循環(huán)水養(yǎng)殖技術(shù)的應用

錢克林 肖明松 鮑方印 金光明

摘 要：循環(huán)水養(yǎng)殖是在水產(chǎn)養(yǎng)殖生產(chǎn)過程中采用一定的工程設(shè)施和廢水處理設(shè)備對養(yǎng)殖廢水處理之后進行回收利用，對養(yǎng)殖和環(huán)境等進行人工調(diào)控，為養(yǎng)殖生物提供最適宜的環(huán)境，達到高產(chǎn)高效優(yōu)質(zhì)和零污染的生產(chǎn)模式，符合低碳農(nóng)業(yè)和可持續(xù)發(fā)展的規(guī)律。通過綜述循環(huán)水養(yǎng)殖的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、循環(huán)水養(yǎng)殖技術(shù)的原理和作用機理，進一步闡述了其在水產(chǎn)中的應用。

關(guān)鍵詞：循環(huán)水養(yǎng)殖；作用機理；低碳農(nóng)業(yè)

基金項目：安徽省重點研究與開發(fā)計劃項目（項目編號：1804a07020119）。

Abstract： Recirculating aquaculture systems are systems in which water is re-used after undergoing treatment， which provide the most suitable environment for breeding organisms. Recirculating aquaculture systems are efficient， economic， and environmentally friendly， which meets the law of low carbon agriculture and sustainable development. The paper summarized the current research， principle and its application prospect in aquaculture was also described.

Key words： Recirculating Aquaculture Systems； Mechanism； Low-carbon agriculture

近年來隨著水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的迅猛發(fā)展，養(yǎng)殖規(guī)模不斷擴大，養(yǎng)殖種類不斷增多、養(yǎng)殖產(chǎn)量逐年增加，也帶來了一系列的負面影響。由于水產(chǎn)養(yǎng)殖自身的生態(tài)結(jié)構(gòu)和養(yǎng)殖方式的缺陷使得大部分養(yǎng)殖存在著許多環(huán)境問題，特別是很多商業(yè)化水產(chǎn)養(yǎng)殖的發(fā)展會涉及到擴大養(yǎng)殖區(qū)域、使用更高密度的水產(chǎn)養(yǎng)殖裝置和使用來自臨近區(qū)域之外的飼料、抗生素等問題。這些都可能導致生態(tài)環(huán)境的惡化對水域生物多樣性的破壞和引起水域生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的變化等一系列問題[1]。如何改革水產(chǎn)養(yǎng)殖的方式和提高其生產(chǎn)水平，保護和改善生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，是現(xiàn)代水產(chǎn)養(yǎng)殖所面臨的最嚴峻的挑戰(zhàn)。在這種思想的指導下，循環(huán)流水養(yǎng)殖模式已成為越來越多國家實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的選擇[2]。循環(huán)流水池養(yǎng)殖技術(shù)將傳統(tǒng)的池塘養(yǎng)魚與流水養(yǎng)魚技術(shù)有機結(jié)合，重點在保護水土資源和水中營養(yǎng)，節(jié)約能源，減少排放，通過建造養(yǎng)殖槽（流水池）和安裝推水曝氣設(shè)備，使原有的靜態(tài)池塘通過空氣推水設(shè)備使池塘形成動態(tài)循環(huán)流水“生態(tài)式圈養(yǎng)”模式，讓無污染、無殘留、無公害的健康水產(chǎn)品成為市場的主打產(chǎn)品，逐步實現(xiàn)經(jīng)濟效益、社會效益和生態(tài)效益的良性循環(huán)，從而推動水產(chǎn)業(yè)向高層次發(fā)展[1、3]。

1 國內(nèi)外循環(huán)養(yǎng)殖技術(shù)的研究現(xiàn)狀

循環(huán)水養(yǎng)殖（Recirculating Aquaculture Systems，RAS），又叫工廠化水產(chǎn)養(yǎng)殖，是在水產(chǎn)養(yǎng)殖生產(chǎn)過程中采用一定的工程設(shè)施和廢水處理設(shè)備對養(yǎng)殖廢水處理之后進行回收利用，對養(yǎng)殖和環(huán)境等進行人工調(diào)控，為養(yǎng)殖生物提供最適宜的環(huán)境，達到高產(chǎn)高效優(yōu)質(zhì)和零污染的目的[4]。在凈化水質(zhì)時主要通過物理方式，如：卵石濾床、活性污泥池、滴濾池等。到20世紀90年代，隨著生物工程技術(shù)、微生物技術(shù)、膜技術(shù)和自動化控制技術(shù)的提高，循環(huán)水養(yǎng)殖在歐美國家得到普遍應用[5]，如在丹麥，超過10%的鮭魚養(yǎng)殖企業(yè)把流水養(yǎng)殖改造為循環(huán)水養(yǎng)殖，以達到減少用水量和利用過濾地下水減少病害[6]。在美國，羅非魚等溫水性魚類和鮭鱒等冷水性魚類利用封閉式循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)的養(yǎng)殖[7]。在國內(nèi)，中國水產(chǎn)科學研究院漁業(yè)機械儀器研究所于1988年設(shè)計建設(shè)了我國第一個循環(huán)水養(yǎng)殖生產(chǎn)車間[8]，20世紀90年代后期，我國養(yǎng)殖品種從最初的單一養(yǎng)殖大菱鲆到鮭蹲、鰻鱺、黃顙魚和河豚等珍貴品種，循環(huán)水養(yǎng)殖區(qū)域也不斷擴大，從最初的山東和遼寧等地區(qū)，逐漸擴大到浙江、廣東等地區(qū)[9]。

2 循環(huán)水養(yǎng)殖的基本原理

循環(huán)水養(yǎng)殖是在相對封閉的空間內(nèi)，利用沉淀和機械、生物過濾等方法去除養(yǎng)殖水體中的殘餌、糞便及NH+4-N、NO-2–N等有害物質(zhì)，再經(jīng)消毒增氧、去除CO2、調(diào)溫等環(huán)節(jié)后輸回養(yǎng)殖池，實現(xiàn)養(yǎng)殖用水的循環(huán)利用，是一種高度現(xiàn)代化和高度集約化的養(yǎng)殖模式[11]。其主要的優(yōu)勢在于生態(tài)環(huán)保、高效、可控性強、受環(huán)境影響因素小等方面。根據(jù)養(yǎng)殖廢水水質(zhì)凈化技術(shù)原理的不同，水質(zhì)凈化大致可以分為物理凈化、化學凈化、生物凈化以及綜合凈化方法。其中物理凈化包括沉淀技術(shù)、過濾技術(shù)、浮選技術(shù)、離子交換和吸附技術(shù)等，利用這些手段去除水中的有害氣體（CO2，H2S等）、細菌（大腸桿菌等）和固體懸浮物。生物凈化是利用水生植物和微生物處理養(yǎng)殖廢水，再循環(huán)利用。微生物凈化是將微生物放進一定的載體，讓其形成一種生物濾器來達到出去水中廢物的作用。水生植物凈化常利用大型藻類對氨氮等水體廢物的進行吸收，水生植物自己在生長的同時將水中過剩的營養(yǎng)物質(zhì)吸收凈化水質(zhì)。化學凈化主要是利用強氧化劑、絮凝劑等對水質(zhì)進行凈化。常用的有明礬、氯化鐵、臭氧等可以去除廢水中的懸浮固體和磷。綜合凈化處理技術(shù)是在循環(huán)水養(yǎng)殖中綜合利用物理、化學和生物學的方法對水體進行凈化處理。人工濕地是目前比較典型的綜合處理體系。在人工濕地生態(tài)環(huán)境中的綜合處理技術(shù)包括沉淀、吸附、過濾、固定、分解、離子交換、硝化和反硝化作用、營養(yǎng)元素的攝取、生命代謝的轉(zhuǎn)化和細菌、真菌的異化作用等[10]。

3 循環(huán)水養(yǎng)殖技術(shù)的的應用

循環(huán)水養(yǎng)殖具有節(jié)能、節(jié)水、養(yǎng)殖密度高、對環(huán)境污染小和環(huán)境條件易于控制等優(yōu)點。荷蘭的Zan Aquaculture公司在傳統(tǒng)養(yǎng)殖條件下，利用現(xiàn)代技術(shù)在循環(huán)水系統(tǒng)養(yǎng)殖中研制成了USBMDR脫硝反應器，提高養(yǎng)殖污水處理能力，其中氨氮減少了近80%，化學需用氧減低了60%，生化氧量減少了59%，溶解固體減少了60%[11]。挪威 Nofima Centre for Recirculation in Aquaculture （NCRA）專門研究大西洋鮭在RAS中對環(huán)境和營養(yǎng)的需求。研究表明，氨氮和CO2指標不但達到預定值，且超出設(shè)定的理論投喂容量的134%，這個實驗對估算RAS的餌料承載容量和精準漁業(yè)生產(chǎn)有著重要的意義[12]。美國的循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)處于全球的領(lǐng)先地位，倍受養(yǎng)殖業(yè)的關(guān)注。美國的康奈爾大學的Timmons教授和西弗吉尼亞淡水研究所Summerfelt教授以高集成循環(huán)水設(shè)備養(yǎng)殖集成各種污水處理模式[13]。這種養(yǎng)殖方式大量使用現(xiàn)代技術(shù)，自動化程度較高，大大減少了勞動力的使用，加上現(xiàn)代的電腦數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，有效的控制水質(zhì)，根據(jù)魚的生長，來合理的配置餌料，從而促進養(yǎng)殖業(yè)的健康發(fā)展。

我國于20世紀70年代后期開始在淡水魚類養(yǎng)殖領(lǐng)域開展了循環(huán)水養(yǎng)殖尾水的處理研究，由于受到社會經(jīng)濟和科技水平的限制，取得的成果缺乏專業(yè)性、實用性和系統(tǒng)性。進入21世紀，國內(nèi)學者開始淡水池塘循環(huán)水養(yǎng)殖研究，取得了一系列成果。吳振斌等[14]將復合垂直流人工濕地同池塘養(yǎng)殖結(jié)合，驗證人工濕地對水產(chǎn)養(yǎng)殖用水和廢水凈化與回用的可行性。結(jié)果表明，對TP和IP的去除率為72.7%～89.1%和0%～33.3%，對細菌總數(shù)、總大腸菌群、藻類等生命物質(zhì)也有較好的去除效果。田喆等[15]研究了RAS中不同水循環(huán)次數(shù)對大菱坪生長和水質(zhì)變化的影響。結(jié)果表明，提高水循環(huán)次數(shù)可降低系統(tǒng)中氨氮和亞硝酸氮的積累速度，減小水中有害物質(zhì)對大菱鲆的脅迫作用，從而促進大菱鲆的生長，但對化學需氧量（COD）的去除沒有顯著影響。彭剛等[16]用多種生物修復技術(shù)結(jié)合池塘工程改造手段，構(gòu)建由集約化養(yǎng)殖區(qū)、生態(tài)化養(yǎng)殖區(qū)、凈化區(qū)組成的封閉型池塘循環(huán)水生態(tài)養(yǎng)殖系統(tǒng)。該循環(huán)系統(tǒng)對TN，TP，NH+ 4-N及CODMn的平均去除率分別達62.89%，60.24%，56.52%，47.81%，具有很好的凈化效果。錢克林等[17]利用池塘循環(huán)流水養(yǎng)殖鱖魚試驗，實驗表明，池塘循環(huán)系統(tǒng)排污設(shè)備對廢棄固形物質(zhì)的吸排效果較好，而對已溶解到水體中的氮、磷等物質(zhì)需要利用凈化區(qū)苦草、蓮等水生植物凈化。2010年，江蘇省在太湖流域制定了池塘循環(huán)水養(yǎng)殖工程建設(shè)專項規(guī)劃（2011-2020），到2020年環(huán)太湖流域百畝連片養(yǎng)殖場全部要求實施循環(huán)水養(yǎng)殖工程。同時對江蘇省的養(yǎng)殖老塘口進行改造，提高養(yǎng)殖池塘的自凈能力，減少養(yǎng)殖尾水的排放，以促進池塘養(yǎng)殖的可持續(xù)發(fā)展[18]。

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作者簡介

錢克林（1973-），男，工程師，主要從事水產(chǎn)養(yǎng)殖。

通訊作者

肖明松（1973-），男，教授，主要從事水產(chǎn)養(yǎng)殖研究。