工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖中的水處理技術(shù)

1、WORD格式可編輯工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖中的水處理技術(shù)工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖是應(yīng)用工程技術(shù)、水處理技術(shù)和高密度水產(chǎn)養(yǎng)殖技術(shù)進(jìn)行漁 業(yè)工業(yè)化生產(chǎn)的技術(shù)模式。隨著水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)向現(xiàn)代化水平的發(fā)展，工廠化水產(chǎn)養(yǎng) 殖技術(shù)作為我國(guó)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)現(xiàn)代化的支撐技術(shù)，受到科學(xué)研究者和漁業(yè)生產(chǎn)部門 的高度重視，在相關(guān)的養(yǎng)殖工藝、水質(zhì)控制、凈化處理等方面進(jìn)行了深入研究， 取得了較大進(jìn)展，有些技術(shù)已經(jīng)在生產(chǎn)中獲得應(yīng)用。其中養(yǎng)殖水體的處理技術(shù)， 作為工廠化養(yǎng)殖技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)之一，隨著研究的不斷深入，獲得較快發(fā)展，形成了機(jī)械、化學(xué)、生物和綜合處理等多項(xiàng)技術(shù)，為工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖的進(jìn)一步發(fā)展 奠定了基礎(chǔ)。工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖水體的處理主要包括幾個(gè)方面，即

2、：增氧、分離（分離固體 物和懸浮物）、生物過濾（降低BOD氨氮和亞硝酸鹽）和暴氣（去除二氧化碳 等）、消毒、脫氮等處理過程，其中懸浮物和氨氮去除是需要解決的主要技術(shù)難 點(diǎn)。本文根據(jù)近年的研究進(jìn)展和國(guó)內(nèi)外研究資料， 對(duì)養(yǎng)殖水處理技術(shù)及其應(yīng)用進(jìn) 行了總結(jié)和歸納，為工廠化養(yǎng)殖的設(shè)計(jì)和管理提供必要的技術(shù)資料，并期望在此 基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究先進(jìn)技術(shù)和處理方法、開發(fā)出相關(guān)的高效養(yǎng)殖工程設(shè)施和設(shè) 備。1. 增氧技術(shù)養(yǎng)殖水體的溶解氧是養(yǎng)殖魚類賴以生存和處理設(shè)備中的微生物生長(zhǎng)的必備 條件。在工廠化養(yǎng)殖系統(tǒng)中，魚類正常生長(zhǎng)的溶解氧應(yīng)該達(dá)到飽和溶解度的60%或者在5mg/l以上；溶解氧低于2mg/l，用于工廠化養(yǎng)殖

3、水體處理的硝化細(xì)菌就 失去硝化氨氮的作用。一般情況下，工廠化養(yǎng)殖系統(tǒng)溶解氧消耗主要來自養(yǎng)殖魚 類代謝、代謝物的分解、微生物氨氮處理等，系統(tǒng)所需溶解氧根據(jù)所養(yǎng)魚類的不 同而有所變化，并隨著養(yǎng)殖密度和投餌的增加而增加。因此，在工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖的工藝設(shè)計(jì)中，要根據(jù)養(yǎng)殖對(duì)象、養(yǎng)殖密度、水體循環(huán)量等因素來確定增氧方式。 1.1空氣增氧由于各種增氧機(jī)械設(shè)備在工廠化養(yǎng)殖池很難應(yīng)用，因此，空氣增氧多采用風(fēng) 機(jī)加充氣器的辦法，以小氣泡的形式增氧。這種辦法雖然具有使用方便、投資小 的特點(diǎn)，但是增氧效率低，一般在 1.3kg O2/kW-h（20 C溫度），28 C時(shí)僅為 0.455kg C2/kW-h,養(yǎng)殖密度也只

4、能達(dá)到30-40kg/m3。研究工廠化養(yǎng)殖的增氧專 用設(shè)備，是降低成本，提高效率的重要途徑。1. 2純氧增氧純氧根據(jù)選擇的方便性可分為氧氣瓶純氧，液體氧罐和純氧發(fā)生器三種。無 論采用那種純氧增氧，象空氣增氧中利用充氣器的辦法都是非常浪費(fèi)的，最高只 有40%勺純氧可以利用，其余沒有溶解的氧氣逸出水面而浪費(fèi)。因此，必須有專 門的設(shè)備充分利用氧氣。常用的1. 3微氣泡增氧在利用空氣和氧氣增氧的研究中，為了提高增氧效率和氧氣的利用率， 各項(xiàng) 研究集中在產(chǎn)生微氣泡的技術(shù)上，有些學(xué)者研究了氧氣氣泡在水中的形成與溶解 變化過程，以確定適宜氧氣氣泡大小。日本東京大學(xué)研究了利用超聲波擊碎小氣 泡的辦法，可產(chǎn)生平

5、均直徑小于 20卩m的微氣泡，增加了增氧處理的效率 。2. 懸浮物及其處理技術(shù)工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖中的懸浮物主要由于餌料的投喂而引起。 在一次性過流高密 度養(yǎng)殖水體試驗(yàn)中，根據(jù)餌料投喂量的不同，其含量在550mg/l左右。在飼料 系數(shù)0.91.0情況下,魚體每增重1kg就會(huì)產(chǎn)生150200g懸浮物。因此，作為 循環(huán)使用的養(yǎng)殖水體，懸浮物在水中的積累是非常迅速的。養(yǎng)殖水體中魚類的固體排泄物，在正常代謝的情況下，以懸浮物的形式存在 于水體中。在流動(dòng)的養(yǎng)殖水體中，懸浮物大部分以小于30卩m的顆粒存在于水中。 懸浮物的比重略大于水，顆粒小、流動(dòng)性好、有一定的黏附性，在有水流的條件 下呈懸浮狀態(tài)。從養(yǎng)殖水體中

6、去除30卩m以下的懸浮物，一直是工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖 設(shè)計(jì)研究的重要方向。養(yǎng)殖水體中的懸浮物的積累，使水體渾濁，影響?zhàn)B殖魚類鰓體的過濾和皮膚 的呼吸，增加魚類環(huán)境脅迫壓力，惡化水質(zhì)、消耗水中的溶解氧。工廠化水產(chǎn)養(yǎng) 殖過程中及時(shí)清除養(yǎng)殖水體中的懸浮物是非常必要的。2.1固定式濾床固定過濾床一般由粗濾、中濾和細(xì)濾三層濾料組成。根據(jù)其工作水流的不同 可分為噴水式濾床(Trickling filter)和壓力式濾床(Pressed filter),是比較普遍的過濾方式。固定式濾床可根據(jù)需要調(diào)整濾料的粒度和過濾層的厚度，過濾不同大小的懸浮顆，達(dá)到理想的過濾效果。其應(yīng)用難度在于設(shè)備龐大、效率低、 長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)容易

7、堵塞，反沖困難。2.2濾網(wǎng)過濾濾網(wǎng)過濾是用細(xì)篩網(wǎng)進(jìn)行懸浮物的過濾，主要有平盤濾網(wǎng)過濾和轉(zhuǎn)鼓濾網(wǎng)過 濾。其中轉(zhuǎn)鼓濾網(wǎng)過濾在不斷過濾的同時(shí)進(jìn)行反沖洗，過濾效率高、效果好，應(yīng) 用普遍。濾網(wǎng)的網(wǎng)目一般約為30100卩m可過濾3667%勺懸浮物，網(wǎng)目越小 過濾越徹底，但是網(wǎng)目小于60卩m就會(huì)影響過水性能。為了改善其過濾性能，增 加過濾面積，防止堵塞，減少尺寸和反沖用水是進(jìn)一步研究的重點(diǎn)。2. 3 浮式濾床浮式濾床應(yīng)用比水比重小的塑料球作為過濾介質(zhì)，在過濾過程中懸浮于水中形成過濾層。塑料浮球具有表面積大、吸附性強(qiáng)、過水阻力小的特點(diǎn)，形成過濾 層可有效過濾懸浮物。浮球直徑為3 mm左右濾床，可過濾100%勺

8、30卩m以上79% 的30卩m以下的懸浮物顆粒，獲得很好過濾效果。由于養(yǎng)殖水體中的懸浮物具有 結(jié)塊的特性，為了防止反沖時(shí)堵塞和較好的過流量， 浮球生物濾器需要頻繁的反 沖，增加了用水量和應(yīng)用成本。為了改善其應(yīng)用效果，必須進(jìn)一步研究防止堵塞 的結(jié)構(gòu)和方法。2.4自然沉淀處理自然沉淀技術(shù)是應(yīng)用魚池特殊結(jié)構(gòu)或沉淀池，使懸浮物沉淀、集聚并不斷排出。設(shè)計(jì)良好的沉淀池可去除59%-90%懸浮物,其中設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是確定懸浮物的 沉降流速。有資料表明，應(yīng)用自然沉淀處理，過流流速應(yīng)低于4 m/mi n,適宜流速為1 m/min ;單位面積的流量為1.0 - 2.7 m3 /m2 h。自然沉淀雖然具有較好 的效果，

9、但是限制了水體循環(huán)的流量，從而使結(jié)構(gòu)龐大，增加了成本。2.5氣泡浮選處理氣泡浮選處理的原理是通過氣泡發(fā)生器持續(xù)不斷的在水中釋放氣泡，使氣泡形成象篩網(wǎng)一樣的過濾屏幕，并利用氣泡表面的張力吸附水中的懸浮物。產(chǎn)生微小氣泡（直徑為10100卩m ），使氣泡均勻持續(xù)與水體有效混合，可有效去除 水產(chǎn)養(yǎng)殖水體中的懸浮物。氣泡越小，效率越高。因此，研究產(chǎn)生微小氣泡的發(fā) 生裝置，是該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵。3 養(yǎng)殖水體中的氨氮及其處理技術(shù)工廠化養(yǎng)殖水體中的氨氮主要是由于養(yǎng)殖魚類的代謝、殘餌和有機(jī)物的分解 而引起。一次性過流試驗(yàn)表明，高密度流水養(yǎng)殖排水中的氨氮濃度一般為1.4mg/l左右。投喂的飼料中，大約有40%司料

10、蛋白的氮被鮭鱒魚類轉(zhuǎn)化成氨氮 （NH+ NHJ,在餌料系數(shù)為1.0的情況下，鮭鱒魚類每增長(zhǎng)1kg就會(huì)產(chǎn)生33g N。 如不進(jìn)行處理，氨氮在循環(huán)養(yǎng)殖水體中的積累呈快速直線上升的趨勢(shì)。養(yǎng)殖魚類排泄的氨氮中，大約只有7 - 32%勺總氮是包含在懸浮物中，大部分溶解于養(yǎng)殖水體中，分別以離子銨NF4+和非離子氨NF3的形式存在，并且隨著pH值和溫度的變化而相互轉(zhuǎn)化。研究物理、化學(xué)和生物的氨氮處理先進(jìn)技術(shù) 和有效方法，是工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖的重要課題。氨氮在養(yǎng)殖水體中的積累會(huì)對(duì)魚類產(chǎn)生毒性作用， 其中非離子氨對(duì)魚類毒性 作用很大。工廠化養(yǎng)殖水體的氨氮總量一般不應(yīng)超過 1mg/l，非離子氨不應(yīng)超 過0.05mg/

11、l。由于離子銨NH4+和非離子氨NH3在不同pH值和溫度條件下相互轉(zhuǎn) 換，因此在控制養(yǎng)殖水體氨氮積累的同時(shí)，應(yīng)注意根據(jù)溫度的變化調(diào)節(jié)pH值，從而使非離子氨保持在較低水平。3.1空氣吹脫空氣吹脫的原理是應(yīng)用氣液相平衡和介質(zhì)傳遞亨利定律，在大量充氣的條件 下，減少了可溶氣體的分壓，溶解于水體中的氨 NH3穿過界面，向空中轉(zhuǎn)移，達(dá) 到去除氨氮的目的?？諝獯得摰男手苯邮艿絧H值的影響，在高pH值的條件下， 氨氮大部分以非離子氨的形式存在，形成溶于水的氨氣：Hh+ + OH=- NH4OH H 2O + NH3?在pH值為11.5時(shí)，水氣體積比為1: 107的條件下，空氣吹脫可去除 95% 的氨氮，在

12、正常養(yǎng)殖水體也可獲得一定的效果?？諝獯得搼?yīng)用的關(guān)鍵是pH值的調(diào)整，使處理過程既能提高處理的效率，又 能適應(yīng)養(yǎng)殖魚類對(duì)水體pH值的要求。同時(shí)空氣吹脫需要空氣的流量大，養(yǎng)殖水 體水溫易受影響。3. 2離子交換吸附離子交換吸附是應(yīng)用氟石或交換樹脂對(duì)水體中的氨氮進(jìn)行交換和吸附。氟 石的吸附能力約為1mg/g，設(shè)計(jì)適宜可吸附95%勺氨氮，在達(dá)到吸附容量后，可 用10%勺鹽水噴林24小時(shí)進(jìn)行再生，重復(fù)使用。在工廠化養(yǎng)殖中應(yīng)用氟石有較 好的效果，但其再生操作煩瑣、時(shí)間長(zhǎng)。有些研究利用氟石作為生物處理的介質(zhì)， 在氟石上接種硝化細(xì)菌，達(dá)到提高生物處理效率的目的。3. 3生物處理生物處理是利用硝化細(xì)菌、亞硝化細(xì)菌

13、和反硝化細(xì)菌對(duì)水中的氨氮進(jìn)行轉(zhuǎn)化 和去除。亞硝化細(xì)菌 (Nitrosomonas europaea and Nitrosococcus mobilis )把氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽、硝化細(xì)菌(Nitrobacter wino gradski and GenusNitrospira )把亞硝酸鹽轉(zhuǎn)化為硝酸鹽。如果進(jìn)行徹底脫氮處理，可利用反硝化 細(xì)菌進(jìn)行處理。由于反硝化過程是在厭氧條件下(溶解氧低于1mg/l)進(jìn)行，應(yīng)用于水產(chǎn)養(yǎng)殖有一定的困難。研究表明，硝酸鹽對(duì)魚類的影響很小，一些養(yǎng)殖魚 類可抵抗大于200 mg/l濃度的硝酸鹽。因此，水產(chǎn)養(yǎng)殖水體的處理，很少應(yīng)用 反硝化過程。生物處理具有投資少，效率高

14、的特點(diǎn)，受到廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。有資料顯 示，應(yīng)用硝化和亞硝化細(xì)菌附著浮球進(jìn)行氨氮處理，氨氮的轉(zhuǎn)化率為380g /(n3 day)，餌料負(fù)荷能力為 32kg/ (m3 day)。但是，硝化細(xì)菌的最佳生長(zhǎng)溫度在 30 r以上，溫度降低其活性降低，處理 能力下降，低于15C已經(jīng)很難利用。有些研究涉及了低溫下優(yōu)勢(shì)細(xì)菌的馴化、 培養(yǎng)和利用技術(shù)，獲得低溫下生物處理的良好效果，是水產(chǎn)養(yǎng)殖水體處理的重要 研究方向。3. 4臭氧氧化處理臭氧作為消毒和去除懸浮物在水產(chǎn)養(yǎng)殖上獲得廣泛應(yīng)用，其也有一定的氨氮 氧化效果。研究表明臭氧的直接氧化可去除水體中氨氮的25.8%，在加入催化劑的條件下，可大幅度提高其氧化效率。臭

15、氧氧化氨氮的方法在水產(chǎn)養(yǎng)殖上還沒有 深入研究，利用催化方法提高臭氧氧化氨氮的效率，應(yīng)用于養(yǎng)殖水體的處理，可為水產(chǎn)養(yǎng)殖的氨氮處理開辟新途徑。3. 5電滲析處理電滲析處理的原理是水體在電場(chǎng)的兩極流動(dòng)時(shí)，水中的帶電離子在直流電場(chǎng) 的作用下定向移動(dòng)，陰離子透過陰膜進(jìn)入陰離子集水槽， 陽離子通過陽膜進(jìn)入陽 離子集水槽，從而可把水體中的離子氨去除。由于氨氮在pH值為7的中性條件下，非離子氨僅為氨氮總量的0.55%, 99%以上是離子氨，所以電滲析處理可獲 得好的處理效果。電滲析處理具有分離效率高、裝置緊湊、自動(dòng)化容易的特點(diǎn)，已經(jīng)廣泛地應(yīng) 用于化工、食品、冶金和航天領(lǐng)域的水處理工程。結(jié)合工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖的實(shí)際

16、， 研究可用于養(yǎng)殖水體處理的電滲析設(shè)備，應(yīng)是工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖水處理技術(shù)研究的 新領(lǐng)域。4. 有害氣體處理工廠化養(yǎng)殖水體中的有害氣體主要是魚類代謝呼吸產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w，以微氣泡的形式存在于水中。水中的二氧化碳對(duì)魚類健康非常有害， 二氧化碳?xì)怏w 含量超過20mg/l時(shí)，養(yǎng)殖魚類就會(huì)產(chǎn)生氣體壓力反應(yīng)，表現(xiàn)為向水面或增氧設(shè) 備集中，攝飼明顯減少。在一定條件下二氧化碳?xì)怏w可與水結(jié)合進(jìn)行可逆反應(yīng)形成碳酸。碳酸是弱 酸，也會(huì)降低養(yǎng)殖水體的pH值，從而影響水質(zhì)。碳酸極不穩(wěn)定，在空氣中很容 易分解為水與二氧化碳。因此，采取措施使養(yǎng)殖水體充分與空氣接觸， 就可及時(shí) 去除養(yǎng)殖水體中的二氧化碳?xì)怏w。4.1機(jī)械設(shè)備去除

17、利用增氧機(jī)或暴氣設(shè)備，在養(yǎng)殖水體中形成上下交換的水流， 使水體充分與 大氣接觸，達(dá)到分解碳酸，去除二氧化碳的目的。4.2水力設(shè)計(jì)去除在設(shè)計(jì)過程中，回水管和回水槽間留有一定高度的落差， 使水流在回水過程 中充分暴露在大氣中，分解碳酸，去除二氧化碳。4.3 充氣去除在水流通過的水道上設(shè)置微氣泡釋放裝置， 利用氣泡相互積累的特性，使散 布于水中的二氧化碳與釋放的氣泡結(jié)合， 由氣泡把二氧化碳帶上水面，達(dá)到去除 的目的。5. 消毒殺菌工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖由于養(yǎng)殖密度高、餌料負(fù)載量大，魚類的代謝在水體中富集 了大量營(yíng)養(yǎng)物資，為細(xì)菌的繁殖和生長(zhǎng)提供了很好的環(huán)境條件，如不及時(shí)殺菌消毒，很容易發(fā)生疾病，在高密度養(yǎng)殖條

18、件下，發(fā)生疾病，很快就會(huì)蔓延，對(duì)養(yǎng)殖 生產(chǎn)造成災(zāi)難性的后果。因此，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中設(shè)置有效的滅菌消毒設(shè)備是十分必 要的。消毒殺菌主要有臭氧殺菌消毒和紫外線殺菌消毒。5.1臭氧殺菌消毒臭氧是一種極不穩(wěn)定的強(qiáng)氧化劑，在一定濃度下可破壞細(xì)菌、病毒和寄生蟲 的細(xì)胞膜，殺死病原。有資料表明，根據(jù)不同需要，養(yǎng)殖水體中含有0.1-0.2mg/l 的臭氧，持續(xù)1-30分鐘就可以達(dá)到殺菌消毒的理想效果。臭氧還具有沉淀懸浮物和氧化氨氮的作用，如果能提高其綜合利用效率，臭 氧將會(huì)在工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖中得到廣泛的應(yīng)用。5.2紫外線殺菌消毒研究表明，一定波長(zhǎng)的紫外線(180-300nm)具有很好的滅菌消毒效果。一 般養(yǎng)殖水體中消毒的強(qiáng)度為 15,000 - 30,000 卩w sec./cm 2,在紫外線強(qiáng)度為 30 000卩W/cm時(shí),紫外輻射消毒對(duì)幾種常見魚病具有良好的防治效果,如100 %殺滅對(duì)蝦白斑病需2.67 s;鯉科魚類的水霉病和病毒性出血性敗血癥都只 需1.60 s。有些研究進(jìn)行了紫外線臭氧發(fā)生器的試驗(yàn)，在紫外線消毒殺菌的同 時(shí)，產(chǎn)生一定濃度的臭氧，進(jìn)行消毒和氨氮的氧化，達(dá)到了綜合利用目的。工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖水處理技術(shù)的開發(fā)是利用物理、化學(xué)和生物有關(guān)理論進(jìn)行應(yīng) 用技術(shù)研究的過程，是一個(gè)由理論一 方法一技術(shù)一工藝一設(shè)備的過程，是理 論研究和生產(chǎn)實(shí)際結(jié)合的總結(jié)。實(shí)際