氮采用纳氏试剂比色法(HJ537—2009)。

表1 试验期间设备采样点相关水质变化

3.3 结果与讨论

表1表示在系统运行过程中各个采样点的总氨氮，试验缸水体总氨氮的最高浓度为0.49 mg/L，在18℃水温条件下，非离子氨最高浓度为0.0043 mg/L，远小于标准要求的0.002 mg/L，表明养殖试验池在循环使用养殖水体的情况下，氨氮指标符合淡水渔业水质国家标准GB11607-89的要求由表1可知，试验7d后，对照缸水体积累了大量氨氮，浓度达到20.3 mg/L，从第2天起，已经严重超出养殖水质标准；而养殖试验缸排水口的氨氮浓度为0.27 mg/L，进水口的氨氮浓度为0.19 mg/L，符合养殖水质标准,分析表明，经过循环水处理后的水体，其氨氮含量在进水口较低，经过养殖缸后，由于鱼类的排泄对养殖水体造成了污染而使氨氮浓度进一步增加，需要进一步处理，从而形成了养殖污染—处理—再污染—再处理的循环利用模式.

通过对表1数据的比较可知，养殖缸排出废水中的氨氮经过微滤机和生物滤器处理后，已经有了一定的下降，总计约有95%的总氨氮被处理，只有5%左右的氨氮可能会积累在养殖水体中，但在实际应用中，循环系统正常使用时每天须要补充一定量新水源，5%浓度经过稀释后不会引起氨氮的积累。

4 结 语

鱼类增殖站的修建，是苏洼龙水电站贯彻落实国家环评要求的实际行动和有力举措，对改善水域生态、保护水生生物资源、促进渔业可持续发展、增强全社会的生态环保意识和促进人水和谐等具有重要意义。

通过以物化和生化处理相结合的方式进行低温下养殖水体的氨氮处理试验表明，采用该方式可处理冷水鱼养殖产生的总氨氮的95%，使冷水性鱼类循环水养殖的水质达到淡水渔业水质标准的要求。目前，苏洼龙水电站鱼类增殖放流站已完成进站驯养、培育短须裂腹鱼、四川裂腹鱼和长丝裂腹鱼三种鱼类亲本共计470kg，实现了短须裂腹鱼、四川裂腹鱼和长丝裂腹鱼的人工催产繁殖工作。此次鱼苗的自主繁育成功，为水电行业增殖放流站工程的运行模式做出了积极，有益的探索和尝试，保证了增殖放流的可持续发展。