循環水養殖系統中的增氧技術應用研究

宋紅橋 管崇武

摘 要：養殖水體中的溶氧值是滿足養殖品種在養殖環境中生長的重要條件之一。該文歸納了養殖模式的發展和變化，介紹了國內外增氧發展及循環水養殖系統中的主要增氧方式，為進一步提高增氧技術水平提供參考。

關鍵字：水產養殖;溶氧;增氧技術

中圖分類號 S965文獻標識碼 A文章編號 1007-7731（2021）22-0100-03

Study on Application of Aeration Technology in Recirculating Aquaculture System

SONG Hongqiao et al.

（Institute of fishery machinery and instruments， Chinese Academy of Fishery Sciences / Key Laboratory of fishery equipment and engineering technology， Ministry of agriculture and rural areas， Shanghai 200092， China）

Abstract： dissolved oxygen value in aquaculture water is one of the important conditions to meet the growth of aquaculture varieties in the aquaculture environment. According to the development and change of aquaculture mode， this paper mainly summarizes the main ways of aeration at home and abroad， and the main ways of aeration in the current recirculating aquaculture system， so as to provide reference for further improving the aeration technology.

Key words： Aquaculture; Dissolved oxygen; Oxygenation technology

我國的水產養殖產業不斷的發展，從原先單一的池塘養殖模向大水體網箱養殖、流水養魚、高密度集約化、工廠化等多元化的養殖模式方向發展和轉化[1]。循環水養殖系統是利用現代設施設備和控制技術相結合而構建的一種高密度水產養殖系統。單位養殖水體的產出指標是評價循環水養殖系統效率的重要參數，在單一養殖系統中養殖密度越高、單位產量也越高，也表明該系統在養殖中的利用率和單位產出也越高，所帶來的經濟效益也越高。

溶氧是魚類在水中賴以生存的基礎條件，是水環境物質的氧化的重要物質[2]，也是魚類生存和生長的基礎條件之一。魚在生長和活動的過程中不停地進行耗氧，水中的溶解氧在養殖過程中處于先決條件地位，對于魚類的生長和發育都具備著決定意義。溶解氧（DO）在水產養殖中具有重要作用，每一噸魚/天需要消耗約3kg的氧氣[3-4]，在養殖水體中保持一定水平的溶解氧是循環水養殖系統所必備的重要條件之一[5]。在循環水養殖系統中養殖密度與系統的溶氧之間密切關聯。以在空氣增氧為基礎條件下，循環水養殖系統的養殖密度上限基本保持在30～50kg/m3左右，在循環水產養殖系統中達到養殖密度后，溶解氧一般都不高于5mg/L或是水體溶氧飽和度達到60%～70%。因此，在高密度循環水產養殖模式下，高效增加養殖水體中的溶解氧是保證循環水養殖系統正常運行以及魚類生長的前提和關鍵，也是提高養殖系統的設施設備利用效率、提高經濟效益的最有效途徑。

因此，探討和研究循環水養殖模式下的增氧技術，有利于為增氧技術研發和增氧設備創新提供思路，對促進和提高循環水養殖學科的發展具有十分重要的意義。

1 增氧技術發展現狀

在水產中的增氧形式是多樣化的，機械增氧、物理增氧、化學增氧、生物增氧等是最為常見的幾類增氧方式。機械增氧在水產養殖中是最為普遍、應用性最廣的一種增氧方式。隨著循環水養殖模式的迅速發展，對傳統的增氧設施設備和方法要求相應的有所提高;隨著養殖技術要求的不斷提高，水產養殖業由“粗養精養”逐漸向集約化、循環水和工廠化等方向發展，在養殖系統中保證高溶氧值是高密度下養殖生產的必備條件。較多的研究表明：水體在高溶氧情況下，所投喂飼料的利用率可提高30%，提高養殖收益，降低養殖成本;養殖對象在養殖過程中病害的發生和死亡率也明顯降低。

我國增氧設備的研究始于20世紀的70年代，近年來隨著我國高密度水產養殖模式的飛速發展，應用及推廣，增氧技術也取得了相當大的研究成果，研發出了各種新型的增氧技術和設備。國內主要的池塘養殖增氧方式還是主要以增氧機為主，其中葉輪、水車增氧機的使用率最高，此類增氧機應用于較大水體養殖較多，例如池塘，其增氧的范圍較大，所以在循環水養殖系統中的實際應用較少，只作為輔助型的增氧設施。循環水養殖增氧在國內以曝氣增氧（羅茨風機、渦旋風機）等為主，為適應高密度循環水養殖模式的發展，陳友光[6]等研究了純氧增氧，其表現利用率高;張宇雷[7]等研究低壓純氧增氧裝置等，為循環水中的高密度養殖模式中的增氧設施設備奠定了良好的應用基礎。

國外的主要增氧技術以利用純氧增氧為主，Wagner等通過使用純氧增氧方式使氮的飽和從116%降低至98%，達到高增氧的效果。大部分較多的是純氧混合裝置U型管、加壓填充筒，錐形氧接觸器等，此類增氧設施在同一養殖水體中，利用純氧進行增氧可迅速增高1至2倍增氧效果和利用率，對國內增氧技術的研究提供了依據和參考，在增氧等研究過程中起到了良好的指導和積極引導的作用。

2 循環水養殖模式下的常用增氧技術

2.1 曝氣增氧 曝氣增氧是循環水養殖模式中最為常見的一種增氧方式，利用微孔曝氣管或者曝氣石向養殖水體充空氣進行增氧，該增氧方式的范圍比較廣，能夠提高各水層養殖品種的活動能力。曝氣增氧是由電機、羅茨風機或渦旋風機等設備、主供氣管、PVC支管及曝氣管或曝氣石組成的供氣系統。其曝氣原理是利用電動機帶動風機，將空氣加壓后送至系統中的主供氣管道;由主供氣管道將空氣源氧沿支路管道進入系統中的曝氣石或曝氣管內;曝氣石或曝氣管將空氣源氧以微小氣泡形式分散到各水層的水體中，形成的微氣泡向池底釋放出后逐漸上浮跟各層水體接觸混合進行增氧。氣泡是在高氧狀態的分壓作用下，將氧氣充分溶入到養殖水體中的;氣泡在上升過程中形成水流旋轉和上下水層進行流動互換，將上層溶氧量值較高的水帶入下層水體中，讓水流形成旋轉后使微孔管周圍高溶氧量水向外圍擴散，最終實現整個養殖系統中水體高效、均勻增氧的效果。曝氣增氧情況下實現高效立體增氧，保證水體溶氧量穩定，特別是極端天氣情況下養殖水體溶氧的波動性小。該增氧方式的主要缺點是空氣中的氧氣含量21%，當養殖品種密度超過50kg/m3后，溶氧值不穩定，基本保持在3～5mg/L左右，系統的養殖密度受到了限制，溶氧利用效率降低。

2.2 純氧增氧

2.2.1 低壓純氧混合增氧（LHO） 該增氧裝置主要是根據氣與液傳質的雙膜理論，通過LHO腔體內持續和多次吸收來提高純氧的吸收率和利用率。循環水流經過布水孔板后形成一定厚度的水層以減少純氧的溢流，水流以滴流的形式自留入吸收腔;純氧的吸收腔是若干個相互串聯的小型腔體分格而成的，是主要進行氧-水接觸的混合空間;整個LHO增氧裝置半埋于水體中，讓整個吸收腔處于密閉狀態，減少氧的流失和浪費;水流通過從互串的吸收腔的底部流出，純氧在裝置側面進氣口注入，部分尾氣通過尾氣管從吸收腔排出。該設備增氧溶氧的利用率主要是控制氣水比以及布水孔徑與吸收腔之間高度;如設定進出水溶氧為9～10mg/L，氧吸收率為60%～70%，設定氣液體積比應為0.01∶1;布水板孔徑以小為佳，布水層厚度不低于5cm，吸收腔不能過多，一般以7～10格利用率為最高。該增氧能滿足中高養殖密度的循環水養殖系統對溶氧的需求;但低壓增氧長期使用會導致養殖系統水體中的二氧化碳的積聚，pH值會持續性降低和產生波動等不穩定情況發生，因此需要在系統中配備相應的二氧化碳去除裝置和脫氣裝置。

2.2.2 氧錐 氧錐增氧裝置是由1個錐形氣液接觸罐體、循環水泵、進出水口、進氣口和氣體回收等裝置所構成。在整個增氧使用過程中充分利用錐體接觸罐內部液體的靜壓力，增氧錐的出水管安裝在養殖水體的底部;純氧從增氧錐頂部的進氣口進入錐形氣液接觸罐體內，并使氣體流速方向與水流方向呈垂直角度;養殖水經循環泵上提至增氧錐頂部回落至底部，與整個增氧錐內的氧氣充分接觸后從底部出水口自行流出。純氧與水是在錐型氣液接觸罐中進行混合接觸后形成氣泡流體狀態，即完成氧-水接觸從而提高水中的溶氧值，將多余未溶解的氧氣經回收管道收集后再循環利用，氣液混合的水隨后進人循環水養殖系統中，最終實現水體增氧過程，水體中的溶氧值達到15～22mg/L，甚至更高值。當氣泡流經過增氧錐時，就可使得氧氣最大限度地延長停留在增氧錐內的接觸時間，從而提高氣液之間混合來提高水體溶氧值和飽和含量。另外，氣-液的混合流在向下的自流動的過程中，隨著深度增加錐體內的壓強不斷加大，水體中氧傳質的動力不斷提高和增加，氧氣的傳遞速率也隨之增加，高效增氧更加明顯和顯著。氧錐增氧在我國的水產養殖中應用不是很普遍，主要原因是錐形接觸器吸收腔的工作壓力達到100kpa左右，使用成本、動力及能耗等費用都較高，對于養殖戶來說使用成本偏高。

2.3 化學法 化學增氧是一般養殖戶常備的增氧方法和藥劑，主要是利用增氧作用的化學試劑中的功能和特性，將增氧化學試劑投入或添加到養殖水體中，讓其與水發生化學反應后釋放出氧氣，以此方式來提高水中的溶氧和含氧量。化學增氧試劑的主要成份都是過氧化氫、過氧化鈣、過氧酰胺、過氧碳酸氫鈉等易反應釋放氧的化學試劑。該類主要是用于應急處理的方法，應對就極端天氣、緊急停電等特殊的情況下缺氧而造成的浮頭和缺氧，該法成本高，常規情況下極少使用該方法[8]。

2.4 生物法 生物增氧法主要是利用水體中的光合微生物、藻類等水生植物進行光合作用，吸收二氧化碳，釋放氧氣來達到養殖水體增氧的目的。在循環水養殖系統中受到技術和空間、配套等約束。但在標準化池塘的循環水模式下和華北地區的冰下越冬有相關的使用報告。此類增氧方法需生態環境條件等綜合因素進行考量[9]。

3 結語

水體中保持穩定的溶氧值是整個養殖過程中的保障，增氧能力是衡量養殖系統評價的重要指標[10]，水體中溶氧低則會引起養殖品種的應急，輕會魚類浮頭，嚴重時窒息死亡。但較多的試驗結果表明，養殖水體中的溶氧值并非是越高越好;魚苗如長期在溶氧過飽和的水體中，易發生氣泡病。基本養殖水體中的溶氧保持在5～7mg/L是既滿足養殖品種所需氧，又節能節約成本。

針對養殖對象和密度選擇增氧方式是首先考慮的問題，不同養殖品種對其生長環境也有著不同的要求。如羅非魚可耐受的最低溶氧值為0.5mg/L，鯉科魚類可耐受0.7～1.0mg/L，根據養殖的不同魚類的需氧量，進行符合整個系統運行的所需配比。養殖密度過高，對于水體中的溶氧消耗較高，即要滿足魚類呼吸所需的溶氧值，也要滿足系統中的生物處理器所需氧源。

參考文獻

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[10]馬海龍，李秀辰.氣液接觸式增氧技術在水產養殖中的應用與展望[J]漁業現代化，2004（2）：13-14.

（責編：王慧晴）