水产养殖循环水系统研发及应用

林靖 饶秋华 刘洋 柯文辉 阮章邦 罗土炎

摘 要：使用封闭循环水养殖系统与传统养殖系统分别养殖某种鱼，比较了养殖1年后两种系统中鱼的成活率、饵料转化率、细菌性疾病发生次数、寄生虫疾病发生次数、产品产出等指标。结果表明，封闭式循环水养殖比传统养殖用水量减少了6～7倍、发病次数减少1～3次、用药量减少10%～30%、成活率增加了8%、转化率增加了8%，产品产出多了16.9%。因此，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。使用封闭水产品循环水养殖系统采取集约化生产方式，减少了人力成本，降低了饵料系数，是高投入、高产出、低风险，实现水产养殖业可持续发展的重要途径。

关键词：循环水养殖系统;养殖效率;资源节约;实用性

中图分类号：S 96 文献标志码：A 文章编号：0253-2301（2021）01-0032-09

DOI：10.13651/j.cnki.fjnykj.2021.01.006

Abstract：In this study， the closed recirculating aquaculture system and traditional aquaculture system were used to raise some kind of fish， respectively. The indicators such as the survival rate， feed conversion rate， the occurrence frequency of bacterial disease， the occurrence frequency of parasitic disease， and the product output of fish in the two systems were compared after being cultured for 1 year. The results showed that compared with the traditional aquaculture， the water consumption of closed recirculating aquaculture was reduced by 6-7 times， the incidence of disease was reduced by 1-3 times， the drug dosage was reduced by 10%-30%， the survival rate was increased by 8%， the conversion rate was increased by 8%， and the product output was increased by 16.9%. Therefore， the products cultured in this way were of high quality and safety， with few diseases and high density. Besides， the aquatic production was not restricted and affected by region or climate， and the utilization rate of resources was high. The closed recirculating aquaculture of aquatic products adopted the intensive production mode， reduced the human cost and feed coefficient， which was an important way to achieve the sustainable development of aquaculture industry with high input， high yield and low risk.

Key words：Recirculating aquaculture system; Breeding efficiency; Resource saving; Practicability

我國水产品总产量自1990年起一直位居世界第1位，2015年达到了6699.65万t;同时我国也是世界上唯一养殖产量高于捕捞产量的国家，2015年养殖产量4937.90万t，占总产量的73.70%，养殖面积约846.5万hm2[1]。伴随着水产养殖业的发展，一方面传统的池塘养殖全程质量控制困难，病害频发;另一方面水资源的浪费惊人和环境污染严重，这些严重影响了现代水产养殖业的可持续健康发展，实际上这也是目前制约我国水产养殖业快速高效发展的瓶颈问题[2]。因此，探究循环式工厂水产养殖先进技术及手段，创造养殖水生动物良好生态环境，以不受外界环境制约，最终实现高品质、高效率生产及养殖环境生态保护，并极大提高养殖资源利用率及养殖产品质量安全已成为国内外生态养殖可持续发展的重要研究方向和热点。

我国是世界上最早从事水产养殖的国家之一，南方的“鱼塭”和北方的“港养”方式已经存在了数百年之久[3]。中国的池塘综合养殖（池塘生态养殖）历史悠久， 经验丰富，但是长期以来传统的池塘养殖全程质量控制艰难、病害频发、水资源浪费惊人和环境污染严重，由于以上诸多因素影响，养殖产业发展缓慢[4]。因此设计一种新型的养殖模式改变传统养殖模式的弊病十分迫切。循环式工厂化水产养殖模式在国外开始于20世纪60年代，具有代表性的是日本的鳗鱼生产产业、生物包静水生产系统和欧洲组装式多级静水系统[4]，此后澳大利亚出现了一种一体化循环式工厂化养鱼模式，将养鱼池和水处理系统分成两个模式。20世纪80年代，我国计划引进欧洲的循环式工厂化水产养殖模式，但是因为诸多原因，该计划搁置，之后我国开始自主研发适合我国国情的循环水养殖设施和装备，在基础的设备上，逐步完善养殖技术和养殖工艺[4-5]。工厂化循环水养殖模式是建立在生物学、环境科学、机电工程、信息科学、建筑科学等多学科发展的基础上建立的，是多学科的应用和交汇。具体的工作流程就是工厂化养殖循环水处理控制系统将养殖池中需要更换的劣质水通过循环水处理后，成为符合养殖水质要求的“新水”，从而实现高密度养殖和全年、反季节生产。在整个循环水处理系统中，养殖池中被置换出的废水首先进入一级净化池，将残饵、粪便等固体和高浓度的杂物分离出去，减轻生物处理负荷[6]。

同时，选别系统还具有以下优点：操作平台上还布设有出水管，出水管的出水口伸入分鱼口内，用于对送鱼漏斗内的鱼注水润滑。鱼进入送鱼漏斗后要顺着排鱼管再进入各级养殖池，设置出水管，并且出水口对着送鱼漏斗注水，可以避免鱼在送鱼漏斗和排鱼管内移动时由于缺水和互相碰撞、进而出现鱼体的破皮等损伤现象，降低鱼的损伤和后续养殖时疾病感染率。分鱼口的数量为1～4个。与选别池中选别的规格种类相对应，分鱼口的数量设置为1～4个，可以满足多数养殖需求，在选别池内将1～4种规格的鱼分选出来后，装入吊篮由起吊装置吊起，倾倒入不同分鱼口经排鱼管送入对应的不同规格养殖池，实现分選后继续养殖;或者吊起后直接装车运输上市销售。选别器包括1～4个选别筛和1～4个出鱼口。1～4个选别筛的筛孔对应要选别鱼的规格，更加优选的实施例中，选别器的选别筛是可拆卸更换的，配备超过4个不同大小筛孔的选别筛，然后根据实际需要选择使用。出鱼口则由上述网兜连接，承接选别后不同规格的鱼，然后装入吊篮，起吊，送至不同规格养殖池继续养殖或装车运输进入销售市场。所述吊篮包括网布、开口、挂钩和框架，所述网布围合固定在框架周缘和底部，框架上端的网布边缘与框架形成吊篮的开口，挂钩连接于开口的两侧。吊篮的整体可以是竹质、木质、金属材质或尼龙网布等，但优选具有一定弹性和柔韧性的网布与具有一定承重力和韧性的竹质框架围合成的吊篮，这样也能够对鱼体有更好的保护效果。

1.4 排污沟的设计

排污沟的作用在于定期清运排污管排出的养殖单体底部沉积的污物，或者对养殖水产品进行选别、运输需要的排鱼。排污管设置于第一沉淀池、固液分离机、第二沉淀池和生物净化池的底部，用于排出循环水处理系统收集的污染物。在排污沟与选别池的连接处设置有转向阀，转向阀用于控制排污沟排污或者排鱼的功能。因此，排污沟内侧壁涂覆有光滑的环保涂料，底壁设置5°～15°的倾斜，也是为了使污物能更顺利彻底地排出而不残留在排污沟内造成堵塞或不对养殖水产品造成损伤。排污沟在需要排鱼时通过转向阀的转向控制也承担着排鱼道的任务，这种运输方式与传统的人工挑送方式相比能有效减少鱼类因选别造成的生物应激反应和鱼体擦刮损伤，选别后鱼类生理机能恢复快，减少疾病发生，提高生产效率，同时运输效率高，减少劳动力需求。

在图2中，养殖单体101之间由铺设好的水泥路和格子板间隔，格子板下设置有进水管、回水渠、排污沟（排鱼道）、输氧管（用于输送液态氧或空气中的氧气）。这样做的好处在于不用为管道的铺设额外占用更大面积的占地，精简和优化了整个循环水养殖系统的结构，并且可以在水泥路和格子板中间设置车道，方便运送饲料及生产物资，整个养殖系统的布局更加紧凑美观、功能单元清晰。

1.5 输水系统的设计

输水系统包括循环水泵、进水管和回水渠。在目前的封闭循环水养殖系统中采用的循环水泵功率基本上在15 kW以上，如常见的功率为20 kW的循环水泵，以期用1～2台以上所述的大功率水泵对循环水进行泵送。但这样做的风险可能有：不能精准调节养殖水体日循环次数，浪费能耗，且水泵损坏后维修时影响封闭循环水养殖系统的正常运行。因此，本研究中选用功率较小的多台循环水泵工作，例如采用但不限于采用功率为4 kW以上的小循环水泵。优选地，循环水泵的数量为3～8个，这样做的好处在于可以灵活机动地视养殖系统水体质量好坏和系统内养殖水产品存塘量的不同调整使用水泵的数量，精确控制养殖水体日循环次数，从而节约电力能耗，降低生产成本。

1.6 光电的设计

本研究中的循环水养殖系统电动采光控制系统，通过此系统调节所述水产品循环水养殖系统内的光照强度、温度和水体藻类浓度，对整个系统的水质和水产品生长起到良好的生态调控功能。大棚还包括采光系统，采光系统包括传动轴、光感探测器、控制系统、透光板和遮光板，且传动轴、光感探测器、控制系统和遮光板为电连接。传动轴、光感探测器、透光板和遮光板设置于大棚顶部，遮光板设置于透光板上方。透光板为一个或多个透明的板，遮光板为不透光材料制备的窄条状板，且遮光板、透光板分别与传动轴相铰接形成双层开合结构。

本实施方式还对现有的水产品循环水养殖系统进行改进，在整个系统所依托的大棚顶部设置可调节的采光系统（未标注），依据水产品养殖的不同阶段需要调节养殖系统内的光度和温度，在大棚顶部适当位置设置传动轴、光感探测器、遮光板和透光板等设施。在不同的实施例中，透光板可以为一个或多个分布于不同位置的透明板，遮光板为不透光材料制备的窄条状板或与透光板相同大小的不透光板，且遮光板、透光板分别与传动轴相铰接形成双层开合结构。由光感探测器接收光信号传递给控制系统，由控制系统根据预设的光数据程序生成动作指令发给传动轴，传动轴接收控制系统的指令，使遮光板沿其进行不同角度的旋转运动调节光线的明暗程度。

1.7 其他设计

水产品循环水养殖系统还包括罗茨鼓风机、纳米管、曝气设备和输氧管，输氧管用于输送液态氧或空气中的氧气至各个养殖单体和生物净化池中。输送液态氧或空气中的氧气的两个管路共用，平时与曝气设备管路相接通，当需要用液态氧时导入液态氧即可。当鱼类处于病害感染初期，水中溶氧量保持在8 mg·L-1以上对于鱼体的恢复健康状态有很好的帮助。鱼类输氧管输送液态氧提供了曝气增氧方式所不具备的以下优点：（1）曝气增氧提供给水体和水产品的氧气量有限，输氧管输送液态氧能更加机动地供应给水体和水产品基体对氧气的需求量;（2）在停电或备用电源处于维修状态无法提供曝气增氧时，能够提供整个水产品循环水养殖系统所需氧气;（3）在某个养殖单体或养殖区水产品爆发病虫害，需增强机体抵抗力时，给予应急增氧，能够显著提高养殖水产品的疾病抵抗力和生存率。其中所述水产品循环水养殖系统还包括罗茨鼓风机、纳米管、曝气设备、输氧管601，其中，罗茨鼓风机、纳米管、曝气设备为常规的使用方法，所述输氧管601用于输送液态氧或空气中的氧气至各个养殖单体和生物净化池中（图7）。

1.8 工作流程

水产品循环水养殖系统工作流程参照图2，近端养殖区10由靠近生物净化池的4口养殖单体101组成，远端养殖区由远离生物净化池的4口养殖单体101组成，在养殖区的各养殖单体101构筑物内饲养适当密度的水生动物。三级生物净化池的上出水口304由进水管302连接至近端养殖区，下出水口305由进水管302连接至远端养殖区。开启阀门，使生物净化池204内的净水经由管道进入进水管302，进水管302在各养殖单体101处由管道连接至养殖单体101的进水口，上下出水口的水流量、流速可以通过阀门（未标注出）控制。日常养殖管理过程中，排污口401和回水口403不关闭。若在养殖过程中，发现某一养殖区养殖水产品达到上市标准需要装车外运或者需要对养殖区内的鱼进行选别，则关闭排污口401的控制阀门，开启养殖单体的排鱼口402，养殖水产品由排鱼口402经排鱼管602流入排鱼道（即排污沟306）进入选别池5。养殖过程中可以在不同的时间或根据气候情况调节采光系统，由光感探测器接收光信号传递给控制系统，由控制系统根据预设的光数据程序生成动作指令发给传动轴，传动轴接收控制系统的指令，带动遮光板沿其发生一定角度的旋转运动调节光线的明暗程度。在第一沉淀池201内，较大的颗粒杂质得到沉淀去除，出水进而进入固液分离机202，固液分离机202内80目的分离筛将粒径大于0.2 mm的悬浮杂质粒子筛除掉，上清液进入第二沉淀池203进行进一步絮凝沉降处理。出水进入生物净化池204，并经紫外线杀菌装置205处理之后，再经水质测试达到标准后按照上出水口-近端养殖区、下出水口-远端养殖区进行水的泵送。循环水处理系统各构筑物排除的浓稠污染物定期经吸污泵吸出收集外送。冬天养殖或处于鱼苗养殖期时，为使本发明提供的水产品循环养殖系统具有更强的保温功能，开启额外配备的电锅炉加热系统进行加热保温。

2 养殖对比试验

本试验从2018年6月1日开始，至2019年6月1日结束，在福建省三明市清流縣某大型养殖场进行。选择工厂化养殖模式养殖池20000尾，封闭式循环水养殖池20000尾，平均为20 g·尾-1进行养殖对比试验。

封闭式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、工厂化养殖模式养殖的水排放量为封闭式循环水养殖模式水排放的6～7倍。占地少、循环水养殖过程中使用的生态制剂，即减少了对水体及周边环境污染，又解决生产过程中抗药性增强、药物残留等问题。养殖过程中封闭式循环水养殖比传统养殖发病次数减少1～3次，用药量减少10%～30%，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，低风险实现水产养殖业可持续发展的重要途径。封闭式循环水养殖采取集约化生产方式，减少了人力成本，降低了饵料系数。

3 结论与展望

本研究提供的水产品循环水养殖系统虽然结构紧凑、占地少，但是比现有的循环水养殖系统具备更大的养殖容量，对循环水处理系统的处理能力和养殖容量进行了科学合理的配置，结合水质、光线、温度、水产品状况实施了实时监测和调控，能使养殖效率和土地、水资源的价值最大化。同时由于对循环水泵、进水管、回水渠等进行了相应的节能环保处理，大大降低了原来运营过程中的不可控因素，增强了本实施条例中水产品循环水养殖系统的实用性。

本研究属于水产养殖装备领域，更具体地涉及一种水产品循环水养殖系统，包括大棚，该大棚内设置有养殖池、循环水处理系统、选别池、排污沟和输水系统。养殖池包括养殖单体，且养殖单体的数量为1～16个，每2～4个养殖单体组合成一个养殖区，输水系统包括循环水泵、进水管和回水渠，排污沟设置于进水管和回水渠的下部，回水渠和排污沟的内侧壁均涂覆有光滑的环保涂料，且底壁均具有5°～15°的倾斜，每个养殖区设置一根进水管，养殖池、循环水处理系统和输水系统相互接通，循环水泵的数量为3～8个。该水产品循环水养殖系统可方便地向养殖单体均匀供水，水循环效果好、养殖容量大、功能强、效率高，具有良好的经济和社会、生态效益。

参考文献：

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[4]张晓双，傅玲琳，吕振明，等.国内外循环式工厂化水产养殖模式研究进展[J].饲料工业， 2017，38（6）：61-64.

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（责任编辑：陈文静）