李春曉， 翁 雄， 陳楷亮， 楊 鏗， 許曉能， 楊文君

(1 汕頭市海洋與水產(chǎn)研究所，廣東 汕頭 515000；2 中國水產(chǎn)科學(xué)研究院南海水產(chǎn)研究所，農(nóng)業(yè)部南海漁業(yè)資源開發(fā)利用重點實驗室，廣東 廣州 510300)

對蝦高位池中央排污口裝置排污效果研究

李春曉1， 翁 雄2， 陳楷亮1， 楊 鏗2， 許曉能1， 楊文君1

(1 汕頭市海洋與水產(chǎn)研究所，廣東 汕頭 515000；2 中國水產(chǎn)科學(xué)研究院南海水產(chǎn)研究所，農(nóng)業(yè)部南海漁業(yè)資源開發(fā)利用重點實驗室，廣東 廣州 510300)

高位池通常采用中央排污口排污，排污口上的排污裝置是高位池的重要部件，其構(gòu)造直接影響排污效果，是高位池養(yǎng)殖成敗的重要因素。為解決傳統(tǒng)排污口排污易堵塞和無法吸排底部沉積物的問題，研制了側(cè)排式排污口裝置SC-1、SC-2和頂排式排污口裝置SD-1，在生產(chǎn)中應(yīng)用并實測其排污效果。試驗采用分時段測定排出口流速和總氮的方法，研究3種新型排污口的應(yīng)用效果。結(jié)果顯示，在養(yǎng)殖前期，SC-1型和SC-2型排污口裝置的排污性能均優(yōu)于SD-1，側(cè)排式排污口裝置的單次累計排氮量比頂排式的提高18.9%(P<0.05)。通過改進中央排污口裝置構(gòu)造，可顯著提高排污效率。研究表明，側(cè)排式排污口裝置對構(gòu)建低換水率高位池對蝦養(yǎng)殖模式、實現(xiàn)低換水量養(yǎng)殖，具有積極意義。

對蝦養(yǎng)殖；高位池；排污口裝置；排污

目前的排污裝置大多是在圓池底部設(shè)計錐形沉降器和排污管，通過水流旋轉(zhuǎn)收集排出沉積物[13-14]，而高位池排污方面的研究成果幾乎是空白，文獻(xiàn)資料極少。本研究設(shè)計的高效排污裝置，以消耗水量少為前提，吸排池底的顆粒性聚積物。根據(jù)應(yīng)用調(diào)查和排水性能初篩，從設(shè)計方案中優(yōu)選出側(cè)排式排污口裝置SC-1、SC-2和頂排式排污口裝置SD-1，將這3種裝置在養(yǎng)殖生產(chǎn)中試驗使用，測定排出的總氮，以氮為標(biāo)記，比較3種排污口裝置的物理性排污性能。

1 材料與方法

1.1 池塘情況

于2014年8—10月在廣東省汕頭市和潮州市進行試驗。用于試驗的高位池塘為正方形、全池鋪設(shè)地膜、中央排污，中央排污出水口為DN200 PVC管，池塘規(guī)格及排污口裝置類型見表1。試驗池塘編號T1～T4，T1、T2為試驗A組，兩池塘的構(gòu)造相同，T1應(yīng)用圓形側(cè)排排污口裝置(SC-1)，T2應(yīng)用方形頂排排污口裝置(SD-1)，對比兩者的排污效果。T3、T4為試驗B組，兩池塘的構(gòu)造相似，T3應(yīng)用方形側(cè)排排污口裝置(SC-2)，T4應(yīng)用SD-1，對比兩者的排污效果。

試驗池的中央排污口周邊呈鍋底形，利于集污、排污。排污口裝置采用專利技術(shù)[15]設(shè)計建造，SC-1(圖1)，直徑1.0 m，鋼混結(jié)構(gòu)，通過側(cè)面的柵式防逃欄排水，頂蓋為半球形。SC-2(圖2)，邊長1.2 m，通過側(cè)面的柵式防逃欄排水，頂蓋為平板式。SD-1(圖3)，方形，1.0 m×1.34 m，通過頂部穿孔式防逃板排水。

表1 試驗池塘及排污口裝置類型

圖1 圓形側(cè)排中央排污口裝置(SC-1)Fig.1 Round side-discharge central draining outlet device(SC-1)

圖2 方形側(cè)排中央排污口裝置(SC-2)Fig.2 Square side-discharge central draining outlet device(SC-2)

圖3 頂排式中央排污口裝置(SD-1)Fig.3 Top-discharge central draining outlet device(SD-1)

各池的排污管匯集至總排污管，再排入污水處理池塘進行處理。處理池塘為土塘，總面積約1 hm2，由沉淀池和生物處理池組成；污水先經(jīng)沉淀池沉淀，再流入生物處理池處理后外排。生物處理池塘養(yǎng)殖有江蘺、鱸魚、羅非魚等，定期施放有益菌；沉淀池定期抽吸或清理污泥，并用污泥車外運低洼處填埋。

1.2 設(shè)施情況

每口池塘對角安放功率1.5 kW的射流式增氧機2臺、功率0.75 kW水車式增氧機2臺，養(yǎng)殖后期視情況增加增氧機配置。配置射流式增氧機，既能增氧還產(chǎn)生渦流，利于加強池底廢物的聚集效果。配置羅茨鼓風(fēng)機充氣增氧，使水體中保持充足的溶氧。

1.3 養(yǎng)殖方法

海水抽取自海邊砂井后進入蓄水池，經(jīng)沉淀、紫外光和氯劑殺菌消毒處理，再曝氣1 d 后使用。養(yǎng)殖20 d內(nèi)一般不換水，養(yǎng)殖20～45 d，每天排污2～6次，每天換水率在1%以內(nèi)，這個時期添加的海水需經(jīng)嚴(yán)格消毒；養(yǎng)殖45 d后開始換水，每天換水6次，每天換水率3%～12%，隨養(yǎng)殖時間推移逐步增加換水率。羅茨鼓風(fēng)機和水車式增氧機的開啟視情況而定，一般每天4～6次；射流式增氧機每4 h開動1次，每次1～3 h。

T1和T2、T3和T4，都是同期放苗，養(yǎng)殖操作相同。養(yǎng)殖品種為凡納濱對蝦(Litopenaeusvannamei)，蝦苗投放規(guī)格為體長0.8 cm，蝦苗經(jīng)特定病毒檢驗為不帶病毒，弧菌檢測陰性。蝦苗放養(yǎng)密度為每畝18萬尾。養(yǎng)殖全過程在水中添加芽孢桿菌制劑，引導(dǎo)有益菌生長。根據(jù)溶解性總氮濃度，適當(dāng)添加蔗糖渣等碳源。每天投喂飼料6次。試驗期間，鹽度21～32，水溫23～31℃，DO 4.9～6.2 mg/L，pH 7.7～8.5。

1.4 試驗方法

(1)儀器及測定方法。總氮(TN)采用HACH公司DR890多參數(shù)比色計，HACH的0.5～25.0 mg/L總氮試劑；水中懸浮物(SS)采用重量法[16]測定；排污口流速采用LS300便攜式流速測速儀；溶解性總氮(DTN)為樣品經(jīng)過 Whatman GF / F 濾膜過濾后的濾液中的溶解性總氮；池底排污有效面積估算，采用PVC管吸底泥結(jié)合水下視頻觀察。

(2)取樣及計算方法。排污口聚積物取樣采用DN32的PVC管在排污口抽吸，排污前取樣。測定流速時測速儀安放于排污管出水口處。排出廢水的取樣：排污時在集污井的排水口進行人工取樣，每次取樣500 mL，每隔15 s進行1次取樣和流速測定，觀察到出水口的出水完全變清即可停止取樣。根據(jù)各時間點TN數(shù)據(jù)及流速數(shù)據(jù)，采用多時間段累加方法，累計1次排污過程的排氮量。一次排污過程的排氮量計算公式為：

(1)

式中：Ntotal—一次排污過程的排氮量，g；n—取樣次數(shù)；Ni—一個取樣時段內(nèi)的平均總氮濃度，mg/L；Δt—取樣間隔時間，s;例如，取樣間隔時間Δt為15s，N1為0～15s之間的平均總氮濃度，N2為15～30s之間的平均總氮濃度，如此類推；v—排水口流速，m/s；R—排污管半徑，m。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計及處理

2 結(jié)果

2.1 排污裝置排出總氮濃度的時間變化特征

(1)SC-1與SD-1比較。圖4是養(yǎng)殖40d時SC-1與SD-1排出總氮濃度的時間變化特征，可以看出，剛開始排污時廢水總氮濃度最高，隨時間迅速下降，60s左右時，總氮濃度接近池水，SC-1曲線在SD-1的上方，SC-1排出污的總氮濃度自始至終高于SD-1。同時測得的池水?dāng)?shù)據(jù)顯示：T1池水TN為2.0mg/L，池水溶解性總氮為0.9mg/L，排污口的溶解性總氮為1.1mg/L；T2池水TN為1.9mg/L，溶解性總氮為0.8mg/L，排污口溶解性總氮為1.0mg/L。溶解性總氮濃度較低，排出廢水中的氮主要來源于顆粒狀含氮有機物。圖5是養(yǎng)殖50d時的時間變化特征，與40d時較為相似，只是兩者的特征曲線靠得很近，顯示兩種排污裝置此時的效果相差不明顯。因此認(rèn)為兩種排污裝置均有不錯的排污效果。

圖4 SC-1與SD-1排出總氮濃度的 時間變化特征(40 d)Fig.4 The characteristic of total nitrogen dischargeconcentrations of SC-1 and SD-1 in terms oftime change (40 d)

圖5 SC-1與SD-1排出總氮濃度的 時間變化特征(50 d)Fig.5 The characteristic of total nitrogen dischargeconcentrations of SC-1 and SD-1 in terms oftime change (50 d)

(2)SC-2與SD-1比較。圖6是養(yǎng)殖40d時SC-2與SD-1排出總氮濃度的時間變化特征?？梢钥闯?，剛開始排污時廢水總氮濃度最高，隨時間迅速下降，60～75s左右時，總氮濃度接近池水，SC-2曲線在SD-1的上方，SC-2排出污的TN濃度自始至終高于SD-1。圖7是養(yǎng)殖50d時SC-2與SD-1排出總氮濃度的時間變化特征，與40d時較為相似，只是兩者的特征曲線靠得很近，顯示兩種排污裝置此時的效果相差不明顯。這一組(B組)與上一組(A組)有相似的結(jié)果。

圖6 SC-2與SD-1排出總氮濃度的 時間變化特征(40 d)Fig.6 The characteristic of total nitrogen dischargeconcentrations of SC-2 and SD-1 in terms oftime change (40 d)

圖7 SC-2與SD-1排出總氮濃度的 時間變化特征(50 d)Fig.7 The characteristic of total nitrogen dischargeconcentrations of SC-2 and SD-1 in terms oftime change (50 d)

2.2 側(cè)排式和頂排式排污時的單次排氮量比較

從排出總氮濃度的時間變化特征中看出，A組與B組有相似的結(jié)果，加上A組中的SC-1制作較為復(fù)雜，實際上較少使用。試驗過程中僅比較和統(tǒng)計B組的SC-2和SD-1單次排氮量。分別在養(yǎng)殖40d及50d時，比較SC-2與SD-1排污裝置的單次排氮量差異，結(jié)果如圖8所示，40d時，P<0.05，兩者具有顯著性差異；50d時，P>0.05，兩者無顯著性差異。

40d時，SC-2均值為(62.25±1.79)g，SD-1的均值為(52.34±1.67)g，側(cè)排式(SC-2)排污口的單次累計排氮量比頂排式(SD-1)的提高18.9%(P<0.05)。

圖8 SC-2和SD-1單次排氮量比較Fig.8 The comparison of nitrogen discharge amount bysingle time with SC-2 and SD-1 draining outlets

2.3 池底聚積物吸排有效面積的觀察比較

通過膠管吸底法評估池底的干凈程度，側(cè)排式吸排面積較大，可達(dá)到半徑1.5m的面積；頂排式吸排面積較小，與防逃板(1.00×1.37m)面積相似。同時觀察到廢水聚積的區(qū)域半徑達(dá)3～5m。

3 討論

3.1 不同排污口裝置的構(gòu)造特點及排污效果分析

本試驗測試的3種排污口裝置，構(gòu)造各不相同，是以行業(yè)中常用的排污口裝置為基礎(chǔ)進行優(yōu)化設(shè)計后制造的。SC-1和SC-2都是側(cè)排式，頂部不能排污，廢水只從側(cè)面的柵式防逃欄排出，排污時可以帶走周邊的聚積物，增大排污面積，試驗結(jié)果表明，池底聚積物吸排有效面積要比頂排式的大，單次排氮量也優(yōu)于頂排式。在SC-1與SC-2中，前者為半球形頂蓋，設(shè)計用于引導(dǎo)聚積物下滑，避免污物沉積，但實際使用時發(fā)現(xiàn)，SC-2平板式頂蓋板也并未有污物沉積。由于SC-2具有易制作等優(yōu)點，因而被推薦使用。頂排式排污裝置的構(gòu)造較簡單，廢水通過頂部的穿孔式防逃板排出，但其對周邊沉積物的吸排效果不好，排水時容易形成渦流，會出現(xiàn)只排走表層水的現(xiàn)象。排污時，有效排污時間短，說明短時間內(nèi)已將周邊的聚積物排走。側(cè)排式與頂排式排污口裝置在養(yǎng)殖后期的效果差異不顯著，可能與后期的顆粒較粗有關(guān)。后期的死蝦、蝦殼等大顆粒物質(zhì)較多，容易造成阻塞。

雖沒有與相關(guān)研究進行類比分析，但本文采用測試總氮的方法研究比較3種排污口的實際排污效果是簡單和有效的。另外，懸浮物濃度指標(biāo)顯示，在A組40d時，測得排污口的懸浮物(SS)濃度為(854.5±368.4)mg/L，排出的廢水懸浮物含量也較高。

3.2 排污口裝置的選型及排污操作建議

使用SC-2養(yǎng)殖40d，其單次排氮量比頂排式提高18.9%，而且SC-2的池底吸排面積也大于頂排式。因此推薦使用SC-2方形側(cè)排式排污口裝置。從總氮濃度的時間變化特征看出，排污時的有效排污時段很短，只有開啟后的75s左右，就能排走高濃度顆粒狀廢物，如果再繼續(xù)排污，排出的都是有機物含量低的池水。因此，有效的排污方式是縮短單次排污時間，見到清水后立即停止排污，待重新集污后再排污。在高位池的養(yǎng)殖排污操作上，不主張進行長時間的排污，建議以每日多次、每次少量的方式進行排污。

3.3 吸排有效面積偏小的解決方案

高位池排污管一般用管徑較小的DN200的PVC，接在排污管上的排污裝置尺寸也較小，直接造成有效吸排面積偏小的現(xiàn)象。根據(jù)調(diào)查，粵東一帶乃至全國各地的高位池養(yǎng)殖均存在這類問題。解決問題的方法主要有：(1)選擇吸排面積較大的側(cè)排式排污裝置；(2)增加移動式吸排器，吸排中央排污裝置無法吸排到的底部區(qū)域；(3)選用面積小的池子，因為小面積高位池集污，廢物更易被聚集到排污口，集污效果會更好些，建議使用面積小的池，甚至使用0.067hm2的高位池[17]。

3.4 射流式增氧機改善集污效果的探討

射流式增氧機通常只是用于增氧及促進池水的上下層對流[18]。射流式增氧機能產(chǎn)生較強水流，對池底具有沖洗作用，池水易形成旋轉(zhuǎn)式渦流，污泥等污染物容易向位于中心位置的排污口聚積。這與循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)管式射流集污有相似的效果[19]。程果鋒等[20]研究組合跑道式養(yǎng)殖池系統(tǒng)的集污效果，發(fā)現(xiàn)增大旋流速度提高循環(huán)量可提高固體顆粒物的去除率。對于高位池養(yǎng)殖，增加射流式增氧機數(shù)量及射流速度，是否有助于解決上述廢水聚集面積過大的問題，值得進一步研究探討。

4 結(jié)論

(1)方形側(cè)排式排污裝置(SC-2)在養(yǎng)殖前期的物理性排污性能優(yōu)于頂排式(SD-1)，其底部排污有效面積亦大于頂排式；(2)3種排污口裝置排污時的最佳時間段都在開啟排污后的75s內(nèi)；(3)方形側(cè)排式排污裝置(SC-2)吸排池底聚積物時，有效半徑在1.5m左右；(4)應(yīng)用側(cè)排式排污口裝置，采用多次少排的排污操作，可有效提高高位池的排污效率，節(jié)省排污的耗水量。排污口裝置改進技術(shù)具有實際應(yīng)用價值，可為降低對蝦感染病原的機率、構(gòu)建低換水率高位池對蝦養(yǎng)殖模式提供新的方案。其排污水量少的特點，有利于實現(xiàn)養(yǎng)殖廢水的集中處理。

[1] 何建國, 孫成波.高位池對蝦精養(yǎng)技術(shù)及病害防治[J].中山大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2004,43(6):6-10.

[2] 林開,侯崇林,謝榮輝,等.三種對蝦病毒在浙江省凡納濱對蝦中的流行性調(diào)查研究[J].水產(chǎn)科學(xué),2013,3(3):161-164.

[3] 翁雄,宋盛憲,何建國,等.日本對蝦高效生態(tài)養(yǎng)殖新技術(shù)[M].北京:海洋出版社, 2012:77-87.

[4]BRIGGSMRP,FUNGE-SMITHSJ.AnutrientbudgetofsomeintensivemarineshrimppondsinThailand[J].AquacultualFishManagement,1994,24(24):789-811.

[5] 李玉全,李健,王清印,等.養(yǎng)殖密度對工廠化對蝦養(yǎng)殖池氮磷收支的影響[J].中國水產(chǎn)科學(xué), 2007, 14(6):926-931.

[6] 黃翔鵠.對蝦高位池水環(huán)境養(yǎng)殖污染和浮游微藻生態(tài)調(diào)控機制研究[D].上海:東華大學(xué), 2013.

[7]AVNIMELECHY.Carbonnitrogenratioasacontrolelementinaquaculturesystems[J].Aquaculture, 1999, 176(3/4):227-235.

[8]HARIB,KURUPBM,VARGHESEJT,et al.Theeffectofcarbohydrateadditiononwaterqualityandthenitrogenbudgetinextensiveshrimpculturesystems[J].Aquaculture, 2006, 252(2/4):248-263.

[9] 李純厚,魏小嵐,王學(xué)鋒,等.池塘循環(huán)水對蝦養(yǎng)殖模式的技術(shù)特點及發(fā)展趨勢[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué), 2011, 38(24):105-108.

[10]VIGNESWARANS,NGOHH,WEEKL.Effluentrecycleandwasteminimizationinprawnfarmeffluent[J].JournalofCleanerProduction, 1999, 7(7):121-126.

[11]DENGYN,ZHAOP,SUNYZ, et al.Conditionsforbio-flocformationanditseffectsinclosedculturesystemofLitopenaeusvannamei[J].ProgressinFisherySciences, 2012, 33(2):69-75.

[12]陳軍,徐皓,倪琦,劉晃.我國工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖發(fā)展研究報告[J].漁業(yè)現(xiàn)代化,2009,36(4):1-7.

[13]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(xiàn)代化, 2007, 34(4):19-21.

[14]DAVIDSONJ,SUMMERFELTST.Solidsremovalfromacoldwaterrecirculatingsystem—comparisonofaswirlseparatorandaradial-flowsettler[J].AquaculturalEngineering, 2005, 33(33):47-61.

[15]李春曉,陳楷亮,許曉能,等.一種用于養(yǎng)殖池塘的集中排污裝置:ZL2014 2 0196473.9[P].2014-10-01.

[16]GB17378.4-2007海洋監(jiān)測規(guī)范第4部分:海水分析[S].

[17]屠銀華,王阿忠,魏祥泰,等.小型池塘南美白對蝦養(yǎng)殖高產(chǎn)試驗總結(jié)[J].科學(xué)養(yǎng)魚,2012(30):29-30.

[18]何建國,孫承波.高位池對蝦精養(yǎng)技術(shù)及病害防治Ⅰ高位池種類、結(jié)構(gòu)[J].中山大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2004, 43(6):6-10.

[19]趙樂,張清靖,李宏偉,等.循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)管式射流集污特性試驗研究[J].漁業(yè)現(xiàn)代化, 2016, 43(4):16-21.

[20]程果鋒,吳宗凡,顧兆俊,等.組合跑道式養(yǎng)殖池系統(tǒng)設(shè)計及水力學(xué)特征[J].漁業(yè)現(xiàn)代化, 2015, 42(1):6-10.

Study on the effects of central draining outlet device in higher-place prawn ponds

LI Chunxiao1，WENG Xiong2，CHEN Kailiang1，YANG Keng2，XU Xiaoneng1，YANG Wenjun1

(1 Shantou Ocean and Fisheries Research Institute, Shantou 515000, China；2SouthChinaSeaFisheriesResearchInstitute,ChineseAcademyofFisherySciences,KeyLaboratoryofSouthChinaSeaFisheryResourcesExploitation&Utilization,MinistryofAgriculture,Guangzhou510300,China)

Central draining is often adopted in higher-place aquaculture ponds, and as an important part of the higher-place pond aquaculture system, the draining device at the draining outlet directly affects the draining effects, and thereby affects the success or failure of higher-place aquaculture. In order to solve the problems of traditional draining outlet such as easy blocking and incapability in the suction of pond bottom deposit, a new side-discharge outlet device of SC-1 and SC-2 types, and a top-discharge outlet device SD-1 are designed and tested for the draining effects in actual production. Experiment was conducted to measure the flow velocity and total nitrogen at the draining outlet at different time intervals, and the draining effects of the three new types were studied. The results showed that, at the earlier stage of aquaculture, the draining performance of SC-1 type and SC-2 type draining outlets remarkably preceded the SD-1 type; the total nitrogen draining amount in single count of the side-discharge outlet device was 18.9%(P<0.05)higher than that of the top-discharge type. With the improving of the structure of the central draining outlet, the draining efficiency was significantly enhanced. The research shows that, side-discharge outlet device is of much significance to reduce water exchange rate in higher-place pond prawn culture and achieve the lower water exchange rate aquaculture.

prawn culture; higher-place pond; draining outlet; draining

10.3969/j.issn.1007-9580.2016.06.002

2016-09-11

2016-11-18

廣東省海洋漁業(yè)科技推廣專項(A201301B07)

李春曉(1962—)，男，高級工程師，研究方向：對蝦養(yǎng)殖技術(shù)。E-mail：lcxhyn@126.com

翁雄(1964—)，男，研究員，研究方向：對蝦養(yǎng)殖技術(shù)。E-mail：wengxiong@scsfri.ac.cn

S968.22

A

1007-9580(2016)06-006-06