水产养殖工程学课程论文.doc

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水产养殖工程学
课程论文
毕 业 论 文

学 院 研究生学院
专 业 特种经济动物饲养
年 级 ****级研****班
姓 名 ******
指导教师 ******
时 间 年 月 日

工业化水产养殖水质净化技术的研究进展
摘要：水产养殖水质净化技术是现代水产养殖工程的重要组成部分之一，本文从增氧技术、物理技术、生物技术以及消毒杀菌技术等方面，论述了目前水产养殖水质净化处理技术的主要方法以及进一步研究的发展趋势，为实际应用和开发新技术提供参考依据。
关键词：工业化；水产养殖；水质净化技术
随着21世纪知识经济的发展和人类对环境要求的提高，水产养殖也将与农业同行步入由现代高新技术支持的快速发展阶段。无污染的集约化养殖生产模式因不受外界自然环境制约、节地省水和可在人控条件下进行大规模工业化生产的特点，正越来越得到重视和应用，成为工业化国家生产优质水产品的主要形式。特别是近年来，渔业水域环境不断恶化及水资源日益缺乏，直接危及着海洋捕捞和池塘传统养殖方式的延续和发展，欧美一些发达国家已限制养殖废水直接向自然水域排放，我国以扩大水域污染、增加水资源消耗来换取养殖产量的状况也将逐渐受到重视和改善。同时，深受市场青睐的高品质海淡水名特优产品对生存环境又有较高的要求，因此，工业化养殖(封闭式全人工的高密度集约化养殖)将成为未来渔业可持续发展的必然趋势和主流[1]。
近几年来，工业化养鱼已成为工业发达国家水产养殖的主流，主要养殖品种为鲑鳟鱼、鲤科鱼和罗非鱼等，每立方米水体的年产量一般在60 kg以上，高的可达100 kg以上。我国的工业化养鱼起步较晚，但近几年发展迅速，据统计，2007年我国工业化养殖的规模已近3000万m3，产量22.1万吨。其中：淡水工业化养殖规模为l 625万m3以上，产量13.4万吨；海水养殖规模为l 367万m3以上，产量8.7万吨[2]。近几年来，我国工业化养鱼设施的研究已经取得了一定成效，例如，北京市朝阳区水产科技园于2004年进行的工业化养鱼试验，从鱼池排出的水经过生物滤池，微滤机，增氧池后返刚养鱼池。上海市水产研究所研制的水质处理装置，采用加压强化增氧，使水中瞬时达到过饱和氧，再通过泡沫分离装置去除水中悬浮物和胶状物质，并用生物接触氧化技术去除水中氨氮等有害物质。
工业化养殖系统中最重要的是水质处理。目前在水产养殖中普遍采用池塘高密度养殖方式，这种方式在提高水产养殖产量的同时也带来了许多问题和弊端，造成近年来淡水鱼类、海养虾类、贝类等的暴发性疾病和大面积死亡事故频繁出现，使人们认识到养殖水质净化技术的研发越来越重要，也进一步促使科研人员在借鉴国外研究成果的基础上，快速发展了中国水质净化技术的研究。水质净化处理一般有以下几种方法。
1增氧技术
工业化养殖系统中，鱼池、泡沫分离、生物过滤均需要大量氧气，装备较多采用罗茨风机和旋涡式充气机，其中三叶式罗茨风机有较好的平稳性和低噪音效果。叶轮式增氧机由于增氧效率强、结构简单、使用方便，在水质调节池和养鱼工厂的二级池中有较好的用途。刘晃[3]针对工厂化循环水养殖系统中快速去除水中的溶解性氨氮和增加溶解氧等系统设计的核心问题，采用物质平衡关系建立氨氮、溶解氧的平衡方程式，推导出系统设计的计算公式，以设计一套年产50 t鲴鱼(1ctalurus)，养殖密度为50 kg/m3的高密度工厂化循环水养殖系统为例，计算得到系统的补水量为30 m3/d，系统补水率为6%，系统供氧为11.0 kg/h，系统循环量740 m3/h，循环次数为36次/d，生物过滤器有效体积为44.2 m3。陈有光[4]等介绍一种工厂化养鱼氧气锥的结构、原理及增氧效果，对氧气锥进行了氧气流量单因素等差梯度试验，推算出氧气锥的最大氧气利用率为84.56%；依照罗非鱼的耗氧率计算模式，推算出工厂化养鱼系统需配置氧气锥的台数。
2物理技术
物理方法通常都是去除水质中的固体废弃物。一般传统的静水养鱼池塘中，每年自净后的沉积淤层厚度有l0cm之多。工业化养鱼的单位密度相对要高，产生的固体废弃物量更大，其中包括鱼类残饵及其他纤维、片块状杂物。其颗粒大小分布范围较广，大部分颗径在0.02～l mm之间，比重小于1.1 g/cm3，有机物含量占80%左右，工业化养殖的循环系统中首先要将其及时清除。这样才能减轻后道工艺环节负荷和防止堵塞。一般的方法为物理过滤和泡沫分离。
2.1 物理过滤
物理过滤是养殖水体净化技术中的一个重要环节。其主要目的是去除悬浮于水体中的颗粒性有机物及浮游生物、微生物等[5]。目前常用的物理过滤方式有砂滤、网袋式过滤、转鼓式微滤、弧形筛网过滤等[6]。其中转鼓滤网过滤在不断过滤的同时进行反冲洗，过滤效率高、效果好，应用普遍。滤网的网目一般约为30～100μm，可过滤36～67％的悬浮物，网目越小过滤越彻底，但是网目小于60μm就会影响过水性能。
2.2泡沫分离装置
日本开发了空气提升和泡沫分离装置，用于对水的增氧、循环和净化[7]。泡沫分离器一般为圆柱状，气体由底部注入，形成大量气泡，与流经分离器内的养鱼水接触，并在上升过程中利用其表面产生的张力，吸附集聚水体中的有机溶质(包括母体蛋白质物质)，最后呈泡沫状态将携带的溶质举出水面，自动进入顶部收集器而排放。此研究表明，在水产养殖中，因水深绝大部分都在1 m左右，在泡沫分离中不用压缩空气，而是通过回转翼和水体流动对气泡分化。若用负压空气，则效率更高[8]。
3生物技术
生物方法主要是去除水质中水溶性的有毒物质。固体废弃物去除后，循环系统中的水溶性物质主要以“三氮”形式存在。氨态氮的毒性很高，它能通过鳃和皮肤很快出人血液，干扰鱼体正常的三羧酸循环，改变鱼体渗透压以及降低鱼体对水中氧的利用能力，影响鱼类生长；亚硝酸盐氮能迅速渗透到鱼体，使血液中和氧结合的亚铁血红蛋白失活，使之成为铁血红蛋白，从而失去携氧功能，严重时危及生命；硝酸盐氮一般被认为无毒或毒性报小，近来研究表明，浓度高时会使鱼体色变差，肉质下降。
3.1 生物滤器
生物滤器主要用于去除养殖水中的水溶性有害物，它是封闭循环水处理系统成功运行的关键，同时生物滤器也是封闭循环水处理系统投资和能耗最大的水处理单元。高喜燕[9]综述了循环海水养殖中生物滤器生物膜的研究进展，包括生物膜的形成、结构、原理、生物多样性以及功能，重点阐述生物膜的微生物学特征，介绍微生物生态学方法，特别是分子生态学方法在生物膜研究中的应用及其在生物膜微生物群落结构与功能研究的最新成果。
3.2 3使用微生物制剂
采用微生物制剂改良水质是符合当今渔业发展方向的生物防治方法。微生物制剂又称“有益微生物”，常见主要有枯草芽抱杆菌、硝化菌和反硝化菌、酵母菌、乳酸菌、光合细菌(PBS)等菌株组成。目前应用最广泛的是光合细菌。光合细菌由于具有多种不同的生理功能，如固氮、脱氢、固碳、氧化等作用，会把水体中的有毒物质作为基质加以利用，促进有机物的循环，使水体中的氨氮、亚硝酸盐含量显著降低，还可以降低水体的COD，稳定水体的pH值[10]。
此外，还有藻类和人工湿地也可以净化取出水中溶解的有害物质。用生物方法净化水体可以减轻养殖污染，使病原菌难以发展，有利于防治疾病，促进水生动物迅速生长，从而形成良性生态循环，保持生态平衡，同时无二次污染、收效大等优点，但控制管理技术较高，难以在水产养殖行业大规模推广。
4 消毒杀菌技术
常见的消毒杀菌设备有紫外线消毒器、化学消毒器、臭氧发生器等[11]。
4.1紫外线消毒器
柱状紫外灯管设计于水管中，通过紫外灯直接向周围流动的水体放射230-270nm波长的紫外线，该射线能穿透水中菌体的细胞膜，被细胞核吸收，引起核蛋白质的构造变化，损伤关系到细胞遗传机能的脱氧核糖核酸(DNA)，破坏菌藻的分裂繁殖能力．达到杀菌灭藻的效果[12]。紫外线消毒器的消毒效果稍差，但其副作用小，安全性较好。
4.2 臭氧发生器
臭氧发生器是根据放电的原理产生臭氧，即将净化的空气通过发生器的高压放电环隙，被激发分解成氧原子。氧原子和氧分子(或三个氧原子)结合生成臭氧。臭氧处于一种极不稳定的状态，会很快还原成氧气，还原期间有强烈的氧化能力，能迅速地与细胞壁、膜、脂质结合反应，破坏分解细胞，起到杀菌作用。臭氧消毒用于水产养殖水体，由于养殖生物在水中产生许多可变因素，使用方法也因养殖对象不同而改变，使用时对处理装置的结构有所要求外，还要掌握好臭氧含量在水体中的安全浓度[13]。
4.3 化学消毒器
化学消毒器的消毒效果较好，但如果使用不当也可能会对养殖水体造成二次污染。
5 结语
为了改善养殖水体水质，减少水产养殖业对环境的影响，世界各国都加强研究，做了许多有益的尝试和探索。我国相对于国外发达国家，在水质净化方面起步比较晚，在高效、节能、、集成化程度高的设备研制和系统技术开发方面，还有较大差距，需要依靠现代科技，通过关键技术攻关和集成创新进行突破。
参考文献
[1]宋协法，宋伟华，田树川，等．集约化养殖水处理系统研究[J]．浙江海洋学院学报(自然科学版)，2003，22(1)：35—39．
[2] 王能贻.国内外工业化养鱼新技术[J]. 渔业现代化，2006，（1）：9-16.
[3]刘晃，等．基于物质平衡的循环水养殖系统设计[J]．农业工程学报，2009，25(2)：161-166.
[4]陈有光，段登选，等．工厂化养鱼中氧气锥的增氧规律[J]．渔业现代化，2009，36(3)：26-30.
[5] 白利平．滤器和工厂化循环水养殖[J]．渔业现代化，2005，(4)：13-14．
[6] 刘晃，倪琦，顾川川．海水对虾工厂化循环水系统模式分析[J]．渔业现代化,2008 (1)：15-19．
[7]王能贻．日本工业化养鱼的水质处理技术[J]．渔业现代化，2006，(3)：22-23．
[8] 菊池弘太郎．闭锁循环式养殖微生物净化[J]．养殖(日)，2003，(1)：17-22．
[9] 高喜燕，等．循环海水养殖中生物滤器生物膜研究现状与分析[J]．渔业现代化，2009，36(3)：16-20
[10] 张胜华．水处理微生物学[M]．北京：化学工业出版社,2005：275．
[11] 宋业林．水处理设备实用手册[M]．北京：中国石化出版社,2004．
[12]张光辉,孙迎雪,顾平．紫外线灭活水中病原微生物[J]．水处理技术，2006，(8)：5-8．
[13] 梁传辉．高效臭氧水处理装置[J]．渔业现代化，2005，(5)：16-17．
命运如同手中的掌纹，无论多曲折，终掌握在自己手中
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