對(duì)蝦高位池中央排污口裝置排污效果研究

李春曉， 翁 雄， 陳楷亮， 楊 鏗， 許曉能， 楊文君

(1 汕頭市海洋與水產(chǎn)研究所，廣東 汕頭 515000；2 中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院南海水產(chǎn)研究所，農(nóng)業(yè)部南海漁業(yè)資源開(kāi)發(fā)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510300)

對(duì)蝦高位池中央排污口裝置排污效果研究

李春曉1， 翁 雄2， 陳楷亮1， 楊 鏗2， 許曉能1， 楊文君1

(1 汕頭市海洋與水產(chǎn)研究所，廣東 汕頭 515000；2 中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院南海水產(chǎn)研究所，農(nóng)業(yè)部南海漁業(yè)資源開(kāi)發(fā)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510300)

高位池通常采用中央排污口排污，排污口上的排污裝置是高位池的重要部件，其構(gòu)造直接影響排污效果，是高位池養(yǎng)殖成敗的重要因素。為解決傳統(tǒng)排污口排污易堵塞和無(wú)法吸排底部沉積物的問(wèn)題，研制了側(cè)排式排污口裝置SC-1、SC-2和頂排式排污口裝置SD-1，在生產(chǎn)中應(yīng)用并實(shí)測(cè)其排污效果。試驗(yàn)采用分時(shí)段測(cè)定排出口流速和總氮的方法，研究3種新型排污口的應(yīng)用效果。結(jié)果顯示，在養(yǎng)殖前期，SC-1型和SC-2型排污口裝置的排污性能均優(yōu)于SD-1，側(cè)排式排污口裝置的單次累計(jì)排氮量比頂排式的提高18.9%(P<0.05)。通過(guò)改進(jìn)中央排污口裝置構(gòu)造，可顯著提高排污效率。研究表明，側(cè)排式排污口裝置對(duì)構(gòu)建低換水率高位池對(duì)蝦養(yǎng)殖模式、實(shí)現(xiàn)低換水量養(yǎng)殖，具有積極意義。

對(duì)蝦養(yǎng)殖；高位池；排污口裝置；排污

目前的排污裝置大多是在圓池底部設(shè)計(jì)錐形沉降器和排污管，通過(guò)水流旋轉(zhuǎn)收集排出沉積物[13-14]，而高位池排污方面的研究成果幾乎是空白，文獻(xiàn)資料極少。本研究設(shè)計(jì)的高效排污裝置，以消耗水量少為前提，吸排池底的顆粒性聚積物。根據(jù)應(yīng)用調(diào)查和排水性能初篩，從設(shè)計(jì)方案中優(yōu)選出側(cè)排式排污口裝置SC-1、SC-2和頂排式排污口裝置SD-1，將這3種裝置在養(yǎng)殖生產(chǎn)中試驗(yàn)使用，測(cè)定排出的總氮，以氮為標(biāo)記，比較3種排污口裝置的物理性排污性能。

1 材料與方法

1.1 池塘情況

于2014年8—10月在廣東省汕頭市和潮州市進(jìn)行試驗(yàn)。用于試驗(yàn)的高位池塘為正方形、全池鋪設(shè)地膜、中央排污，中央排污出水口為DN200 PVC管，池塘規(guī)格及排污口裝置類型見(jiàn)表1。試驗(yàn)池塘編號(hào)T1～T4，T1、T2為試驗(yàn)A組，兩池塘的構(gòu)造相同，T1應(yīng)用圓形側(cè)排排污口裝置(SC-1)，T2應(yīng)用方形頂排排污口裝置(SD-1)，對(duì)比兩者的排污效果。T3、T4為試驗(yàn)B組，兩池塘的構(gòu)造相似，T3應(yīng)用方形側(cè)排排污口裝置(SC-2)，T4應(yīng)用SD-1，對(duì)比兩者的排污效果。

試驗(yàn)池的中央排污口周邊呈鍋底形，利于集污、排污。排污口裝置采用專利技術(shù)[15]設(shè)計(jì)建造，SC-1(圖1)，直徑1.0 m，鋼混結(jié)構(gòu)，通過(guò)側(cè)面的柵式防逃欄排水，頂蓋為半球形。SC-2(圖2)，邊長(zhǎng)1.2 m，通過(guò)側(cè)面的柵式防逃欄排水，頂蓋為平板式。SD-1(圖3)，方形，1.0 m×1.34 m，通過(guò)頂部穿孔式防逃板排水。

表1 試驗(yàn)池塘及排污口裝置類型

圖1 圓形側(cè)排中央排污口裝置(SC-1)Fig.1 Round side-discharge central draining outlet device(SC-1)

圖2 方形側(cè)排中央排污口裝置(SC-2)Fig.2 Square side-discharge central draining outlet device(SC-2)

圖3 頂排式中央排污口裝置(SD-1)Fig.3 Top-discharge central draining outlet device(SD-1)

各池的排污管匯集至總排污管，再排入污水處理池塘進(jìn)行處理。處理池塘為土塘，總面積約1 hm2，由沉淀池和生物處理池組成；污水先經(jīng)沉淀池沉淀，再流入生物處理池處理后外排。生物處理池塘養(yǎng)殖有江蘺、鱸魚(yú)、羅非魚(yú)等，定期施放有益菌；沉淀池定期抽吸或清理污泥，并用污泥車外運(yùn)低洼處填埋。

1.2 設(shè)施情況

每口池塘對(duì)角安放功率1.5 kW的射流式增氧機(jī)2臺(tái)、功率0.75 kW水車式增氧機(jī)2臺(tái)，養(yǎng)殖后期視情況增加增氧機(jī)配置。配置射流式增氧機(jī)，既能增氧還產(chǎn)生渦流，利于加強(qiáng)池底廢物的聚集效果。配置羅茨鼓風(fēng)機(jī)充氣增氧，使水體中保持充足的溶氧。

1.3 養(yǎng)殖方法

海水抽取自海邊砂井后進(jìn)入蓄水池，經(jīng)沉淀、紫外光和氯劑殺菌消毒處理，再曝氣1 d 后使用。養(yǎng)殖20 d內(nèi)一般不換水，養(yǎng)殖20～45 d，每天排污2～6次，每天換水率在1%以內(nèi)，這個(gè)時(shí)期添加的海水需經(jīng)嚴(yán)格消毒；養(yǎng)殖45 d后開(kāi)始換水，每天換水6次，每天換水率3%～12%，隨養(yǎng)殖時(shí)間推移逐步增加換水率。羅茨鼓風(fēng)機(jī)和水車式增氧機(jī)的開(kāi)啟視情況而定，一般每天4～6次；射流式增氧機(jī)每4 h開(kāi)動(dòng)1次，每次1～3 h。

T1和T2、T3和T4，都是同期放苗，養(yǎng)殖操作相同。養(yǎng)殖品種為凡納濱對(duì)蝦(Litopenaeusvannamei)，蝦苗投放規(guī)格為體長(zhǎng)0.8 cm，蝦苗經(jīng)特定病毒檢驗(yàn)為不帶病毒，弧菌檢測(cè)陰性。蝦苗放養(yǎng)密度為每畝18萬(wàn)尾。養(yǎng)殖全過(guò)程在水中添加芽孢桿菌制劑，引導(dǎo)有益菌生長(zhǎng)。根據(jù)溶解性總氮濃度，適當(dāng)添加蔗糖渣等碳源。每天投喂飼料6次。試驗(yàn)期間，鹽度21～32，水溫23～31℃，DO 4.9～6.2 mg/L，pH 7.7～8.5。

1.4 試驗(yàn)方法

(1)儀器及測(cè)定方法?？偟?TN)采用HACH公司DR890多參數(shù)比色計(jì)，HACH的0.5～25.0 mg/L總氮試劑；水中懸浮物(SS)采用重量法[16]測(cè)定；排污口流速采用LS300便攜式流速測(cè)速儀；溶解性總氮(DTN)為樣品經(jīng)過(guò) Whatman GF / F 濾膜過(guò)濾后的濾液中的溶解性總氮；池底排污有效面積估算，采用PVC管吸底泥結(jié)合水下視頻觀察。

(2)取樣及計(jì)算方法。排污口聚積物取樣采用DN32的PVC管在排污口抽吸，排污前取樣。測(cè)定流速時(shí)測(cè)速儀安放于排污管出水口處。排出廢水的取樣：排污時(shí)在集污井的排水口進(jìn)行人工取樣，每次取樣500 mL，每隔15 s進(jìn)行1次取樣和流速測(cè)定，觀察到出水口的出水完全變清即可停止取樣。根據(jù)各時(shí)間點(diǎn)TN數(shù)據(jù)及流速數(shù)據(jù)，采用多時(shí)間段累加方法，累計(jì)1次排污過(guò)程的排氮量。一次排污過(guò)程的排氮量計(jì)算公式為：

(1)

式中：Ntotal—一次排污過(guò)程的排氮量，g；n—取樣次數(shù)；Ni—一個(gè)取樣時(shí)段內(nèi)的平均總氮濃度，mg/L；Δt—取樣間隔時(shí)間，s;例如，取樣間隔時(shí)間Δt為15s，N1為0～15s之間的平均總氮濃度，N2為15～30s之間的平均總氮濃度，如此類推；v—排水口流速，m/s；R—排污管半徑，m。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及處理

2 結(jié)果

2.1 排污裝置排出總氮濃度的時(shí)間變化特征

(1)SC-1與SD-1比較。圖4是養(yǎng)殖40d時(shí)SC-1與SD-1排出總氮濃度的時(shí)間變化特征，可以看出，剛開(kāi)始排污時(shí)廢水總氮濃度最高，隨時(shí)間迅速下降，60s左右時(shí)，總氮濃度接近池水，SC-1曲線在SD-1的上方，SC-1排出污的總氮濃度自始至終高于SD-1。同時(shí)測(cè)得的池水?dāng)?shù)據(jù)顯示：T1池水TN為2.0mg/L，池水溶解性總氮為0.9mg/L，排污口的溶解性總氮為1.1mg/L；T2池水TN為1.9mg/L，溶解性總氮為0.8mg/L，排污口溶解性總氮為1.0mg/L。溶解性總氮濃度較低，排出廢水中的氮主要來(lái)源于顆粒狀含氮有機(jī)物。圖5是養(yǎng)殖50d時(shí)的時(shí)間變化特征，與40d時(shí)較為相似，只是兩者的特征曲線靠得很近，顯示兩種排污裝置此時(shí)的效果相差不明顯。因此認(rèn)為兩種排污裝置均有不錯(cuò)的排污效果。

圖4 SC-1與SD-1排出總氮濃度的 時(shí)間變化特征(40 d)Fig.4 The characteristic of total nitrogen dischargeconcentrations of SC-1 and SD-1 in terms oftime change (40 d)

圖5 SC-1與SD-1排出總氮濃度的 時(shí)間變化特征(50 d)Fig.5 The characteristic of total nitrogen dischargeconcentrations of SC-1 and SD-1 in terms oftime change (50 d)

(2)SC-2與SD-1比較。圖6是養(yǎng)殖40d時(shí)SC-2與SD-1排出總氮濃度的時(shí)間變化特征。可以看出，剛開(kāi)始排污時(shí)廢水總氮濃度最高，隨時(shí)間迅速下降，60～75s左右時(shí)，總氮濃度接近池水，SC-2曲線在SD-1的上方，SC-2排出污的TN濃度自始至終高于SD-1。圖7是養(yǎng)殖50d時(shí)SC-2與SD-1排出總氮濃度的時(shí)間變化特征，與40d時(shí)較為相似，只是兩者的特征曲線靠得很近，顯示兩種排污裝置此時(shí)的效果相差不明顯。這一組(B組)與上一組(A組)有相似的結(jié)果。

圖6 SC-2與SD-1排出總氮濃度的 時(shí)間變化特征(40 d)Fig.6 The characteristic of total nitrogen dischargeconcentrations of SC-2 and SD-1 in terms oftime change (40 d)

圖7 SC-2與SD-1排出總氮濃度的 時(shí)間變化特征(50 d)Fig.7 The characteristic of total nitrogen dischargeconcentrations of SC-2 and SD-1 in terms oftime change (50 d)

2.2 側(cè)排式和頂排式排污時(shí)的單次排氮量比較

從排出總氮濃度的時(shí)間變化特征中看出，A組與B組有相似的結(jié)果，加上A組中的SC-1制作較為復(fù)雜，實(shí)際上較少使用。試驗(yàn)過(guò)程中僅比較和統(tǒng)計(jì)B組的SC-2和SD-1單次排氮量。分別在養(yǎng)殖40d及50d時(shí)，比較SC-2與SD-1排污裝置的單次排氮量差異，結(jié)果如圖8所示，40d時(shí)，P<0.05，兩者具有顯著性差異；50d時(shí)，P>0.05，兩者無(wú)顯著性差異。

40d時(shí)，SC-2均值為(62.25±1.79)g，SD-1的均值為(52.34±1.67)g，側(cè)排式(SC-2)排污口的單次累計(jì)排氮量比頂排式(SD-1)的提高18.9%(P<0.05)。

圖8 SC-2和SD-1單次排氮量比較Fig.8 The comparison of nitrogen discharge amount bysingle time with SC-2 and SD-1 draining outlets

2.3 池底聚積物吸排有效面積的觀察比較

通過(guò)膠管吸底法評(píng)估池底的干凈程度，側(cè)排式吸排面積較大，可達(dá)到半徑1.5m的面積；頂排式吸排面積較小，與防逃板(1.00×1.37m)面積相似。同時(shí)觀察到廢水聚積的區(qū)域半徑達(dá)3～5m。

3 討論

3.1 不同排污口裝置的構(gòu)造特點(diǎn)及排污效果分析

本試驗(yàn)測(cè)試的3種排污口裝置，構(gòu)造各不相同，是以行業(yè)中常用的排污口裝置為基礎(chǔ)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)后制造的。SC-1和SC-2都是側(cè)排式，頂部不能排污，廢水只從側(cè)面的柵式防逃欄排出，排污時(shí)可以帶走周邊的聚積物，增大排污面積，試驗(yàn)結(jié)果表明，池底聚積物吸排有效面積要比頂排式的大，單次排氮量也優(yōu)于頂排式。在SC-1與SC-2中，前者為半球形頂蓋，設(shè)計(jì)用于引導(dǎo)聚積物下滑，避免污物沉積，但實(shí)際使用時(shí)發(fā)現(xiàn)，SC-2平板式頂蓋板也并未有污物沉積。由于SC-2具有易制作等優(yōu)點(diǎn)，因而被推薦使用。頂排式排污裝置的構(gòu)造較簡(jiǎn)單，廢水通過(guò)頂部的穿孔式防逃板排出，但其對(duì)周邊沉積物的吸排效果不好，排水時(shí)容易形成渦流，會(huì)出現(xiàn)只排走表層水的現(xiàn)象。排污時(shí)，有效排污時(shí)間短，說(shuō)明短時(shí)間內(nèi)已將周邊的聚積物排走。側(cè)排式與頂排式排污口裝置在養(yǎng)殖后期的效果差異不顯著，可能與后期的顆粒較粗有關(guān)。后期的死蝦、蝦殼等大顆粒物質(zhì)較多，容易造成阻塞。

雖沒(méi)有與相關(guān)研究進(jìn)行類比分析，但本文采用測(cè)試總氮的方法研究比較3種排污口的實(shí)際排污效果是簡(jiǎn)單和有效的。另外，懸浮物濃度指標(biāo)顯示，在A組40d時(shí)，測(cè)得排污口的懸浮物(SS)濃度為(854.5±368.4)mg/L，排出的廢水懸浮物含量也較高。

3.2 排污口裝置的選型及排污操作建議

使用SC-2養(yǎng)殖40d，其單次排氮量比頂排式提高18.9%，而且SC-2的池底吸排面積也大于頂排式。因此推薦使用SC-2方形側(cè)排式排污口裝置。從總氮濃度的時(shí)間變化特征看出，排污時(shí)的有效排污時(shí)段很短，只有開(kāi)啟后的75s左右，就能排走高濃度顆粒狀廢物，如果再繼續(xù)排污，排出的都是有機(jī)物含量低的池水。因此，有效的排污方式是縮短單次排污時(shí)間，見(jiàn)到清水后立即停止排污，待重新集污后再排污。在高位池的養(yǎng)殖排污操作上，不主張進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的排污，建議以每日多次、每次少量的方式進(jìn)行排污。

3.3 吸排有效面積偏小的解決方案

高位池排污管一般用管徑較小的DN200的PVC，接在排污管上的排污裝置尺寸也較小，直接造成有效吸排面積偏小的現(xiàn)象。根據(jù)調(diào)查，粵東一帶乃至全國(guó)各地的高位池養(yǎng)殖均存在這類問(wèn)題。解決問(wèn)題的方法主要有：(1)選擇吸排面積較大的側(cè)排式排污裝置；(2)增加移動(dòng)式吸排器，吸排中央排污裝置無(wú)法吸排到的底部區(qū)域；(3)選用面積小的池子，因?yàn)樾∶娣e高位池集污，廢物更易被聚集到排污口，集污效果會(huì)更好些，建議使用面積小的池，甚至使用0.067hm2的高位池[17]。

3.4 射流式增氧機(jī)改善集污效果的探討

射流式增氧機(jī)通常只是用于增氧及促進(jìn)池水的上下層對(duì)流[18]。射流式增氧機(jī)能產(chǎn)生較強(qiáng)水流，對(duì)池底具有沖洗作用，池水易形成旋轉(zhuǎn)式渦流，污泥等污染物容易向位于中心位置的排污口聚積。這與循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)管式射流集污有相似的效果[19]。程果鋒等[20]研究組合跑道式養(yǎng)殖池系統(tǒng)的集污效果，發(fā)現(xiàn)增大旋流速度提高循環(huán)量可提高固體顆粒物的去除率。對(duì)于高位池養(yǎng)殖，增加射流式增氧機(jī)數(shù)量及射流速度，是否有助于解決上述廢水聚集面積過(guò)大的問(wèn)題，值得進(jìn)一步研究探討。

4 結(jié)論

(1)方形側(cè)排式排污裝置(SC-2)在養(yǎng)殖前期的物理性排污性能優(yōu)于頂排式(SD-1)，其底部排污有效面積亦大于頂排式；(2)3種排污口裝置排污時(shí)的最佳時(shí)間段都在開(kāi)啟排污后的75s內(nèi)；(3)方形側(cè)排式排污裝置(SC-2)吸排池底聚積物時(shí)，有效半徑在1.5m左右；(4)應(yīng)用側(cè)排式排污口裝置，采用多次少排的排污操作，可有效提高高位池的排污效率，節(jié)省排污的耗水量。排污口裝置改進(jìn)技術(shù)具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，可為降低對(duì)蝦感染病原的機(jī)率、構(gòu)建低換水率高位池對(duì)蝦養(yǎng)殖模式提供新的方案。其排污水量少的特點(diǎn)，有利于實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖廢水的集中處理。

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Study on the effects of central draining outlet device in higher-place prawn ponds

LI Chunxiao1，WENG Xiong2，CHEN Kailiang1，YANG Keng2，XU Xiaoneng1，YANG Wenjun1

(1 Shantou Ocean and Fisheries Research Institute, Shantou 515000, China；2SouthChinaSeaFisheriesResearchInstitute,ChineseAcademyofFisherySciences,KeyLaboratoryofSouthChinaSeaFisheryResourcesExploitation&Utilization,MinistryofAgriculture,Guangzhou510300,China)

Central draining is often adopted in higher-place aquaculture ponds, and as an important part of the higher-place pond aquaculture system, the draining device at the draining outlet directly affects the draining effects, and thereby affects the success or failure of higher-place aquaculture. In order to solve the problems of traditional draining outlet such as easy blocking and incapability in the suction of pond bottom deposit, a new side-discharge outlet device of SC-1 and SC-2 types, and a top-discharge outlet device SD-1 are designed and tested for the draining effects in actual production. Experiment was conducted to measure the flow velocity and total nitrogen at the draining outlet at different time intervals, and the draining effects of the three new types were studied. The results showed that, at the earlier stage of aquaculture, the draining performance of SC-1 type and SC-2 type draining outlets remarkably preceded the SD-1 type; the total nitrogen draining amount in single count of the side-discharge outlet device was 18.9%(P<0.05)higher than that of the top-discharge type. With the improving of the structure of the central draining outlet, the draining efficiency was significantly enhanced. The research shows that, side-discharge outlet device is of much significance to reduce water exchange rate in higher-place pond prawn culture and achieve the lower water exchange rate aquaculture.

prawn culture; higher-place pond; draining outlet; draining

10.3969/j.issn.1007-9580.2016.06.002

2016-09-11

2016-11-18

廣東省海洋漁業(yè)科技推廣專項(xiàng)(A201301B07)

李春曉(1962—)，男，高級(jí)工程師，研究方向：對(duì)蝦養(yǎng)殖技術(shù)。E-mail：lcxhyn@126.com

翁雄(1964—)，男，研究員，研究方向：對(duì)蝦養(yǎng)殖技術(shù)。E-mail：wengxiong@scsfri.ac.cn

S968.22

A

1007-9580(2016)06-006-06