工厂化循环水养殖系统的构建及应用

吴小军， 吕 军， 吴 杰

（1.河南省水产科学研究院 郑州450044； 2.浚县畜牧局 河南鹤壁458000）

传统的水产养殖业占用了大面积的水域资源,且容易受到自然灾害的影响, 造成重大的经济损失。高密度的养殖虽然在短期内能取得较高的经济效益,但养殖过程中有害物质的大量积累,对环境造成了一定的影响,也给水产养殖业的发展带来了较大的风险和困难,水产养殖业作为农业经济重要支柱之一,正面临产业结构调整和升级的问题。为加快推进水产养殖业绿色发展，促进产业转型升级，农业农村部把养殖尾水循环再利用比传统养殖节水95%以上、节地90%以上的“工厂化循环水养殖”作为生态健康养殖模式之一进行了大力推广。但我国工厂养殖目前受水处理成本的压力，大多以流水养殖、半封闭循环水养殖为主，真正意义上的全封闭循环水养殖较少。本文对工厂化循环水养殖系统及实际应用进行介绍和分析，以期达到抛砖引玉的作用。

1 工厂化循环水养殖的概念

工厂化循环水养殖系统在国外被称为循环水养殖系统RAS(Recirculating Aquaculture Systems)。

工厂化循环水综合利用了机械工程学、生物学、养殖水处理、现代检测技术等对水产品进行高密度、集约化生产。经过科学合理的布局，充分利用物理方法和生物方法对养殖水体进行处理和循环再利用，达到无污染、零排放、高密度、可持续发展。

工厂化循环水养殖系统融入了生物学、工程学、流体力学、环境工程学、信息学等多种学科的知识，是一个多学科，多领域技术交叉，具有较强技术含量的系统。工厂化循环水养殖系统是以工业化手段主动控制水环境，水资源消耗小、占地少、对环境污染小、产品优质安全、病害少、密度高、养殖生产不受地域或气候的限制和影响，资源利用率高，是高投入、高产出，实现水产养殖业可持续发展的重要途径。它对改革水产养殖模式，保护环境都具有重要的现实和历史意义。

2 工厂化循环水养殖系统的构成

在室内建设养殖池及水处理设施，通过水处理设备对养殖水体进行物理过滤、生物净化、杀菌消毒、脱气增氧等一系列处理后循环再利用。主要包括：悬浮物的残饵、粪便去除、可溶性有机污染物的去除、水体消毒、增氧、温度调控等。车间选址、建造、系统配置及水处理工艺应按照农业农村部渔业局水产行业标准：SC/T-6093-2019. 《工厂化循环水养殖车间设计规范》进行。本文将以工厂化循环水养殖系统养殖水体悬浮物及水体中有机物的去除进行详细介绍。

2.1 养殖水体悬浮物及部分可溶解蛋白质的去除设备及设施

2.1.1 三级沉淀池

可分为平流式和竖流式，利用折流的方式延长水流路径，利用物理沉降的原理将大颗粒悬浮物沉淀到池底并由污泥泵排出的沉淀池。

2.1.2 微滤机

一种转鼓式筛网过滤装置，其利用一个外部附有一层致密筛网可以转动的滚筒，由电机驱动，滚筒转动时将颗粒悬浮物截留在筛网上由反冲洗水流将颗粒物冲入接污槽内并流出转筒，水体中的残饵粪便得以有效的去除。

2.1.3 蛋白质分离器

蛋白质分离器是利用水中的小气泡表面可以吸附水中小颗粒状的悬浮物和部分可溶性蛋白质的原理，利用充氧设备或旋涡泵或文丘里射流器产生大量的气泡，这些气泡上浮并集中在水体表面且形成泡沫，将吸附了污物的泡沫排出去从而将养殖水体中的悬浮去除。

2.1.4 气浮机

气浮机是利用溶气释放器在水中产生大量的微细气泡，使空气以高度分散的微小气泡形式附着在悬浮物颗粒上，造成密度小于水的状态，利用浮力原理使其浮在水面并由刮板刮出，从而实现固-液分离的水处理设备。

2.2 养殖水体有机物及氨氮的去除设备及设施

2.2.1 厌氧生化池（兼性生化池）

利用厌氧或兼性细菌将有机物进行水解、酸化和甲烷化，去除尾水中的部分有机物，并提高可生化性，有利于后续的好氧处理。工厂化循环水养殖系统纯粹的厌氧状态很少，大多呈现兼性状态。兼氧生化处理过程中，兼氧微生物只需要少量氧即可生长繁殖并对尾水中的有机物质进行降解处理，厌氧生化池悬挂滤料大多为生物毛刷，且不曝气。

2.2.2 MBBR生物膜反应器

MBBR是一类新型的生物膜生化处理装置，是在固定床反应器、流化床反应器和生物滤池的基础上发展起来的一种改进的新型复合生物膜反应器。水体通过曝气流动，水流呈完全混合态，池内填充比重接近于水、比表面积大的聚乙烯或聚丙烯悬浮填料，填料上可附着大量的硝化和反硝化细菌，细菌的生长消耗了水体中大量的有机物水体得以净化。滤池内填充MBBR流化床生物滤料或改性聚氨酯海绵。

2.3 水体消毒

现阶段工厂化循环水养殖系统水体的杀菌多采用臭氧、紫外线杀菌。

2.4 紫外线杀菌

波长在240-280 nm范围内紫外线最具破坏细菌病毒中的DNA（脱氧核糖核酸）或RNA（核糖核酸）的分子结构，造成生长性细胞死亡和（或）再生性细胞死亡的作用，从而达到杀菌消毒的效果，尤其在波长为253.7 nm时紫外线的杀菌作用最强。紫外线杀菌是一种物理方法，它不向水中增加任何物质，没有副作用，一般采用管道过流式。

2.4.1 臭氧杀菌

臭氧，化学分子式为O3，因其类似鱼腥味的臭味而得名，在常温下可以自行还原为氧气。臭氧是一种强氧化剂，其氧化还原电位2.07 V仅次于氟，臭氧可氧化分解细菌内部葡萄糖所需的酶，使细菌灭活死亡；可直接破坏细胞器和DNA、RNA，使细菌的新陈代谢受到破坏，导致细菌死亡；透过细胞膜组织，侵入细胞内，作用于外膜的脂蛋白和内部的脂多糖，使细菌发生通透性畸变而溶解死亡，从而达到杀菌的作用。

3 工厂化循环水养殖系统实例

3.1 工厂化循环水处理工艺流程如下：

养殖池→尾水收集池→悬浮物去除→厌氧生化处理→微藻预处理→好氧生化处理→臭氧、紫外线消毒→曝气复氧→养殖池循环再利用。

工厂化循环水处理工艺图见图1

3.2 工厂化循环水养殖系统

工厂化循环水养殖系统平面图见图2、图3。

3.3 系统简介

养殖尾水由微滤机或三级沉淀池内（兼做尾水收集池）经固液分离后上清液由泵提到微藻预处理池，微藻对部分氨氮吸收后自流进入气浮池，通过气浮移除部分水溶性有机物后进入厌氧池脱除尾水中部分氨氮，然后自流入MBBR生物反应器进一步脱除水体中的氨氮及亚硝酸盐后经紫外线、臭氧杀菌消毒、曝气、复氧后流入养殖池循环再利用。系统设施配置及参数见表1，主要设备及参数见表2。

表1 系统设施及参数

表2 主要设备配置及技术参数

4 应用

利用该系统我们进行了南美白对虾、斑节对虾、大口黑鲈养殖试验。其中：南美白对虾放养规格为P5苗，体长：5 mm,分标粗和成虾两阶段养殖。标粗池水体盐度15‰，成虾养殖阶段为纯淡水养殖，养殖周期95 d，出池规格：70～80尾/kg，产量：3.2 kg/m3。斑节对虾放养规格：苗体长：10 mm,分标粗和成虾两阶段养殖。标粗及成虾池水体盐度15‰，养殖周期100d，出池规格30～40 尾/kg，产量2.0 kg/m3。其放养量及效益见表3。

表3 工厂化循环水养殖效益分析

5 讨论与分析

5.1 通过对南美白对虾、斑节对虾、鲈鱼三个品种的工厂化循环水养殖试验发现斑节对虾养殖利润最高，其次是南美白对虾，鲈鱼利润最低；斑节对虾投资回报率最高，鲈鱼投资回报率最低。

5.2 在斑节对虾养殖试验过程中该系统运行平稳，对水体中氨氮、亚硝酸盐的处理比较彻底；在鲈鱼养殖过程中系统运行较平稳，处理后的水体中氨氮、亚硝酸盐稍高但均在安全范围内，经分析主要是鲈鱼养殖过程中投料较多的原因。

5.3 工厂化循环水养殖要想有利润，养殖品种的选择很重要。通过该次试验发现斑节对虾对盐度要求高、售价高，内陆海水资源缺乏，是当前工厂化循环水养殖首选品种。

5.4 在鲈鱼工厂化循环水养殖试验过程中曾发生细菌性疾病，使用杀菌药物后生化系统菌群也被杀灭，生化系统瘫痪，停药后生化系统慢慢恢复，该实例表明工厂化循环水养殖全程慎用消毒剂，但工厂化循环水养殖过程疾病的防治又是一个新的课题。