孫 棟，陳有光，段登選 陳金萍，鞏俊霞，劉紅彩(山東省淡水水產研究所，山東 濟南 250117)

工廠化循環(huán)水養(yǎng)魚池曝氣釋放器養(yǎng)殖效果的研究

孫 棟，陳有光，段登選 陳金萍，鞏俊霞，劉紅彩(山東省淡水水產研究所，山東 濟南 250117)

采用自行研制的曝氣釋放器裝置——工廠化養(yǎng)魚池曝氣釋放器，在工廠化循環(huán)水養(yǎng)魚車間的6個試驗池進行了2種曝氣釋放器試驗池排污量、溶氧分布檢測以及羅非魚養(yǎng)殖試驗。結果表明：該增氧裝置增氧顯著、養(yǎng)殖效果良好，與無罩曝氣釋放器相比溶解氧高出2.46 mg/L，養(yǎng)殖產量提高了34.21%，且能使水體產生輕微蝸流，有利于魚池污物排放和魚類的生長，適合于工廠化循環(huán)水養(yǎng)魚池養(yǎng)殖生產。

工廠化養(yǎng)魚池；循環(huán)水；曝氣釋放器；養(yǎng)殖效果

目前，工廠化流水養(yǎng)魚池多采用帶孔布氣管或沙粒棒曝氣方式，其主體結構多采用鐵件來制作，由于易被銹蝕而影響其使用壽命；布氣管或沙粒棒在池內設置不合理，一般滿池布置，出氣孔位置高低不一，常出現氣泡大小不一、分布不均勻，影響了增氧效果；布氣管或沙粒棒多為固定安裝，位置不易調換，影響捕撈及維修操作；而且由于布置過于集中或分散，造成池中死角太多，污物沉積較多，加之氣流、水流無序，易造成池水渾濁，污物不易排出，“水呼吸”高，影響了養(yǎng)殖效果[1～8]。針對現有的養(yǎng)魚池曝氣裝置存在著污物多且不易排放、池水渾濁、捕撈難、維護不便、固定困難、耗能高、養(yǎng)殖效果差等諸多弊端。山東省淡水水產研究所自行研制了養(yǎng)魚池曝氣裝置——工廠化養(yǎng)魚池曝氣釋放器[9]，并于2008年3月至5月對該裝置進行了羅非魚養(yǎng)殖效果試驗，結果表明工廠化養(yǎng)魚池曝氣釋放器曝氣氣泡小而均勻、增氧效率高，且導流罩能使較高溶氧的水團不斷向魚池各處擴散，所產生微循環(huán)水流易于積污排放，從而可提高養(yǎng)殖密度。

1 材料與方法

1.1 曝氣釋放器結構

工廠化養(yǎng)魚池曝氣釋放器(以下簡稱曝氣釋放器)，是在工廠化養(yǎng)魚池內使用、以羅茨鼓風機提供氣源、組裝式結構、空氣增氧曝氣裝置。該主體采用的是PVC材質，其環(huán)網布氣管采用的是環(huán)網敷設結構，設計5排布氣管；布氣管上方設計了定位管，每排布氣管上有5個定位管，便于安裝沙粒棒，通過選擇不同規(guī)格的沙粒棒來調整曝氣釋放器曝氣量的大小。環(huán)網布氣管下方，設計了2根PVC砂管作底座，砂管管徑可調整，內裝黃沙，管口封堵，增加了裝置的穩(wěn)定性，就制成了無罩曝氣釋放器，并投入生產使用。但在實際使用中，發(fā)現池水渾濁且不易排污，影響使用效果。因此，對無罩曝氣釋放器加以改進，方法是在環(huán)網布氣管上方加設圓弧形PVC導流罩，導流罩與砂管底座形成一定的夾角，即工廠化養(yǎng)魚池曝氣釋放器(圖1)[10～13]。

1.2 試驗池選擇和曝氣釋放器安裝

試驗池選擇玻璃鋼圓形流水池，直徑4.8 m，池壁高1.2 m，池底為鍋底形，排污口在池底正中，池內維持水深1.0 m。

曝氣釋放器安裝在流水池內距離池壁0.5 m處，導流罩高出水面5 cm，如圖2所示。

1、導流罩；2、平座管卡；3、PVC-U專用膠；4、直管；5、三通；6、彎頭；7、管堵；8、砂管；9、環(huán)網管；10、沙粒棒；11、導流罩U形口；12、總進氣管口；13、四通；14、定位管圖1 工廠化養(yǎng)魚池曝氣釋放器結構Figure1 Thestructureofthereleaseofaerationdevice1、供氣閥；2、供水閥；3、溢水水位管；4、排污閥圖2 曝氣釋放器的安裝Figure2 Theinstallationofthereleaseofaerationdevice

1.3 工廠化封閉式養(yǎng)魚系統(tǒng)水源及工藝流程

循環(huán)水系采用工廠化封閉式養(yǎng)魚水處理系統(tǒng)，根據水處理工藝流程(圖3)，養(yǎng)殖水通過溢流管輸送到循環(huán)泵池，再由水泵提水，循環(huán)水經砂濾罐、蛋白質分離器、臭氧發(fā)生器、活性炭處理器、生物濾池、紫外線消毒和氧氣錐設施設備水處理后，進入流水池中，實現了養(yǎng)殖水體循環(huán)利用。經水處理后，達到養(yǎng)魚用水要求。補充水系采用山東省淡水水產研究所院內700 m深井水，水溫24.5 ℃，除溶解氧(0.08 mg/L)偏低、需要曝氣迅速增氧外，其他水質指標均符合無公害食品、淡水養(yǎng)殖用水水質標準[14]。

1、流水養(yǎng)魚池；2、沉淀池；3、循環(huán)泵池；4、砂濾罐；5、蛋白分離器；6、活性炭處理器； 7、生物接觸氧化池；8、紫外線消毒器；9、高效氧氣錐 圖3 水處理工藝流程圖Figure 3 The process chart of water treatment technology

1.4 試驗設計

在工廠化封閉式養(yǎng)魚水處理系統(tǒng)中，分別選擇6口相同規(guī)格的流水養(yǎng)魚池進行試驗，其中A1、A2、A3和B1、B2、B3分別設置為無罩曝氣釋放器和曝氣釋放器試驗池。

(1)循環(huán)水運行狀況分析 2008年4月30日對循環(huán)水入池口水質進行檢測。檢測指標及方法為： pH：電極法，GB/T6920-1986；CODMn：高錳酸鉀法，GB/T11892-1989；溶解氧：碘量法，GB/T7489-1987；氨氮：納氏比色法，GB/T7479-1987；亞硝態(tài)氮：分光光度法，GB/T7493-1987；硝態(tài)氮：酚二磺酸法，GB/T7480-1987；總氮：堿性過硫酸鉀法，GB/T11894-1989；總磷：鉬酸銨法，GB/T11893-1989[15]。

(2)排污量的確定 試驗池排污量為排污時間×試驗池面積×降水速度，排污時間為開始排污到排出的黃或灰黑污水變清的瞬間[16]，測量每個試驗池的降水速度，并計算出排污量[17]。

(3)試驗池溶氧分布分析 2008年4月28日14:00時，對無罩曝氣釋放器的試驗池A1進行溶氧檢測，水溫23.3 ℃。在試驗池水平方向共設置9個測試點，試驗池中央為9號點，距池壁15 cm，自試驗池A1西始以逆時針方向均勻設置8個測試點，依次為1、2、3、4、5、6、7、8號。在試驗池A1垂直方向設3個采樣層，即上層距水面10 cm，中層位于池中，下層距池底10 cm，采用乳膠管虹吸法取樣。

2008年5月15日13:45～14:10時，對曝氣釋放器池試驗池B3，進行溶氧檢測，水溫23.8 ℃。測試點設置與試驗池A1相同。

(4)養(yǎng)殖試驗效果與效益分析 按照羅非魚養(yǎng)殖與管理操作規(guī)程進行養(yǎng)殖生產[18～20]。養(yǎng)殖試驗周期為60 d(2008-03-10～2008-05-21)，分別對2組試驗池放養(yǎng)和出池羅非魚重量與規(guī)格進行測量與分析，比較其養(yǎng)殖效果。

1.5 數理處理

得數據采用SPSS 15.0進行統(tǒng)計分析[21]。采用t檢驗對無罩曝氣釋放器和曝氣釋放器試驗池的溶氧，以及放養(yǎng)量和收獲量進行成對樣本均值分析[22]，以比較兩者的效果。

2 結果與分析

2.1 循環(huán)水運行狀況

2008年4月30日對循環(huán)水入池口水質進行了檢測，其檢測結果：pH 7.4、懸浮物5.8 mg/L、高錳酸鉀指數5.96 mg/L、溶解氧10.3 mg/L、氨氮1.4 mg/L、亞硝態(tài)氮1.23 mg/L、硝態(tài)氮1.7 mg/L、總氮4.69 mg/L和總磷1.92 mg/L。每個流量控制在2 m3/h左右。

2.2 排污量

試驗池排污檢測結果見表1。表1結果表明：曝氣釋放器池排污時間平均為10 s，而污水排放量僅為0.37 m3，即用10 s就能將池中的污物排盡。而無罩曝氣釋放器池的污水排放量和排污時間幾乎是曝氣釋放器池的10倍左右。與無罩曝氣釋放器池相比既降低了排污時間，又減少了污水排放量。排污后的水經處理后循環(huán)使用，經檢測其水質指標能滿足養(yǎng)魚用水要求。為了管理方便和排污可靠，適當增加排污時間，無罩曝氣釋放器池和曝氣釋放器池分別排污180 s和30 s，使兩者的排污量接近于6倍，但即使增加了排污時間，無罩曝氣釋放器池排污后，其水質仍然比較混濁，排污效果不理想。

表1 試驗池排污檢測結果Table 1 The test result of the sewage amount in aquariums

2.3 溶氧分布比較

無罩曝氣釋放器和曝氣釋放器試驗池溶氧分布檢測結果分別見表2和表3。

無罩曝氣釋放器試驗池A1溶氧平均為2.55 mg/L，溶氧的垂直分布：表層水略高于中層和底層，溶氧差值較小；溶氧的水平分布：靠近曝氣釋放器測試點1的溶氧略高以外，溶氧分布無明顯規(guī)律(表2)。

表2 無罩曝氣釋放器流水池溶氧分布情況Table 2 The test result of the dissolved oxygen in aquariums with no cover-release aeration

表3 無罩曝氣釋放器流水池溶氧分布情況Table 3 The test result of the dissolved oxygen in aquariums with cover-release aeration

曝氣釋放器試驗池B3溶氧平均為4.90 mg/L，溶氧的垂直分布：下層溶解氧最高，中層次之，上層最低；溶氧的水平分布：不同測試點溶氧有差別，曝氣釋放器的前部即2號采樣點位置溶氧最高，而其后部即1號采樣點位置溶氧最低，溶氧按2號至6號，再至1號的順序遞減(表3)。

經t檢驗，2種曝氣釋放器的溶氧指標前后差異極顯著(Plt;0.01)。曝氣釋放器比無罩曝氣釋放器的平均溶氧平均高出2.46 mg/L，因此，曝氣釋放器增氧效果顯著。

2.4 養(yǎng)殖效果與效益比較

2種曝氣釋放器試驗池的養(yǎng)殖效果與效益比較情況分別見表4和表5。

表4結果表明：羅非魚放養(yǎng)時，無罩曝氣釋放器和曝氣釋放器流水池，無論平均放養(yǎng)量、放養(yǎng)規(guī)格和全長幾乎相差無幾。經過60 d的養(yǎng)殖后，曝氣釋放器試驗池平均收獲量比無罩曝氣釋放器試驗池高出183.65 kg、平均規(guī)格重18.7 g、平均全長多出1.1cm，提高產量34.21%。經t檢驗，無罩曝氣釋放器對放養(yǎng)量和收獲量差異顯著(Plt;0.05)，而曝氣釋放器對放養(yǎng)量和收獲量差異極顯著(Plt;0.01)。因此，曝氣釋放器對養(yǎng)魚的增產效果明顯。

表5結果表明，使用曝氣釋放器的養(yǎng)殖池平均收獲量為720.5 kg，比無罩曝氣釋放器池增產183.7 kg，增產率34.21%；以羅非魚種銷售價14.00元/kg、養(yǎng)殖成本7.20元/kg計算，使用曝氣釋放器的養(yǎng)殖池平均利潤為2 449.70元，比無罩曝氣釋放器池利潤提高624.41元，利潤提高34.21%，養(yǎng)殖水體為16.3 m3，載魚量曝氣釋放器為44.20 kg/m3，無罩曝氣釋放器為32.94 kg/m3。

表4 應用2種曝氣釋放器養(yǎng)殖羅非魚的效果比較(n=30)Table 4 Comparison of two types of aeration release device on the effect of tilapia aquaculture(n=30)

注：每個試驗池隨機抽樣30尾，測量全長和體重。養(yǎng)殖水溫均在22 ℃以上。

表5 養(yǎng)殖效果效益比較Table 5 Comparison of culture-benefit analysis

3 結論

無罩曝氣釋放器的魚池，氣泡自布氣管上的沙粒棒排出，形成上升的氣泡柱，氣體直接排出水面，氣泡與水體接觸面積較小，接觸時間較短，因此增氧效果較差。

曝氣釋放器的布氣管上加設了圓弧形塑料導流罩，導流罩不是水平放置的，而是前部高，后部低，呈傾斜狀，其延長線與底座延長線有一個夾角，夾角不宜過大，夾角過大所產生的流速過快，而魚類又有頂水游泳的習性，過分消耗魚的體力，對魚的生長不利，夾角適宜設置在15°左右，且導流罩最上端高出水面5 cm。布氣管上的沙粒棒釋放出許許多多細小而均勻氣泡，不斷上升后形成的氣泡柱對導流罩有一個正向上的力，根據作用力與反作用力的原理，導流罩對氣泡柱有向前下方的反作用力(由于導流罩是傾斜的，因此反作用力不是向下的，而是向前下方)，這個反作用力就是推動水流的動力，水在魚池中形成輕微蝸流，增加了氣泡與水體的接觸面積，延緩了氣泡的逸散，增加了接觸時間，因此，增氧效果顯著。符合氣液傳質的雙膜理論，增加運行壓力、氣液接觸面積和接觸時間等參數，能提高氧氣的傳質效率[23]。

由于水體不是靜止不動的，而是順著同一方向流動，即水在魚池中形成輕微蝸流，因此流水池不同位置，溶氧不同，曝氣釋放器前部的(流出導流罩水體)溶氧最高，順著水流方向，水流強度逐漸減弱，溶氧依次遞減，進入導流罩前的水體溶氧最低，出、進導流罩的溶氧量的差值與放養(yǎng)魚體大小和密度，以及供氣量大小有關，差值一般為 0.25 mg/L，本次試驗最大差值為0.31 mg/L。

垂直方向水體溶解氧的分布是：下層溶解氧最高，中層次之，上層最低，這是由于導流罩對氣泡柱有向前下方的反作用力，因此自布氣管上的沙粒棒排出的氣泡經導流罩的反作用力后，有向前下方繼續(xù)擴散的趨勢，所以垂直方向水體溶解氧是自下而上逐漸降低的。微弱蝸旋水流能產生向心力，使魚類產生的代謝廢物易于沉積在養(yǎng)魚池(池底為鍋底形)中心，便于排放。排污水量比無罩的曝氣釋放器減少5倍以上，節(jié)約了水資源[24，25]。

導流罩的出水流速一般控制在0.2 m/s以內，使池水輕微地旋轉，這樣飼養(yǎng)的魚如同身處江河、湖泊中，回歸自然界，有助于魚的游動，使魚可以健康生長。

[1]糧農組織漁業(yè)及水產養(yǎng)殖部．2006年世界漁業(yè)和水產養(yǎng)殖狀況[R]．羅馬：聯(lián)合國糧食及農業(yè)組織，2007．

[2]雷霽霖，門 強，王印庚，等．大菱鲆“溫室大棚+深井海水”工廠化養(yǎng)殖模式[J]．海洋水產研究，2002,(4)：1～7．

[3]劉長發(fā)，綦志仁，何 潔，等．環(huán)境友好的水產養(yǎng)殖業(yè)——零污水排放循環(huán)水產養(yǎng)殖業(yè)系統(tǒng)[J]．大連水產學院學報，2002，17(3)：220～260．

[4]苗衛(wèi)衛(wèi)．我國水產養(yǎng)殖對環(huán)境的影響及其可持續(xù)發(fā)展[J]．農業(yè)環(huán)境科學學報，2007，26(增刊)：319～323．

[5]陳樹林．封閉式循環(huán)水養(yǎng)殖水質處理技術簡況[J]．漁業(yè)現代化，2004,(5)：25～27．

[6]馬紹賽，薛正銳，杜守恩，等．第四屆工廠化海水魚類養(yǎng)殖循環(huán)水系統(tǒng)研究進展與應用前景[R]．青島：中國水產學會2003全國海水設施養(yǎng)殖學術研討會，2003．

[7]薛致勇，曲克明，孫德強，等．工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖項目的實施與效果[J]．漁業(yè)現代化，2007,(5)：13～14．

[8]樊祥國．我國工廠化養(yǎng)殖現狀和發(fā)展前景[J]．中國水產，2004,(8)：11～12．

[9]劉志遠，陳有光，阮建新，等．工廠化養(yǎng)魚池曝氣釋放器：中國，ZL 2006 2 0010815.9 [P]．2008-04-16.

[10]胡金城，楊永海，張樹森，等．循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)水處理設備的應用技術研究[J]．漁業(yè)現代化，2006,(3)：15～16．

[11]Jason M C，Tzachi M S，Joe M F，etal．Characterization of water quality factors during intensive raceway production of juvenileLitopenaeusvannameiusing limiter discharge and biosecure management tools[J]．Aquacuhural Engineering，2005，32：425～442．

[12]劉 晃．淺談水產養(yǎng)殖中的增氧方法[J]．漁業(yè)現代化，2004,(2)：15～16．

[13]Summerfelt T S，Davidson J W，Waldrop T B，etal．A partial-reuse system for coldwater aquaculture[J]．Aquacultural Engineering，2004，31：157～181．

[14]NY 5051-2001，無公害食品、淡水養(yǎng)殖用水水質標準[S]．

[15]中國標準出版社第二編輯室．中國環(huán)境保護標準匯編—水質分析方法[M]．北京：中國標準出版社，2001.1～709．

[16]馬德林，曲克明，姜 輝，等．國外工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖池底排污及排水系統(tǒng)綜述[J]．漁業(yè)現代化，2007,(4)：19～21．

[17]杜守恩．海水養(yǎng)殖場設計與施工技術[M]．青島：青島海洋大學出版社,1988．

[18]雷慧僧．池塘養(yǎng)魚學 [M]．上海：上?？茖W技術出版社，1982.34～38．

[19]龍 勇．工廠化養(yǎng)殖循環(huán)水系統(tǒng)的管理要點[J]．河北漁業(yè)，2006,(1)：25～37．

[20]Timmons M B，Losordo T M．Aquaculture Water Reuse Systems：Engineering Design and Management[M]．Amsterdam：Elsevier，1994．

[21]劉大海．SPSS15.0統(tǒng)計分析——從入門到精通[M]．北京：清華大學出版社，2008.5．

[22]蔡一林，岳永生．水產生物統(tǒng)計[M]．北京：中國農業(yè)出版社，2004．12．

[23]徐墨耕．淡水養(yǎng)殖水化學[M]．上海：上?？茖W技術出版社,1959.

[24]劉長發(fā)，何 潔，張俊新．水產養(yǎng)殖清潔生產的內涵與技術[J]．漁業(yè)現代化，2005,(3)：8～10．

[25]Skybakmoen S．Impact of water hydraulics on water quality in fish rearing units[C].Conference 3-water treatment and quality.Proc of Aqua Nor 89，August 11～16，1989．Trend-heim，Norway，1993．171～221．

S951.3

A

1673-1409(2009)02-S036-06

10.3969/j.issn.1673-1409(S).2009.02.012

2008-11-28

山東省科技攻關計劃項目(2004GG2209134)

孫 棟 (1972-),女 ，山東聊城人，副研究員，主要從事水產水質分析研究工作.

陳有光，E-mail：chenyouguang2000@yahoo.com.cn.