一种水槽式循环水养殖系统的设计及应用

韩玉娟 陈文永

（1.淮安市高级职业技术学校，淮安 223005；2.淮安市科苑渔业发展有限公司，淮安 221000）

池塘养殖已成为我国水产养殖的主要形式和水产品供应的主要来源。我国的水产养殖发展迅猛，使得越来越多的养殖废弃物在养殖环境中逐渐累积，造成养殖环境的恶化和周围土质及水源的污染。然而，我国还没有真正建立养殖废水相关的排放标准，由池塘养殖产生的废水大量被随意排放，对周围的生态环境造成了极大破坏。此外，多数传统池塘养殖存在技术水平不高、设施化程度低和设施配置不足等问题。近年来，随着池塘高效化、集约化养殖需求的提高，以及环保要求的加强，新型环保节能池塘循环养殖成为发展的新方向[1]。

池塘循环流水养殖是近几年从国外引进的一种新型池塘养殖模式。该模式借鉴了工厂化循环水养殖理念，将传统池塘的开放式散养变为集约化圈养，使“静水”池塘实现了“流水”养鱼，能够使养殖池塘保持优质的水环境，在提高成品鱼类产量的同时，有效降低了池塘养殖水体的污染压力。

本文在国内外已有循环水养殖系统的基础上，针对淡水鱼的养殖特点，设计了一种分隔式水槽循环水养殖系统。设计的养殖系统利用太阳能驱动的螺旋桨实现定向推水，可以有效使池塘水循环流动起来。水在循环流动过程中可经水草的吸收、微生物的分解和自然曝气后得到净化，以期达到“节能、减排、生态、高效”的养殖目的，可为新型池塘养殖模式提供参考。

1 循环水养殖系统的结构组成

1.1 系统的结构组成及工作原理

设计的分隔式水槽循环水养殖系统主要包括鱼类养殖区、循环水净化区、分散在净化区的浮生水草、用于导流的水泥坝体、饵料投放及厂房区，具体组成见图1[2]。

1.2 主要区域的设备安装及功能

1.2.1 养殖区

在养殖区安装有一系列的太阳能螺旋桨推水装置（见图2）、导流板、增氧泵以及在线监测系统。

池塘中所养鱼类集中在养殖区。养殖区设计为长方体，底部为水泥结构，侧壁主体用镀锌钢管焊接，用倾斜60°导流板引流，用30 mm×30 mm的镀锌铁丝网防止鱼类进入净化区，上端敞开。在养殖区水槽的前端（V型槽内侧）安装太阳能螺旋桨定向推水装置，推动水流经导流板从养殖区的前部流入和尾部流出，从而达到养殖区水体流动的目的。通过调整电动机转速控制水流的大小，以适应不同鱼类对水流速度的要求。

在养殖区安装水质在线监控系统，24 h远程在线监测养殖水体的溶解氧、温度、pH值、氧化还原电位（Oxidation-Reduction Potential，ORP）、盐度、电导率、浊度、氨氮、亚硝酸盐氮、叶绿素a以及蓝绿藻等水质参数[3]。

在养殖区附近配套建设饵料自动投放站，同时养殖区需要加一套辅助增氧装置，以防连续阴雨天鱼类缺氧。

1.2.2 净化区

综合养殖系统98%左右的区域都是净化区。净化区分布有浮生水草，水底还有藻类植物。占养殖系统2%的养殖区产生的残饵和粪便被推水系统推送到净化区，其中漂浮在水面的作为浮生水草的肥料，沉淀到池塘底部的被藻类植物吸收，从而实现对水质的循环净化。

净化区建有依据流体动力学布置的导流堤坝。在导流堤坝的作用下，整个系统的水流基本按照图1中的水流方向进行流动，一般2 d左右可以实现一次全系统水的循环。

养殖区整个池塘养殖系统采用水泥地板，可以避免土池生成淤泥，导致养殖鱼有土腥味的缺陷。

2 应用实验（以鳜鱼的养殖为例）

2.1 实验目的

利用池塘水槽循环水养殖装置养殖鳜鱼，利用养殖效果检验系统运行的可靠性和稳定性，总结经验教训，为进一步改进和完善该养殖系统的设计积累经验，为鱼类养殖企业减少环境影响提高经济效益等建立基础，为池塘养殖的环保模式应用与推广提供一定的技术支撑。

2.2 实验地点与池塘条件

该实验在淮安市科苑渔业发展有限公司所属的韩桥养殖基地进行。实验共设置矩形水槽4个，两两串联后并联。池塘水深1.8 m，每个矩形水槽长16 m、宽4 m，水槽均设置于同一池塘内。池塘除养殖水槽区域外的水面作为净化区。池塘为新开挖兴建的水泥底养殖池塘，面积约为13 340 m2。除去堤坝等所占面积，养殖区与净化区的比例约为1.8∶98.2，符合设计比例养殖区与净化区面积比不大于2∶98的要求[4]。

2.3 系统的安装与调试

设备所需金属材料用焊接性能和耐腐蚀性能好且价格适宜的镀锌钢，主要采用了镀锌钢板、镀锌角钢、镀锌钢管以及镀锌网[5]。按设计尺寸将各部分所需零部件在相关企业加工后，在池塘内完成现场组装。养殖区主体组装完毕后安装配套设备，包括太阳能螺旋桨推水装置、辅助增氧装置以及水质在线监控系统等，然后池塘加水（所用水从属于洪泽湖水域的二河引入，二河水为淮安市区饮用水的水源地），之后进行调试工作。调试期间主要对养殖区各设备部件稳固度、池塘循环水流大小以及水体溶氧情况等进行检测，同时在净化区布设水草浮床，约占池塘面积的10%。整个装置调试稳定后，放入鱼种。

2.4 鱼种放养

所用鳜鱼苗种为淮安市科苑渔业发展有限公司自育苗种。所用苗种规格为平均体长11.8 cm和平均体质量14.8 g，其中矩形水槽设200 kg/槽和400 kg/槽两种放养密度（4个水槽里共放养1 200 kg）。另设对比实验用土池1个，面积7 300 m2，放养同规格苗种400 kg。养殖过程中采用相同的饵料，且投放时间和鱼料比基本相同。

2.5 水质监测管理

净化区水质的净化主要依靠浮生水草和池底藻类植物，采用厦门水贝自动化科技有限公司的水质在线监测控制系统，对水质进行24 h监测。整个养殖期间，水槽内溶解氧都在3.8～7.0 mg·L-1，多数时间在5 mg·L-1以上，阴雨闷热天气时会降低，到2.5 mg·L-1时辅助增氧设备自动打开；土池中，凌晨溶解氧有时可能低至2 mg·L-1，故需每天都打开增氧机进行增氧。氨氮最高时达到0.3 mg·L-1。亚硝酸盐曾经多次超过0.15 mg·L-1，最高达到0.25 mg·L-1。在水槽养殖净化区，实验养殖期间有几天连续闷热阴雨，导致出现裸藻爆发。使用大剂量小球藻加复合乳酸菌泼洒两次（间隔1 d），效果明显。从监测测数据来看，整个实验期间，氨氮、亚硝酸盐以及pH值等水质指标均保持相对稳定的状态。

3 实验结果及分析

经一年的鳜鱼养殖实验，放养密度和养殖环境对比实验结果见表1。

表1 不同放养密度及养殖环境实验结果

分析表1数据可以看出，高密度养殖水槽内的鳜鱼个体较低密度养殖水槽内的个体小，并且存活率低，但单产远高于低密度，应该是养殖密度的增大影响了鱼类摄食，使得不同密度下鱼类的生长速度出现了明显差异。土池喂养条件下，鳜鱼苗种存活率最高，应该是水槽养殖中鱼类活动空间较小，使得鱼类生长受到限制，饵料竞争过度，造成鱼体生长速度变慢，抵抗疾病能力变弱，降低了存活率。虽然水槽养殖中鳜鱼个体明显较土池个体小，但是水槽养殖由于竞争比较激烈，鱼的活动量大，所以肉质紧实且没有土腥味，还可以克服土池养殖鳜鱼捕捞的难题，方便鳜鱼成鱼及时捕捞上市或实现反季节上市，提高了养殖的经济效益。

4 结语

水槽式循环水养殖基本实现了养殖污水零排放，有效解决了传统鱼类养殖的污染问题。这个模式不需要换水，最多需要在高温蒸发的时候添一些新水，实现了节约用水。环保、节水、经济效益好是水产养殖业发展追求的目标。该循环水养殖系统采用太阳能作为清洁能源，环保安全，安装维护方便，无须长距离的电路铺设，节省了人力物力。整套装置可实现自动运行，在光照不足时，蓄电池可保证水流推进装置连续运转。通过导流板、引流堤坝共同作用有效地使池水流动，水在循环流动过程中经净化区水面水草和池底藻类的有效吸收、微生物的自然分解、大面积的光照杀毒使净化水流入池塘养殖区用于养殖，生产管理简单，成鱼起捕方便，适宜多品种、多规格鱼类的养殖。

目前，设计还处在不断摸索和改进阶段，对推水增氧单元的水流特性、流场分布等参数还未能完全量化。此外，在自动运行过程中，推水设备空气气泡在水中的大小、分布、上升路径、存在时间以及溶氧与空气气泡的关系还需进一步研究。后续将采用流体力学等专业的研究方法分析水槽中水体流动的流场、流速等动力学指标，尽可能节约推水动力，降低养殖成本。此外，在相关设施规格、使用材质、设备的合理配套选用以及养殖品种的选择等方面仍需要进一步实验与优化，以期最大限度发挥其优势。