集成设施水产养殖智能化模式的探讨方式

钱志刚 陈慧

摘要：经济效益和环保需要两大因素，导致集成设施水产养殖模式已从粗放型向智能型和绿色环保型转变，着重探讨了如何提高集成设施水产养殖设施的自动化和智能化技术水平，降低使用成本，提高养殖水质，以达到集成设施水产养殖的高效、高产、高质、环保。

关键词：水产养殖设施;智能;成本;水循环使用

中图分类号：S951       文献标识码：A

近年来，应环保和可持续性发展需要，随着长江流域重点水域禁捕退捕工作逐步推进，水库禁养禁捕，内陆省份水产品的优质养殖水源在逐渐减少，导致仅存的池塘水产养殖，面临着水产品的产量和品质等压力愈发明显。为了弥补存留池塘水面的不足、减少水产品高密度养殖时久存的池塘污泥对养殖水质的不良影响，政府部门大力提倡集成设施水产养殖模式。当前国内相关的集成设施水产养殖模式已经得到了一定程度的推广和发展，效益显著。但还存在一些欠缺的地方，根据江西省农机装备应用产业技术体系—赣北综合试验推广站团队成员近期对省内集成设施水产养殖大户的走访调研，收集整理了养殖户反映的一些在集成设施水产养殖模式上存在的问题，提出了改进的技术方案。

1  问题

1.1  投料人力成本高

养殖槽的饲料投放需要人工投料喂食。特别一些养殖大户，养殖槽几十只到几百只不等，每天需要多名投料工人，例如，南昌市百上园70只养殖槽，满负荷时每天仅投料就需要5人，江西抚州的一李姓养殖户，饲养甲鱼，有400间水槽，每天仅喂食就需要6人打理。

1.2  养殖槽的寿命及使用成本

如今的养殖槽的材料为塑料或普通钢板。

（1）适合建造养殖槽的塑料多为玻璃钢及聚乙烯，均存在易老化，且水深超过1.7米时，塑料的抗压强度不够，易发生破裂。

（2）建造养殖槽的普通钢板，表面需要刷漆，正常使用1～2年部分漆层会脱落，脱落处较严重的会造成锈斑甚至穿孔，需要补焊和重新刷漆，后续使用成本高。

1.3  养殖槽水温难以控制

由于养殖槽外壁单薄没有保温设计，季节温差、昼夜温差、晴雨温差、补水水体温差等都会造成养殖槽内水温起伏，不利于一些对水温温度要求严格及稳定的鱼类，所以一些有条件的水产养殖场不仅设有密封大棚，棚内还为此专门装备空调控温。但是，如果养殖槽本体能够做到基本保温，水温控制将会更容易。当养殖高附加值的水产品时，可以大大减少保温的使用成本。

1.4  尾水的收集和排放难以掌控

（1）在养殖槽的结构形态方面，据了解，养殖槽的底部都是平底，平底结构不利于养殖槽水体中的沉淀物一次性集中排出。

（2）养殖槽底部的排水阀门都是人工开启及关闭，养殖槽底部亦无氨氮检测仪器，该阀门何时开何时关要靠人的感觉决定，导致难以掌控沉淀尾水的及时处理。

以上两点直接后果是，养殖槽的水质难以保证，水质易酸臭化，水质变差，当水产品的养殖密度较高时容易发生不测。

2  調研

带着养殖户反映的问题，我们团队深入调研发现：

2.1  当前投料机的种类

（1）离心式及风送式投料机，投料面积较大，在几百平方米以上，不适合养殖槽10～30平方米的小面积的投料，此外，虽然其投料的时间可以事先准确设定，但受投料机的绞龙输料结构所限，不同批次的投料量如果每次放入料仓的饲料重量不同，即使电控箱的设定时间相同（即每次绞龙旋转输料的时间相同）的情况下，其投出饲料量有时也会相差较大。

（2）下落式投料机，是根据旋转的滚筒上的小孔在旋转到垂直的下部位置时，依托饲料的重力出料，仅适合景观鱼类的极小投料需求，且每次投料量极不准确。

由此可见，在集成设施水产养殖模式中，想从市场上配到合适的投料机是不可能的。

2.2  排水阀门

市场上有电动阀体卖，再配以电气控制，是可以用于集成设施的水产品养殖智能模式中，但市场中的电动球阀，体积大，功率大（0.75～1.5 KW不等），售价高（动则单价1400元以上），对于几十只多则几百只养殖槽如果配齐，初期建造成本及后期使用的电力成本都太高，不划算。

2.3  大型水槽水箱

对国内一些建造大型水槽水箱的厂家进行询价咨询，大型SUS304不锈钢水箱的建造成本在容积相同情况下，其价格大概为材料是塑料或普通钢板的2.5～3.5倍，在集成设施水产养殖的初期固定投资中，养殖槽的费用本来就最高，对于养殖户的初期投入成本形成更大压力。

由上可见，养殖户反映的问题是初期投入成本过大和市场上还没有合适可用产品造成的。

3  技术方案探讨

为克服上述问题，实现高效、高产、环保型的水产养殖，我们团队优化集成了一种集成设施水产养殖的智能技术模式。

3.1  该模式的结构示意图（见图1）

3.2  主要设备及系统介绍

3.2.1  养殖槽

为提高产品寿命，降低使用成本，增加蓄水深度，我们设计养殖槽的方案：内衬材料为SUS304，外围材料为白铁皮，中间放置隔热材料及普通角钢或槽钢加固，以达到耐用、保温目的，此外，养殖槽底设计成锥体形，养殖槽下部设有氨氮自动检测装置，槽下部的出水口设有经济型自动控制阀门，该经济型自动控制阀门由电动推杆和普通阀门组成。此为需要开发的技术产品。

3.2.2  四级尾水处理池

根据我们对江西省内调研情况，该装置比较成熟，省内好多家养殖专业户在使用由部、省、市组织建造的四级尾水处理池，如图1，从高到低依次分布：a.过滤池2，b.气浮池3，c.生化池4，d.培水池5。池的容积大小及形状是根据所饲养水产品的种类、规模、及当地环境条件而决定的。目前运行情况大多良好，市场技术成熟。

3.2.3  养殖水循环系统

（1）槽底沉淀的污水污物自动控制排放系统如图2所示，根据检测装置中的氨氮含量，由智能控制器发出指令控制养殖槽下方的经济型自动控制阀门，使经济型自动控制阀门的电动推杆动作，由电动推杆开启相应的养殖槽底部的阀门，让槽底沉淀的污水污物流入尾水收集槽1，进入尾水处理环节，尾水排放完毕，阀门及时关闭。其中氨氮自动检测及智能控制器为市场上的成熟产品，经济型自动控制阀门为需要开发的技术产品。

（2）养殖水循环系统如图2所示，槽间流水管清洁后的尾水及外来新鲜水汇集至培水池中，水泵6从培水池5通过水管7抽水至储水槽8，储水槽8中的水流入邻近的养殖槽，养殖槽间的适合位置设置相通的槽间流水管11，槽中表层水自然流动，流至最后的养殖槽时，溢出部分通过外设管道16注入生化池4，最终汇入培水池5，循环往复。

3.2.4  自动定量的小型投料器

目前市场上未见自动定量的小型投料器目前市场上未见自动定量的小型投料器，初步设计是：由一件电动推杆控制每个分料仓的进料口和出料口，通过分料仓的容积大小实现定量，由曝气泵排出的空气流驱动安装在分料仓下部的叶片旋转，达到均匀连续投料;通过智能装置的程序设计控制电动推杆的动作时间，实现定时，单个成本估计在500元之内。养殖槽的数量超过10个时，为节省上料（即给每个养殖槽上方的分料仓加入饲料）的人工成本，建议采用料线输送饲料，将养殖用的饲料从总料仓中自动输送至各个养殖槽上方的分料仓中。此为需要开发的技术产品，不包含料线输送装置。

3.2.5  智能检测装置

智能检测装置市面上有成熟装置及范例，汇聚多个检测仪器，主要检测：溶氧量、水位高度、氨氮含量、水温，检测产生的数据汇集至智能控制器，当前很多养殖户在使用。市场产品成熟，。

3.2.6  增氧设备及管道系统

增氧设备多为罗茨式风机，管道设备可以由金属管或塑料管组成，产品众多，构造简单容易，市场产品成熟。

3.2.7  智能控制器

收集智能检测装置的各类检测数据，根据实际养殖工艺要求，内置控制程序，控制尾水（槽底沉淀的污水污物）排放、增氧、水泵运行、投料及报警。当前市场上鱼大大、塘管家等的智能控制器，通过改装重新布点均可借鉴使用，市场产品成熟。

3.3  养殖流程介绍

首先，培水池5中有足够多的养殖水，通过水泵6抽水通过水管7进入储水槽8，由于高度落差，养殖水从储水槽8流入最近的养殖槽，通过槽间直到最远的养殖槽，溢出的养殖水通过水管16直接进入生化池4，由生化池4处理后进入培水池5。

鱼苗投放：待养殖槽中的水位达标后，根据养殖计划在每个养殖槽投放足数的鱼苗。

鱼苗投放完成后，智能控制器开始工作。

当喂料时间到来时，智能控制器指挥养殖槽上方的自动定量投料器开始投料，自动投料器的投料重量或容积需要人工事先一次性设定，养殖过程中可以根据需要更改;此时，曝氧泵（即罗茨式风机）是工作状态，风力帮助投料器均匀连续抛撒饲料。

当智能检测装置检测到养殖槽中的溶氧量水平低于要求值时，则曝氧泵工作，空气进入养殖槽中为水产品増氧。

根据智能检测装置，养殖槽中的氨氮含量水平如果高于允许值，则养殖槽下方的阀门开启，槽底的污水污物进入收集槽1，流入過滤池2、气浮池3、生化池4、培水池5，去除有害成分，剩下的合格水通过水泵6抽水至储水槽8进入养殖槽循环使用;根据智能检测装置，养殖槽中的氨氮含量水平如果低于允许值，养殖槽下方的阀门则关闭。

根据智能检测装置，养殖槽中的养殖水水位如果低于要求值，则水泵6开始工作，开始补充水源;当养殖槽中的养殖水水位达到要求值时，考虑养殖水质要求富氧，在智能控制器的程序设计上，可以在不投料喂食时，水泵6持续运转，使养殖槽中上层水自然循环流动。设置时段用户根据现场情况定。

当智能检测装置如果检测到指数超标，例如：溶氧量、氨氮含量超标，而手机中的反馈数据没有改善甚至持续恶化时，智能控制器会发出报警，报警送达的形式由用户自己设定，现场实况可通过监控摄像头14观察搜寻，方便决定是否需要人员去现场处理。

4  技术优势

4.1  技术功能

通过这种水产养殖模式，可以实现如下技术功能。①根据检测值，对众多养殖槽定时定量自动投料; ②优良养殖水在水槽间自然循环流动;③根据溶氧量检测数据对供氧曝气设备装置自动控制;④养殖槽中的底层污水污物根据氨氮检测数据适时自动排放及关闭处理;⑤养殖槽底层污水污物通过四级处理池转化为优良养殖水，循环利用;⑥整个养殖模式中的各个环节，既能手动操作又能通过手机APP智能控制。

4.2  技术功能的优势

该集成设施水产养殖智能模式，是在现有的由我们政府主导的集成设施水产模式基础上

（1）通过对养殖槽的改造改良，达到水体自动清洁，循环使用，无需人工。①养殖槽上部的优质养殖水在不同槽内自然流动，流过末端养殖槽时进入培水池，再由培水池进入储水箱、再次进入养殖槽，循环流动;②养殖槽下部沉淀的浑浊水沉淀一段时间后，氨氮含量较高并超标时，智能检测装置根据氨氮检测超标的数据，输出指令将水槽底部的自动控制阀门自行打开，当开启一定时间后，氨氮含量下降时，智能检测装置根据氨氮检测合格的数据，输出指令将水槽底部的自动控制阀门自行关闭;每个养殖槽下方均有一污水收集槽，养殖尾水进入收集槽后，自行流进尾水处理环节，最后进入培水池达到循环使用;保障了养殖槽内的水质富氧及低氨氮，为高密度的水产品集中养殖创造优质产品，同时对于缺水时段或缺水的地方，水的循环利用具有明显的社会效益。

（2）加设自动控制的定量投料机，解决了集成设施水产养殖模式中的需要人工投料的难题。通过自动控制的定量投料机，由智能控制器集中控制，减去人工投料环节，由于创造了投料重量或容积的定量精准，减少了饲料的浪费或避免了投料的不足，此外，当养殖槽越多时，经济效益将越明显，实现了集成设施水产品养殖的规模扩大化，经济效益最大化。

5  结语

以上技术方案的改良部分只是停留在初步设计阶段，离方案的实施及完善还有一段距离。集成设施水产养殖智能模式在我国水产养殖的实际使用中才刚起步，智能模式中的一些技术还在不断完善中，其中的环保、节能、节水、水质、初期投入资本、使用成本、产出效益与产品品质、尾水处理后的废弃物处理方法，这些指标相互影响互相制约，如何达到一个高性价比，让养殖主满意，让舌尖安全美味，让养殖环境优美，是一个重大课题。