工廠化水產養殖水處理技術工廠化水產養殖的水處理，主要處理水體中的廢棄物，包括由於投喂餌料而引起的殘餌、未消化吸收的營養成分和代謝排洩物等，養殖鮭鱒魚類，飼料中的13%蛋白質、8%的脂肪、40%的碳水化合物、17%的有機質、50%灰粉和23%的幹物質被魚類作為代謝物排入水中，既有可溶性物質如氨氮、硝酸鹽、亞硝酸鹽等，也有固體物和懸浮物，有些物質的積累會對養殖魚類產生生理影響和毒性作用。因此，從養殖水體中去除或轉化這些養殖廢棄物，保持養殖水體的水質質量，對工廠化養殖魚類的健康、快速生長是非常重要的。
工廠化水產養殖水體的處理主要包括幾個方面：增氧、分離（分離固體物和懸浮物）、生物過濾（降低BOD、氨氮和亞硝酸鹽）和暴氣（去除二氧化碳等）、消毒、脫氮等處理過程，其中懸浮物和氨氮去除是需要解決的主要技術難點。
工廠化水產養殖技術要點－1
一、養殖品種的選擇
工廠化水產養殖是一種高投入的養殖模式，相對來講投資風險較大。在選擇養殖品種要以經濟效益為中心，全面考慮下述幾個方面的問題：
1、養殖生產的高效益。要選擇名貴、市場價格高的品種，使養殖高成本得到高的效益，獲得較高的投資回報。一般商品價格應不低於25 元/kg。
2、養殖名貴魚類中技術要求較高、一般條件不能養殖的品種，以獲得較高的附加值。
3、利用水質可控的條件，養殖名貴品種的親魚，調整繁殖季節，進行空擋季節的苗種生產。
4、進行冬季的苗種階段養殖，縮短商品魚生產週期。
工廠化水產養殖技術要點－2
二、餌料要求及投餌
1 餌料要求
工廠化水產養殖飼料營養要全，要考慮循環使用水體中微量元素的缺乏因素。要用高效顆粒飼料，餌料係數一般應在1～1.2左右，減少魚類排洩帶來的水處理問題。要使用生產兩個月以內的新鮮飼料，儘量減少飼料變質帶來的營養疾病，任何變質飼料絕對不能用於工廠化養殖生產。
飼料形狀應該完整，循環流水養殖中的任何不適口碎料都將被水流沖走，成為水質的汙染源，增加水處理的負擔。
2 投餌
由於工廠化養殖中的養殖條件調整到魚類最佳的生長環境，投餌應該根據魚類不同階段的最佳生長速度投餌，從而達到最快生長的目的。投餌時間應該掌握多次投喂，每次少量的原則，以均衡系統處理設備的各種負荷。有資料建議每30分鐘投餌一次。
工廠化水產養殖技術要點－3
三、疾病的預防
工廠化水產養殖中疾病預防是非常重要的，要確保不能有疾病發生，避免全軍覆沒的損失。主要採取以下措施：
1、要選擇健康沒有疾病歷史的魚放入養殖池。
2、在入池之前要進行消毒處理。
3、在處理系統設置消毒殺菌設備。
4、在養殖過程中注意環境變化對魚類的脅迫壓力。包括各種水質的干擾波動、水溫的變化等。脅迫壓力大，將使魚類的抗疾病能力降低。
5、注意投餌的科學性，避免魚類過食現象，魚類過食也增加魚類負擔，容易生病。
6、使用專用工具，並經常消毒。
工廠化水產養殖技術要點－4
四、系統管理
整個系統的管理是一項複雜的工作，要保證系統各個部分的正常運轉，重點是監測系統水質的變化情況。
系統管理應該注意的問題：
1、要有備用電源或備用氧氣罐，以防停電能夠及時補充水體溶解氧。溶解氧是系統停止運轉時保證魚類生命的主要因子，也是生物處理設備能夠保持再運轉的基本條件。一旦停止循環和供氧，魚類在15-20分鐘就會出現缺氧死亡；同時生物膜因缺氧會出現細菌的死亡而脫落，需要重新掛膜，約需要15-35天的時間，打亂整個生產計劃。
2、要經常檢查養殖池水位是否固定不變，如有減少應檢查管路是否被汙物堵塞。水體交換量的減少同樣會引起缺氧。
3、要在水體中加入一定量的NaCL，保持NaCL含量在0.02-0.2%範圍內。緩解亞硝酸鹽的毒性和滲透壓力。
4、注意養殖魚類產生的脫味現象，在循環式養殖中，這種現象是普遍存在的。一般情況下，在魚類上市之前換上新水，降低溫度、停喂幾天到幾個星期，就可以消除。
5、在一輪生產結束後，重新開始新一輪養殖前，要檢修各種設備和管路，對系統進行全面清理和消毒。
6、要注意養殖魚類的分級飼養，一般20-30天要進行一次分級，把規格大小基本一致的魚放入同池養殖。
一、懸浮物的處理-1
1、養殖水體中養殖水體中的懸浮物及其特性
工廠化水產養殖中的懸浮物主要由於餌料的投喂而引起。在一次性過流養殖水體試驗中，根據餌料投喂量的不同，其含量在5~50 mg/L左右。在飼料係數0.9~1.0情況下，魚體每增重1 kg就會產生150~200 g懸浮物。
因此，作為循環使用的養殖水體，懸浮物在水中的積累是非常迅速的。這些基礎實驗數據是進行懸浮物處理的基本參數。
養殖水體中魚類的固體排洩物，在正常代謝的情況下，大部分以懸浮物的形式存在於水體中。在流動的養殖水體中，懸浮物有64%是小於30 μm的顆粒。
懸浮物的比重略大於水，顆粒小、流動性好、有一定的黏附性，在有水流的條件下呈懸浮狀態。
從養殖水體中去除30 μm以下的懸浮物，一直是工廠化水產養殖設計研究的重要方向。 養殖水體中的懸浮物的積累，使水體渾濁，影響養殖魚類鰓體的過濾和皮膚的呼吸，增加魚類脅迫壓力，惡化水質、消耗水中的溶解氧。工廠化水產養殖過程中及時清除養殖水體中的懸浮物是非常必要的。
2 懸浮物處理技術
（1）固定式過濾床
固定過濾床一般由鵝卵石、粗砂和細砂三層過濾組成。根據其工作水流的不同可分為噴水式濾床和壓力式濾床。是一種比較原始的過濾方式，具有過濾效果好的特點，可過濾90%左右的懸浮顆。其應用難度在於設備龐大、效率低、反衝困難。
（2）濾網過濾
濾網過濾主要是細篩網進行懸浮物的過濾，其中液力驅動旋轉式過濾轉筒是一項新技術，用網目為60μm的篩網，可過濾36~67%的懸浮物。其中改變其結構設計，增加過濾面積，減少尺寸和反衝用水是進一步研究的重點
（3）浮式濾床 浮式濾床應用比水比重小的塑料球作為過濾介質，浮球直徑為3 mm左右，可過濾100%的30 μm以上79%的30 μm以下的懸浮物顆粒獲得很好過濾效果。但是，養殖水體中的懸浮物具有結塊的特性，為了防止反衝時堵塞和較好的過流量，浮球生物濾器需要頻繁的反衝。為了改善其應用效果，必須進一步研究防止堵塞的結構和方法。
（4）自然沉澱處理 自然沉澱技術是應用魚池特殊結構或沉澱池，使懸浮物沉澱、集聚並不斷排出，設計良好的沉澱池可去除59%~90%懸浮物。其中設計的關鍵是確定懸浮物的沉降流速，有資料表明，對於沉澱池處理，過流流速應低於4 m3/min，適宜流速為1 m3/min；單位面積的流量為1.0～2.7 m3/m2h。自然沉澱雖然具有較好的效果，但是由於低流速限制了循環的流量，會減少養殖密度和養殖效率。
（5）氣泡浮選處理 氣泡浮選處理的原理是通過氣泡發生器持續不斷的在水中釋放氣泡，使氣泡形成象篩網一樣的過濾屏幕，並利用氣泡表面的張力吸附水中的懸浮物。產生微小氣泡（直徑為10~100 μm ），可有效去除水產養殖水體中的懸浮物。氣泡越小，效率越高。因此，研究產生微小氣泡的發生裝置，是該項技術應用的關鍵。
二、氨氮處理技術-1
1 養殖水體中的氨氮及其特性
工廠化養殖水體中的氨氮主要是由於養殖魚類的代謝、殘餌和有機物的分解而引起。一次性過流試驗表明，高密度流水養殖排水中的氨氮濃度一般為1.4 mg/L左右。飼料質量的影響更是直接的，大約有40%飼料蛋白的氮被鮭鱒魚類轉化成氨氮（NH3和NH4+)，在餌料係數為1.0的情況下，鮭鱒魚類每增長1 kg就會產生33 g N。根據飼料蛋白的含量不同，可用不同的方法計算魚類的氨氮排量，蛋白為超過40%時，氨氮（mg）=投飼量（g）×30；蛋白質在30%~ 40%時，氨氮（mg）=投飼量（g）×25，在蛋白低於30%時，氨氮（mg）=投飼量（g）×20。 養殖魚類排洩的氨氮中，大約有7～32%的總氮是包含在懸浮物中，大部分溶解於養殖水體中，分別以離子銨NH4+和非離子氨NH3的形式存在，並且隨著pH值的變化而相互轉化。研究物理、化學和生物的氨氮處理先進技術和有效方法，是工廠化水產養殖的重要課題。 氨氮在養殖水體中的積累會對魚類產生毒性作用，其中非離子氨對魚類毒性作用很大。工廠化養殖水體的氨氮總量一般不應超過1 mg/L，非離子氨不應超過0.02 mg/L（GB 11601－2000）。由於離子銨NH4+和非離子氨NH3在不同pH值條件下相互轉換，因此在控制養殖水體氨氮積累的同時，應注意pH值的調節。
2 氨氮處理技術
2.1 空氣吹脫
空氣吹脫的原理是應用氣液相平衡和介質傳遞亨利定律，在大量充氣的條件下，減少了可溶氣體的分壓，溶解於水體中的氨NH3穿過界面，向空中轉移，達到去除氨氮的目的。空氣吹脫的效率直接受到pH值的影響，在高pH值的條件下，氨氮大部分以非離子氨的形式存在，形成溶於水的氨氣：
HH4+ + OH－D NH4OH "H2O + NH3›
在pH值為11時，空氣吹脫可去除95%的氨氮，在正常養殖水體也可獲得一定的效果。
空氣吹脫應用的關鍵是pH值的調整，使處理過程既能提高處理的效率，又能適應養殖魚類對水體pH值的要求。同時空氣吹脫需要空氣的流量大，在低溫下水溫易受影響。
2. 2 離子交換吸附
離子交換吸附是應用氟石或交換樹脂對水體中的氨氮進行交換和吸附。氟石的吸附能力約為1 mg/g，設計適宜可吸附95%的氨氮，在達到吸附容量後，可用10%的鹽水噴林24小時進行再生，重複使用（ Stephen M. Meyer 2001）。在工廠化養殖中應用氟石有較好的效果，但其再生操作煩瑣、時間長。有些研究利用氟石作為生物處理的介質，在氟石上接種硝化細菌，達到提高生物處理效率的目的（Ori Lahav，1997）。
2.3 生物處理 生物處理是利用硝化細菌、亞硝化細菌和反硝化細菌對水中的氨氮進行轉化和去除。亞硝化細菌Nitrosomonas europaea and Nitrosococcus mobilis把氨氮轉化為亞硝酸鹽、硝化細菌 Nitrobacter winogradski and Genus Nitrospira 把亞硝酸鹽轉化為硝酸鹽。如果進行徹底脫氮處理，可利用反硝化細菌進行處理。由於反硝化過程是在厭氧條件下（溶解氧低於1 mg/L）進行，應用於水產養殖有一定的困難。研究表明，硝酸鹽對魚類的影響很小，一些養殖魚類可抵抗大於 200 mg/l濃度的硝酸鹽。因此，水產養殖水體的處理，很少應用反硝化過程。 生物處理具有投資少，效率高的特點，受到廣泛的關注和應用。有資料顯示，應用硝化和亞硝化細菌附著浮球進行氨氮處理，氨氮的轉化率為380 g/（m3·day），餌料負荷能力為32 kg/（m3·day）。 但是，硝化細菌的最佳生長溫度在30℃以上，溫度降低其活性降低，處理能力下降，低於15℃已經很難利用。研究低溫下優勢細菌的培養和保持技術，應該是我們研究的重要方向。
2. 4 臭氧氧化處理
臭氧作為消毒和去除懸浮物在水產養殖上獲得廣泛應用，其也有一定的氨氮氧化效果。研究表明臭氧的直接氧化可去除水體中氨氮的25.8%，在加入催化劑的條件下，可大幅度提高其氧化效率。在工廠化水產養殖水體中加入催化劑，也可大幅度提高氧化效率，可去除50%左右的氨氮。
臭氧氧化氨氮的方法在水產養殖上的應用還有待深入研究。由於臭氧氧化氨氮可把氨氮中的氮直接轉化為氮氣，去除了水質惡化的營養源，是一種有效的處理方法。利用催化方法提高臭氧氧化氨氮的效率，應用於養殖水體的處理，是水產養殖水體氨氮處理的一條新途徑。
同時，臭氧具有消毒殺菌和沉澱懸浮物的作用，如果能提高其氧化氨氮的效率，臭氧在處理養殖水體上的綜合利用將會有廣泛的應用前景，是重點研究的課題。
2. 5 電滲析處理
電滲析處理是極性電場技術和分子篩膜分離技術結合的處理技術，其工作原理是水體在電場的兩極流動時，水中的帶電離子在直流電場的作用下定向移動，陰離子透過陰膜進入陰離子集水槽，陽離子通過陽膜進入陽離子集水槽，從而可把水體中的離子氨去除。
由於水體中的氨氮在pH值為7的中性條件下，非離子氨僅為氨氮總量的0.55%，95%以上是離子氨，所以電滲析處理可獲得好的處理效果。電滲析處理具有分離效率高、裝置緊湊、自動化容易的特點，已經廣泛地應用於化工、食品、冶金和航天領域的水處理工程。結合工廠化水產養殖實際的養殖水體處理的電滲析設備，是工廠化水產養殖設施研究的新領域。
由於電滲析處理中的分離膜有很強的選擇性，容易受懸浮物的堵塞和有機物的汙染，需要頻繁的清洗，容易損壞，增加成本。因此，研究高強度膜材料是發展的趨勢。
三、有害氣體的處理
1 有害氣體產生的原因及性質
工廠化養殖水體中的有害氣體主要是魚類代謝呼吸產生的二氧化碳氣體，以微氣泡的形式存在於水中。
雖然二氧化碳氣體難溶於水，在一定條件下二氧化碳氣體可與水結合進行可逆反應形成碳酸。碳酸是弱酸，也會降低養殖水體的pH值，從而影響水質。其與水的結合反應為：
CO2 + H2O = H2CO3
碳酸極不穩定，在空氣中很容易分解為水與二氧話碳。因此，採取措施使養殖水體充分與空氣接觸，就可及時去除養殖水體中的二氧化碳氣體。
不僅如此，水中的二氧化碳對魚類也是非常有害的，二氧化碳氣體含量超過20 mg/L時，養殖魚類就會產生氣體壓力反應，表現為向水面或增氧設備集中，攝飼明顯減少。
2 二氧化碳去除技術
（1） 機械設備去除
利用增氧機或暴氣設備，在養殖水體中形成上下交換的水流，使水體充分與大氣接觸，達到分解碳酸，去除二氧化碳的目的。
（2 ）水力設計去除
在設計過程中，回水管和回水槽間留有一定高度的落差，使水流在回水過程中充分暴露在大氣中，分解碳酸。去除二氧化碳。
（3）充氣去除
在水流通過的水道上設置微氣泡釋放裝置，利用氣泡相互積累的特性，使散佈於水中的二氧化碳與釋放的氣泡結合，由氣泡把二氧化碳帶上水面，達到去除的目的。
四、pH的調節
1 pH降低的原因
在工廠化水產養殖系統中，由於魚類代謝產生的大量氨氮為硝化細菌提供了大量繁殖的生存條件，使得整個系統的管路、設施包括養殖池表面都產生了生物膜。硝化細菌的生長過程中，在消耗氨氮的同時，也產生酸性物質，從而降低了水體的鹼度。特別是在有生物處理設備的條件下， pH值降低的就更加明顯。在pH為7.5的水體，封閉運轉三天， pH就會降到6左右。同時，二氧化碳去除不及時徹底，也是pH值降低的一個重要原因。
pH過低，不僅影響養殖魚類的生長，而且會抑制硝化細菌和亞硝化細菌的活性，使生物處理失去作用。硝化細菌和亞硝化細菌在pH低於7時就會停止生長和繁殖，失去轉化氨氮的作用。因此，適時監測和調空pH值是非常必要的。
2 pH的調整方法
（1） 化學調節
在應用生物處理的系統中， pH的調節只能採用化學調節的辦法，可在水體加入Ca(OH)2和 NaOH 的辦法調節。所加藥量一般為投食率的17-20%。
（2）臭氧殺菌控制
在不使用生物處理的系統，pH的調節可採用在水中釋放適量臭氧的辦法，利用臭氧殺死系統各個部分附著的生物，避免微生物的硝化作用。一般在臭氧含量在0.1mg/L，就可以有效殺微生物。
（3）利用反硝化作用
在系統中設置反硝化設備，使反硝化過程產生的鹼性物質平衡硝化過程的酸性物質。不過，由於反硝化作用是在厭氧的條件下進行，水產養殖系統很難利用。
工廠化養殖的自動監測與控制工廠化養殖的自動監測與控制自動監測和控制系統是封閉循環式工廠化水產養殖的保證條件。由於養殖密度大，水質變化快，水質控制不好容易引起事故的發生，造成生產損失。自動監測和控制參數主要包括水位、水溫、溶解氧、濁度、鹽度、pH、電導率、氨氮和硝酸鹽等，通過監測和控制這些參數，把水質控制在養殖要求的範圍內。
2、儀表和傳感器的選擇
儀表和傳感器選擇的原則是實用、準確、耐用、經濟。在此基礎上，要考慮兩個方面的因素：一是考慮對環境的適應情況，要選擇適應溫度範圍大、溼度大的環境條件。二是要考慮精度要求，根據水質指標控制的要求，要選擇比控制精度精確一位的傳感器和儀表。
例如：溶解氧應該控制在 5 mg/L以
3、執行部分
系統的執行部分是控制水質的執行元件，主要包括水泵、電磁閥、增氧設備、pH值調節設備等。其中控制最多的是電磁閥。當監測水質顯示濁度過高時，主機輸出端控制的電磁閥將進行排汙、反衝、補水等系列動作，使懸浮物的含量降低，符合養殖要求。當監測水質pH<7時，主機輸出端控制的pH調節設備將把調節pH的物資加入養殖水體，以保證水體的鹼度。
應當注意的是，有些必須控制的水質指標，目前還沒有很好的調控辦法，應根據監測顯示的數值情況進行適時的人工調節，以免使養殖水質失去控制，引起不必要的損失。例如：氨氮濃度和亞硝酸鹽的控制等均沒有辦法在運行過程中調節，只能在設計時把處理能力放大，留出一定的安全空間。
4、系統軟件的開發 軟件是整個系統的核心部分，沒有系統軟件的開發，整個監測和控制系統將無法完成。一般利用現有的計算機操系統作為開發平臺，例如windows操作系統，利用其圖形功能，易學易用。 系統軟件一般主要包括實時監測模塊、系統參數設定模塊、控制參數設定模塊、數據處理模塊、文件管理模塊、幫助模塊。其流程圖為：
工廠化養殖系統的水力學設計 系統的水力學設計主要包括循環水泵流量、揚程和動力確定。1、流量的確定循環流量的確定考慮兩個方面的因素:一是要考慮養殖對象對養殖水體的交換量的要求；二是要考慮水處理設備對水體交換量的要求。養殖對象不同，對水體交換量的要求也不同。對於高耗氧的鮭鱒魚類和鱘魚類一般不低於1次/小時。
其他魚類可根據養殖對象的要求來確定。水處理設備主要是生物處理的設備。根據生物硝化氨氮的性能，水體交換量一般不低於1次/2小時。低於該值，生物處理就會出現處理不徹底，氨氮和亞硝酸鹽在水中的積累。 因此，流量可以根據單位時間水體的交換次數和養殖水體的體積來計算： Q = n·V (m3/hr) 其中： Q表示流量（m3/hr）； V表示養殖水體體積m3； n表示單位時間交換的次數hr-1。
2、揚程的確定循環水泵的揚程應根據系統管路設計和中間設備的阻力情況來確定。水力揚程在水流通過管路進入處理設備和養殖罐的過程中，將產生沿程損失和局部阻力損失，這些損失可根據所選管路的尺寸和設備情況計算。設計計算公式為：(見圖)式中：H0—揚程，m；P1—水泵出口壓力，MP；P2—水泵進水口壓力，MP；γ—水的重度，N/m3；h—水路高度，m；V—流速，m/s；g—重力加速度，m/s2；λ—沿程阻力系數； l—管道長度，m；d—水力直徑，m；ξ—局部阻力系數。此主題相關圖片如下：
3、循環水泵消耗的動力
根據前述的設計計算所得到的流量、揚程可以確定循環所消耗的動力為：
N=γ·Q·H0(W)
其中：
N—所需要的功率，W；
γ—水的重度，N/m3；
Q—流量，m3/hr；
H0—揚程，m。
4、補水水泵
在工廠化循環養殖中，由於沖洗、調節水質等要求，需要一定的水源補充，一般每天補水量約為總水量的10%，因此，應該備有補水水源和水泵。
相關推薦
