低碳·高效的池塘循環(huán)流水養(yǎng)殖系統(tǒng)模塊建設(shè)及功能分析

顧樹庭，杜興偉，楊小猛

(蘇州市申航生態(tài)科技發(fā)展股份有限公司，江蘇蘇州 215221)

?

低碳·高效的池塘循環(huán)流水養(yǎng)殖系統(tǒng)模塊建設(shè)及功能分析

顧樹庭，杜興偉，楊小猛

(蘇州市申航生態(tài)科技發(fā)展股份有限公司，江蘇蘇州 215221)

摘要[目的]設(shè)計、建設(shè)一套滿足我國當(dāng)前水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)工業(yè)化、節(jié)約化需求的養(yǎng)殖系統(tǒng)。[方法]對現(xiàn)有養(yǎng)殖池塘進行改造，結(jié)合工程化施工，建造3條流水槽；利用氣提式推水裝置營造流水養(yǎng)魚的效果；通過沉淀池及微濾器作用將養(yǎng)殖魚類代謝廢物收集、壓縮、重新利用；在套養(yǎng)魚區(qū)利用濾食性魚類進行水質(zhì)凈化。[結(jié)果]每條流水槽均可單獨飼養(yǎng)不同種類、不同規(guī)格的魚類；養(yǎng)殖池塘水循環(huán)利用，整個養(yǎng)殖周期內(nèi)達到污水零排放；經(jīng)處理后的水質(zhì)達到水源水標準。 [結(jié)論]該養(yǎng)殖系統(tǒng)具有養(yǎng)殖水體循環(huán)利用、可進行高密度精養(yǎng)、降低生態(tài)環(huán)境壓力等優(yōu)點，是一種高效、生態(tài)、環(huán)境友好型的養(yǎng)魚新技術(shù)。

關(guān)鍵詞流水養(yǎng)殖；高效；低碳；模塊建設(shè)；流水槽；水體循環(huán)

在眾多的水產(chǎn)養(yǎng)殖方式中，池塘養(yǎng)殖仍是最主要的形式[1]。通過加強管理、選擇優(yōu)良苗種、定期更換池水等方式，池塘養(yǎng)殖也能取得不錯的經(jīng)濟效益。然而，隨著經(jīng)濟社會和飼料養(yǎng)魚技術(shù)的發(fā)展，水資源匱乏、環(huán)境污染及生態(tài)環(huán)境壓力等問題日益受到人們的重視，傳統(tǒng)的池塘養(yǎng)殖方式所暴露的問題也越來越嚴重。池塘養(yǎng)殖是在一個自身相對閉合的區(qū)域內(nèi)從事養(yǎng)殖活動。養(yǎng)殖水體既是養(yǎng)殖對象的生活場所，也是糞便、殘餌等的分解場所以及浮游生物的培育池[2]。在這種“三池合一”的養(yǎng)殖方式中，池塘所具備的各種功能是混淆的，池塘中的消費者、生產(chǎn)者和分解者所處的位置也是不確定的，這就增加了管理的難度，容易造成生態(tài)失衡[3]。在池塘高密度養(yǎng)殖模式下，養(yǎng)殖對象產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物不能被及時分離和降解，容易造成水質(zhì)惡化，這需要定期換水來調(diào)節(jié)水質(zhì)，向環(huán)境中排放大量未經(jīng)處理的養(yǎng)殖尾水或污水，造成生態(tài)環(huán)境壓力日益增加[4]。水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)迫切需要一種將不同生態(tài)功能單元獨立出來，根據(jù)各區(qū)塊的功能不同進行模塊化建設(shè)的養(yǎng)殖系統(tǒng)，以提高養(yǎng)殖生產(chǎn)和污物降解的效率。鑒于此，蘇州市申航生態(tài)科技發(fā)展股份有限公司與美國大豆出口協(xié)會于2013年底進行合作，開展了低碳、高效、池塘循環(huán)流水養(yǎng)殖草魚新技術(shù)的示范試驗。該試驗是將傳統(tǒng)養(yǎng)殖池塘進行改造，結(jié)合磚混結(jié)構(gòu)，將養(yǎng)殖過程中所需要的養(yǎng)殖區(qū)域、凈化區(qū)域隔離開，各模塊單獨建造。改造后的養(yǎng)殖系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)池塘養(yǎng)殖中水資源浪費、養(yǎng)殖品種單一、能耗大及勞動力成本高等缺點，具有養(yǎng)殖水體可循環(huán)利用、可進行高密度精養(yǎng)、降低能耗和勞動力成本、降低生態(tài)環(huán)境壓力等優(yōu)點[5]。經(jīng)過2年的試驗與總結(jié)，這種新的養(yǎng)殖方式已經(jīng)接近成熟，現(xiàn)將池塘的改造過程及各模塊的功能進行詳細介紹，以期為廣大養(yǎng)殖戶提供一種新的可參考的養(yǎng)殖方法，并為系統(tǒng)推廣過程提供更科學(xué)的依據(jù)。

1改造與修建

1.1池塘條件試驗所采用的養(yǎng)殖池塘位于蘇州市申航生態(tài)科技發(fā)展股份有限公司長漾基地內(nèi)，將原有的4口養(yǎng)殖池塘進行改造，建成一個面積約2 hm2、四周為圓弧狀的魚塘(圖1)。對漏水、滲水的地方進行維修，平整池底，將過厚的底泥挖出，保持底泥厚5～10 cm。水源為符合國家Ⅱ～Ⅲ類水標準的長漾湖湖水，周邊無化工廠等污染源，水質(zhì)滿足養(yǎng)殖用水標準。在進水口處設(shè)置80目尼龍過濾網(wǎng)，防止野雜魚進池。

1.2主養(yǎng)殖區(qū)在改造的養(yǎng)殖魚塘中，采用空心磚和混凝土結(jié)構(gòu)新建1#、2#、3#共3 只流水槽(圖1)，其中1#、2#流水槽規(guī)格相同，均為長22 m，寬5 m，深2 m的槽體，3#流水槽為長22 m，寬3 m，深2 m(圖2)。在每只流水槽的上游，均安裝1組氣提式曝氣推水增氧設(shè)備，下游建有污物收集單元1組[5]。流水槽前后端分別插入相應(yīng)規(guī)格的攔網(wǎng)，以防止魚苗逃出流水槽。另在槽體底部加裝有微孔曝氣增氧管5組，以確保養(yǎng)殖后期水體中溶氧含量充足。于流水槽槽體的前后端建有40 cm寬的步道，滿足養(yǎng)殖人員的活動需求。

1.3凈化區(qū)養(yǎng)殖池塘中除主養(yǎng)殖區(qū)外的其他水面均可看作凈化區(qū)，只是在不同的區(qū)域采用的凈化生物不同(圖1)。在離流水槽下游較近的水面選擇使用蘆葦、高稈水稻或浮床種植各種蔬菜、水草等凈化植物[3-5]。凈化區(qū)內(nèi)還需套養(yǎng)一定數(shù)量的鰱、鳙魚等濾食性魚類，將小顆粒的污物及殘餌予以清除。

圖1　低碳、高效的池塘循環(huán)流水養(yǎng)殖系統(tǒng)整體示意Fig.1　The overall schematic of recirculating raceway system with low carbon and high efficiency

圖2　低碳、高效的池塘循環(huán)流水養(yǎng)殖系統(tǒng)槽體結(jié)構(gòu)示意Fig.2　Trough structure of recirculating raceway system with low carbon and high efficiency

1.4養(yǎng)殖模式試驗期間，采用半封閉式養(yǎng)殖模式。參考陳文華等[5]的試驗，試驗池不向外排水，只在水位低于1.6 m后加注部分新水，以補充自然蒸發(fā)和滲漏造成的水體損失。

2各模塊功能分析

2.1流水槽主養(yǎng)區(qū)槽體的修建參考了池塘工程化養(yǎng)殖系統(tǒng)中池塘內(nèi)跑道式養(yǎng)殖模式[2]，選擇空心磚與混凝土相結(jié)合的方式，具有結(jié)實、耐用和維護簡便等優(yōu)點。每條流水槽可單獨飼養(yǎng)或套養(yǎng)不同品種的養(yǎng)殖魚類，以提高養(yǎng)殖效率。上游的曝氣推水單元固定在水泥槽體上，渦輪式鼓風(fēng)機向微孔增氧進氣管進氣后，水流隨氣體向上運動，當(dāng)遇到45°～60°的傾斜擋板后，溶氧飽和的水流只能向養(yǎng)殖單元單向運動，推動水流向養(yǎng)殖水槽后緣運動，能將槽體中的水以0.2 m/min的速度向下游推送。槽體前后端的攔網(wǎng)具有防止養(yǎng)殖魚類出逃的功能，網(wǎng)眼大小可根據(jù)養(yǎng)殖魚類放苗時的規(guī)格選擇，也可在攔網(wǎng)上固定一層網(wǎng)眼合適的漁網(wǎng)，當(dāng)養(yǎng)殖魚類生長到合適的規(guī)格后再將漁網(wǎng)拆除。固定于槽體底部的增氧單元具有增加水體容氧量和減緩排泄物沉淀的功能，當(dāng)推水增氧單元不能滿足養(yǎng)殖魚類對水體溶氧的需求時，可增開底增氧，以增加水體中溶氧量，滿足魚類需求。流水槽下游的集污池能夠沉淀、收集魚類的排泄物及吃剩的飼料，然后利用吸污設(shè)備將污物沉淀、脫水、發(fā)酵處理，轉(zhuǎn)變?yōu)楣瞎?、蔬菜、花卉等的高效有機肥料[5]。

2.2凈化區(qū)試驗的設(shè)計初衷為用5%的池塘面積作為養(yǎng)殖品種的生活區(qū)，即主養(yǎng)區(qū)，其他95%的水面均作為水體凈化區(qū)。如圖1所示，在凈化區(qū)，流水槽后緣的水體中，種植有蘆葦、菖蒲、高稈稻等挺水植物，或者用浮床種植各種蔬菜、花卉、水草等凈化植物。通過植物的沉淀、吸收、轉(zhuǎn)化作用可將大量的魚類小顆粒糞便及殘餌予以清除，同時對于養(yǎng)殖魚體生長過程中所排出的氨氮、亞硝酸鹽、硫化物等代謝廢物亦可轉(zhuǎn)化吸收，成為植物生長的N、P肥原料。在凈化區(qū)套養(yǎng)的鰱魚、鳙魚等濾食性魚類以藻類為食，將藻類富集的N、P營養(yǎng)鹽逐步轉(zhuǎn)換到濾食性魚類體內(nèi)，從而降低了水體中的N、P含量[6]。另外，濾食性魚類還能攝食水體中的有機碎屑和浮游生物，其濾食活動能顯著降低養(yǎng)殖魚類產(chǎn)生的有機顆粒含量[7]。當(dāng)水流循環(huán)一周再次回到流水槽上游時(圖1中的清水區(qū)位置)，水質(zhì)已基本接近水源水，可完全滿足養(yǎng)殖用水要求(pH為6.5～8.5，NH3-N含量低于0.03 mg/L，NO2-N含量低于0.02 mg/L，溶解氧大于5 mg/L)。

3結(jié)論與討論

槽體的修建選用空心磚和混凝土結(jié)構(gòu)，雖具有結(jié)實、耐用等優(yōu)點，但難免過于笨重，成本偏高，修建程序繁瑣，且折舊率基本為零。目前，已研發(fā)出新的槽體材料，如玻璃鋼、不銹鋼等，具有輕便、可分段式生產(chǎn)、易組合安裝等優(yōu)點。同時，不銹鋼材料的折舊率很高，可大大降低槽體的修建成本。在流水槽建造、推廣過程中，可考慮將不銹鋼作為槽體更新?lián)Q代的首選材料。另外，養(yǎng)殖槽體的結(jié)構(gòu)到底需要何種規(guī)格，不同的研究者亦采用不同的規(guī)格，有10.0 m×2.0 m×2.0 m[8]，也有25.0 m×3.0 m×1.5 m[9]。該試驗所采用的規(guī)格是根據(jù)草魚的生長特性所設(shè)計，是否適合其他品種的養(yǎng)殖魚類，還需要作進一步驗證。因此，不同養(yǎng)殖品種，應(yīng)選用不同規(guī)格的流水槽，不應(yīng)該將流水槽的長寬比作固定的要求，可根據(jù)實際情況進行調(diào)整。

該試驗將曝氣推水單元固定于流水槽的上游，采用渦輪式鼓風(fēng)機向曝氣增氧管中通氣，使水流隨之運動，以此作為整個系統(tǒng)的動力源。鼓風(fēng)機的功率、每分鐘的進氣量、推水速度及擋板角度均會影響系統(tǒng)的運作。多數(shù)魚類具有溯流而上的生物學(xué)習(xí)性，在設(shè)計進氣量和推水速度時，應(yīng)避免過高的水流速度對吃食魚類餌料系數(shù)和魚肉品質(zhì)產(chǎn)生影響[3]。該試驗設(shè)計的0.2 m/min的水流速度是根據(jù)草魚的最大巡航速度來確定的，在實際養(yǎng)殖過程中，最好不超過這一極限值，否則會導(dǎo)致飼料系數(shù)增高，養(yǎng)殖效益下降。擋板的角度是水流速度的決定因素之一[2，9]，設(shè)計合理的擋板角度既能節(jié)省建造材料，又能對曝氣量充分利用，從而達到降低能耗的目的。已報道的氣提水單元的擋板角度大多為45°～60°或1 /4 圓弧[5，8-9]。該試驗采用的是60°直板式設(shè)計，其形成的水流在水體表面可被明顯觀察到，草魚呈現(xiàn)明顯的頂水現(xiàn)象。

養(yǎng)殖魚類代謝廢物及殘餌收集單元的建設(shè)應(yīng)選擇效果優(yōu)良、價格實惠的設(shè)施裝備，工業(yè)化廢水處理中的設(shè)施和解決方案利用物理[10]、化學(xué)[11]等原理雖能取得良好的凈化效果，但價格過于昂貴，在水產(chǎn)養(yǎng)殖中很少使用。該設(shè)計中使用的是較為經(jīng)濟的方法，利用魚糞和殘餌的重力作用，使其自然沉淀在流水池尾部的特定區(qū)域內(nèi)，再通過吸污設(shè)備進行清除[3]。雖不能做到100%清除，但配合水生植物與濾食性魚類的凈化作用，亦可達到良好的水質(zhì)凈化效果。在接下來的改良中，將引入排污效果更好、價格也相對實惠的沉淀處理設(shè)備。

低碳、高效的池塘循環(huán)流水養(yǎng)殖系統(tǒng)真正實現(xiàn)了池塘工廠化管理、集約化養(yǎng)殖，實現(xiàn)整個養(yǎng)殖周期內(nèi)養(yǎng)殖水體循環(huán)利用、養(yǎng)殖污水零排放。通過近3年的養(yǎng)殖示范試驗證明，該養(yǎng)殖系統(tǒng)符合我國對水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)健康養(yǎng)殖及可持續(xù)發(fā)展理念的要求，是一種高效、生態(tài)、環(huán)境友好型的養(yǎng)魚新技術(shù)。

參考文獻

[1] TIDWELL J H.Partitioned aquaculture systems[M]//Aquaculture production systems.Iowa：Wiley-Blackwell，2012：308-342.

[2] YOO K H，MASSER M P，HAWCROFT B A.An in-pond raceway system incorporating removal of fish wastes[J].Aquacultural engineering，1995，14(2)：175-187.

[3] 金武，羅榮彪，顧若波，等.池塘工程化養(yǎng)殖系統(tǒng)研究綜述[J].漁業(yè)現(xiàn)代化，2015，42(1)：32-37.

[4] 文樂元，肖光明，王錫榮.淡水養(yǎng)殖水質(zhì)調(diào)控技術(shù)[J].湖南農(nóng)業(yè)，2008(7)：16-17.

[5] 陳文華，聶家凱，閆磊，等.低碳高效池塘循環(huán)流水養(yǎng)殖草魚新技術(shù)試驗總結(jié)[J].科學(xué)養(yǎng)魚，2014(10)：20-23.

[6] 陳少蓮，劉肖芳，華俐.鰱鳙在東湖生態(tài)系統(tǒng)的氮、磷循環(huán)中的作用[J].水生生物學(xué)報，1991，6(1)：8-12.

[7] 宋亞洲，渠沖，劉忠華.生態(tài)修復(fù)技術(shù)在養(yǎng)殖池塘水處理中的應(yīng)用[J].水產(chǎn)養(yǎng)殖，2009(7)：22-24.

[8] BROWN T W，CHAPPELL J A，BOYD C E.A commercialscale，in-pond raceway system forIctaluridcatfishproduction[J].Aquacultural engineering，2011，44(3)：72-79.

[9] HUGGINS D L，PIEDRAHITA R H，RUMSEY T.Analysis of sediment transport modeling using computational fluid dynamics(CFD)for aquaculture raceways[J].Aquacultural engineering，2004，31(3)：277-293.

[10] 丁永良.納米科技在農(nóng)(漁)業(yè)和節(jié)能環(huán)保上的應(yīng)用[J].漁業(yè)現(xiàn)代化，2006(2)：10-11.

[11] 丁茂昌，蒲南書，陳建邦，等.養(yǎng)殖池排污水循環(huán)處理技術(shù)的研究[J].漁業(yè)現(xiàn)代化，2005(4)：17-19.

Module Construction and Function Analysis of a Recirculating Raceway System with Low Carbon and High Efficiency

GU Shu-ting, DU Xing-wei, YANG Xiao-meng

(Suzhou Municipal Shenhang Eco-Technology Development Co., Ltd., Suzhou, Jiangsu 215221)

Abstract[Objective] To design and build a set of cultivation system to satisfy China’s aquaculture demand of industrialization and economy. [Method] Through the pond modification and engineerization construction, we constructed three flumes in a pond combination with engineering, created the effect of recirculating raceway fish farming by gas pushing device, then, collected fish metabolic waste to reuse, and used bighead carp to clean up culture water. [Result] Each tank could keep different types of fishes with different specifications. Water recycle of aquaculture pond could achieve zero discharge of sewage in the breeding cycle. The water after processing reached the standard of source water. [Conclusion] The recirculating raceway system had the advantages of water circulating utilization, high density and low pressure of ecological environment. It is a new fish culture technology of high efficiency, ecology and environment friendly.

Key wordsRecirculating aquaculture; High efficiency; Low carbon; Module construction; Trough; Water circulation

作者簡介顧樹庭(1964- )，男，江蘇蘇州人，從事水產(chǎn)養(yǎng)殖研究。

收稿日期2016-02-21

中圖分類號S 954

文獻標識碼A

文章編號0517-6611(2016)10-312-03