集成設(shè)施水產(chǎn)養(yǎng)殖智能化模式的探討方式

錢志剛 陳慧

摘要：經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保需要兩大因素，導(dǎo)致集成設(shè)施水產(chǎn)養(yǎng)殖模式已從粗放型向智能型和綠色環(huán)保型轉(zhuǎn)變，著重探討了如何提高集成設(shè)施水產(chǎn)養(yǎng)殖設(shè)施的自動化和智能化技術(shù)水平，降低使用成本，提高養(yǎng)殖水質(zhì)，以達(dá)到集成設(shè)施水產(chǎn)養(yǎng)殖的高效、高產(chǎn)、高質(zhì)、環(huán)保。

關(guān)鍵詞：水產(chǎn)養(yǎng)殖設(shè)施;智能;成本;水循環(huán)使用

中圖分類號：S951 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

近年來，應(yīng)環(huán)保和可持續(xù)性發(fā)展需要，隨著長江流域重點水域禁捕退捕工作逐步推進(jìn)，水庫禁養(yǎng)禁捕，內(nèi)陸省份水產(chǎn)品的優(yōu)質(zhì)養(yǎng)殖水源在逐漸減少，導(dǎo)致僅存的池塘水產(chǎn)養(yǎng)殖，面臨著水產(chǎn)品的產(chǎn)量和品質(zhì)等壓力愈發(fā)明顯。為了彌補(bǔ)存留池塘水面的不足、減少水產(chǎn)品高密度養(yǎng)殖時久存的池塘污泥對養(yǎng)殖水質(zhì)的不良影響，政府部門大力提倡集成設(shè)施水產(chǎn)養(yǎng)殖模式。當(dāng)前國內(nèi)相關(guān)的集成設(shè)施水產(chǎn)養(yǎng)殖模式已經(jīng)得到了一定程度的推廣和發(fā)展，效益顯著。但還存在一些欠缺的地方，根據(jù)江西省農(nóng)機(jī)裝備應(yīng)用產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系—贛北綜合試驗推廣站團(tuán)隊成員近期對省內(nèi)集成設(shè)施水產(chǎn)養(yǎng)殖大戶的走訪調(diào)研，收集整理了養(yǎng)殖戶反映的一些在集成設(shè)施水產(chǎn)養(yǎng)殖模式上存在的問題，提出了改進(jìn)的技術(shù)方案。

1 ?問題

1.1 ?投料人力成本高

養(yǎng)殖槽的飼料投放需要人工投料喂食。特別一些養(yǎng)殖大戶，養(yǎng)殖槽幾十只到幾百只不等，每天需要多名投料工人，例如，南昌市百上園70只養(yǎng)殖槽，滿負(fù)荷時每天僅投料就需要5人，江西撫州的一李姓養(yǎng)殖戶，飼養(yǎng)甲魚，有400間水槽，每天僅喂食就需要6人打理。

1.2 ?養(yǎng)殖槽的壽命及使用成本

如今的養(yǎng)殖槽的材料為塑料或普通鋼板。

（1）適合建造養(yǎng)殖槽的塑料多為玻璃鋼及聚乙烯，均存在易老化，且水深超過1.7米時，塑料的抗壓強(qiáng)度不夠，易發(fā)生破裂。

（2）建造養(yǎng)殖槽的普通鋼板，表面需要刷漆，正常使用1～2年部分漆層會脫落，脫落處較嚴(yán)重的會造成銹斑甚至穿孔，需要補(bǔ)焊和重新刷漆，后續(xù)使用成本高。

1.3 ?養(yǎng)殖槽水溫難以控制

由于養(yǎng)殖槽外壁單薄沒有保溫設(shè)計，季節(jié)溫差、晝夜溫差、晴雨溫差、補(bǔ)水水體溫差等都會造成養(yǎng)殖槽內(nèi)水溫起伏，不利于一些對水溫溫度要求嚴(yán)格及穩(wěn)定的魚類，所以一些有條件的水產(chǎn)養(yǎng)殖場不僅設(shè)有密封大棚，棚內(nèi)還為此專門裝備空調(diào)控溫。但是，如果養(yǎng)殖槽本體能夠做到基本保溫，水溫控制將會更容易。當(dāng)養(yǎng)殖高附加值的水產(chǎn)品時，可以大大減少保溫的使用成本。

1.4 ?尾水的收集和排放難以掌控

（1）在養(yǎng)殖槽的結(jié)構(gòu)形態(tài)方面，據(jù)了解，養(yǎng)殖槽的底部都是平底，平底結(jié)構(gòu)不利于養(yǎng)殖槽水體中的沉淀物一次性集中排出。

（2）養(yǎng)殖槽底部的排水閥門都是人工開啟及關(guān)閉，養(yǎng)殖槽底部亦無氨氮檢測儀器，該閥門何時開何時關(guān)要靠人的感覺決定，導(dǎo)致難以掌控沉淀尾水的及時處理。

以上兩點直接后果是，養(yǎng)殖槽的水質(zhì)難以保證，水質(zhì)易酸臭化，水質(zhì)變差，當(dāng)水產(chǎn)品的養(yǎng)殖密度較高時容易發(fā)生不測。

2 ?調(diào)研

帶著養(yǎng)殖戶反映的問題，我們團(tuán)隊深入調(diào)研發(fā)現(xiàn)：

2.1 ?當(dāng)前投料機(jī)的種類

（1）離心式及風(fēng)送式投料機(jī)，投料面積較大，在幾百平方米以上，不適合養(yǎng)殖槽10～30平方米的小面積的投料，此外，雖然其投料的時間可以事先準(zhǔn)確設(shè)定，但受投料機(jī)的絞龍輸料結(jié)構(gòu)所限，不同批次的投料量如果每次放入料倉的飼料重量不同，即使電控箱的設(shè)定時間相同（即每次絞龍旋轉(zhuǎn)輸料的時間相同）的情況下，其投出飼料量有時也會相差較大。

（2）下落式投料機(jī)，是根據(jù)旋轉(zhuǎn)的滾筒上的小孔在旋轉(zhuǎn)到垂直的下部位置時，依托飼料的重力出料，僅適合景觀魚類的極小投料需求，且每次投料量極不準(zhǔn)確。

由此可見，在集成設(shè)施水產(chǎn)養(yǎng)殖模式中，想從市場上配到合適的投料機(jī)是不可能的。

2.2 ?排水閥門

市場上有電動閥體賣，再配以電氣控制，是可以用于集成設(shè)施的水產(chǎn)品養(yǎng)殖智能模式中，但市場中的電動球閥，體積大，功率大（0.75～1.5 KW不等），售價高（動則單價1400元以上），對于幾十只多則幾百只養(yǎng)殖槽如果配齊，初期建造成本及后期使用的電力成本都太高，不劃算。

2.3 ?大型水槽水箱

對國內(nèi)一些建造大型水槽水箱的廠家進(jìn)行詢價咨詢，大型SUS304不銹鋼水箱的建造成本在容積相同情況下，其價格大概為材料是塑料或普通鋼板的2.5～3.5倍，在集成設(shè)施水產(chǎn)養(yǎng)殖的初期固定投資中，養(yǎng)殖槽的費用本來就最高，對于養(yǎng)殖戶的初期投入成本形成更大壓力。

由上可見，養(yǎng)殖戶反映的問題是初期投入成本過大和市場上還沒有合適可用產(chǎn)品造成的。

3 ?技術(shù)方案探討

為克服上述問題，實現(xiàn)高效、高產(chǎn)、環(huán)保型的水產(chǎn)養(yǎng)殖，我們團(tuán)隊優(yōu)化集成了一種集成設(shè)施水產(chǎn)養(yǎng)殖的智能技術(shù)模式。

3.1 ?該模式的結(jié)構(gòu)示意圖（見圖1）

3.2 ?主要設(shè)備及系統(tǒng)介紹

3.2.1 ?養(yǎng)殖槽

為提高產(chǎn)品壽命，降低使用成本，增加蓄水深度，我們設(shè)計養(yǎng)殖槽的方案：內(nèi)襯材料為SUS304，外圍材料為白鐵皮，中間放置隔熱材料及普通角鋼或槽鋼加固，以達(dá)到耐用、保溫目的，此外，養(yǎng)殖槽底設(shè)計成錐體形，養(yǎng)殖槽下部設(shè)有氨氮自動檢測裝置，槽下部的出水口設(shè)有經(jīng)濟(jì)型自動控制閥門，該經(jīng)濟(jì)型自動控制閥門由電動推桿和普通閥門組成。此為需要開發(fā)的技術(shù)產(chǎn)品。

3.2.2 ?四級尾水處理池

根據(jù)我們對江西省內(nèi)調(diào)研情況，該裝置比較成熟，省內(nèi)好多家養(yǎng)殖專業(yè)戶在使用由部、省、市組織建造的四級尾水處理池，如圖1，從高到低依次分布：a.過濾池2，b.氣浮池3，c.生化池4，d.培水池5。池的容積大小及形狀是根據(jù)所飼養(yǎng)水產(chǎn)品的種類、規(guī)模、及當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件而決定的。目前運(yùn)行情況大多良好，市場技術(shù)成熟。

3.2.3 ?養(yǎng)殖水循環(huán)系統(tǒng)

（1）槽底沉淀的污水污物自動控制排放系統(tǒng)如圖2所示，根據(jù)檢測裝置中的氨氮含量，由智能控制器發(fā)出指令控制養(yǎng)殖槽下方的經(jīng)濟(jì)型自動控制閥門，使經(jīng)濟(jì)型自動控制閥門的電動推桿動作，由電動推桿開啟相應(yīng)的養(yǎng)殖槽底部的閥門，讓槽底沉淀的污水污物流入尾水收集槽1，進(jìn)入尾水處理環(huán)節(jié)，尾水排放完畢，閥門及時關(guān)閉。其中氨氮自動檢測及智能控制器為市場上的成熟產(chǎn)品，經(jīng)濟(jì)型自動控制閥門為需要開發(fā)的技術(shù)產(chǎn)品。

（2）養(yǎng)殖水循環(huán)系統(tǒng)如圖2所示，槽間流水管清潔后的尾水及外來新鮮水匯集至培水池中，水泵6從培水池5通過水管7抽水至儲水槽8，儲水槽8中的水流入鄰近的養(yǎng)殖槽，養(yǎng)殖槽間的適合位置設(shè)置相通的槽間流水管11，槽中表層水自然流動，流至最后的養(yǎng)殖槽時，溢出部分通過外設(shè)管道16注入生化池4，最終匯入培水池5，循環(huán)往復(fù)。

3.2.4 ?自動定量的小型投料器

目前市場上未見自動定量的小型投料器目前市場上未見自動定量的小型投料器，初步設(shè)計是：由一件電動推桿控制每個分料倉的進(jìn)料口和出料口，通過分料倉的容積大小實現(xiàn)定量，由曝氣泵排出的空氣流驅(qū)動安裝在分料倉下部的葉片旋轉(zhuǎn)，達(dá)到均勻連續(xù)投料;通過智能裝置的程序設(shè)計控制電動推桿的動作時間，實現(xiàn)定時，單個成本估計在500元之內(nèi)。養(yǎng)殖槽的數(shù)量超過10個時，為節(jié)省上料（即給每個養(yǎng)殖槽上方的分料倉加入飼料）的人工成本，建議采用料線輸送飼料，將養(yǎng)殖用的飼料從總料倉中自動輸送至各個養(yǎng)殖槽上方的分料倉中。此為需要開發(fā)的技術(shù)產(chǎn)品，不包含料線輸送裝置。

3.2.5 ?智能檢測裝置

智能檢測裝置市面上有成熟裝置及范例，匯聚多個檢測儀器，主要檢測：溶氧量、水位高度、氨氮含量、水溫，檢測產(chǎn)生的數(shù)據(jù)匯集至智能控制器，當(dāng)前很多養(yǎng)殖戶在使用。市場產(chǎn)品成熟，。

3.2.6 ?增氧設(shè)備及管道系統(tǒng)

增氧設(shè)備多為羅茨式風(fēng)機(jī)，管道設(shè)備可以由金屬管或塑料管組成，產(chǎn)品眾多，構(gòu)造簡單容易，市場產(chǎn)品成熟。

3.2.7 ?智能控制器

收集智能檢測裝置的各類檢測數(shù)據(jù)，根據(jù)實際養(yǎng)殖工藝要求，內(nèi)置控制程序，控制尾水（槽底沉淀的污水污物）排放、增氧、水泵運(yùn)行、投料及報警。當(dāng)前市場上魚大大、塘管家等的智能控制器，通過改裝重新布點均可借鑒使用，市場產(chǎn)品成熟。

3.3 ?養(yǎng)殖流程介紹

首先，培水池5中有足夠多的養(yǎng)殖水，通過水泵6抽水通過水管7進(jìn)入儲水槽8，由于高度落差，養(yǎng)殖水從儲水槽8流入最近的養(yǎng)殖槽，通過槽間直到最遠(yuǎn)的養(yǎng)殖槽，溢出的養(yǎng)殖水通過水管16直接進(jìn)入生化池4，由生化池4處理后進(jìn)入培水池5。

魚苗投放：待養(yǎng)殖槽中的水位達(dá)標(biāo)后，根據(jù)養(yǎng)殖計劃在每個養(yǎng)殖槽投放足數(shù)的魚苗。

魚苗投放完成后，智能控制器開始工作。

當(dāng)喂料時間到來時，智能控制器指揮養(yǎng)殖槽上方的自動定量投料器開始投料，自動投料器的投料重量或容積需要人工事先一次性設(shè)定，養(yǎng)殖過程中可以根據(jù)需要更改;此時，曝氧泵（即羅茨式風(fēng)機(jī)）是工作狀態(tài)，風(fēng)力幫助投料器均勻連續(xù)拋撒飼料。

當(dāng)智能檢測裝置檢測到養(yǎng)殖槽中的溶氧量水平低于要求值時，則曝氧泵工作，空氣進(jìn)入養(yǎng)殖槽中為水產(chǎn)品増氧。

根據(jù)智能檢測裝置，養(yǎng)殖槽中的氨氮含量水平如果高于允許值，則養(yǎng)殖槽下方的閥門開啟，槽底的污水污物進(jìn)入收集槽1，流入過濾池2、氣浮池3、生化池4、培水池5，去除有害成分，剩下的合格水通過水泵6抽水至儲水槽8進(jìn)入養(yǎng)殖槽循環(huán)使用;根據(jù)智能檢測裝置，養(yǎng)殖槽中的氨氮含量水平如果低于允許值，養(yǎng)殖槽下方的閥門則關(guān)閉。

根據(jù)智能檢測裝置，養(yǎng)殖槽中的養(yǎng)殖水水位如果低于要求值，則水泵6開始工作，開始補(bǔ)充水源;當(dāng)養(yǎng)殖槽中的養(yǎng)殖水水位達(dá)到要求值時，考慮養(yǎng)殖水質(zhì)要求富氧，在智能控制器的程序設(shè)計上，可以在不投料喂食時，水泵6持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，使養(yǎng)殖槽中上層水自然循環(huán)流動。設(shè)置時段用戶根據(jù)現(xiàn)場情況定。

當(dāng)智能檢測裝置如果檢測到指數(shù)超標(biāo)，例如：溶氧量、氨氮含量超標(biāo)，而手機(jī)中的反饋數(shù)據(jù)沒有改善甚至持續(xù)惡化時，智能控制器會發(fā)出報警，報警送達(dá)的形式由用戶自己設(shè)定，現(xiàn)場實況可通過監(jiān)控攝像頭14觀察搜尋，方便決定是否需要人員去現(xiàn)場處理。

4 ?技術(shù)優(yōu)勢

4.1 ?技術(shù)功能

通過這種水產(chǎn)養(yǎng)殖模式，可以實現(xiàn)如下技術(shù)功能。①根據(jù)檢測值，對眾多養(yǎng)殖槽定時定量自動投料; ②優(yōu)良養(yǎng)殖水在水槽間自然循環(huán)流動;③根據(jù)溶氧量檢測數(shù)據(jù)對供氧曝氣設(shè)備裝置自動控制;④養(yǎng)殖槽中的底層污水污物根據(jù)氨氮檢測數(shù)據(jù)適時自動排放及關(guān)閉處理;⑤養(yǎng)殖槽底層污水污物通過四級處理池轉(zhuǎn)化為優(yōu)良養(yǎng)殖水，循環(huán)利用;⑥整個養(yǎng)殖模式中的各個環(huán)節(jié)，既能手動操作又能通過手機(jī)APP智能控制。

4.2 ?技術(shù)功能的優(yōu)勢

該集成設(shè)施水產(chǎn)養(yǎng)殖智能模式，是在現(xiàn)有的由我們政府主導(dǎo)的集成設(shè)施水產(chǎn)模式基礎(chǔ)上

（1）通過對養(yǎng)殖槽的改造改良，達(dá)到水體自動清潔，循環(huán)使用，無需人工。①養(yǎng)殖槽上部的優(yōu)質(zhì)養(yǎng)殖水在不同槽內(nèi)自然流動，流過末端養(yǎng)殖槽時進(jìn)入培水池，再由培水池進(jìn)入儲水箱、再次進(jìn)入養(yǎng)殖槽，循環(huán)流動;②養(yǎng)殖槽下部沉淀的渾濁水沉淀一段時間后，氨氮含量較高并超標(biāo)時，智能檢測裝置根據(jù)氨氮檢測超標(biāo)的數(shù)據(jù)，輸出指令將水槽底部的自動控制閥門自行打開，當(dāng)開啟一定時間后，氨氮含量下降時，智能檢測裝置根據(jù)氨氮檢測合格的數(shù)據(jù)，輸出指令將水槽底部的自動控制閥門自行關(guān)閉;每個養(yǎng)殖槽下方均有一污水收集槽，養(yǎng)殖尾水進(jìn)入收集槽后，自行流進(jìn)尾水處理環(huán)節(jié)，最后進(jìn)入培水池達(dá)到循環(huán)使用;保障了養(yǎng)殖槽內(nèi)的水質(zhì)富氧及低氨氮，為高密度的水產(chǎn)品集中養(yǎng)殖創(chuàng)造優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，同時對于缺水時段或缺水的地方，水的循環(huán)利用具有明顯的社會效益。

（2）加設(shè)自動控制的定量投料機(jī)，解決了集成設(shè)施水產(chǎn)養(yǎng)殖模式中的需要人工投料的難題。通過自動控制的定量投料機(jī)，由智能控制器集中控制，減去人工投料環(huán)節(jié)，由于創(chuàng)造了投料重量或容積的定量精準(zhǔn)，減少了飼料的浪費或避免了投料的不足，此外，當(dāng)養(yǎng)殖槽越多時，經(jīng)濟(jì)效益將越明顯，實現(xiàn)了集成設(shè)施水產(chǎn)品養(yǎng)殖的規(guī)模擴(kuò)大化，經(jīng)濟(jì)效益最大化。

5 ?結(jié)語

以上技術(shù)方案的改良部分只是停留在初步設(shè)計階段，離方案的實施及完善還有一段距離。集成設(shè)施水產(chǎn)養(yǎng)殖智能模式在我國水產(chǎn)養(yǎng)殖的實際使用中才剛起步，智能模式中的一些技術(shù)還在不斷完善中，其中的環(huán)保、節(jié)能、節(jié)水、水質(zhì)、初期投入資本、使用成本、產(chǎn)出效益與產(chǎn)品品質(zhì)、尾水處理后的廢棄物處理方法，這些指標(biāo)相互影響互相制約，如何達(dá)到一個高性價比，讓養(yǎng)殖主滿意，讓舌尖安全美味，讓養(yǎng)殖環(huán)境優(yōu)美，是一個重大課題。