頡曉勇，鐘金香，李純厚，張漢華，朱長波，王秀瑛

（1、中國水產(chǎn)科學研究院南海水產(chǎn)研究所，廣東省漁業(yè)生態(tài)環(huán)境重點實驗室，農(nóng)業(yè)部南海漁業(yè)資源開發(fā)利用重點實驗室，廣州，510300；2、廣東省水產(chǎn)技術推廣總站，廣州，510220；3、汕頭市華勛水產(chǎn)有限公司，廣東汕頭，515041）

工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖是代表未來發(fā)展方向的養(yǎng)殖模式，目前我國工廠化養(yǎng)殖還處在示范階段[1，2]。雷霽霖院士提出當前應當以工業(yè)化理念為指導、節(jié)能減排為目標、“四化養(yǎng)殖”為核心，建立我國海水養(yǎng)殖大產(chǎn)業(yè)。開展系統(tǒng)節(jié)能創(chuàng)新研究是建立現(xiàn)代工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)不可或缺的重要環(huán)節(jié)，是我國工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖技術從示范走向規(guī)?；a(chǎn)應用所必須的重要步驟。筆者在汕頭建設工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)，在其基礎上進行節(jié)能創(chuàng)新改造，在生產(chǎn)實踐中探索降低循環(huán)水系統(tǒng)運行能耗的理論與技術問題，對工廠化養(yǎng)殖生產(chǎn)大規(guī)模推廣應用具有重要的意義。

1 工廠化養(yǎng)殖系統(tǒng)工藝流程創(chuàng)新

本研究是在前期工廠化養(yǎng)殖系統(tǒng)基礎上，以降低水處理系統(tǒng)運行能耗為目標進行創(chuàng)新改造，養(yǎng)殖用水前處理繼續(xù)采用前期處理程序[4，5]，4組水泥池配套改造建設4組循環(huán)水處理系統(tǒng)，養(yǎng)殖池日換水率429%，養(yǎng)殖水體循環(huán)利用率90%，損耗主要來自排污和自然蒸發(fā)。

圖1 循環(huán)水處理設施工藝流程圖

1.1 機械過濾

工廠化高密度養(yǎng)魚產(chǎn)生的固體廢棄物量大，第一道過濾程序的性能直接關系到后續(xù)水處理工藝環(huán)節(jié)的負荷和整體凈水效果。本研究機械過濾采用兩種方式結(jié)合，一是旋轉(zhuǎn)篩過濾器，二是采用袋式過濾。旋轉(zhuǎn)篩過濾器首先濾除了養(yǎng)殖廢水中的大顆粒物質(zhì)，再從頂端流入過濾袋，使得液體可均勻分布在整個濾袋表面，濾除水體中小顆粒物質(zhì)，整體達到較好機械過濾效果。

1.2 生化過濾

生化過濾是工廠化養(yǎng)殖水處理系統(tǒng)中的核心組件之一，主要去除以“三態(tài)氮”形式存在的水溶性有害物質(zhì)。生物濾池所填充的過濾材料包括碎石、細砂、塑料?；蛏锴虻葐畏N或多種成份，經(jīng)過“掛膜”培養(yǎng)在濾料表面形成“生物膜”。當養(yǎng)殖廢水從濾料間隙流過時，生物膜就會將水中有機物分解成無機物，并將氨氮轉(zhuǎn)化成對魚無害的硝酸鹽。本研究根據(jù)養(yǎng)殖水體規(guī)模，每組養(yǎng)殖池采用了2個并聯(lián)的圓柱形生化過濾器，填充濾料為生物球，預運行培養(yǎng)生物膜后開始養(yǎng)殖試驗。

1.3 殺菌消毒

目前，常用的消毒裝置主要包括紫外線消毒器和臭氧發(fā)生器。紫外線消毒具有滅菌效果好、水中無有毒殘留物、設備簡單、安裝操作方便等諸多優(yōu)點，應用較為廣泛。臭氧消毒具有化學反應快、用量少、水中無持久性殘余、不造成二次污染等優(yōu)點，也是目前常用的消毒方法。本研究在一期水處理系統(tǒng)建設中采用臭氧消毒和紫外線消毒聯(lián)合方式，在應用過程中存在臭氧濃度調(diào)節(jié)控制和殘余臭氧去除問題，因此在節(jié)能創(chuàng)新改造中采用紫外線消毒器實現(xiàn)殺菌消毒功能。

1.4 水質(zhì)調(diào)整

根據(jù)養(yǎng)殖對象對水質(zhì)的要求調(diào)整養(yǎng)殖水體水質(zhì)參數(shù)，主要包括增氧系統(tǒng)和控溫系統(tǒng)。為了克服冬季低溫對養(yǎng)殖生產(chǎn)的影響，本項目改造安裝了鍋爐加熱控溫系統(tǒng)，蒸汽經(jīng)獨立管道系統(tǒng)與養(yǎng)殖池內(nèi)水體進行熱交換，從而保證低溫天氣下養(yǎng)殖水體水溫。

2 循環(huán)水養(yǎng)殖試驗

暗紋東方鲀(Takifugu obscurus)隸屬鲀形目、鲀科、東方鲀屬，俗稱河鲀，具有較高經(jīng)濟價值，對養(yǎng)殖水質(zhì)環(huán)境要求較高。2011年3月18日，選取2組共14個水池，水深50cm，放養(yǎng)10230尾暗紋東方鲀魚苗（平均體長約2cm/尾），平均放養(yǎng)密度約91尾/m3。養(yǎng)殖全過程實現(xiàn)全封閉循環(huán)水養(yǎng)殖，養(yǎng)殖期間不使用藥物，維持了穩(wěn)定的養(yǎng)殖水體環(huán)境，顯著降低了養(yǎng)殖污物排放。2011年11月6日收獲，成活率95%，體重范圍150～200g/尾，平均體重約180g/尾。

3 小結(jié)與討論

3.1 節(jié)能創(chuàng)新

當前我國水產(chǎn)養(yǎng)殖設施系統(tǒng)的水質(zhì)調(diào)控能力弱、方法少，對循環(huán)水養(yǎng)殖技術的應用還相當落后，大多數(shù)工廠化養(yǎng)殖系統(tǒng)沒有應用循環(huán)水技術，工廠化養(yǎng)殖總體上還處在示范階段，針對工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)節(jié)能創(chuàng)新的研究報道極少。曲克明等通過車間墻體、門、窗等采用保溫層設計，達到比一般低拱車間降低30%的節(jié)能效果。在前期研究中[4，5]，筆者分析得到水處理系統(tǒng)能耗是工廠化養(yǎng)殖最主要的耗能組份，循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)日耗電量總計達到766.2kW，其中每套循環(huán)水處理設備系統(tǒng)每日耗電量為152.4kW。本研究針對循環(huán)水處理系統(tǒng)進行創(chuàng)新性改進后，能耗主要包括紫外耗能、旋轉(zhuǎn)篩過濾器和一次性提水程序，每日耗能82.8kW，即水處理系統(tǒng)中核心能耗部份與前期能耗相比較僅占54.33%，降幅達到45.67%。水質(zhì)調(diào)整中采用的加溫設備因使用較少故未納入能耗分析。本研究表明，通過對工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)中核心能耗部位的創(chuàng)新性節(jié)能改進，循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)整體的運行能耗存在較大的節(jié)能創(chuàng)新空間，為下一步我國在“節(jié)能減排”大背景下展開節(jié)能創(chuàng)新與應用技術研究提供了一個成功的例子。

3.2 水處理工藝流程創(chuàng)新

目前在工廠化養(yǎng)殖的水處理工藝流程中，一般多數(shù)采用機械過濾、蛋白質(zhì)分離、生化處理等程序，在部分水產(chǎn)養(yǎng)殖企業(yè)也有采用蛋白質(zhì)分離器作為主要水處理程序并取得成功[9，10]。但傳統(tǒng)蛋白質(zhì)分離器能耗相對較大，是水處理程序中的主要能耗部位，而水處理程序的能耗是工廠化養(yǎng)殖推廣中的重要限制性因素之一。解決這個問題存在兩個途徑，其一是通過水處理工藝流程節(jié)能創(chuàng)新，達到處理后水質(zhì)滿足養(yǎng)殖生產(chǎn)需要；其二是針對蛋白質(zhì)分離器實現(xiàn)節(jié)能創(chuàng)新。辛乃宏等[11]改造循環(huán)水處理系統(tǒng)，養(yǎng)殖石斑魚和半滑舌鰨取得成功。筆者通過前期研究發(fā)現(xiàn)[4，5]，所處理的養(yǎng)殖污水在水處理器內(nèi)的停留時間是水處理效率的重要影響因素之一，因而在節(jié)能創(chuàng)新研究中設計加大了生化處理功能，令其水力停留時間最高可達到0.339h，同時創(chuàng)造性地去除傳統(tǒng)工藝流程中關鍵耗能設備蛋白質(zhì)分離器環(huán)節(jié)，是為本次節(jié)能創(chuàng)新研究成功的重要原因。此結(jié)果也表明，在后續(xù)提高水處理效率的工藝改良方面，延長水力停留時間將是一項重要的改進手段。

3.3 進一步節(jié)能創(chuàng)新的基礎

在長期工廠化養(yǎng)殖技術研究過程中，筆者多角度地展開工廠化養(yǎng)殖技術探索。針對傳統(tǒng)水處理程序核心設備之一蛋白質(zhì)分離器能耗較高的問題，筆者研發(fā)了多功能型水處理設備[12]，該設備所具有的功能包括機械過濾、泡沫分離、增氧、生化處理、排污、殺菌消毒、反清洗等，解決了之前所有工廠化養(yǎng)殖水處理技術中分別采用不同功能的水處理單體設備完成的難題，具有設備系統(tǒng)占地面積小、水處理效率高、運行能耗低等優(yōu)點，是工廠化養(yǎng)殖領域的核心關鍵設備創(chuàng)新。本研究所采用的機械過濾程序在運行過程中需要相對較多勞動維護，是為本例工廠化養(yǎng)殖模式的不足之處，研發(fā)了無能耗型機械過濾器[13]，創(chuàng)造性地改革傳統(tǒng)的機械過濾方式，降低運行成本、提高過濾效果，代替本試驗中的旋轉(zhuǎn)篩過濾器將進一步降低水處理系統(tǒng)的運行能耗。工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖工藝的創(chuàng)新與水處理裝備技術的創(chuàng)新相伴而生，筆者在水處理設備領域針對核心設備的重要技術創(chuàng)新為工廠化養(yǎng)殖模式進一步節(jié)能創(chuàng)新準備了必要的技術基礎，對于工廠化養(yǎng)殖模式的推廣應用具有重要意義。

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