LY16型循环水养殖系统在养殖废水水质调控再循环中的应用

石远航 杜祥运 熊勇军

摘要：以夹岩水利枢纽工程鱼类增殖放流站LY16型循环水养殖系统为研究对象，采用转盘式微孔过滤器、集成式生物过滤器和旋涡式增氧机等设备，结合工程需要，对循环水养殖系统的设计原理、设备构成和数据处理进行解析，以期实现鱼苗培育、人工繁殖及孵化达到回用水水质条件，符合养殖鱼类生长繁殖需求。结果表明：悬浮物平均去除率达到68.09%，氨氮和硝氮平均去除率达到75.02%和77.04%，pH值偏弱碱性，总大肠菌群平均去除率达到92.64%，溶氧量平均增加率为35.5%，水温不高于22℃。处理后循环水各指标均符合执行标准。

关键词：循环水养殖系统;水质调控;工艺设计;设备应用;夹岩水利枢纽工程;贵州省

中图法分类号：S959文献标志码：ADOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2020.09.026

Abstract：Taking LY16 type circulating aquaculture system of Jiayan Hydro-complex Project as the research object， the design principle， equipment composition and data processing of the recirculating aquaculture system were analyzed by using rotary microporous filter， integrated biological filter， vortex aerator and other equipment in combination with the needs of the actual project， so as to realize the up-to-standard quality of recycled water which meet the requirement of the fish growth and propagation for fry cultivation， artificial propagation and hatching. The results showed that： the average removal rate of suspended solids by the system reached 68.09%， the average removal rate of ammonia nitrogen and nitrate nitrogen reached 75.02% and 77.04%， the pH was slightly alkaline， the average removal rate of total coliform group reached 92.64%， the average increase rate of dissolved oxygen was 35.5%， and the water temperature was not higher than 22 ℃. All indexes of the treated circulating water meet the executive standard.

Key words： recirculating aquaculture system; water quality control; technology design; equipment application; Jiayan Hydro -complex Project; Guizhou Province

大壩建设对各种洄游性鱼类繁衍构成了威胁，为保护水电站开发流域的鱼类，一般采取修建鱼类增殖放流站的措施。夹岩水利枢纽及黔西北供水工程（以下简称“夹岩工程”）鱼类增殖放流站为环境保护专项工程，站内主要建筑物由蓄水池、人工繁殖及孵化车间、鱼苗培育车间、亲鱼培育池、鱼种培育池、生态鱼池、活饵培育池以及防疫隔离池等组成。主要放流对象为四川裂鳆鱼、昆明裂鳆鱼、云南光唇鱼和白甲鱼等。因所繁殖鱼类喜好流水或急流生境，采用流水养殖方式更接近天然生境，水质是水产养殖的关键，优质水质不仅为水产养殖提供了环境，同时还消耗了水产对象的排泄物。此外，该工程所在六冲河流域的水环境功能区划为Ⅱ类，现状水质为Ⅱ类，养殖弃水不能外排[1-2]。综合比较循环水养殖模式、静水养殖模式和流水养殖模式的优缺点，并考虑增殖放流站的需求，最终选择循环水养殖模式。

随着环境污染加剧，水产养殖面临水质污染风险增加，对深化调控技术的需求也越强。循环水养殖系统发展起来后，水质调控再循环技术的优势得以凸显，成为当前水产养殖先进生产力的发展方向[3]，目前相关研究主要集中在在池底排污、生物净化等方面。随着技术发展加快，呈现出普及化、产业化等特点[4]。

1 水污染物监测

以鱼苗培育车间为例，该车间水体按照约200 m3设计，系统采用2.0循环水处理系统，处理量为80 t/h，每日系统换水量和损耗量约为系统水体的12%，即20 m3。根据冷水鱼生活习性，水处理设备进、出水口的水质监测重点为：水体的悬浮物、pH、溶氧量、硝氮、氨氮、温度及总大肠杆菌群等指标。水质执行标准参照GB 11607-89《渔业水质标准》，并结合昆明裂鳆鱼、云南光唇鱼、白甲鱼等鱼类生活习性执行[5]。采用SW/FW-III型环境水质有线监控系统对车间出水设备处理效果进行监测、水体存留时间做了9组实验，系统观察、检测和分析。SW/FW-III型环境水质有线监控系统主要由现场专用多参数水质监测仪、水环境监控软件和现场监控电脑及工业以太网络组成。

由于繁殖对象种类不同，对水质条件的需求也有差异，水质各指标因子调控内容及方式随之发生改变[6]。根据原水水质监测数据（见表1），水温、溶氧、pH值和氨氮以及硝氮含量均不符合执行标准，不适合冷水鱼繁殖。有研究表明，在鱼类生活史中，从鱼类怀卵量、催产量、受精率、孵化率、种苗培育至放流规格的成活率均受到水温、溶氧、pH值的影响[7]。而在循环水养殖系统中，水质受到3项关键因素的影响：①以鱼类排泄物、残饵等为主要成分的物理因子;②以pH值、氨氮、亚硝酸盐等有害物质为主要成分的化学因子;③以鱼类、微生物为主的生物因子。为保证鱼类的生长和繁殖行为，循环水养殖系统中水质调控极为重要。

2 系统工艺

2.1 LY16-8500型循环水养殖系统配置

循环水处理设备主要包括：转盘式和转鼓式微孔过滤器、集成式生物过滤器、过流式紫外线消毒器、旋涡式增氧机和热泵型水冷暖机等。LY16型循环水养殖系统性能参数见表2。

（1）转盘式微孔过滤器。型号ZP1200-4-9，主体为SUS304不锈钢材料制造，标准型外型尺寸为1.9 m×1.64 m×1.55 m（长×宽×高），设备过滤流量分别为90 m3/h，主要用于去除水体中悬浮的固形物，配备定位自动反冲洗装置包括自动控制器、高压喷头、高压冲洗水泵，反冲洗日耗水量1 m3/d。

（2）转鼓式微孔过滤器。主体为SUS304不锈钢材料制造，主要用于去除污水中悬浮的固形物，配备定位自动反冲洗装置包括自动控制器、高压喷頭、高压冲洗水泵，反冲洗日耗水量小于1 m3/d。

（3）集成式生物过滤器。型号IBF-PPB-2.0或IBF-PPB-1.0，主要由浸没式生物过滤和雨淋式生物过滤组成，具有比表面积大、挂膜时间快，水力停留时间长、生物降解充分等特点。主体设备分成多个水箱，进水从一个水箱流入另一个水箱，布水均匀，水力停留时间长，处理能力强。

（4）过流式紫外线消毒器。型号ZY2100，腔体材料为316L不锈钢材质，主要配备时间累计器、紫外线强度检测仪、系统紫外强度不足报警装置、手动清洗装置、腔体过热保护装置，高纯度石英套管等。紫外剂量大于32 mj/cm2;灯管寿命终点8 000 h。

（5）旋涡式增氧机/罗茨鼓风机。规格2.2～7.5 kW，主要用于为系统设备及养殖缸等输送气体，是养殖系统、循环水处理系统供气的重要设备。该设备齿轮精度高，消音装置独特，噪音低，气室内无油接触，输出的气体更纯净。

（6）热泵型水冷暖机。规格25 000 m3/h，作为系统控温设备，采用全封闭涡旋式压缩机、高压保护、过电流保护、水流量保护和防冻保护要求进行设计。其中，制冷量66 kW，制热量72 kW，总输入功率21 kW，水流量11 m3/h，控制水温在10 ℃～22 ℃以内，能精确控制水温±1 ℃。

2.2 工艺流程

工艺流程见图1。

（1）养殖培育缸中的养殖退水通过水头落差自流进入转盘式微孔过滤器;经过转盘式微孔过滤器过滤掉养殖退水里的悬浮颗粒、小分子颗粒。循环回水进入循环水养殖系统必须采取预处理措施。由于悬浮物主要来自于饵料、粪便、泥沙以及微生物群落，富含各种形态的碳氮化合物。由于悬浮物具有较高的附着性，预处理可防止大的悬浮物进入后续处理环节，造成设备的堵塞，影响设备运转效率。此外，通过在水中溶解或微生物分解，产生大量氨氮、硝氮，改变水体pH值[8-9];更重要的是悬浮物的存在给耗氧微生物提供了良好的生存环境，导致水体中耗氧微生物大量繁殖，耗氧微生物所消耗的溶解氧也随之增加，清除悬浮物有利于减少溶解氧的消耗。因此，通过预处理及时清除循环水体中积存的悬浮物，不但有利于改善水体物理特征，可最大程度地分离污染物，还对循环水体化学环境起到预处理作用，更是对实现养殖水体溶氧供需平衡起着关键作用，使处理系统降低运转负荷，提高循环水处理效率。

该循环系统采用的转盘式微孔过滤器是以耐腐蚀的化纤或金属织物为过滤介质的物理过滤器，用于去除污水中悬浮的固形物。过滤器在初始进水时转盘处于静止状态，当水中的悬浮物截留在转盘滤布的内侧面上时，随着过滤布内的残留物质增多，过滤盘内的液位开始增高，液位达到一定高度后，过滤转盘开始缓慢转动，同时启动反冲洗装置，悬浮物、细小颗粒等截留污物被冲入收集槽内并排出，转盘式微孔过滤器以连续进水、周期式转动冲洗、连续出水的方式在线运行。

（2）处理后的水通过水头落差自流进入集水池，水泵将集水池中的水提升到集成式生物过滤器，养殖退水在集成式生物过滤器中通过硝化细菌的作用，降解水体中的氨氮。该循环系统采用的集成式生物过滤器属于水产养殖循环水处理系统中的生物过滤环节，养殖废水中存在大量的亚硝酸盐（水中的离子氨和非离子氨），对鱼类有毒害，需要通过生物过滤环节去除[10]。集成式生物过滤器能保证必要的硝化细菌种群生长，通过硝化细菌来降解，并把在反应过程中生成的氨气、氮气和CO2通过鼓风吹出，适用于淡水鱼养殖。

（3）利用水头落差进入紫外线消毒系统，杀灭水体中的细菌及有害微生物。紫外线能作用于整个微生物，破坏微生物的DNA结构，阻止微生物DNA的光复活和暗修复，从而实现永久灭活。

（4）自流到养殖培育缸。与此同时，旋涡式增氧机补充水体中的氧气。

3 结果及分析

（1）水温。研究表明，在一定范围内温度每升高10℃，冷水鱼代谢的速度将增快2～4倍[11]。该系统繁殖对象一般为冷水鱼，适应其生长繁殖的水温不宜超过22℃，但在系统中处于人工繁育条件下，脱离了原自然生长环境，水源温度往往在20.5℃～27℃，大都高于水温执行标准的上限22℃，使冷水鱼生长、发育等一系列生命过程受到水温影响，故系统采用热泵型水冷暖机调控水温环境。经处理后水温在16.2℃～20.7℃，符合水温执行标准，LY16型循环水养殖系统运行水质监测结果见表3。

（2）悬浮物。处理前悬浮物含量为42～108 mg/L，不同程度高于执行标准。悬浮物超标主要是因为在循环水养殖系统中存在鱼类排泄物、残饵、泥沙、微生物群落等。经处理后悬浮物含量为17～29 mg/L，悬浮物平均去除率达68.09%，符合悬浮物执行标准。

（3）溶氧量。处理前溶氧量为4.20～5.69 mg/L，整体低于执行标准6 mg/L。溶氧量偏低主要与鱼类呼吸及水体微生物群落耗氧有关。循环水体中，鱼类呼吸耗氧以及耗氧微生物生长、繁殖会逐渐消耗水体中的溶解氧，溶氧量不断下降[12]。经处理后溶氧量为6.20～6.81 mg/L，溶氧量平均增加率为35.5%，符合溶氧量的执行标准。

（4）氨氮和硝氮。处理前氨氮和硝氮分别为0.04～0.09 mg/L和0.05～0.07mg/L，均高于执行标准的0.02 mg/L，经处理后氨氮以及硝氮含量均在0.01～0.02 mg/L，平均去除率达到75.02%和77.04%，符合氨氮和硝氮的执行标准。

（5）pH值。处理前pH值为6.9～7.2，整体低于7.5～8.5的执行标准，偏酸性。经处理后pH值在7.8～8.0，有所上升，偏弱碱性，符合pH值7.5～8.5的执行标准。

（6）总大肠菌群。主要指与鱼类存在竞争关系的耗氧微生物以及对鱼类有致病作用的总大肠杆菌[13]。处理前总大肠菌群为6 000～13 900个/L，经处理后总大肠菌群为130～900个/L，总大肠菌群平均去除率为92.64%，符合总大肠菌群的执行标准。

4 结 语

夹岩工程鱼类增殖放流站养殖循环水中，制约冷水鱼类生长的主要物质有悬浮物、pH值、溶氧量、温度、总大肠杆菌群、氨氮及亚硝酸态氮等。LY16型循环水养殖系统以物化和生化处理相结合的组合工艺，通过采用转盘式微孔过滤器悬浮物平均去除率达到68.09%，能充分保证污水和净水的隔离;集成式生物过滤器通过合理的配流结构集成了浸没式生物过滤和雨淋式生物过滤的功能，水力停留时间长，生物降解充分，同时分离掉水体中的有害气体（氨氮和硝氮），pH值有所上升;紫外线消毒系统对总大肠菌群的平均去除率达到92.64%，杀菌能力强;旋涡式增氧机补充水体的氧气，溶氧量平均增加率为35.5%;热泵型水冷暖机精确控制水温，保证循环水水温不高于22 ℃。悬浮物、pH值、溶氧量、温度、总大肠杆菌群、氨氮及亚硝酸态氮等指标均符合执行标准。

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（编辑：唐湘茜）