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。     

“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。     

池塘水产养殖精准投喂系统研制与试验

针对传统池塘养殖多依靠经验粗放式投喂而导致生产效率低、环境压力大、养殖风险高的问题，该研究提出一种适配池塘养殖的精准投喂系统。该系统主要包括水质监测、决策控制、驱动执行和远程监控等模块。以影响鱼类摄食需求的关键因子溶解氧、温度、体质量等为输入参数，以摄食需求量为输出参数，基于蚁群优化算法的模糊PID控制技术实现精准投喂。为验证系统的实用性和有效性，以精养草鱼为对象开展池塘养殖对比试验，从调控性能、生长性能、经济效益和环境效益等方面进行综合评价。结果表明：所提出的精准投喂系统控制性能稳定可靠，控制误差小于7%，与传统投喂系统相比，Nash-Sutcliffe效率系数（N_NS）提高至0.913，均方根误差（R_RMSE）降低16.10。草鱼生长参数不存在显著差异性（P>0.05），但饵料系数显著降低11.73%（P<0.05），养殖收益提高1.46万元/hm²，吨产减排约241.40 kg。所研制的精准投喂系统具有较好的综合应用性能，可为其他养殖模式、鱼类精准投喂设施研发提供参考和技术支持。     

基于物质平衡的循环水养殖系统设计

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,并根据工程实践的经验对部分公式进行了修正,得到了一组较贴近实际情况的设计参数,如：系统补水量、供氧量、循环量、循环次数、生物过滤器有效体积等。同时构建了一个工厂化循环水养殖系统设计的基本流程。以设计一套年产50 t鮰鱼（Ictalurus）,养殖密度为50 kg/m³的高密度工厂化循环水养殖系统为例,可以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。     

HDXRF法农田土壤镉测定结果准确度评价与精准校正模型构建

以甘肃白银某污灌区重金属污染农田土壤为研究对象，对影响高精度便携式X荧光光谱（HDXRF）法总镉（Cd_T）测定精度的主要因素进行了筛选，分别研究了土壤水分、有机质类型与含量、土壤类型对HDXRF法Cd_T测定的影响，并采用相对误差（RE）、相对标准偏差（RSD）和决定系数（R²）对测定结果的准确度和精密度进行了评价。结果表明：HDXRF法Cd_T测定的RE≤10%、RSD≤10%、R²>0.99，符合农田土壤环境质量监测技术规范和美国环境保护署标准的准确度和精密度规定。HDXRF法Cd_T测定结果随着土壤水分含量的增加呈指数衰减趋势，衰减方程为y=0.803e^–1.3284x，衰减系数（μ_ω）为–1.328 4，R²为0.984 5。HDXRF法Cd_T测定结果与有机质含量呈显著的负相关关系（r=–0.955），且腐殖酸（HA）比泥炭（Peat）对测定结果的影响更大，HA与测定结果的校正方程为y=–1.555x +0.780，R²为0.934 4。土壤类型对HDXRF法Cd_T测定结果存在一定的影响，相对于红壤和水稻土，灰钙土的测定结果与传统实验室分析方法测定结果更接近。总之，虽然HDXRF法Cd_T测定结果受多种因素影响，但通过校正模型校正，其校正结果的可靠性能够满足Cd污染农田土壤精准调查需求。     

半干旱黄土地区幼龄侧柏叶蒸腾的数学模型

 通过人工控制水分,形成单株幼龄侧柏的不同土壤水分梯度环境。在自然环境下对侧柏叶片定时、定位进行蒸腾速率及林冠层的光照、空气温度、空气湿度、叶水势和土壤水分等因子的同步观测。蒸腾速率与各个因子的相关分析表明:黄土半干旱地区侧柏蒸腾速率η_t/(μg·cm^-2·s^-1)与光照强度E/(μmol·m^-2·s^-1)、空气饱和差p_v/kPa、叶水势Ψ/kPa、气温t/℃的关系可以分别表示为:η_t=>αE_b,η_t=αp_vb,η_t=αψ^b,η_t=αt²+bt+c;侧柏的蒸腾速率η_t与气孔阻力R_s/(s·cm^-1)和土壤含水量W/％有密切关系,可以分别表示为:η_t=α+bW+cW₂+dW₃,R_s=α+bW+cW₂+dW₃。用气温、空气饱和差、叶水势3个因素建立了半干旱黄土地区幼龄单株侧柏蒸腾速率的非线性指数预测模型:η_t=0.6950_exp（0.03158t-14.2492/p_v+0.7606/Ψ）,经检验获得了满意的数值模拟结果。     

基于STAR-CCM+的圆形循环水养殖池进水管布设位置优化

为探究圆形循环水养殖池进水管布设位置对池内的流场分布以及残饵粪便等固体颗粒物排出的影响。该研究基于计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics，CFD）技术，采用STAR-CCM+软件系统地模拟进水管在常见布设角度（θ=0°、45°），不同布设位置（d=0、1/8 r、1/4 r、3/8 r、1/2 r，d为射流管与池壁的距离，r为养殖池半径）工况下，养殖池内的流场分布特性和固体颗粒物的运动特性，并以固体颗粒物的排出率为主要性能指标，对进水管布设位置进行优化分析。监测了距离池底2、16.5、31 cm（底层、中层、顶层）水层的流场分布特性并利用固-液-气三相流模型详细地模拟了固体颗粒物在养殖池内的运动和汇集过程。结果表明：在水力停留时间为20 min下，进水管设置位置明显影响固体颗粒物的排出率，θ=0°时，当布设距离设置为d=0时，固体颗粒物的排出率最低，其余布设距离工况下，排出率均较高（＞90%）且相差不大，在d=3/8 r时取得最大值94.8%；θ=45°时，当布设距离设置为d=1/2 r时，固体颗粒物的排出率最低，其余布设距离工况下，排出率均较高（＞90%）且相差不大，在d=0时取得最大值94.3%。因此当进水管布设角度θ=0°时，建议不要贴近养殖池边壁；当进水管布设角度θ=45°时，建议距离养殖池边壁不要超过半径的1/2。研究结果可为优化工厂化圆形循环水养殖池的进水管布设距离提供参考，提升循环水养殖的综合性能。     

基于水氮耦合的枸杞灌溉制度优化

为明确一定养分条件下枸杞耗水量与产量的关系，于2014年和2015年采用2因素3水平对比试验设计，研究了枸杞耗水量与碱解氮消耗量耦合效应对产量的影响，通过回归的耦合模型对基于树种、树龄、碱解氮消耗量的枸杞灌溉制度进行了优化。结果表明：（1）相同施肥条件时，4年树龄时HW产量最高，为1 335.7 kg/hm²，MW产量次之，为1 174.2 kg/hm²，LW产量最低，为1 066.5 kg/hm²，5年树龄时HW产量为2 463.7 kg/hm²，MW产量最高，为2 556.1 kg/hm²，LW产量最低，为2 394.5 kg/hm²；（2）同一灌水水平条件下2年试验均表现出中施肥水平产量最高，高施肥水平产量次之，低施肥水平产量最低，4年树龄MF产量为2 758.0 kg/hm²，HF产量为2 595.5 kg/hm²，LF产量为2 407.0 kg/hm²，5年树龄MF产量为4 113.9 kg/hm²，HF产量为3 652.3 kg/hm²，LF产量为3 532.1 kg/hm²；（3）耗水量、碱解氮消耗量耦合效应显示，2014年产量随着耗水量的增加而增加，而产量随碱解氮消耗量增加呈"凸"形抛物线趋势变化，2015年产量随耗水量、碱解氮消耗量增加均呈"凸"形抛物线趋势变化。（4）灌溉制度优化发现1年树龄总ET_a为166.0~198.8 mm，2年树龄总ET_a为194.7~252.5 mm，3年树龄总ET_a为196.6~227.2 mm，4年树龄总ET_a为173.5~221.6 mm，5年树龄总ET_a为179.3~196.6 mm。研究结果可为1~5年树龄"宁杞1号"枸杞获得理想的产量提供灌溉制度优化参考。     

红壤侵蚀区不同地层背景马尾松林土壤理化特性及细菌多样性

[目的] 揭示土壤理化特性与细菌丰度之间的内在关系,为红壤侵蚀区马尾松林水土流失分区精准治理提供参考。[方法] 以福建省长汀县红壤侵蚀区马尾松林为研究对象,选择侏罗系中统漳平组中段(J₂Z²)、侏罗系中统漳平组下段(J₂Z¹)、侏罗纪燕山期早期侵入岩(γ₅^{2(3) c})、第四系全新统(Q_h)4种地层背景,分析测定不同地层背景马尾松林土壤理化特性和细菌群落组成及多样性。[结果] 不同地层背景马尾松林土壤理化指标整体表现为：J₂Z¹＞J₂Z²＞Q_h＞γ₅^{2(3) c};土壤养分含量各地层背景各有丰缺,J₂Z¹地层背景土壤有机质含量大于其他地层,Q_h地层背景氮含量大于其他地层,而γ₅^{2(3) c}地层背景磷和钾含量较高;4种地层背景土壤细菌差异操作分类单元(OTU)数目表现为：Q_h＞J₂Z²＞J₂Z¹＞γ₅^{2(3) c},分别占总OTU数目的21.62%,18.29%,16.79%,12.08%;细菌群落多样性表现为：J₂Z²＞Q_h＞γ₅^{2(3) c}＞J₂Z¹;J₂Z¹地层和Q_h地层土壤细菌多样性与土壤含水率和土壤pH值正相关,J₂Z²地层与土壤容重以及全磷含量正相关,γ₅^{2(3) c}地层与土壤钾含量和速效氮含量正相关。[结论] 红壤侵蚀区不同地层背景马尾松林土壤理化特性存在一定差异,在植被恢复过程中应考虑地层背景因素进行分区治理,细菌对不同地层背景土壤性质具有一定指示作用。     

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。     

间歇式双循环工厂化养殖系统构建及其养殖效果

为改善工厂化循环水养殖系统水质净化效果,提高养殖密度和成活率,构建了间歇式双循环工厂化养殖系统。通过间歇运行生物膜反应器增加水力停留时间,充分降解含氮污染物;连续运行弧形筛及时去除固体颗粒物。考察了该系统的启动过程及石斑鱼高密度养殖效果。启动初期,将硝化型生物絮团与海绵填料混合培养,生物膜22 d即可挂膜成功。以30.03 kg/m~3为初始养殖密度开展石斑鱼养殖试验,经66 d养殖,石斑鱼平均质量从(273.00±12.22)增至(552.52±107.04) g,最终养殖密度达到60.78 kg/m~3,成活率为100%。养殖过程中,生物膜逐渐适应养殖环境,氨氮、亚硝酸盐氮去除率从13.33%、14.84%增至93.73%、93.50%。此外,在弧形筛进水槽增加曝气形成曝气式弧形筛,可进一步除去细小颗粒物,有效控制养殖水体浊度。     

规模化水产养殖技术效率及其影响因素分析

水产养殖园区是推动水产养殖业规模化生产的一种重要形式,对于促进中国水产养殖业生产方式转变和供给侧结构性改革具有重要意义。该文以浙江省为例,采用随机前沿方法分析了水产养殖产业园区的技术效率及其影响因素。结果表明:1)规模化水产养殖园区提高了养殖生产效率园区技术效率,技术效率从建成前的0.673上升到建成后的0.712;2)水产养殖园区标准化水平提升了养殖业技术效率,对技术无效率的回归系数为-0.0003;3)疾病控制设备对技术无效率起到积极的促进作用(回归对系数为0.0033),这意味着过度的基础设施投资将导致设备闲置,阻碍了提高技术效率;4)品牌建设对提高养殖技术效率起到积极作,回归对系数为0.0033;5)龙头企业对提高技术效率有最大的积极作用,渔业合作组织次之,养殖大户促进作用最小,三者对技术无效率的回归系数分别是-0.0017、-0.0015和-0.0008;而普通养殖户的回归系数则为0.0012,不利于提高养殖技术的效率。上述结果至少具有如下政策启示:应加大对水产养殖园区生产要素的投入,基础设施投入应遵循规模适度原则,注重品牌建设和创新渔业组织模式。     

斑节对虾循环水养殖系统构建与运行试验

为探索斑节对虾循环水养殖可行性及应用发展价值,该研究自主设计蛋白分离组合装置、内循环流化床等关键工艺环节水净化装备,构建了技术先进、结构紧凑的斑节对虾循环水养殖系统。针对其不同阶段生长特性及水环境需求,提出一种水质调控方法,科学投喂。运行试验120d,溶解氧浓度5.30～7.14mg/L,p H值7.23～8.44,氨氮浓度0.43～1.38 mg/L(稳定运行后),亚硝酸盐氮浓度0.15～0.56 mg/L(稳定运行后);斑节对虾在循环水养殖模式水生态环境下正常生长,先后经历快速生长期、稳定生长期及缓慢生长期,终末养殖密度3.02 kg/m2,取得高效养殖结果;终末饲料系数1.67,单茬每平方米利润34.78元,每平方米年利润69.56元(按1年2茬计),获得良好经济效益。该实践可为斑节对虾循环水养殖模式应用提供技术支持。     

微电流电解去除养殖海水中氨氮效果

为了探究微电流电解技术去除养殖水体中氨氮的效果,试验以盐度为30‰(质量分数)人造海水为对象,设置了循环水温度、流速和电流密度3个参数以及对应参数的3个水平,探究其对氨氮去除率的影响。试验结果表明,在试验设置的温度(18、25、32℃)和流速(100、300、500 m L/min)条件下,循环水温度和流速的变化对氨氮去除率影响并不明显。试验设置的电流密度(20、40、60 A/m2)条件下,对氨氮去除率有明显作用,且电流密度越大,单位时间内氨氮去除速率越快。正交试验确定了最优去除条件为电流密度、水温和流速分别为40 A/m2、32℃、500 m L/min。通过能耗分析可知,在设定的参数范围内,不同温度条件下最低能耗条件为电流密度40 A/m2、流速300 m L/min,最低的能耗为21.26 Wh/kg。研究结果可以为微电流电解在海水循环水养殖中氨氮降解提供参考。     

生态工程化循环水池塘养殖系统

为研究解决池塘养殖污染、水资源浪费和水产品安全等问题,针对传统淡水鱼类池塘养殖特点,设计了一种生态工程化循环水池塘养殖系统,系统由生态沟渠、生态塘、潜流湿地和养殖池塘组成,面积比为1︰5︰3︰30,系统中池塘呈串联结构排列,池塘对角方向建设有水层交换过水设施,系统利用1级动力提升形成循环水流。在池塘养殖密度0.20～0.82 kg/m3和系统水体日交换量10%～15%的情况下,水质检测结果表明,池塘养殖水体中的铵氮、亚硝态氮、硝态氮、总氮、总磷、化学需氧量（COD）等水质指标分别低于1.89、0.20、1     

循环水养殖水处理系统中UVC-LED光反应器的CFD模拟及优化

为探究循环水养殖水处理系统中紫外发光二极管(Ultraviolet C Light Emitting Diode,UVC-LED)光反应器的合理结构,基于计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)的方法建立了UVC-LED光反应器消毒计算模型,并对该反应器进行了验证与优化.结果表明...     

生物絮凝反应器对中试循环水养殖系统中污水的处理效果

试验设计了一种生物絮凝反应器,用作中试规模循环水养殖系统(recirculating aquaculture system,RAS)的唯一水处理装置,研究其在不同水力停留时间(hydraulic retention time,HRT,12、6、4.5、3 h)条件下的运行效果。试验结果表明,反应器可耐受最小HRT为4.5 h,当HRT降低至3 h,反应器发生不可逆的洗出现象而使试验不能继续进行。反应器絮体沉降性能一般,随着HRT的减小(12、6和4.5 h HRT),絮体体积指数(SVI-30)逐渐降低,但是始终大于150 m L/g,为丝状菌膨胀,主要的丝状细菌由TM7 genera incertae sedis逐渐演变为Haliscomenobacter和Meganema菌属,相对丰度逐渐降低。12 h HRT反应器污染物去除率最高。反应器亚硝氮(NO_2~--N)、硝氮(NO_3~--N)在4.5 h HRT出水质量浓度最低,分别为(0.02±0.01)、(1.70±0.06)mg/L;氨氮(total ammonium nitrogen,TAN)、总氮(total nitrogen,TN)、悬浮颗粒物(suspended solids,SS)出水质量浓度在12 h HRT时最低,分别为(0.48±0.05)、(4.47±1.00)、(14.20±8.14)mg/L,同时未造成有机污染。4.5 h HRT对RAS养殖区污染物的控制效果最佳,TAN、NO_2~--N、NO_3~--N、SS质量浓度分别被控制在0.76、0.10、2.95、60.00 mg/L以下。反应器在不同HRT条件下均以异养细菌为主,主要通过同化作用去除TAN,好氧反硝化细菌和厌氧反硝化细菌同时是反应器的优势菌属。反应器可获得较长的稳定运行状态和良好的水处理效果,具有用作RAS核心水处理装置的可行性,该研究可为其在RAS的进一步研究和应用提供参考。     

集约化海水养殖集散控制系统开发

针对目前我国工厂化海水养殖场现场控制设备技术落后,可靠性差的现状,本文提出了一种高性价比的集散控制系统。该系统以集散控制系统为设计思想,各个功能单元均以单片机为主控制器,针对各模块不同功能辅以不同硬件设计来实现相应功能,模块之间采用RS-485总线进行通信,并配有液晶显示,实时显示各种水质参数,方便操作员读取数据。试验表明集散控制系统稳定可靠,可以有效提高养殖池溶解氧含量达1 mg/L以上,并有效减小溶解氧含量波动幅度。     

基于有限元的深水延绳式浮筏养殖装置抗风浪能力分析

由浮漂、网笼、主绳、桩绳以及锚固入海底的锚桩构成的延绳式深水浮筏养殖设施处于风大、浪高、流急的深水开放水域,受到复杂海况的作用,其结构的安全性与可靠性将直接影响到整个养殖生产的成败,在其结构设计时需要考虑海洋风浪流的影响,对其受力和运动特性进行研究,进而分析其抗风浪能力,为养殖设施结构的参数设计提供参考。该文基于有限元方法,通过对深水延绳式浮筏养殖装置的受力特性及其变形情况进行分析,建立筏架系统有限元分析模型,利用Broyden迭代法解有限元方程,计算了系统在不同浪级(即不同波高)海况下的筏架系统位移和桩绳的最大张力,对养殖装置的抗风浪能力进行了计算分析。以架设于獐子岛海域30 m水深的深水浮筏养殖设施为计算实例,结果显示,主绳长300 m的筏架系统在1.5 m/s流速的海域中,其桩绳最大张力为78.8 k N,横向最大位移为18.5 m,抗风浪能力为6~7级海浪(6 m波高);实测结果分别为72.7 k N、16.9 m,计算结果与实测值吻合良好。通过进一步的试验验证,该分析模型可为深水延绳式浮筏养殖设施的实际工程设计提供理论参考。