石遠(yuǎn)航 杜祥運 熊勇軍

摘要：以夾巖水利樞紐工程魚類增殖放流站LY16型循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)為研究對象，采用轉(zhuǎn)盤式微孔過濾器、集成式生物過濾器和旋渦式增氧機等設(shè)備，結(jié)合工程需要，對循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)的設(shè)計原理、設(shè)備構(gòu)成和數(shù)據(jù)處理進(jìn)行解析，以期實現(xiàn)魚苗培育、人工繁殖及孵化達(dá)到回用水水質(zhì)條件，符合養(yǎng)殖魚類生長繁殖需求。結(jié)果表明：懸浮物平均去除率達(dá)到68.09%，氨氮和硝氮平均去除率達(dá)到75.02%和77.04%，pH值偏弱堿性，總大腸菌群平均去除率達(dá)到92.64%，溶氧量平均增加率為35.5%，水溫不高于22℃。處理后循環(huán)水各指標(biāo)均符合執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng);水質(zhì)調(diào)控;工藝設(shè)計;設(shè)備應(yīng)用;夾巖水利樞紐工程;貴州省

中圖法分類號：S959文獻(xiàn)標(biāo)志碼：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2020.09.026

Abstract：Taking LY16 type circulating aquaculture system of Jiayan Hydro-complex Project as the research object， the design principle， equipment composition and data processing of the recirculating aquaculture system were analyzed by using rotary microporous filter， integrated biological filter， vortex aerator and other equipment in combination with the needs of the actual project， so as to realize the up-to-standard quality of recycled water which meet the requirement of the fish growth and propagation for fry cultivation， artificial propagation and hatching. The results showed that： the average removal rate of suspended solids by the system reached 68.09%， the average removal rate of ammonia nitrogen and nitrate nitrogen reached 75.02% and 77.04%， the pH was slightly alkaline， the average removal rate of total coliform group reached 92.64%， the average increase rate of dissolved oxygen was 35.5%， and the water temperature was not higher than 22 ℃. All indexes of the treated circulating water meet the executive standard.

Key words： recirculating aquaculture system; water quality control; technology design; equipment application; Jiayan Hydro -complex Project; Guizhou Province

大壩建設(shè)對各種洄游性魚類繁衍構(gòu)成了威脅，為保護(hù)水電站開發(fā)流域的魚類，一般采取修建魚類增殖放流站的措施。夾巖水利樞紐及黔西北供水工程（以下簡稱“夾巖工程”）魚類增殖放流站為環(huán)境保護(hù)專項工程，站內(nèi)主要建筑物由蓄水池、人工繁殖及孵化車間、魚苗培育車間、親魚培育池、魚種培育池、生態(tài)魚池、活餌培育池以及防疫隔離池等組成。主要放流對象為四川裂鰒魚、昆明裂鰒魚、云南光唇魚和白甲魚等。因所繁殖魚類喜好流水或急流生境，采用流水養(yǎng)殖方式更接近天然生境，水質(zhì)是水產(chǎn)養(yǎng)殖的關(guān)鍵，優(yōu)質(zhì)水質(zhì)不僅為水產(chǎn)養(yǎng)殖提供了環(huán)境，同時還消耗了水產(chǎn)對象的排泄物。此外，該工程所在六沖河流域的水環(huán)境功能區(qū)劃為Ⅱ類，現(xiàn)狀水質(zhì)為Ⅱ類，養(yǎng)殖棄水不能外排[1-2]。綜合比較循環(huán)水養(yǎng)殖模式、靜水養(yǎng)殖模式和流水養(yǎng)殖模式的優(yōu)缺點，并考慮增殖放流站的需求，最終選擇循環(huán)水養(yǎng)殖模式。

隨著環(huán)境污染加劇，水產(chǎn)養(yǎng)殖面臨水質(zhì)污染風(fēng)險增加，對深化調(diào)控技術(shù)的需求也越強。循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)發(fā)展起來后，水質(zhì)調(diào)控再循環(huán)技術(shù)的優(yōu)勢得以凸顯，成為當(dāng)前水產(chǎn)養(yǎng)殖先進(jìn)生產(chǎn)力的發(fā)展方向[3]，目前相關(guān)研究主要集中在在池底排污、生物凈化等方面。隨著技術(shù)發(fā)展加快，呈現(xiàn)出普及化、產(chǎn)業(yè)化等特點[4]。

1 水污染物監(jiān)測

以魚苗培育車間為例，該車間水體按照約200 m3設(shè)計，系統(tǒng)采用2.0循環(huán)水處理系統(tǒng)，處理量為80 t/h，每日系統(tǒng)換水量和損耗量約為系統(tǒng)水體的12%，即20 m3。根據(jù)冷水魚生活習(xí)性，水處理設(shè)備進(jìn)、出水口的水質(zhì)監(jiān)測重點為：水體的懸浮物、pH、溶氧量、硝氮、氨氮、溫度及總大腸桿菌群等指標(biāo)。水質(zhì)執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)參照GB 11607-89《漁業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》，并結(jié)合昆明裂鰒魚、云南光唇魚、白甲魚等魚類生活習(xí)性執(zhí)行[5]。采用SW/FW-III型環(huán)境水質(zhì)有線監(jiān)控系統(tǒng)對車間出水設(shè)備處理效果進(jìn)行監(jiān)測、水體存留時間做了9組實驗，系統(tǒng)觀察、檢測和分析。SW/FW-III型環(huán)境水質(zhì)有線監(jiān)控系統(tǒng)主要由現(xiàn)場專用多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測儀、水環(huán)境監(jiān)控軟件和現(xiàn)場監(jiān)控電腦及工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)組成。

由于繁殖對象種類不同，對水質(zhì)條件的需求也有差異，水質(zhì)各指標(biāo)因子調(diào)控內(nèi)容及方式隨之發(fā)生改變[6]。根據(jù)原水水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)（見表1），水溫、溶氧、pH值和氨氮以及硝氮含量均不符合執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，不適合冷水魚繁殖。有研究表明，在魚類生活史中，從魚類懷卵量、催產(chǎn)量、受精率、孵化率、種苗培育至放流規(guī)格的成活率均受到水溫、溶氧、pH值的影響[7]。而在循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中，水質(zhì)受到3項關(guān)鍵因素的影響：①以魚類排泄物、殘餌等為主要成分的物理因子;②以pH值、氨氮、亞硝酸鹽等有害物質(zhì)為主要成分的化學(xué)因子;③以魚類、微生物為主的生物因子。為保證魚類的生長和繁殖行為，循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中水質(zhì)調(diào)控極為重要。

2 系統(tǒng)工藝

2.1 LY16-8500型循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)配置

循環(huán)水處理設(shè)備主要包括：轉(zhuǎn)盤式和轉(zhuǎn)鼓式微孔過濾器、集成式生物過濾器、過流式紫外線消毒器、旋渦式增氧機和熱泵型水冷暖機等。LY16型循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)性能參數(shù)見表2。

（1）轉(zhuǎn)盤式微孔過濾器。型號ZP1200-4-9，主體為SUS304不銹鋼材料制造，標(biāo)準(zhǔn)型外型尺寸為1.9 m×1.64 m×1.55 m（長×寬×高），設(shè)備過濾流量分別為90 m3/h，主要用于去除水體中懸浮的固形物，配備定位自動反沖洗裝置包括自動控制器、高壓噴頭、高壓沖洗水泵，反沖洗日耗水量1 m3/d。

（2）轉(zhuǎn)鼓式微孔過濾器。主體為SUS304不銹鋼材料制造，主要用于去除污水中懸浮的固形物，配備定位自動反沖洗裝置包括自動控制器、高壓噴頭、高壓沖洗水泵，反沖洗日耗水量小于1 m3/d。

（3）集成式生物過濾器。型號IBF-PPB-2.0或IBF-PPB-1.0，主要由浸沒式生物過濾和雨淋式生物過濾組成，具有比表面積大、掛膜時間快，水力停留時間長、生物降解充分等特點。主體設(shè)備分成多個水箱，進(jìn)水從一個水箱流入另一個水箱，布水均勻，水力停留時間長，處理能力強。

（4）過流式紫外線消毒器。型號ZY2100，腔體材料為316L不銹鋼材質(zhì)，主要配備時間累計器、紫外線強度檢測儀、系統(tǒng)紫外強度不足報警裝置、手動清洗裝置、腔體過熱保護(hù)裝置，高純度石英套管等。紫外劑量大于32 mj/cm2;燈管壽命終點8 000 h。

（5）旋渦式增氧機/羅茨鼓風(fēng)機。規(guī)格2.2～7.5 kW，主要用于為系統(tǒng)設(shè)備及養(yǎng)殖缸等輸送氣體，是養(yǎng)殖系統(tǒng)、循環(huán)水處理系統(tǒng)供氣的重要設(shè)備。該設(shè)備齒輪精度高，消音裝置獨特，噪音低，氣室內(nèi)無油接觸，輸出的氣體更純凈。

（6）熱泵型水冷暖機。規(guī)格25 000 m3/h，作為系統(tǒng)控溫設(shè)備，采用全封閉渦旋式壓縮機、高壓保護(hù)、過電流保護(hù)、水流量保護(hù)和防凍保護(hù)要求進(jìn)行設(shè)計。其中，制冷量66 kW，制熱量72 kW，總輸入功率21 kW，水流量11 m3/h，控制水溫在10 ℃～22 ℃以內(nèi)，能精確控制水溫±1 ℃。

2.2 工藝流程

工藝流程見圖1。

（1）養(yǎng)殖培育缸中的養(yǎng)殖退水通過水頭落差自流進(jìn)入轉(zhuǎn)盤式微孔過濾器;經(jīng)過轉(zhuǎn)盤式微孔過濾器過濾掉養(yǎng)殖退水里的懸浮顆粒、小分子顆粒。循環(huán)回水進(jìn)入循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)必須采取預(yù)處理措施。由于懸浮物主要來自于餌料、糞便、泥沙以及微生物群落，富含各種形態(tài)的碳氮化合物。由于懸浮物具有較高的附著性，預(yù)處理可防止大的懸浮物進(jìn)入后續(xù)處理環(huán)節(jié)，造成設(shè)備的堵塞，影響設(shè)備運轉(zhuǎn)效率。此外，通過在水中溶解或微生物分解，產(chǎn)生大量氨氮、硝氮，改變水體pH值[8-9];更重要的是懸浮物的存在給耗氧微生物提供了良好的生存環(huán)境，導(dǎo)致水體中耗氧微生物大量繁殖，耗氧微生物所消耗的溶解氧也隨之增加，清除懸浮物有利于減少溶解氧的消耗。因此，通過預(yù)處理及時清除循環(huán)水體中積存的懸浮物，不但有利于改善水體物理特征，可最大程度地分離污染物，還對循環(huán)水體化學(xué)環(huán)境起到預(yù)處理作用，更是對實現(xiàn)養(yǎng)殖水體溶氧供需平衡起著關(guān)鍵作用，使處理系統(tǒng)降低運轉(zhuǎn)負(fù)荷，提高循環(huán)水處理效率。

該循環(huán)系統(tǒng)采用的轉(zhuǎn)盤式微孔過濾器是以耐腐蝕的化纖或金屬織物為過濾介質(zhì)的物理過濾器，用于去除污水中懸浮的固形物。過濾器在初始進(jìn)水時轉(zhuǎn)盤處于靜止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)水中的懸浮物截留在轉(zhuǎn)盤濾布的內(nèi)側(cè)面上時，隨著過濾布內(nèi)的殘留物質(zhì)增多，過濾盤內(nèi)的液位開始增高，液位達(dá)到一定高度后，過濾轉(zhuǎn)盤開始緩慢轉(zhuǎn)動，同時啟動反沖洗裝置，懸浮物、細(xì)小顆粒等截留污物被沖入收集槽內(nèi)并排出，轉(zhuǎn)盤式微孔過濾器以連續(xù)進(jìn)水、周期式轉(zhuǎn)動沖洗、連續(xù)出水的方式在線運行。

（2）處理后的水通過水頭落差自流進(jìn)入集水池，水泵將集水池中的水提升到集成式生物過濾器，養(yǎng)殖退水在集成式生物過濾器中通過硝化細(xì)菌的作用，降解水體中的氨氮。該循環(huán)系統(tǒng)采用的集成式生物過濾器屬于水產(chǎn)養(yǎng)殖循環(huán)水處理系統(tǒng)中的生物過濾環(huán)節(jié)，養(yǎng)殖廢水中存在大量的亞硝酸鹽（水中的離子氨和非離子氨），對魚類有毒害，需要通過生物過濾環(huán)節(jié)去除[10]。集成式生物過濾器能保證必要的硝化細(xì)菌種群生長，通過硝化細(xì)菌來降解，并把在反應(yīng)過程中生成的氨氣、氮氣和CO2通過鼓風(fēng)吹出，適用于淡水魚養(yǎng)殖。

（3）利用水頭落差進(jìn)入紫外線消毒系統(tǒng)，殺滅水體中的細(xì)菌及有害微生物。紫外線能作用于整個微生物，破壞微生物的DNA結(jié)構(gòu)，阻止微生物DNA的光復(fù)活和暗修復(fù)，從而實現(xiàn)永久滅活。

（4）自流到養(yǎng)殖培育缸。與此同時，旋渦式增氧機補充水體中的氧氣。

3 結(jié)果及分析

（1）水溫。研究表明，在一定范圍內(nèi)溫度每升高10℃，冷水魚代謝的速度將增快2～4倍[11]。該系統(tǒng)繁殖對象一般為冷水魚，適應(yīng)其生長繁殖的水溫不宜超過22℃，但在系統(tǒng)中處于人工繁育條件下，脫離了原自然生長環(huán)境，水源溫度往往在20.5℃～27℃，大都高于水溫執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的上限22℃，使冷水魚生長、發(fā)育等一系列生命過程受到水溫影響，故系統(tǒng)采用熱泵型水冷暖機調(diào)控水溫環(huán)境。經(jīng)處理后水溫在16.2℃～20.7℃，符合水溫執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，LY16型循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)運行水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果見表3。

（2）懸浮物。處理前懸浮物含量為42～108 mg/L，不同程度高于執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)。懸浮物超標(biāo)主要是因為在循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中存在魚類排泄物、殘餌、泥沙、微生物群落等。經(jīng)處理后懸浮物含量為17～29 mg/L，懸浮物平均去除率達(dá)68.09%，符合懸浮物執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)。

（3）溶氧量。處理前溶氧量為4.20～5.69 mg/L，整體低于執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)6 mg/L。溶氧量偏低主要與魚類呼吸及水體微生物群落耗氧有關(guān)。循環(huán)水體中，魚類呼吸耗氧以及耗氧微生物生長、繁殖會逐漸消耗水體中的溶解氧，溶氧量不斷下降[12]。經(jīng)處理后溶氧量為6.20～6.81 mg/L，溶氧量平均增加率為35.5%，符合溶氧量的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)。

（4）氨氮和硝氮。處理前氨氮和硝氮分別為0.04～0.09 mg/L和0.05～0.07mg/L，均高于執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)的0.02 mg/L，經(jīng)處理后氨氮以及硝氮含量均在0.01～0.02 mg/L，平均去除率達(dá)到75.02%和77.04%，符合氨氮和硝氮的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)。

（5）pH值。處理前pH值為6.9～7.2，整體低于7.5～8.5的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，偏酸性。經(jīng)處理后pH值在7.8～8.0，有所上升，偏弱堿性，符合pH值7.5～8.5的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)。

（6）總大腸菌群。主要指與魚類存在競爭關(guān)系的耗氧微生物以及對魚類有致病作用的總大腸桿菌[13]。處理前總大腸菌群為6 000～13 900個/L，經(jīng)處理后總大腸菌群為130～900個/L，總大腸菌群平均去除率為92.64%，符合總大腸菌群的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié) 語

夾巖工程魚類增殖放流站養(yǎng)殖循環(huán)水中，制約冷水魚類生長的主要物質(zhì)有懸浮物、pH值、溶氧量、溫度、總大腸桿菌群、氨氮及亞硝酸態(tài)氮等。LY16型循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)以物化和生化處理相結(jié)合的組合工藝，通過采用轉(zhuǎn)盤式微孔過濾器懸浮物平均去除率達(dá)到68.09%，能充分保證污水和凈水的隔離;集成式生物過濾器通過合理的配流結(jié)構(gòu)集成了浸沒式生物過濾和雨淋式生物過濾的功能，水力停留時間長，生物降解充分，同時分離掉水體中的有害氣體（氨氮和硝氮），pH值有所上升;紫外線消毒系統(tǒng)對總大腸菌群的平均去除率達(dá)到92.64%，殺菌能力強;旋渦式增氧機補充水體的氧氣，溶氧量平均增加率為35.5%;熱泵型水冷暖機精確控制水溫，保證循環(huán)水水溫不高于22 ℃。懸浮物、pH值、溶氧量、溫度、總大腸桿菌群、氨氮及亞硝酸態(tài)氮等指標(biāo)均符合執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)。

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（編輯：唐湘茜）