循环水网箱养殖系统

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1、循环水网箱养殖系统循环水网箱养殖系统关于主要考虑因素的综述关于主要考虑因素的综述Thomas M. Losordo, Michael P. Masserand James Rakocy传统的池塘养殖模式需要大量的水。大约每英亩一百万加仑的水才能填满池塘，而且每年 需要相等体积的水来补偿蒸发和渗漏掉的水。假设每年的池塘产量为每英亩 5000 磅鱼，大 约一磅鱼就需要 100 加仑的水。在美国的许多地方，传统的池塘养殖由于有限的水供应或 者缺少合适的建设池塘的土地而无法生存。循环水养殖系统可以提供一种可以替代传统养殖模式的池塘养殖技术。通过水处理和再利 用，循环水系统只用一小部分水就可产出传统养殖

2、相同的产量。因为循环水系统通常使用 网箱进行养殖，实质上，减少了土地的使用量。网箱中的水产生物产量已经被研究了很多年，因为网箱中的环境是通过水处理和水循环来 控制的。通过这些技术已经创造了不可思议的年产量，由于位置接近主要的市场，而且用 水量又非常少，将会吸引未来的水产养殖者。在最近几年，各种各样的循环水生产设备已 经建立起来，结果有好有坏。虽然在这个领域有一些著名的大型企业破产，但是很多小到 中型的企业仍然延续着产量。未来的水产养殖者和投资者需要清醒的认识到在这种水产业生产技术中包含着基本技术和 经济风险。这篇说明书和其他的一系列事实旨在为循环水养殖技术提供基本的信息。1 1 主要的考虑因素

3、主要的考虑因素所有的养殖系统必须提供一个合适的环境才能提高水产品产量。主要的环境因素包括溶解 氧的浓度，非离子型氨氮，亚硝酸盐和水体中的二氧化碳。硝酸盐浓度，pH 和酸碱度也很 重要。为了有效益的产出鱼，养殖生产系统必须在鱼的迅速生长时期有好的水质。为了保 证生长，根据鱼的大小和种类每天要喂相当于鱼体重 1.5%到 15%的高蛋白颗粒饲料（稚鱼 15%，市场大小 1.5%）。喂养率、饲料组成、鱼的新陈代谢率和浪费的饲料数量影响着水质。因为颗粒性饲料或者 被吃掉或者被分解。鱼新陈代谢的副产物包括二氧化碳，氨氮和残渣。如果没有被吃掉的 饲料和新陈代谢副产物留在养殖系统中，就会产生额外的二氧化碳和氨

4、氮，减少水中的氧 含量，对养殖产品有直接的危害。在养殖池中，适合的环境条件是靠维持食物输入与池塘的同化量之间的平衡。池塘的自然 生物（藻类，高等植物，浮游动物和微生物）充当了一个处理废物的生物过滤器。随着池 塘产量的剧增和饲料利用率的增加，备用的和紧急使用的空气是必须的。在更高的饲料投 喂率上，水必须保持更换以维持好的水质。有充足空气的池塘承载力通常是每英亩 5000 7000 磅。网箱养殖系统的承载力必须要高才能提供成本效益好的鱼产量，因为更高的最初的主要的 网箱成本与土池相当。因为这样的成本和受限的自然生物过滤能力使养殖者必须依赖水流 过网箱来冲刷掉废物。另外，氧容量必须通过持续的空气来维

5、持，或者大气中的氧气或者 是纯氧。水交换率要求好的水质是最好的一个实例。假设 5000 加仑产量的池塘的养殖密度为每加仑 池塘空间容纳 0.5 磅的鱼。如果这 2500 磅的鱼在体重的 1.5%的时期每天喂 32%的蛋白饲料， 那么 37.5%磅的饲料将产生大约 1.1 磅的氨氮。另外，如果氨氮量维持在 1.0mg/l,那么氨氮的质量平衡的计算结果表明需要的新水流动速度为大约每小时 5600 加仑，才能维持规定 的氨氮量。甚至在这样高的流动速度上，系统也需要空气来补充氧气。2 2 循环水养殖系统设计循环水养殖系统设计循环水养殖技术大多被用于网箱养殖系统，因为原地不动的水是不能被用来冲刷走网箱中

6、 的废物的。在大多数情况下，流入式的要求每分钟接近 100 加仑来维持一个网箱将严重限 制产量。通过循环水网箱，水通过水处理系统来清除氨和其他废物，相同的效果通过循环 水结构达到了。水处理系统清除氨的效率，氨的生成效和氨氮的浓度决定了循环水从网箱 到水处理单元的效率。用上面的例子，如果一个处理系统在一个循环清除 50%的氨氮，那 么水的流动速率将是需要的两倍，如果新鲜的水被用来冲洗网箱。成功的循环水养殖系统的关键是成本效益好的水处理系统组件的使用。所有的循环水养殖 系统清除固体废弃物，氧化氨和亚硝酸氮，清除二氧化碳和空气或者氧气在循环到网箱中 之前。更多的强化系统或养殖高敏感度的物种可能需要额

7、外的水处理过程，比如细小固体 的清除，溶解的有机物的清除或是一些杀菌物质的清除。3 3 固体废弃物的约束固体废弃物的约束水产养殖中使用的颗粒状饲料由蛋白质，糖类，脂肪，矿物质和水组成。不能被鱼同化的 部分以高有机废物被排泄出来。当被细菌分解时，排泄的固体和没有被食用的饲料将消耗 溶解氧，产生二氧化碳。由于这个原因，固体废弃物应该越快清除掉越好。固体废弃物可 分为四种：沉积型、悬浮型、漂浮型和溶解型。在循环水系统中，前面两个是主要的因素。 溶解的有机体在水交换不足的系统中会变成麻烦。4 4 沉积型固体的控制：沉积型固体的控制：沉积型固体是这四种中最容易处理的，而且应该被清除网箱，尽可能快的过滤掉

8、。沉积型 固体通常是在一个小时内就被沉淀下来。当他们积聚在网箱底部，沉积型固体通过合适的 排水设备能被清除掉，或者他们在持续的搅动下能够保持悬浮，然后通过沉淀池，机械过 滤器或涡流分离器清除掉。沉淀和涡流分离过程可以通过增加陡坡管道来减少湍流和增加 均匀流的分配。5 5 悬浮型固体的控制：悬浮型固体的控制：从一种水产养殖工程的角度出发，悬浮型固体和沉积型固体是有实际意义的种类。悬浮型 不会沉淀到网箱底部，不能简单的在传统的沉淀池中被清除。悬浮型在循环水养殖系统中 不能总是被充分清除。如果不清除，悬浮型能明显的限制鱼的数量，而且能够刺激鱼鳃。 最常用的处理方法是机械过滤器。筛过滤器和粒状物媒介过

9、滤器是最常用的两种类型。这 些设备的更多信息请看 SRAC 453，循环水养殖生产系统：组件选择的评论。6 6 细小的、溶解型的固体控制细小的、溶解型的固体控制：细小的悬浮固体占总得悬浮固体的 50%以上，小的悬浮固体增加了氧气的需要，引起腮过 敏，伤害长须鲸。溶解的有机固体能明显的增加系统中的氧气需要。小的、溶解型固体不能通过沉淀池或机械过滤器轻易或经济的被清除。泡沫分离器可以成 功清除掉这些固体。泡沫分离器，在一个封闭的圆柱体的底部引入空气，在顶部空气与水 的交界面处产生泡沫。由于气泡通过水柱上升，固体物质就到达气泡的表面，在水柱的顶 部形成泡沫。堆积的泡沫通过凹槽流出分离器到达废物收集池

10、。在废物池中的固体浓度是 养殖池中的五倍。虽然泡沫分离器的效率取决于水的化学特性，这过程通常能被用来大量 减少水浊度和氧气的需要量。7 7 氮的约束氮的约束总氮量，由非离子态氮和氨根离子组成，是蛋白质分解的副产物。总氮由鱼鳃排泄出来， 当鱼同化食物和微生物分解有机物时产生。非离子态氮对大多数鱼是有毒的。总氮中非离 子态氮的比重是由 pH 和温度决定的。在 pH 为 7.0 时，大多数的总氮是离子型，但当 pH8.75 时，30%以上的总氮是非离子型。虽然许多种类的氨氮致死浓度已经确定，但是氨 氮的低于致死浓度的影响还不明确。减缓生长速率可能是这最重要的影响。总得来说，非 离子型氨氮的浓度应该不

11、超过 0.05mg/l。亚硝酸根离子是氨氮氧化的产物。硝化细菌利用氨氮作为生长的能量来源，并产生亚硝酸 盐作为副产物。这些细菌室生物过滤器的来源。硝化细菌生长在生物过滤器基质的表面， 虽然所有的网箱养殖系统组件一定程度上都有硝化细菌。当亚硝酸盐还不如氨氮有毒时， 他对养殖种类有害，必须得到控制。亚硝酸根与血红蛋白结合产生高铁血红蛋白。高铁血红蛋白不能携带和运输氧气，导致鱼 缺氧死亡。亚硝酸根的毒性具有种特异性。然而，减少亚硝酸根毒性的一个通常做法是增 加氯化物。10 个氯化物结合一个亚硝酸根将抑制高铁血红蛋白和氨氮的毒性。幸运的是， 硝化菌属也是生物过滤器的组分，它们利用亚硝酸盐作为能量来源并

12、且产生硝酸盐。在有 成熟的生物过滤器的循环水系统中，亚硝酸盐不应该超过 10mg/l，而且在大多数情况下应 该保持在 1mg/l 以下。8 8 氨和亚硝酸盐的控制：氨和亚硝酸盐的控制：控制 NH3 的浓度是循环水养殖系统设计的主要目标。NH3 被清除的速率必须与产生的安全 浓度的速率相等。虽然有许多可用的技术可以清除掉氨，但是生物过滤器是最广泛应用的。 在生物过滤器中，有一种基质具有 gendarme 的表面面积，硝化细菌可以在上面附着和生长。 据以前的记录，氨和亚硝酸盐在循环水流中被亚硝化单胞菌和硝化菌属氧化成硝酸盐。碎 石，沙土，塑料制品，塑料环，塑料管和塑料板是常用的生物基质。这些基质的

13、结构和与 污水接触的方式决定了生物过滤器的水处理特性。最常用的过滤器包括旋转生物接触器， 固定膜反应器和混合离子交换器。9PH9PH 和碱度的约束和碱度的约束水体中氢离子的浓度或 pH 表明水的酸碱性。PH 影响许多其他的水质参数和许多生物或化 学反应的速率。因此，pH 被认为是检测和控制系统的重要参数。碱度是水中和酸的能力。 HCO3-和 CO3-是水体碱度的主要来源。高碱度水体比弱碱度水体能更好的缓冲 pH 的变化。硝化作用一个生酸的过程。因为氨被硝化细菌转化成硝酸盐。因为氢离子结合氢氧根离子， 碳酸盐结合碳酸氢盐，碱度被消耗，pH 降低。当 ph 降低到 4.5 对鱼类是危险的，ph 低

14、于 7.0 将肩上硝化细菌的能力。如果水源的水本来碱度就低，那么 ph 和碱度应该被监控，碱 度必须通过额外添加基质得到维持。通常用的一些基质有 Ca（OH）2，CaO 和 NaHCO3。1010 溶解气体的约束溶解气体的约束虽然氨氮严重限制了循环水系统的承载能力，维持充足的溶解氧浓度和过滤系统也是非常 重要的。在大多数情况下，增加溶解氧的能力是系统的承载力中最重要的限制因素。为了 维持充足的溶解氧水平，氧气必须被添加到池中，要与鱼和细菌消耗的速率相同。在循环 系统中溶解氧的消耗很难统计，但是估计是有必要的。溶解氧消耗的全部速率有鱼的呼吸 作用、细菌分解有机废物所需的氧气和没有食用的食物分解需

15、要的氧气还有硝化细菌所需 的氧气。系统中氧气的需要量很大程度上受固体废弃物在系统中存留时间的长短的影响。二氧化碳是鱼和微生物呼吸的副产物，能够积聚在循环水系统中。如果有充足的溶解氧， 提高二氧化碳的浓度对鱼没有很大的毒性。然而，对大多数的物种，游离的二氧化碳浓度 应该维持在少于 20mg/l。在暖水流养殖系统中溶解气体一般不是问题。然而，仍要警惕加压的空气或者氧化作用， 因为大气中的氮能达到过饱和，如果空气被携带进水流中。水生生物承受着增加的溶解气 体的浓度，会在循环系统中产生气泡而死亡。维持充足的溶解氧水平，降低二氧化碳的浓度不能忽视。在一个典型的超负荷的循环系统 设计中，通风和氧化系统不足

16、能导致鱼产量减少。1111 通风和排气：通风和排气：增加空气中的氧气进入水体和释放水体中的二氧化碳在循环水系统中能被实现，通过各种 各样的设备，例如空气扩散器，表面搅拌器和加压或不加压的填充蒸馏塔。通风通常在养 殖池中进行，虽然这不是增加溶解氧的特别好的地方。这是因为氧气交换速率随着溶解氧 浓度接近饱和而降低。因为饱和浓度在养殖池中是合适的，在这个区域的空气效率极其低。在循环水系统中，一个更好的通风排气的地方是重新流回养殖池之前的循环水流中。在这 个区域，使用了水下生物过滤器，溶解氧的浓度应该最低，二氧化碳浓度最高。PCAs 是通 风的一种有效的和简单的方法。在 PCA 中，缺乏氧气的水被引进一个装有塑料介质的塔中。 一个多孔板或者喷雾嘴均匀地分配进来的水到介质上。填充塔在没有被淹没的情况下工作， 以便空气通过塔交换。如果 PCA 能被用来除掉二氧化碳，将需要一个低压鼓风机，来提供 大量的空气流通过介质。许多循环水系统设计使用抽水机来使水在处理设备和养殖池中循环。空气提升机搅动水产 生气泡，从而除掉二氧化碳增加氧气。1212 纯氧注射：纯氧注射：在集中式养殖系统，氧气消耗率可能超过通