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1、工厂化循环水养殖中若干问题的探讨作者：殷蕊，宫春光来源：河北渔业 2013年第7期殷蕊1，宫春光2(1.河北省海洋与水产科学研究院，河北 秦皇岛 066200；2.河北农业大学海洋学院，河 北 秦皇岛 066003)近几年工厂化养殖在我国有了迅猛发展，在整体水产养殖业中所处的地位也愈来愈重要。 目前大多工厂化养殖场以开放式流水养殖为主，但也有部分养殖场开始尝试采用封闭式循环水 养殖模式。开放式流水养殖存在着一些明显缺陷，例如现阶段辽宁兴城、绥中等地的部分地区 地下水已接近枯竭，部分养殖场已经无法进行正常生产，河北昌黎新开口地区的地下水位也在 迅速下降，未来几年也将无法维继，山东部分沿海地区也存
2、在类似问题；开放式流水养殖中的 养殖废水直接排入大海，会对近海水质环境造成一定影响，同时也为各种病原的传播创造了便 利条件；从养殖费用看，开放式流水养殖也不占优势，尤其是在北方冬季低温季节。因此从资 源利用情况、环保角度、国家产业政策及自身经济效益等几个方面看，封闭式循环水养殖模式 是未来我国工厂化养殖的发展方向。但采用封闭式循环水养殖模式时有几个问题需要特别注意， 实际生产中一旦出现偏差会产生严重后果。现笔者对其进行一一探讨，希望给相关业者以参考。1封闭式循环水养殖中的生物处理技术目前封闭式循环水养殖所应用的工艺技术路线各异，但主要工艺环节却是基本一致的，即 去除固体废弃物和水溶性有害物质、
3、杀菌消毒、增氧、调温及水质测控等。水处理技术则包括 物理方法、化学方法和生物方法。如利用沉淀池、沙滤法、筛网过滤法等去除固态废物，利用 固液分离器、泡沫分离法、离子交换法等处理溶解态物质或微细悬浮物，利用生物处理方法来 去除BOD、氨氮、亚硝酸氮等有毒有害物质。其中物理及化学技术均已相对成熟，处理水的效 果也相对较好；而生物处理技术还有些问题，处理水的效果尚不稳定，如何达到稳定的生物处 理循环水效果成为封闭式循环水养殖技术的关键环节。生物技术处理水的基本原理是利用亚硝化细菌(Nitrosomonas)、硝化细菌(Nitrobacter) 及反硝化细菌(deni trifying bac ter
4、ia )将水中的氨氮转化为亚硝酸盐，再转化为硝酸盐，再 转化为氮气排出，也可以简称去氮或去氨。水中氨氮的去除方法有多种，如折点氯化法、化学 沉淀法、吸附法、离子交换法、吹脱法和气提法、液膜法、电渗析法及催化湿式氧化法等，但 由于种种原因，目前在水产养殖行业最宜使用的是生物硝化与反硝化方法。在整个处理过程中 如何保证生物膜上硝化菌的数量和活性是非常重要的。有研究表明，在生物滤池中，硝化作用主要是通过载体填料生物膜上所固定的硝化菌来实 现的，其它如池壁上及游离在水体中的硝化菌所起的硝化作用很微弱，因此理论上生物滤池中 单位有效体积填料的表面积越大，则挂膜后附着的硝化菌数量就越多，对氨氮的去除效果也
5、就 越好。因此应尽量选择比表面积较大的载体进行填料，且在不引起生物滤池堵塞的前提下，应 尽量加大填料的填充密度，这是保证足够硝化菌的数量的前提条件。无论是采用生物球、生物 床还是生物丝、生物桶等作为填料，比表面积最好可达500 m2/m3以上。当然，具体生物滤池 体积还要根据养殖品种、养殖密度、饵料种类、流换水量等因素综合考虑，由于成本因素通常 需要控制生物净化设施体积小于养殖水体的十分之一，但如无足够空间供硝化菌挂膜则无法发 挥生物滤池的作用。另外，海水养殖中由于氯离子对硝化菌有抑制作用，因此生物滤池的挂膜 启动时间会变长，对氨氮的处理效果也会降低。此时可以考虑在苗种放养前提前启动生物滤池
6、的硝化菌挂膜，先使用淡水进行挂膜，逐步提高循环水的盐度，直到达到所养殖品种的适宜盐 度。生物滤池中的生物膜是由微生物向载体表面运送、附着而形成的，而生物膜在经历对数增 长期、稳定期后会部分脱落，即要经历脱落期。此时生物滤池对水的处理效果会变得很不稳定， 会对养殖对象造成影响，甚至出现一些莫名其妙的疾病（多由水中氨氮含量超标造成鱼体质下 降，条件致病病原引起）。此时需要对生物滤池进行反冲洗等来维护生物膜，具体反冲周期要 根据实际情况而定，一般为一个月左右。2水力停留时间水力停留时间（Hydraulic Retent ion Time, HRT ）指待处理水在生物滤池内的平均停留时 间，即池容/进
7、水，这是影响氨氮去除率的重要因素之一，HRT的确定对生产中系统运行参数的 确定有重要的指导意义。如何确定HRT需要充分考虑各种因素，如养殖品种、饵料种类及投喂 量、养殖密度、水温、去除悬浮物（SS ）效果、生物滤池体积及系统运行能耗等，最终要在进 水氨氮浓度和HRT之间找到一个平衡点。理论上增大水力停留时间会增大氨氮去除率，但在保 证养殖水质良好的前提下需要更大的生物滤池体积，否则就无法满足水的有效循环量；而当水 力停留时间短时系统流量大、能耗高，对生物膜的冲刷磨损作用大，降低生物滤池处理效果的 稳定性，不利于系统的维护管理。通常HRT控制在3050 min之间，但要求根据进水氨氮浓度 和养殖
8、要求随时调整，根据HRT的调整，养殖技术环节和水处理设备运行也要进行相应微调。3养殖水温水温对生物硝化与反硝化反应影响巨大，是循环水养殖最大的限制因子。硝化菌属于中温 菌，最适温度范围在2040 C之间，在此温度范围内，随着温度的升高硝化反应速度也加快, 其中亚硝酸盐菌的最适宜水温为35 C；但当水温降低到15 C以下时硝化细菌的生长速度及活 性均会急剧降低，严重影响硝化效果，尤其是对反硝化反应的影响更为严重。我国海水工厂化 养殖品种主要有半滑舌鳎、青石斑、牙鲆、大菱鲆及越冬期河鲀等，其中半滑舌鳎和青石斑属 暖温型品种，本身养殖水温即要求高于15 C,因此最适宜实施封闭循环水养殖；牙鲆虽然属
9、冷温型品种，但当水温降到15 C以下时其摄食明显受到影响，且能够耐受25 C左右的高温， 因此通常养殖牙鲆时都有地热资源，所以也较适宜实施封闭循环水养殖；越冬期河鲀抗不良环 境能力超强，对水质要求不高，在越冬实际生产中通常每7天换水一次，且一般有地热资源， 所以也可以实施封闭循环水养殖；而养殖产量及产值最大的大菱鲆却存在很大问题，大菱鲆属 冷温型品种，水温高于20 C时鱼的体质即会明显变差，而且养殖大菱鲆的养殖场多数不具备 地热资源（例如大菱鲆养殖集中度最高的兴城、绥中等地），有些养殖场冬季水温在67 C 之间，而利用燃料加温成本又过高，因此在大菱鲆养殖中实施封闭循环水养殖非常困难，只有 努力
10、筛选出适宜低温的硝化菌品种才能解决这个问题。4水中有机化合物浓度溶解态和悬浮态有机化合物浓度对整个系统的有效运行也非常关键。如果有机质浓度过高， 会使生长速率较高的异养菌迅速繁衍，争夺溶解氧及硝化菌的生存空间，从而对自养性的硝化 菌产生抑制作用；封闭循环水养殖中通常利用紫外线和臭氧来杀灭病原，而悬浮态有机化合物 会影响紫外灭菌的效果，高浓度溶解态和悬浮态有机化合物会影响臭氧的灭菌效果。去除溶解 态和悬浮态有机化合物通常是通过机械过滤装置和蛋白分离器来完成，实际生产中要经常对这 两种设备进行检查、维护，以确保其顺利工作。此外，在饵料选择时应避免使用油脂含量过高 的饵料，否则大量油脂会悬浮在水中及
11、附着在各种设施壁上，严重影响对水的处理效果。实际 生产中很多养殖场在养殖对象即将上市前1-2个月时开始投喂玉筋鱼、鳀鱼等油脂含量较高的 饵料，以便获得更快的生长速度，而河鲀越冬期多数养殖场全部投喂鳀鱼，这在循环水养殖时 是行不通的，因此当采用封闭循环水养殖模式时必须对饵料系列做出调整。5水中溶解氧含量此外，水中溶解氧含量（DO）的控制也是一个比较重要的问题。硝化菌是自养性好氧生物, 它们易于生长在氧化还原电位较高的有氧环境中，溶解氧不足会导致硝化菌的活性降低，而溶 氧太高又会引起硝化菌自溶分解，因此需要将溶氧范围控制在68 mg/L,这也与生产中大多 数养殖对象对溶氧的实际需求相符合。如果采用
12、气泵供氧，一般情况下水中溶氧范围都应符合 要求；但如果使用纯氧供氧（有些养殖场采用液态氧供氧）则需要非常小心，因为这种供氧模 式下水中溶氧往往高于8 mg/L,此时需要根据氧罐中氧压的变化随时调整单位时间的供氧量。 另外，反硝化菌虽然利用亚硝酸盐和硝酸盐的速度很快，但是如果有氧气存在的话，它会优先 消耗氧气，氧气耗差不多的时候才会利用硝酸盐和亚硝酸盐，一般在反硝化反应器内溶解氧应 控制在1 mg/L以下（生物膜法）。这给实际生产带来很大困难，造成硝酸盐很难利用生物滤池 除去，而虽然硝酸盐氮一般被认为毒性很小，但浓度太高也会影响鱼类生长，使鱼体色变差、 肉质下降。一般情况下通过每天5%10%的换
13、水可以部分降低水中硝酸盐的含量，但为了避免 氮总量的持续积累，可以利用水生植物除氮，因为硝酸盐恰是植物可利用的无机氮形式。因此 封闭循环水系统中要有一个空间种植大型水生植物。生物硝化在pH值为8.08.4时（20 C）反 应速度最快，硝化过程中pH将不断下降，但海水本身偏碱性，加上每天有一定的换水，因此海 水养殖中不需要特别关注，而淡水养殖时则需要对pH值略加注意。6结语以上关于封闭式循环水养殖几点问题的探讨并不十分成熟，难免有些偏颇，但这几点问题 均是循环水养殖目前所要面对的关键难点问题。随着工厂化养殖产业的不断发展、自然养殖环 境的持续恶化及国家对环保问题的日益重视，循环水养殖将成为未来的发展方向，是大势所趋。 然而我国现阶段在实际生产中真正采用循环水养殖的厂家却寥寥无几，究其原因还是设备工艺 不成熟及生硝技术不够稳定。要想将循环水养殖模式真正大规模应用到实际生产中去还需不断 在实验、探讨和实践中探索。收稿日期：2013-04-16）
