封闭循环系统对虾合理养殖密度的试验研究

2002年5月～8月在室内工业化养殖温室内进行了高密度封闭循环水养殖凡纳滨对虾(Litopenaeus vannamei)试验，采用人工配制海水(盐度为4)，养殖排放水经过滤、消毒、增氧处理后循环利用，日添加新水量为总循环水量的3%～7％。经86 d养殖，对虾体重从(0.3±0.04)g/尾增加到(10.40±2.04)g/尾，平均产量为5.85 kg/m³，饵料系数为1.76，成活率为67％，该封闭循环养殖系统设计合理，每m³水体放养约1029尾对虾较适宜。     

基于物质平衡的对虾高位池循环水养殖系统设计与试验

为建立一种高效、低成本的高位池循环水养殖系统构建技术,采用物质平衡相关原理,结合水净化设施构建技术,精准设计确立水处理系统物理过滤设施体积、生物过滤设施体积、循环量及供氧量等关键参数,并优化系统结构,建立融斜管沉淀设施、流化床生物过滤设施、增氧于一体的设施型高位池循环水养殖系统。应用该系统开展凡纳滨对虾运行试验,结果表明:p H值7.43~8.03,溶解氧5.32~7.82 mg/L,氨氮值0.06~0.54 mg/L,水质调控良好;系统养殖负荷2.26 kg/m3,饲料系数1.17,成活率81.3%,取得高效养殖生长结果;单茬利润3.34万元,亩均年利润2.67万元(按1年3茬计),获得良好经济效益。该研究系统主要参数设定值(预期值)与实测值吻合较好,可为高位池养殖模式可持续发展提供借鉴。     

零排放循环流水水产养殖机械—细菌—草综合水处理系统研究

零排放技术是循环流水水产养殖实现可持续发展的关键之一，该文以机械—细菌—草综合水处理系统为基础进行零排放循环流水水产养殖，生产系统的两个养殖池(各1.325 m³水)共养殖淡水白鲳(Colossoma brachypomum)62尾(平均体重208.3±28.6 g，养殖密度4.87 kg/m³)。经过25 d的运行，养殖池NO^-₃-N、TAN(总氨氮)、TN(总氮)、TP(总磷)、COD(化学需氧量)、pH等水质指标基本维持稳定(p<0.05)，NO^-₂-N和SS(悬浮物)显著下降。在处理系统中，机械过滤器和生物滤器的大多数水质指标显著优于沉淀器沉淀区水质(p<0.05)。沉淀器沉淀区的高浓度污液定期(每天34.3 L)输送到植物滤器，间隔循环灌溉2.55 m² NFT培高羊茅(Festuca arundinacea Schreb.)，并定期(每4 d一次)回流重复利用。牧草的净化使水质发生了显著的改善(p<0.01)，NO^-₃-N、NO^-₂-N、SS的净化率超过90%，TN、TP的净化率超过85%，TAN和COD的净化率为45.2%和71.6%，此外，回流水的EC和pH显著高于污液，每次回流67.5±6.0L。淡水白鲳日增重4.55 g，饲料系数1.610。     

超高密度全封闭循环水养殖系统设计及运行效果分析

为进一步研究循环水养殖系统在高密度养殖生产过程中的水质变化情况、鱼类生长情况及应用推广价值,该文构建了一套超高密度全封闭循环水养殖系统,设计3条水处理环路,集成了鱼池双排水、竖流沉淀、转鼓式微滤机、移动床生物过滤、多腔喷淋式纯氧混合装置、二氧化碳脱气等高效水处理技术和装备。提出一种基于投饲量的循环水养殖系统设计计算方法,重点考虑氨氮、溶解氧和总悬浮颗粒物3个水质指标。使用该系统养殖吉富罗非鱼6个月,试验研究结果显示:鱼类生长情况良好,最高养殖密度104.2kg/m3。饵料系数1.4,成活率92.2%。水质检测结果显示:氨氮浓度维持在平均(1.09±0.55)mg/L;溶解氧维持在4～9mg/L范围内;pH值6.45～7.41。经济性分析研究结果表明,系统养殖运行成本约为25元/kg,略高于市场价格。但是,从环境成本考虑,系统的节水效果显著,日耗水仅为0.3～0.5m3。通过适当的精简并挑选合适的养殖品种,完全可以实现规模化的生产。     

灌溉对大麦/玉米带田土壤硝态氮累积和淋失的影响

以甘肃省河西走廊灌区为试验地点，分别在0、150、300 kg/hm²氮水平和816、1632 m³/hm²灌水量下，对3次灌水前、后大麦/玉米带田0～200 cm土壤NO^-₃-N含量变化和灌水后135 cm处渗漏液NO^-₃-N浓度进行了测定。结果表明：灌水明显影响土壤硝态氮累积量，随灌水次数增加，土壤硝态氮累积量降低，而且在高灌水条件下土壤硝态氮累积量变化比低灌水量时大。从渗漏液硝态氮浓度来看，大麦带和玉米带都是以第1次灌水最高，浓度分别为8.04～17.21和3.30～14.57 mg/L。3次灌水土壤硝态氮淋失量，玉米带以N 150 kg/hm²和灌水量1632 m³/hm²最高，平均为4.31 kg/hm²；大麦带以N 150 kg/hm²及灌水量1632 m³/hm²和N 150 kg/hm²及灌水量816 m³/hm²比较高，平均为6.82 kg/hm²。     

“零排放”复合生物净化模式用于循环水养鲍系统的试验研究

采用水生植物滤池(UB和PUB)和固定膜生物滤池（SB）的复合净化模式，对鲍鱼养殖水体和系统排放水体进行净化，实现了循环水养鲍系统的清洁生产。试验结果表明，植物滤池UB对养殖水体中总氨氮(TAN)具有很高的吸收效率，从而降低了SB的硝化负荷，大大减少了TAN、NO^－₂-N、NO^－₃-N和COD的积累，在整个试验过程中，养殖水体中TAN、NO^－₂-N、NO^－₃-N和COD的浓度分别低于0.19、0.01、1.75和1.20 mg/L。由于UB滤池的吸收作用和SB的硝化作用，养殖水体中PO^3-₄的浓度一直保持在0.30 mg/L以下。另外，这种复合净化模式具有调节水体pH值的作用，在试验期间，养殖水体中的pH值一直保持在8.11～8.14的良好水质范围，对鲍鱼的养殖十分有利。系统排放水经另一植物滤池PUB吸收净化后，PO^3-₄浓度降至0.22 mg/L 以下，NO^-₃-N的浓度甚至降至0.10 mg/L以下。本文还建立了养殖循环水体中无机氮的循环模型，用于对养殖水体中TAN、NO^－₂-N和NO^－₃-N的预测和控制。     

菜-鱼复合设施种养系统构建与运行试验分析

针对工厂化循环水养殖废弃物资源化利用难题，该研究将传统鱼菜共生技术进行改进，提出并构建一种菜-鱼复合设施种养模式。通过设计3路水循环工艺流程，将工厂化循环水养殖、蔬菜无土栽培(即鱼菜共生系统)与传统土壤种植结合，以促进水产养殖固液废弃物全循环利用。基于质量平衡原理，根据投饲量和养殖尾水排放量提出鱼菜生物量配比和发酵装置体积计算方式，以提高系统营养物质利用效率。建立一套中试系统，使用该系统同时养殖大口黑鲈、种植水培生菜和番茄160 d，结果显示：鱼类生长良好，最终养成密度为41.6 kg/m³，特定生长率为0.42%，存活率99.95%，饵料系数为1.4；蔬菜长势良好，收获水培生菜1 205 kg，收获番茄果实2 400 kg。水质情况总体稳定：总氨氮平均浓度为(0.83±1.46)mg/L、亚硝酸盐平均浓度为(0.035±0.062)mg/L、硝酸盐平均浓度为(25.1±8.06) mg/L、溶解氧浓度范围为4.25～7.16 mg/L、p H值平均为6.8；水产养殖废弃物发酵后，可使水体中总磷含量提高141%，钾离子含量提高7%；系统经济效益和生态效益较好：年利...     

不同水氮供应对日光温室番茄土壤酶活性及生物环境影响的研究

采用2水平灌水量(4541.0和2270.6 m³/hm²)×3水平氮肥追施量(747.4、373.9 kg/hm²和0)，以番茄品种Skala为试材，研究了不同水、氮供应水平对日光温室越冬栽培番茄土壤中脲酶、蔗糖酶、磷酸酶等活性及细菌、放线菌、真菌等微生物数量的影响。结果表明：高灌水(4541.0 m³/hm²)或高施氮量(747.4 kg/hm²)可显著降低土壤脲酶和磷酸酶活性；水、氮协调供应有利于土壤蔗糖酶活性和土壤微生物数量的提高；通过多目标评价，在该试验条件下，当灌水量4541.0 m³/hm²、氮肥追施量373.9 kg/hm²可获得最优的土壤生物环境。     

养殖密度对圆形循环水养殖池自清洗能力的影响

循环水养殖具有养殖密度大、环境污染低、经济效益高的优点，是重要的水产养殖模式。然而，如何快速高效地排出养殖池内的残饵粪便等污物，降低其对水质的影响是循环水养殖模式中面临的首要问题。该研究采用物理试验研究鱼类养殖密度对圆形循环水养殖池的水动力特性及污物运动汇集的影响，揭示不同流量驱动下养殖密度与养殖池自清洗能力的响应关系。结果表明：提高鱼类养殖密度会降低养殖池内整体流场的平均流速v_avg，衰减幅度在0.05 m/s（25％）以内，并提高水中阻力系数C_t；鱼类游动引起的湍流能够导致池内污物再悬浮，有助于污物排出；集污时间同时受到养殖密度和流量的影响，9.8 L/min进水流量下集污时间都在5 min以内；进水流量为6.54 L/min时，养殖密度从0提高到6.2 kg/m³，湍流强度提高2.4倍，集污时间减少了40 min以上。因此，设计循环水养殖系统时需要综合考虑进水流量和预期养殖密度对养殖池自清洗性能的综合影响。研究结果可为圆形循环水养殖池的设计和日常管理提供参考。     

生物炭强化生物滤池处理农村生活污水效果及碳排放

为研究生物炭对生物滤池强化作用及其在“双碳”背景下碳排放量与去除效果相结合的评估方法，以秸秆生物炭强化曝气生物滤池为研究对象，在中温环境（25～30 ℃）下，探究了生物炭强化生物滤池的挂膜启动时间、处理能力、稳定性以及日碳排放量。结果表明，滤池的挂膜时长为14 d；当水力负荷和进水流量分别为0.045m³/(m²·h)和0.9 m³/d时，系统的最佳进水水力停留时间为8 h，化学需氧量、氨氮、总氮和总磷的平均去除率分别为95.0%、79.1%、62.5%、78.4%；当水力停留时间和进水流量分别为8 h和1.2 m³/d，系统最佳的水力负荷为0.030 m³/(m²·h)，平均去除率分别为95.3%、87.4%、68.1%、79.0%； 在系统运行过程中，不同时期悬浮球与陶粒上胞外聚合物（extracellular polymeric substances，EPS）含量相比刚驯化污泥上EPS的含量都有所增加，表明了生物滤池在实际运行过程中比较稳定且污泥活性也比较好；在8 h的最佳水力停留时间以及进水流量0.9 m³/d的条件下，曝气生物滤池使污水达标排放的碳排放量为9.08 kg/d，因此采用生物炭强化曝气生物滤池处理农村生活污水具有较高的应用前景。     

循环水养殖模式下鱼生长对水环境因子的响应模型构建

为探究鱼类生长对水环境的响应,预测鱼类在养殖水环境多因子协同作用下的生长速度,进行了室内曝气推流循环水养殖罗非鱼试验,试验持续周期为8周。结果表明,在一定范围内,随着溶解氧质量浓度的增加,鱼的食物转化效率和特定生长率均有所提高;随着非离子氨质量浓度的增加,鱼的食物转化效率和特定生长率均有所降低;而亚硝酸盐质量浓度由于变化不大且均处于安全质量浓度范围,该试验中对鱼的食物转化效率和特定生长率未产生显著影响。基于这一系列试验结果对罗非鱼特定生长率进行了非线性拟合,建立了鱼的生长预测模型,R2为0.82,并通过实测数据验证了模型的有效性和普适性。预测模型表明,养殖初始鱼质量、养殖密度、非离子氨以及亚硝酸盐质量浓度的增加,均会导致鱼生长速度减缓,而提高溶解氧质量浓度则可以提高鱼生长速度。该预测模型虽然是在曝气推流循环养殖模式下获得的,但对其他养殖模式同样适用,使鱼生长对水环境因子的响应变得可测,为促进养殖鱼类的健康发展、养殖系统的优化和养殖效益的提高提供了便利和参考。     

集成生物净化系统用于鱼池水质控制的初步试验研究

该文提出了生物膜和水生植物的集成生物净化系统用于鱼池水质控制，通过人工配置营养盐和养鱼循环水体的净化试验研究，探讨了该集成生物净化系统对主要污染指标的净化能力和对养鱼循环水体的净化效果及规律。研究结果显示，由生物膜和水生植物组成的集成生物净化系统对氨氮的承载能力明显增强，当NH⁺₄的初始浓度在2.0 mg·L^-1以下时，净化效果显著，水质良好。该集成系统对养鱼循环水体中氨氮和有机物的去除率分别保持在80%和40%以上，对养鱼水体pH和DO也有良好的调节和改善作用。     

基于无线传感器网络的节能型水产养殖自动监控系统

水产养殖的规模化发展和人力成本的不断上升迫切需要建立水质参数的无人值守自动监控系统。该文提出了一种基于改进型低能耗分层分群协议（LEACH）的Zigbee无线传感网络的水质监测和基于西门子PLC的变频增氧控制系统。在LEACH-C通信协议中,由基站根据各节点剩余能量的估算值选定簇首,达到各节点供电电池剩余能量的均衡,同时从系统的实际控制精度出发,当节点测量到的溶解氧浓度值与上次发送值误差在0.02 mg/L范围内时,不向簇首发送数据,达到节约供电电池能量的目的,经试验发现采用优化后的LEACH-C协议,比采用常规的LEACH协议网络有效寿命延长33.33%。适合鲈鱼生长的水体溶解氧质量浓度大于4.5 mg/L,但随着浓度的上升增氧效率将逐步降低,因此设定应急增氧的区间为4.5～5.5 mg/L。控制系统根据无线传感网络测量的溶解氧质量浓度值,采用PI-PID控制水体溶解氧浓度。保证了水体溶解氧质量浓度始终适合鱼类生长。通过试验验证,与人工粗略控制相比,这种控制方法大幅降低了人力成本和节约了51%的电能。该文可为水产养殖自动控制研究提供参考。     

循环水养鱼系统中臭氧射流混合设备设计与性能测试

为了利用臭氧对养殖水体进行无害化处理,必须使臭氧有效地溶解于水中,以达到净化水质、循环使用的目的。设计结构简单、混合效率高的臭氧混合溶解设备,是实现有效利用臭氧的关键。利用射流器和混合罐相结合的结构,并应用计算流体动力学（Computation Fluid Dynamics,CFD）的模拟方法,对10组射流器进行尺寸参数优选,确定了射流器的主要尺寸参数为：喷射系数0.7、喷嘴直径23?mm、混合管直径42?mm、混合管长度336?mm;通过对研制设备溶解臭氧的监测试验,获得臭氧溶解的变化曲线,臭氧溶解的质量浓度最高可达到0.15?mg/L。根据臭氧溶解曲线和达到的浓度,对养鱼水体进行消毒杀菌、分解有机物、氧化氨氮、凝聚悬浮物处理是完全可行的,达到了设计高效臭氧混合设备的目的。     

应用耕水机养殖南美白对虾的试验

为探索一条新的水产养殖途径,该文利用耕水机进行南美白对虾养殖对比试验。在一个养殖周期内对溶解氧、温度、pH值和亚硝酸盐等水环境因子及南美白对虾生长情况、品质和经济效益进行了分析研究。试验结果表明：与非耕水机养殖比较,使用耕水机能够提高水体溶解氧均匀度和温度均匀度,增加池塘溶解氧含量;维持水体pH值在7.6～8.9之间;降低水体亚硝酸盐含量;对虾生长速度快且品质优良;节约耗电量56.9%、饵料15.5%、药费45.4%;提高单位面积产量20.1%。试验和分析结果证明使用耕水机能够改善水体环境,降低养殖成本,增加养殖收入,有较高的实际应用价值。     

淡水珍珠蚌循环水养殖模式下分布式水质监控系统设计

为促进中国淡水珍珠养殖业由传统粗放模式向高效生态智能化改造升级,该研究针对珍珠蚌工厂化循环水养殖模式下的水质监控需求,开发了基于无线传感网络的分布式水质监控系统。系统采用感知层、传输层和应用层相结合的体系架构,由水质监测节点、气象监测节点、设备控制节点和监控中心组成。现场采用多参数传感器、ZigBee无线模块、可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller,PLC)和MCGS触控屏组合的方式,实现对多地点监测数据的实时采集、图形化显示和报警功能,对循环水处理设备的启停控制及藻类供饵自动控制功能;上位机采用MCGS网络版和SQL Server数据库构建监控数据中心。系统采用无线组网分布式架构,组网灵活且操作简单,简化了设备的安装和维护工作。经实际使用测试,系统工作稳定性和检测准确性均在98%以上,能够满足淡水珍珠蚌循环水养殖的监控需求,可以为珍珠蚌传统养殖模式的转变和产业生产方式的转型升级提供有利保障。     

工厂化循环水养殖中臭氧/紫外线反应系统的水处理性能

为增强臭氧在水产应用的安全性,满足工厂化循环水养殖对有机物去除和水体消毒的需要,该文开发O3/UV反应系统。通过试验方法研究该系统臭氧投加溶解区适宜的臭氧投加流量和处理量的关系、紫外辐射剂量配比等工艺参数,及对水质净化效果和水体消毒灭菌效果的影响等。试验结果表明:1)在满足所需水中溶解臭氧浓度的条件下,采用较低臭氧进气流量和较高进水流量有利于提高系统的臭氧溶解率和利用率。该系统在水流量为5 m3/h,臭氧投加量为(8.78±0.60)g/h时可得到水中臭氧溶解质量浓度为1.53 mg/L的臭氧水,臭氧溶解率为82.7%,臭氧利用率为97.7%。2)增加紫外灯的功率和数量均可提高对臭氧的去除率,但增加紫外灯的数量对其性能提升效果更明显。该系统在紫外剂量为1 996 MJ/cm2,对残留臭氧的去除率为83.82%。3)该系统对紫外消光度、总有机碳、水色等指标的去除率相比单独使用臭氧分别提升109.95%、89.77%和51.44%,杀菌率可达97%以上,实现工厂化循环水养殖低臭氧残留条件下的有机物有效去除和消毒杀菌。     

对虾工程化循环水养殖系统构建技术

讨论了一种高效经济保持藻类生长的对虾工程化循环水养殖系统构建技术。并利用此系统开展室内凡纳滨对虾生产试验。养殖用水采用经室外池塘充分氧化后的咸井水（盐度14‰～26‰）,放苗密度：500尾/m2,排放水经系统处理后循环使用。并且在试验期间,探索了一种低耗高效运行模式。90 d养殖期,系统溶解氧均值5.1 mg/L,氨氮0.002～0.15 mg/L,pH值7.62～8.29,获良好水生态环境调控效果。系统产量4.6 kg/m2,饲料系数1.14,每生产1 kg虾耗水 1 000 L、耗电2.16 kWh,取得高产量、高效率养殖生产结果。