循環水養殖系統中固體顆粒物集排污效率的指標參數

張譯文 車宗龍 張倩 任效忠

摘 要：工廠化循環水養殖池系統的集排污效率直接影響整個系統的順利運轉。集排污效率的高低與水質密切相關，進而影響養殖生物的健康。研究表明，沉降時間、停留時間、排污時間、累積排出量等參數都可以作為判斷集排污效率的指標。篩選集排污效率參數，對養殖池集排污特性的試驗研究有重要意義。

關鍵詞：工廠化循環水養殖;集排污;參數

文章編號：1004-7026（2020）16-0047-02? ? ? ? ?中國圖書分類號：S959? ? ? ? 文獻標志碼：A

由于人們對水產品需求不斷增加，而捕撈漁業嚴重受限，水產養殖已成為魚蝦等水產品的重要來源，促使養殖業快速發展。工廠化循環水養殖具有占地面積小、獲取效益高、養殖密度大、保護環境等優點，為養殖戶帶來了較高的經濟效益，備受工廠化養殖企業的青睞[1]。殘餌、糞便等固體顆粒物的有效去除是工廠化循環水養殖的重中之重。提高集排污效率有利于養殖系統的水質達標[2]，防止水質惡化。

養殖池系統的集排污機理尤為復雜，與池內流場特性密切相關，改善養殖池系統的集排污效率已成為優化養殖池系統的重要研究課題之一[3]。循環水養殖系統中固體顆粒物集排污效率的指標參數可以作為集排污效率的參考依據。

1? 集排污研究進展

1.1? 二次流原理

二次流在循環水養殖池中存在一定的固體邊界和流場參數，是一種非主流方向的流動[4]。殘餌、糞便等固體顆粒物的沉降和匯聚易受到二次流的影響，且池內的二次流效應對養殖池系統的集排污機制起到積極的促進作用，有利于固體廢物排出。目前，工廠化循環水養殖池系統的結構參數設定以切向射流方向為主，且出水口設置于池底中心。此種結構布設方式有利于池內二次流的形成和將固體廢棄物排輸送到污口處[5]。

1.2? 池型對集排污影響

工廠化循環水養殖池系統的集排污效率與池內流場特性直接相關[6]。池型結構對流場特性的影響顯著，與養殖池系統的集排污效率密不可分。跑道式養殖池內易出現死水區，屏障附近流速較低，限制了殘餌、糞便等固體顆粒物的有效排出。

研究表明，圓形養殖池的徑深比在3∶1～10∶1范圍內，有利于池內形成良好流態，促進污物的排出，但其空間利用率低，嚴重限制了工廠化循環水養殖業的產能和效益。矩形養殖池雖有較高的空間利用率，但池內的流態較差，易在池角等區域出現死水區，不利于污物的聚集，導致集排污效率差，故未被廣泛推廣使用。

目前，方形圓弧角養殖池和八角形養殖池成為較好的養殖池池型結構，摒棄圓形養殖池和矩形養殖池的缺點且結合二者優點，已開始推廣使用。

1.3? 排水系統

工廠化循環水養殖中常用的排水系統有單通道排污系統、雙通道排污系統以及三通道排污系統，目前應用和研究最多的是雙通道排污系統。雙通道排污系統由底部中心排污口和溢流口構成，其中溢流口包括側壁溢流口和池心設置溢流管等兩種類型，既能及時有效排出養殖池底部的殘餌、糞便等固體顆粒物，降低了過濾器的壓力和反沖洗壓力，又可以通過溢流口將細小懸浮物沖走，降低了過濾器的堵塞概率，減少運行能耗。同時，使用雙通道排污系統可減少約5%左右的耗水率。

2? 集排污參數

2.1? 停留時間

停留時間是指殘餌、糞便等固體顆粒在養殖池內的停留時間。可以根據停留時間分布的方法來清晰觀測到污物的排出情況。由于養殖池內的流場多變，流速分布不均勻，池內易出現不同程度的死水區、短路流等非理想流態，導致固體顆粒在養殖池內的停留時間不同。繪出停留時間分布曲線可以更直觀地體現出固體顆粒的分布。

停留時間分布試驗測定方法：通過跟蹤示蹤劑來監測固體顆粒的動向，在養殖池的進口處加入一定量的示蹤劑，同時在出口處檢測示蹤劑濃度隨時間的變化情況。

對示蹤劑的要求。①在較低濃度下仍然可以準確檢測出來。②不溶于水，不附著在養殖池壁上。③易附著在殘餌、糞便等固體顆粒上，并且不發生化學反應。④必須具有不揮發的性質。

2.2? 排污時間

排污時間與養殖池的池型結構、進水管的布設位置、射流角度、射流速度、排污口的大小、底流分流比以及殘餌、糞便本身的特性等因素有關。

由于殘餌、糞便等固體顆粒極難完全排出，因此排污時間可以從污物排出開始計時，到大部分排出且小部分靜止于養殖池內或小范圍內運動為止。運用排污時間這個指標可以清晰方便地觀察到養殖池系統集排污的好壞。

由于排污時間是由觀察者肉眼觀測所得，多次試驗也只能降低誤差但無法完全避免，故排污時間對集排污效率的判斷存在局限性。

2.3? 集污效率

循環水養殖池進水管的射流速度與射流角度對集污效率影響顯著。研究表明，射流速度一定，射流角度約為40°是促使污物匯聚的最佳射流角度[7]。通過多次試驗研究發現，提高射流速度有助于減小池內殘餌糞便殘留面積，促進污物匯聚，增強集污效果，射流角度為40°時，養殖池系統的集污效果最佳。

養殖池系統的集排污效率與池型結構有關。在其他條件相同時，圓形池內流場分布均勻、穩定且死水區面積小于矩形池，故集污效果優于矩形池。集排污效率與養殖池的流速、排污時間節點、集污區結構、設備排污效率等有關。

2.4? 累計排污量

累計排污量也是工廠化循環水養殖中判斷集排污效率的參數。累計排污量是指每隔相同時間測量養殖池內的殘餌、糞便等固體顆粒的含量。由此計算出排污效率，得出排污效率與時間的關系曲線，直觀看出集排污效率的高低。

2.5? 沉降時間

影響沉降時間的因素很多，飼料的密度、粒徑、容重以及飼料中物質的含量都會影響沉降時間。按照密度及功能特性分類，飼料可以分為快沉飼料、慢沉飼料、懸浮飼料、漂浮飼料等。不同種類飼料的沉降時間不同，需要根據魚的攝食需要來選擇合適的飼料投喂。相同質量的同種飼料，粒徑大的沉降時間長，粒徑小的沉降時間短。

飼料容重同樣影響沉降時間，影響飼料沉降的主要因素是飼料重量和水的浮力。相同重量的飼料顆粒，飼料的容重越大，顆粒的體積就越小，飼料的沉降速度加快，沉降時間縮短。相反，飼料的容重越小，顆粒的體積就越大，沉降速度就相對較慢[8]。

飼料中某些物質的含量與沉降時間密切相關，其中鈣的含量與沉降時間的關系最為密切。飼料中的鈣通常以礦物鹽的形式存在，而鈣的含量直接影響飼料的容重，因此鈣可以作為評價沉降時間快慢的一個指標。

飼料中含有粗脂肪，而粗脂肪來源于油脂的添加。不同飼料生產廠家添加的油脂含量不同，直觀表現為殘余餌料的沉降時間不同。添加油脂可以提高飼料的表面光滑度，減少水浸入飼料的時間，因此增大油脂的含量可以縮短沉降時間。

3? 研究意義

工廠化循環水養殖中，水質處理是關鍵技術之一。為防止殘餌糞便長時間停留而使水質惡化和破壞養殖生物的生存環境，優化養殖池系統的集排污機制尤其重要。集排污參數有助于判別養殖池系統集排污的好壞，因此進行集排污參數的篩選對工廠化循環水養殖集排污試驗十分必要。

提高集排污效率，可以有效阻止危害養殖生物健康的氨氮及亞硝酸鹽的產生，降低養殖生物的病害風險，實現殘餌、糞便等固體顆粒的高效排污，避免固體廢棄物對養殖生物鰭、鰓等生理結構造成傷害。優化工廠化循環水養殖系統水質條件，可以節約水資源，實現高密度養殖，提高經濟效益，且與“生態優先”的國家戰略與“提質增效、減量增收、綠色發展”的現代漁業發展需求相契合。

4? 結束語

工廠化循環水養殖是水產養殖業的必然發展趨勢。提高養殖池系統的集排污效率是保障養殖池系統穩定運行的必然要求。

參考文獻：

[1]桂勁松，張倩，任效忠，等.圓弧角優化對單通道方形養殖池流場特性的影響研究[J].大連海洋大學學報，2020，35（2）：308-316.

[2]何玉明，周鳳建，陳文永，等.池塘工業化生態養殖系統排出水槽集污區污物處理方式探討[J].科學養魚，2017（8）：18-19.

[3]于林平，薛博茹，任效忠，等.單進水管結構對單通道方形圓弧角養殖池水動力特性的影響研究[J].大連海洋大學學報，2020，35（1）：134-140.

[4]湛含輝，戴財勝，張曉琪.二次流原理在水處理沉降設備中的應用研究[J].煤礦環境保護，2002，16（3）：36-37.

[5]趙樂.管式射流驅動下的養殖池集污水動力學特性研究[D].舟山：浙江海洋大學，2017.

[6]魏武.循環水圓形養殖池數值模擬及結構優化[D].湛江：廣東海洋大學，2013.

[7]趙樂，張清靖，李宏偉，等.循環水養殖系統管式射流集污特性試驗研究[J].漁業現代化，2016（4）：16-21.

[8]劉立鶴，郭小瑞，李兆文，等.影響鮰魚顆粒飼料沉降因素的相關性研究[J].中國牧業通訊，2009（19）：23-24.