水產(chǎn)養(yǎng)殖循環(huán)水系統(tǒng)研發(fā)及應(yīng)用

林靖 饒秋華 劉洋 柯文輝 阮章邦 羅土炎

摘 要：使用封閉循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)與傳統(tǒng)養(yǎng)殖系統(tǒng)分別養(yǎng)殖某種魚，比較了養(yǎng)殖1年后兩種系統(tǒng)中魚的成活率、餌料轉(zhuǎn)化率、細(xì)菌性疾病發(fā)生次數(shù)、寄生蟲疾病發(fā)生次數(shù)、產(chǎn)品產(chǎn)出等指標(biāo)。結(jié)果表明，封閉式循環(huán)水養(yǎng)殖比傳統(tǒng)養(yǎng)殖用水量減少了6～7倍、發(fā)病次數(shù)減少1～3次、用藥量減少10%～30%、成活率增加了8%、轉(zhuǎn)化率增加了8%，產(chǎn)品產(chǎn)出多了16.9%。因此，產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)安全、病害少、密度高、養(yǎng)殖生產(chǎn)不受地域或氣候的限制和影響，資源利用率高。使用封閉水產(chǎn)品循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)采取集約化生產(chǎn)方式，減少了人力成本，降低了餌料系數(shù)，是高投入、高產(chǎn)出、低風(fēng)險，實現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。

關(guān)鍵詞：循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng);養(yǎng)殖效率;資源節(jié)約;實用性

中圖分類號：S 96 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：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

我國水產(chǎn)品總產(chǎn)量自1990年起一直位居世界第1位，2015年達(dá)到了6699.65萬t;同時我國也是世界上唯一養(yǎng)殖產(chǎn)量高于捕撈產(chǎn)量的國家，2015年養(yǎng)殖產(chǎn)量4937.90萬t，占總產(chǎn)量的73.70%，養(yǎng)殖面積約846.5萬hm2[1]。伴隨著水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展，一方面?zhèn)鹘y(tǒng)的池塘養(yǎng)殖全程質(zhì)量控制困難，病害頻發(fā);另一方面水資源的浪費驚人和環(huán)境污染嚴(yán)重，這些嚴(yán)重影響了現(xiàn)代水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)健康發(fā)展，實際上這也是目前制約我國水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)快速高效發(fā)展的瓶頸問題[2]。因此，探究循環(huán)式工廠水產(chǎn)養(yǎng)殖先進技術(shù)及手段，創(chuàng)造養(yǎng)殖水生動物良好生態(tài)環(huán)境，以不受外界環(huán)境制約，最終實現(xiàn)高品質(zhì)、高效率生產(chǎn)及養(yǎng)殖環(huán)境生態(tài)保護，并極大提高養(yǎng)殖資源利用率及養(yǎng)殖產(chǎn)品質(zhì)量安全已成為國內(nèi)外生態(tài)養(yǎng)殖可持續(xù)發(fā)展的重要研究方向和熱點。

我國是世界上最早從事水產(chǎn)養(yǎng)殖的國家之一，南方的“魚塭”和北方的“港養(yǎng)”方式已經(jīng)存在了數(shù)百年之久[3]。中國的池塘綜合養(yǎng)殖（池塘生態(tài)養(yǎng)殖）歷史悠久， 經(jīng)驗豐富，但是長期以來傳統(tǒng)的池塘養(yǎng)殖全程質(zhì)量控制艱難、病害頻發(fā)、水資源浪費驚人和環(huán)境污染嚴(yán)重，由于以上諸多因素影響，養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)發(fā)展緩慢[4]。因此設(shè)計一種新型的養(yǎng)殖模式改變傳統(tǒng)養(yǎng)殖模式的弊病十分迫切。循環(huán)式工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖模式在國外開始于20世紀(jì)60年代，具有代表性的是日本的鰻魚生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)、生物包靜水生產(chǎn)系統(tǒng)和歐洲組裝式多級靜水系統(tǒng)[4]，此后澳大利亞出現(xiàn)了一種一體化循環(huán)式工廠化養(yǎng)魚模式，將養(yǎng)魚池和水處理系統(tǒng)分成兩個模式。20世紀(jì)80年代，我國計劃引進歐洲的循環(huán)式工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖模式，但是因為諸多原因，該計劃擱置，之后我國開始自主研發(fā)適合我國國情的循環(huán)水養(yǎng)殖設(shè)施和裝備，在基礎(chǔ)的設(shè)備上，逐步完善養(yǎng)殖技術(shù)和養(yǎng)殖工藝[4-5]。工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖模式是建立在生物學(xué)、環(huán)境科學(xué)、機電工程、信息科學(xué)、建筑科學(xué)等多學(xué)科發(fā)展的基礎(chǔ)上建立的，是多學(xué)科的應(yīng)用和交匯。具體的工作流程就是工廠化養(yǎng)殖循環(huán)水處理控制系統(tǒng)將養(yǎng)殖池中需要更換的劣質(zhì)水通過循環(huán)水處理后，成為符合養(yǎng)殖水質(zhì)要求的“新水”，從而實現(xiàn)高密度養(yǎng)殖和全年、反季節(jié)生產(chǎn)。在整個循環(huán)水處理系統(tǒng)中，養(yǎng)殖池中被置換出的廢水首先進入一級凈化池，將殘餌、糞便等固體和高濃度的雜物分離出去，減輕生物處理負(fù)荷[6]。

同時，選別系統(tǒng)還具有以下優(yōu)點：操作平臺上還布設(shè)有出水管，出水管的出水口伸入分魚口內(nèi)，用于對送魚漏斗內(nèi)的魚注水潤滑。魚進入送魚漏斗后要順著排魚管再進入各級養(yǎng)殖池，設(shè)置出水管，并且出水口對著送魚漏斗注水，可以避免魚在送魚漏斗和排魚管內(nèi)移動時由于缺水和互相碰撞、進而出現(xiàn)魚體的破皮等損傷現(xiàn)象，降低魚的損傷和后續(xù)養(yǎng)殖時疾病感染率。分魚口的數(shù)量為1～4個。與選別池中選別的規(guī)格種類相對應(yīng)，分魚口的數(shù)量設(shè)置為1～4個，可以滿足多數(shù)養(yǎng)殖需求，在選別池內(nèi)將1～4種規(guī)格的魚分選出來后，裝入吊籃由起吊裝置吊起，傾倒入不同分魚口經(jīng)排魚管送入對應(yīng)的不同規(guī)格養(yǎng)殖池，實現(xiàn)分選后繼續(xù)養(yǎng)殖;或者吊起后直接裝車運輸上市銷售。選別器包括1～4個選別篩和1～4個出魚口。1～4個選別篩的篩孔對應(yīng)要選別魚的規(guī)格，更加優(yōu)選的實施例中，選別器的選別篩是可拆卸更換的，配備超過4個不同大小篩孔的選別篩，然后根據(jù)實際需要選擇使用。出魚口則由上述網(wǎng)兜連接，承接選別后不同規(guī)格的魚，然后裝入吊籃，起吊，送至不同規(guī)格養(yǎng)殖池繼續(xù)養(yǎng)殖或裝車運輸進入銷售市場。所述吊籃包括網(wǎng)布、開口、掛鉤和框架，所述網(wǎng)布圍合固定在框架周緣和底部，框架上端的網(wǎng)布邊緣與框架形成吊籃的開口，掛鉤連接于開口的兩側(cè)。吊籃的整體可以是竹質(zhì)、木質(zhì)、金屬材質(zhì)或尼龍網(wǎng)布等，但優(yōu)選具有一定彈性和柔韌性的網(wǎng)布與具有一定承重力和韌性的竹質(zhì)框架圍合成的吊籃，這樣也能夠?qū)︳~體有更好的保護效果。

1.4 排污溝的設(shè)計

排污溝的作用在于定期清運排污管排出的養(yǎng)殖單體底部沉積的污物，或者對養(yǎng)殖水產(chǎn)品進行選別、運輸需要的排魚。排污管設(shè)置于第一沉淀池、固液分離機、第二沉淀池和生物凈化池的底部，用于排出循環(huán)水處理系統(tǒng)收集的污染物。在排污溝與選別池的連接處設(shè)置有轉(zhuǎn)向閥，轉(zhuǎn)向閥用于控制排污溝排污或者排魚的功能。因此，排污溝內(nèi)側(cè)壁涂覆有光滑的環(huán)保涂料，底壁設(shè)置5°～15°的傾斜，也是為了使污物能更順利徹底地排出而不殘留在排污溝內(nèi)造成堵塞或不對養(yǎng)殖水產(chǎn)品造成損傷。排污溝在需要排魚時通過轉(zhuǎn)向閥的轉(zhuǎn)向控制也承擔(dān)著排魚道的任務(wù)，這種運輸方式與傳統(tǒng)的人工挑送方式相比能有效減少魚類因選別造成的生物應(yīng)激反應(yīng)和魚體擦刮損傷，選別后魚類生理機能恢復(fù)快，減少疾病發(fā)生，提高生產(chǎn)效率，同時運輸效率高，減少勞動力需求。

在圖2中，養(yǎng)殖單體101之間由鋪設(shè)好的水泥路和格子板間隔，格子板下設(shè)置有進水管、回水渠、排污溝（排魚道）、輸氧管（用于輸送液態(tài)氧或空氣中的氧氣）。這樣做的好處在于不用為管道的鋪設(shè)額外占用更大面積的占地，精簡和優(yōu)化了整個循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，并且可以在水泥路和格子板中間設(shè)置車道，方便運送飼料及生產(chǎn)物資，整個養(yǎng)殖系統(tǒng)的布局更加緊湊美觀、功能單元清晰。

1.5 輸水系統(tǒng)的設(shè)計

輸水系統(tǒng)包括循環(huán)水泵、進水管和回水渠。在目前的封閉循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中采用的循環(huán)水泵功率基本上在15 kW以上，如常見的功率為20 kW的循環(huán)水泵，以期用1～2臺以上所述的大功率水泵對循環(huán)水進行泵送。但這樣做的風(fēng)險可能有：不能精準(zhǔn)調(diào)節(jié)養(yǎng)殖水體日循環(huán)次數(shù)，浪費能耗，且水泵損壞后維修時影響封閉循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)的正常運行。因此，本研究中選用功率較小的多臺循環(huán)水泵工作，例如采用但不限于采用功率為4 kW以上的小循環(huán)水泵。優(yōu)選地，循環(huán)水泵的數(shù)量為3～8個，這樣做的好處在于可以靈活機動地視養(yǎng)殖系統(tǒng)水體質(zhì)量好壞和系統(tǒng)內(nèi)養(yǎng)殖水產(chǎn)品存塘量的不同調(diào)整使用水泵的數(shù)量，精確控制養(yǎng)殖水體日循環(huán)次數(shù)，從而節(jié)約電力能耗，降低生產(chǎn)成本。

1.6 光電的設(shè)計

本研究中的循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)電動采光控制系統(tǒng)，通過此系統(tǒng)調(diào)節(jié)所述水產(chǎn)品循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)內(nèi)的光照強度、溫度和水體藻類濃度，對整個系統(tǒng)的水質(zhì)和水產(chǎn)品生長起到良好的生態(tài)調(diào)控功能。大棚還包括采光系統(tǒng)，采光系統(tǒng)包括傳動軸、光感探測器、控制系統(tǒng)、透光板和遮光板，且傳動軸、光感探測器、控制系統(tǒng)和遮光板為電連接。傳動軸、光感探測器、透光板和遮光板設(shè)置于大棚頂部，遮光板設(shè)置于透光板上方。透光板為一個或多個透明的板，遮光板為不透光材料制備的窄條狀板，且遮光板、透光板分別與傳動軸相鉸接形成雙層開合結(jié)構(gòu)。

本實施方式還對現(xiàn)有的水產(chǎn)品循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)進行改進，在整個系統(tǒng)所依托的大棚頂部設(shè)置可調(diào)節(jié)的采光系統(tǒng)（未標(biāo)注），依據(jù)水產(chǎn)品養(yǎng)殖的不同階段需要調(diào)節(jié)養(yǎng)殖系統(tǒng)內(nèi)的光度和溫度，在大棚頂部適當(dāng)位置設(shè)置傳動軸、光感探測器、遮光板和透光板等設(shè)施。在不同的實施例中，透光板可以為一個或多個分布于不同位置的透明板，遮光板為不透光材料制備的窄條狀板或與透光板相同大小的不透光板，且遮光板、透光板分別與傳動軸相鉸接形成雙層開合結(jié)構(gòu)。由光感探測器接收光信號傳遞給控制系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)根據(jù)預(yù)設(shè)的光數(shù)據(jù)程序生成動作指令發(fā)給傳動軸，傳動軸接收控制系統(tǒng)的指令，使遮光板沿其進行不同角度的旋轉(zhuǎn)運動調(diào)節(jié)光線的明暗程度。

1.7 其他設(shè)計

水產(chǎn)品循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)還包括羅茨鼓風(fēng)機、納米管、曝氣設(shè)備和輸氧管，輸氧管用于輸送液態(tài)氧或空氣中的氧氣至各個養(yǎng)殖單體和生物凈化池中。輸送液態(tài)氧或空氣中的氧氣的兩個管路共用，平時與曝氣設(shè)備管路相接通，當(dāng)需要用液態(tài)氧時導(dǎo)入液態(tài)氧即可。當(dāng)魚類處于病害感染初期，水中溶氧量保持在8 mg·L-1以上對于魚體的恢復(fù)健康狀態(tài)有很好的幫助。魚類輸氧管輸送液態(tài)氧提供了曝氣增氧方式所不具備的以下優(yōu)點：（1）曝氣增氧提供給水體和水產(chǎn)品的氧氣量有限，輸氧管輸送液態(tài)氧能更加機動地供應(yīng)給水體和水產(chǎn)品基體對氧氣的需求量;（2）在停電或備用電源處于維修狀態(tài)無法提供曝氣增氧時，能夠提供整個水產(chǎn)品循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)所需氧氣;（3）在某個養(yǎng)殖單體或養(yǎng)殖區(qū)水產(chǎn)品爆發(fā)病蟲害，需增強機體抵抗力時，給予應(yīng)急增氧，能夠顯著提高養(yǎng)殖水產(chǎn)品的疾病抵抗力和生存率。其中所述水產(chǎn)品循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)還包括羅茨鼓風(fēng)機、納米管、曝氣設(shè)備、輸氧管601，其中，羅茨鼓風(fēng)機、納米管、曝氣設(shè)備為常規(guī)的使用方法，所述輸氧管601用于輸送液態(tài)氧或空氣中的氧氣至各個養(yǎng)殖單體和生物凈化池中（圖7）。

1.8 工作流程

水產(chǎn)品循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)工作流程參照圖2，近端養(yǎng)殖區(qū)10由靠近生物凈化池的4口養(yǎng)殖單體101組成，遠(yuǎn)端養(yǎng)殖區(qū)由遠(yuǎn)離生物凈化池的4口養(yǎng)殖單體101組成，在養(yǎng)殖區(qū)的各養(yǎng)殖單體101構(gòu)筑物內(nèi)飼養(yǎng)適當(dāng)密度的水生動物。三級生物凈化池的上出水口304由進水管302連接至近端養(yǎng)殖區(qū)，下出水口305由進水管302連接至遠(yuǎn)端養(yǎng)殖區(qū)。開啟閥門，使生物凈化池204內(nèi)的凈水經(jīng)由管道進入進水管302，進水管302在各養(yǎng)殖單體101處由管道連接至養(yǎng)殖單體101的進水口，上下出水口的水流量、流速可以通過閥門（未標(biāo)注出）控制。日常養(yǎng)殖管理過程中，排污口401和回水口403不關(guān)閉。若在養(yǎng)殖過程中，發(fā)現(xiàn)某一養(yǎng)殖區(qū)養(yǎng)殖水產(chǎn)品達(dá)到上市標(biāo)準(zhǔn)需要裝車外運或者需要對養(yǎng)殖區(qū)內(nèi)的魚進行選別，則關(guān)閉排污口401的控制閥門，開啟養(yǎng)殖單體的排魚口402，養(yǎng)殖水產(chǎn)品由排魚口402經(jīng)排魚管602流入排魚道（即排污溝306）進入選別池5。養(yǎng)殖過程中可以在不同的時間或根據(jù)氣候情況調(diào)節(jié)采光系統(tǒng)，由光感探測器接收光信號傳遞給控制系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)根據(jù)預(yù)設(shè)的光數(shù)據(jù)程序生成動作指令發(fā)給傳動軸，傳動軸接收控制系統(tǒng)的指令，帶動遮光板沿其發(fā)生一定角度的旋轉(zhuǎn)運動調(diào)節(jié)光線的明暗程度。在第一沉淀池201內(nèi)，較大的顆粒雜質(zhì)得到沉淀去除，出水進而進入固液分離機202，固液分離機202內(nèi)80目的分離篩將粒徑大于0.2 mm的懸浮雜質(zhì)粒子篩除掉，上清液進入第二沉淀池203進行進一步絮凝沉降處理。出水進入生物凈化池204，并經(jīng)紫外線殺菌裝置205處理之后，再經(jīng)水質(zhì)測試達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后按照上出水口-近端養(yǎng)殖區(qū)、下出水口-遠(yuǎn)端養(yǎng)殖區(qū)進行水的泵送。循環(huán)水處理系統(tǒng)各構(gòu)筑物排除的濃稠污染物定期經(jīng)吸污泵吸出收集外送。冬天養(yǎng)殖或處于魚苗養(yǎng)殖期時，為使本發(fā)明提供的水產(chǎn)品循環(huán)養(yǎng)殖系統(tǒng)具有更強的保溫功能，開啟額外配備的電鍋爐加熱系統(tǒng)進行加熱保溫。

2 養(yǎng)殖對比試驗

本試驗從2018年6月1日開始，至2019年6月1日結(jié)束，在福建省三明市清流縣某大型養(yǎng)殖場進行。選擇工廠化養(yǎng)殖模式養(yǎng)殖池20000尾，封閉式循環(huán)水養(yǎng)殖池20000尾，平均為20 g·尾-1進行養(yǎng)殖對比試驗。

封閉式循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)是以工業(yè)化手段主動控制水環(huán)境，水資源消耗小、工廠化養(yǎng)殖模式養(yǎng)殖的水排放量為封閉式循環(huán)水養(yǎng)殖模式水排放的6～7倍。占地少、循環(huán)水養(yǎng)殖過程中使用的生態(tài)制劑，即減少了對水體及周邊環(huán)境污染，又解決生產(chǎn)過程中抗藥性增強、藥物殘留等問題。養(yǎng)殖過程中封閉式循環(huán)水養(yǎng)殖比傳統(tǒng)養(yǎng)殖發(fā)病次數(shù)減少1～3次，用藥量減少10%～30%，產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)安全、病害少、密度高、養(yǎng)殖生產(chǎn)不受地域或氣候的限制和影響，資源利用率高，是高投入高產(chǎn)出，低風(fēng)險實現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。封閉式循環(huán)水養(yǎng)殖采取集約化生產(chǎn)方式，減少了人力成本，降低了餌料系數(shù)。

3 結(jié)論與展望

本研究提供的水產(chǎn)品循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)雖然結(jié)構(gòu)緊湊、占地少，但是比現(xiàn)有的循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)具備更大的養(yǎng)殖容量，對循環(huán)水處理系統(tǒng)的處理能力和養(yǎng)殖容量進行了科學(xué)合理的配置，結(jié)合水質(zhì)、光線、溫度、水產(chǎn)品狀況實施了實時監(jiān)測和調(diào)控，能使養(yǎng)殖效率和土地、水資源的價值最大化。同時由于對循環(huán)水泵、進水管、回水渠等進行了相應(yīng)的節(jié)能環(huán)保處理，大大降低了原來運營過程中的不可控因素，增強了本實施條例中水產(chǎn)品循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)的實用性。

本研究屬于水產(chǎn)養(yǎng)殖裝備領(lǐng)域，更具體地涉及一種水產(chǎn)品循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)，包括大棚，該大棚內(nèi)設(shè)置有養(yǎng)殖池、循環(huán)水處理系統(tǒng)、選別池、排污溝和輸水系統(tǒng)。養(yǎng)殖池包括養(yǎng)殖單體，且養(yǎng)殖單體的數(shù)量為1～16個，每2～4個養(yǎng)殖單體組合成一個養(yǎng)殖區(qū)，輸水系統(tǒng)包括循環(huán)水泵、進水管和回水渠，排污溝設(shè)置于進水管和回水渠的下部，回水渠和排污溝的內(nèi)側(cè)壁均涂覆有光滑的環(huán)保涂料，且底壁均具有5°～15°的傾斜，每個養(yǎng)殖區(qū)設(shè)置一根進水管，養(yǎng)殖池、循環(huán)水處理系統(tǒng)和輸水系統(tǒng)相互接通，循環(huán)水泵的數(shù)量為3～8個。該水產(chǎn)品循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)可方便地向養(yǎng)殖單體均勻供水，水循環(huán)效果好、養(yǎng)殖容量大、功能強、效率高，具有良好的經(jīng)濟和社會、生態(tài)效益。

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（責(zé)任編輯：陳文靜）