劉永好，楊文華，薛曉莉，張志立，趙躍鋼，高帥，靳立才

（北京中農(nóng)天陸微納米氣泡水科技有限公司，北京 100083）

改革開放以來，在“以養(yǎng)為主”的發(fā)展方針指引下，水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展取得巨大成就。2018年全國水產(chǎn)養(yǎng)殖總產(chǎn)量4.99106×107t，占我國水產(chǎn)品總產(chǎn)量的比重達77.3%[1]，是世界上唯一養(yǎng)殖水產(chǎn)品總量超過捕撈總量的主要漁業(yè)國家。

改變傳統(tǒng)的粗放的養(yǎng)殖方式，尋求更加高效、環(huán)保的養(yǎng)殖模式勢在必行。循環(huán)水養(yǎng)殖模式與傳統(tǒng)養(yǎng)殖方式相比，養(yǎng)殖污水經(jīng)過水處理循環(huán)利用，節(jié)水、生態(tài)環(huán)保；養(yǎng)殖密度高，產(chǎn)量相同時占用面積更少，節(jié)地；養(yǎng)殖水體的水質(zhì)好，病害少，降低投藥甚至無需投藥，水產(chǎn)品綠色健康；養(yǎng)殖科學管理、標準化生產(chǎn)，生產(chǎn)的可控性強、風險低；水產(chǎn)品質(zhì)量可溯源等。循環(huán)水養(yǎng)殖模式與流水型養(yǎng)殖模式相比，可節(jié)水90%以上，節(jié)地高達99%，而且通過污水處理還可以實現(xiàn)節(jié)能減排、環(huán)境友好型生產(chǎn)[2]。由于循環(huán)水產(chǎn)模式具有眾多優(yōu)點，符合現(xiàn)階段國家各項政策和環(huán)保要求。而設(shè)計并研發(fā)適合于市場需求的高密度循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)、并分析其運行效果和推廣價值，具有十分重要的意義。

1 材料和方法

1.1 基本情況

高密度循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)搭建于北京國際都市農(nóng)業(yè)科技園（北京市通州區(qū)潞城鎮(zhèn)）的玻璃連棟溫室，于2017年建設(shè)完成并開始運行。系統(tǒng)占地面積52.6 m2，由4個直徑1.5 m、深1.2 m的圓形玻璃鋼養(yǎng)殖池、微納米氣泡快速發(fā)生裝置及相應(yīng)的水處理設(shè)備構(gòu)成，總養(yǎng)殖水體約7 m3，設(shè)計最高養(yǎng)殖密度80 kg/m3，適宜海水/淡水品種。此次試驗養(yǎng)殖對象選擇了比較具有代表性的淡水吉富羅非魚。系統(tǒng)主要設(shè)計參數(shù)如表1所示。

表1 系統(tǒng)主要設(shè)計參數(shù)

1.2 系統(tǒng)設(shè)計

圖1 系統(tǒng)水處理工藝流程圖

高密度循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)工藝流程如圖1所示。系統(tǒng)構(gòu)成：雙排污通道養(yǎng)殖池、豎流式固液分離器、轉(zhuǎn)鼓式微濾機、紫外線消毒器、沸騰式移動床生物濾器、CO2脫氣池、鼓風機、溫度和pH調(diào)節(jié)池、溶氧錐、制氧機、循環(huán)泵、人工濕地等。系統(tǒng)水處理工藝包括過濾、消毒、去除CO2、生物降解、調(diào)節(jié)溫度和pH值、增氧、尾水人工濕地處理等環(huán)節(jié)。

養(yǎng)殖池設(shè)計了雙通道排污，上排污經(jīng)由養(yǎng)殖池側(cè)壁上方的溢流口流出，占系統(tǒng)總循環(huán)量的90%；底排污通過中心排污管進入養(yǎng)殖池底部流出，占總循環(huán)量的10%。在水力推流以及重力的作用下，水中大部分的殘餌、糞便等顆粒物隨著底排污進入豎流式固液分離器，其筒身直徑400 mm。豎流式固液分離器對于固形顆粒物去除效率較高，可以達到（77.9±1.6）%[3]。

過濾選用轉(zhuǎn)鼓式微濾機，200目，過濾精度45 μm，反沖洗頻率為2.1次/h，單次顆粒物去除率可達50%以上[4]。

消毒采用紫外線滅菌器，殺滅水中細菌，病毒，酵母，霉菌及藻類生物，不需添加化學藥品即能達到消毒效果。

生物處理是高密度循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)的核心技術(shù)環(huán)節(jié)，選用沸騰式移動床生物過濾器。筒身直徑1.2 m，高2 m，內(nèi)部充填生物環(huán)形填料（MBBR材質(zhì)，規(guī)格 φ25*4 mm，64孔室，比表面積 1 200 m2/m3，孔隙率85%）。正常工作條件下，填料在水流和氣流的推力作用下形成一種穩(wěn)定的移動流化狀態(tài)，保證廢水與載體上的生物膜廣泛而頻繁地接觸，提高系統(tǒng)傳質(zhì)效率的同時，加快生物膜微生物的更新，保持和提高生物膜的活性。

增氧主要采用制氧機供純氧、溶氧錐將氧氣進行加壓溶解。溶氧錐是一種特殊的壓力容器，利用射流原理將氧氣和水充分混合，迫使氣體克服水的表面張力而被動溶解。該設(shè)備提高了氧氣的利用率及增氧效率。

pH值的調(diào)節(jié)主要包括三個方面：（一）由于養(yǎng)殖密度高，魚類呼吸作用會使水體中的CO2濃度持續(xù)累積，使得pH值快速下降。采用CO2脫氣池去除CO2，脫氣池的筒身直徑1.0 m，采用格柵和曝氣方式去除CO2。（二）沸騰式移動床生物過濾器的曝氣作用，繼續(xù)吹脫一部分溶于水中的CO2。（三）采用貝殼等生態(tài)方式進行調(diào)節(jié)。

表2 系統(tǒng)主要設(shè)備及結(jié)構(gòu)性能參數(shù)

1.3 系統(tǒng)管理

2017年12月系統(tǒng)正式投入運行，投放的羅非魚的規(guī)格為200～400 g。選用的飼料為淡水魚膨化飼料（蛋白質(zhì)含量30%），根據(jù)羅非魚的生長習性和生長階段進行投喂，羅非魚200～500 g時每日投喂量為體質(zhì)量的2%～3%，500 g以上時每日投喂量為體質(zhì)量的1.5%～2%，每d分2次投喂，投喂時間分別為9：00和16：00。豎流式固液分離器，每d定時排污至分離器底部不存在明顯污物，排污時間分別為8：00 和 17：00。

1.4 水質(zhì)檢測及數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法

水溫和溶解氧使用YSI 550A便攜式溶氧儀檢測，每日7：30和16：30測定2次；氨氮、亞硝酸鹽和pH值的測量采用水質(zhì)快速分析試劑盒，每日7：30和16：30測定2次；體質(zhì)量使用磅秤，約30 d左右測1次。

數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析與作圖使用Excel 2010軟件處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 生長情況

系統(tǒng)于2017年12月開始運行，在2019年4月5日清理系統(tǒng)并運行養(yǎng)水，培養(yǎng)微生物。2019年5月11日投放羅非魚659尾，共計244.00 kg，密度為34.86 kg/m3。經(jīng)過139 d的養(yǎng)殖，到2019年9月26日，剩余643尾，成活率97.57%，總體質(zhì)量762.76 kg，密度達到108.97 kg/m3（表3）。

表3 魚類生長情況

2.2 水溫和溶解氧

系統(tǒng)運行期間，每天上午和下午測定養(yǎng)殖池的水溫和溶解氧，如圖2所示。水溫基本保持在21～27℃之間，上午平均水溫24.23℃，下午平均水溫24.95℃，保證了羅非魚的最佳生長溫度（24～35℃）；全天水溫浮動不大，系統(tǒng)水溫調(diào)節(jié)良好。溶解氧上午基本保持在6～12 mg/L之間，下午基本保持在3～11 mg/L之間；上午溶解氧平均值8.69 mg/L，下午溶解氧平均值5.81 mg/L?？傮w來說，上午溶解氧高于下午溶解氧，溶解氧受喂食影響較大。7：30測定溶氧值在喂食之前（9：00），16：30 測定溶氧值在喂食后（16：00），喂食后飼料剩餌及魚類排泄物極大消耗水體溶解氧，故下午溶氧值較上午低。養(yǎng)殖后期隨著養(yǎng)殖密度增大，羅非魚耗氧增加，溶解氧含量有所下降，但仍可供羅非魚正常生長。

圖2 水溫和溶解氧

2.3 氨氮、亞硝酸鹽和pH值

系統(tǒng)運行期間，每天上午和下午從養(yǎng)殖池取水樣檢測氨氮、亞硝酸鹽和pH值，如圖3所示。養(yǎng)殖水體氨氮保持在0.2～0.5 mg/L，后期隨養(yǎng)殖密度增加氨氮偶爾達到0.8 mg/L，氨氮平均濃度維持在0.32～0.42 mg/L；亞硝酸鹽保持在 0.01～0.05 mg/L，下午略高于上午，養(yǎng)殖后期略高于前期，亞硝酸鹽平均濃度維持在0.02～0.03 mg/L。總體來說，系統(tǒng)的生物處理非常穩(wěn)定，硝化及反硝化能力良好。

圖3 氨氮（TAN）和亞硝酸鹽（NO2-N）

系統(tǒng)的pH值調(diào)節(jié)主要包括三個方面：（一）CO2脫氣池，可以去除大部分的CO2；（二）沸騰式移動生物池在曝氣條件下，具有一定的CO2吹脫效果；（三）貝殼生態(tài)調(diào)節(jié)pH值。經(jīng)過三重環(huán)節(jié)的調(diào)節(jié)作用，pH值能夠穩(wěn)定控制在7.6左右。

2.4 系統(tǒng)經(jīng)濟性分析

該系統(tǒng)運行成本主要包括：耗電、耗氧、飼料以及設(shè)備折舊。耗電部分按照系統(tǒng)裝機功率，每天24 h運行；耗氧主要為制氧機和溶氧錐等設(shè)備，計入電費和折舊費；飼料消耗按照餌料系數(shù)1.55進行計算；系統(tǒng)折舊以10年計算。系統(tǒng)的日運行成本如表4所示。

圖4 pH值

表4 系統(tǒng)每天運行成本

按照目前的運行情況，每kg魚的飼養(yǎng)運行成本大約為24.34元。運行成本與市場批發(fā)價比較相對較高（2019年9月北京地區(qū)市場批發(fā)價約19元/kg[5]）。由于試驗系統(tǒng)的水質(zhì)好，羅非魚全程基本無病害發(fā)生，無需投藥；循環(huán)水系統(tǒng)適宜水流的刺激羅非魚正常運動，加速魚體內(nèi)的物質(zhì)代謝，增進食欲，進一步提高了魚肉品質(zhì)；借助已有推廣平臺、并以農(nóng)民豐收節(jié)為契機進行鮮活魚銷售，銷售優(yōu)惠價格在30～35元/kg，高密度循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)養(yǎng)殖的羅非魚健康、高品質(zhì)、生態(tài)環(huán)保，深受消費者的認可及信賴。

高密度循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)運行成本高的原因包括幾個方面：（一）作為一套試驗系統(tǒng)，設(shè)計時將其重點放在了水處理效果上，養(yǎng)殖污水的水質(zhì)處理效果很好，但是電耗成本較高，占運行成本的45.51%。（二）由于是試驗系統(tǒng)，而非標準化生產(chǎn)車間的管理，餌料系數(shù)偏低。（三）本次試驗采用的是適宜季節(jié)氣候的羅非魚，而非適合于高密度養(yǎng)殖而經(jīng)濟附加值又相對較高的淡水品種。

目前高密度循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)的運行成本還沒有達到令人滿意的程度。國內(nèi)市場普遍認可的幾種淡水魚類采用傳統(tǒng)養(yǎng)殖方式投資少而市場價格都相對偏低，但是質(zhì)量參差不齊；而高密度循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)可以保證養(yǎng)殖的質(zhì)量，并且養(yǎng)殖達到一定規(guī)模后，單位水體產(chǎn)量高[6-7]、設(shè)備運行成本下降、節(jié)水環(huán)保，具有非常大的優(yōu)勢。有研究表明，與傳統(tǒng)養(yǎng)殖方式相比，循環(huán)水養(yǎng)殖生產(chǎn)每單位水產(chǎn)品可以節(jié)約50～100倍的土地和160～2 600倍的水，比傳統(tǒng)養(yǎng)殖節(jié)約90%～99%的水和99%的土地，并且?guī)缀醪晃廴经h(huán)境[8]，并且使得水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)在內(nèi)陸缺水地區(qū)的發(fā)展成為可能。

由于運行成本、缺乏品牌、品種選擇及市場推廣等因素，高密度循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)的經(jīng)濟性在國內(nèi)一直沒有得到廣泛的認可。通過本系統(tǒng)的實踐，總結(jié)可從以下幾個方面進行改善和推廣：（一）品種的選擇尤為關(guān)鍵，依據(jù)項目地市場情況、推廣銷售平臺等進行選擇適合高密度循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)的淡水或海水品種。（二）品牌建設(shè)是高密度循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)長期運行的保障。依靠最佳的質(zhì)量、環(huán)保的理念來建設(shè)品牌，以優(yōu)質(zhì)的品牌保障合理的價格優(yōu)勢，以保障高密度循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)長期高效運行。（三）高密度循環(huán)養(yǎng)殖系統(tǒng)建設(shè)，保證水質(zhì)處理效果，還要匹配一定規(guī)模，達到質(zhì)與量的最佳平衡。（四）科學的管理，是在同等競爭條件下致勝的法寶?？茖W的管理，可以降低損耗、提升質(zhì)量、提高餌料系數(shù)等。

3 結(jié)論

高密度循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)養(yǎng)殖富吉羅非魚139 d，初始密度34.86 kg/m3，試驗結(jié)果表明：羅非魚攝食和生長情況良好，最終密度達到108.97 kg/m3，存活率97.57%，餌料系數(shù)1.55。系統(tǒng)的水質(zhì)情況良好，氨氮平均濃度0.32～0.42 mg/L，亞硝酸鹽平均濃度0.02～0.03 mg/L，溶解氧平均濃度 5.81～8.69 mg/L，水溫平均24.23～24.95℃，pH值保持在7.6。經(jīng)濟性分析結(jié)果表明，該系統(tǒng)的運行成本相對較高，但由于羅非魚品質(zhì)高，受到消費者的認可和信賴，且該系統(tǒng)節(jié)水效果顯著，具有較高的市場推廣價值。