张千，黄建伟，毕传健，程晓夏，张方华，骆意

(1.船舶与海洋工程特种装备和动力系统国家工程研究中心，上海200090；2.中国船舶集团有限公司第七一一研究所，上海200090)

大黄鱼是我国重要的海水经济鱼品种，目前大黄鱼主要养殖方式为传统的浮式框架网箱养殖，养殖产量占全国大黄鱼总产量的90%左右。传统的养殖模式受环境因素影响较大，不利于管理，且产量较低。本文通过建立高密度循环海水养殖系统作为试验平台，配备循环海水处理设备，以及尾水处理、照明、视频监控、水质监测等设备，以探讨集约化养殖条件下的系统方案，为开发适用于海水鱼养殖的工业化养殖模式提供借鉴。

高密度循环海水养殖系统搭建于上海市某工业园区，试养鱼种为大黄鱼，养殖规格约150克/尾。项目于2022年完成建设并开始正式投入使用，试验平台占地面积约400米2，包含9个1米3和6个3米3的八角形养殖池，总养殖水体为27米3，试验平台三维示意如图1所示。系统主要设计参数如表1所示。

图1 高密度循环水养殖试验平台三维示意

表1 系统主要设计参数

一、养殖关键参数设定

高密度养殖环境下大黄鱼生长适宜条件按照表2设定。

表2 大黄鱼生长适宜条件

二、系统设计

1.循环水处理系统

循环水处理系统为高密度养殖提供适宜的生存环境，通过物理、化学、生物处理技术去除水体中的颗粒物、有机物、细菌等，并有效控制水体的溶氧水平、温度在鱼的适宜生存区间。

循环水处理系统工艺流程如图2所示，主要构成包括竖流沉淀器、转鼓微滤机、加药装置、蛋白质分离器、紫外消毒器、固定生物床、移动生物床、CO2脱气塔、空气源热泵、换热器、增氧锥等。

图2 循环水处理系统流程

(1)竖流沉淀器。因饲料投喂过量产生的残饵以及鱼生长代谢产生的鱼粪经长时间浸泡并在流场作用下会沉积在鱼池底部，颗粒物污染负荷高，经鱼池底排进入竖流沉淀器以去除大部分颗粒污染物。经固液分离的循环水从上部溢流进入转鼓微滤机，底部排污水汇流至养殖尾水处理装置。

(2)转鼓微滤机。转鼓微滤机的进水为养殖池侧排水以及竖流沉淀器出水，采用筛网过滤，过滤孔径为75微米。采用重力自流中心进水过滤方式，不断过滤的循环水经出水口进入下一环节。当滤网污堵到一定程度后，启动反冲洗进行滤网清洗。冲洗水经排污口汇流至养殖尾水处理装置。

(3)加药装置。养殖对象及生物滤器中的微生物因呼吸作用产生大量CO2，导致水体环境pH降低，从而影响养殖对象生存以及生物滤器处理效果。投加碳酸氢钠消耗循环水中的CO2，以调节水体pH。

(4)蛋白质分离器。蛋白质分离器主要用于去除海水养殖过程中各种微小悬浮颗粒物、有机物，同时注入臭氧，可用于杀灭细菌及病原体，氧化不可被生物降解的有机分子、亚硝酸盐和难降解有机分子，从而减少紫外消毒器和生物滤器的处理负荷，改善养殖水质。

蛋白质分离器顶部排沫口排出的微小颗粒物、有机物以及清洗顶部收集杯经排污口排出的清洗水，汇流至养殖尾水总管进行处理。

(5)紫外消毒器。天然或人工紫外线(波长190～400纳米)可以通过改变核酸直接或间接地损伤微生物，其最佳杀菌波长为250～270纳米，且消毒过后不像臭氧等化学药剂消毒存在残留，因此可作为循环水系统主要的消毒方式。紫外线消毒器采用低压紫外灯产生253.7纳米的紫外线，循环水流经紫外灯管套管外侧时被不断辐射，达到足够辐射剂量后杀灭循环水中的细菌、病毒。高浊度或高色度的水体环境可能导致光源无法向水体微生物传输足够多的辐射剂量，从而无法杀死其中的微生物。

(6)生物滤器。生物滤器是循环水处理系统的核心环节，在正常工作状态下，用于去除循环水中的氨氮、亚硝酸盐、有机物，避免氨氮、亚硝酸盐等污染物对养殖鱼种的毒害(王文福等，2018)。生物滤器中的填料提供微生物附着生长场所，并能够保证废水与载体上的生物膜广泛而频繁地接触，提高系统传质效率，保持和提高生物膜的活性。本设计采用“固定床＋移动床”串联的方式，二者均含有曝气装置。生物滤器清洗水经排污口排出，汇流入养殖尾水总管。

(7)CO2脱气塔。在高密度循环水养殖中，养殖鱼种呼吸作用以及生物滤器硝化反应会产生大量CO2，随着时间推移甚至会达到周围环境饱和浓度的20～100倍，因碱度的消耗造成鱼池水体pH的快速下降，对养殖鱼种的生长及循环水处理系统的正常运行造成非常大的困难(周游等，2015)。CO2脱气塔采用强制吹脱的原理去除CO2，通过不断逆流鼓入新鲜空气，利用亨利定律不断带出循环水中溶解的CO2。

(8)温控系统。不同养殖鱼种均有其适养的温度范围，超过适养温度范围将导致鱼食欲下降、生长减缓，严重偏离适养水温将导致养殖鱼种成批死亡。本设计选用空气源热泵＋板式换热器维持养殖水体温度，以保证在高温和寒冷天气下大黄鱼仍处在适宜的温度范围。

(9)增氧系统。在高密度工业化养殖过程中，氧气与水是鱼最重要的生存因素，缺氧将造成全部养殖对象快速死亡，从而造成巨大的经济损失。循环水处理系统采用纯氧增氧工艺，常规增氧采用“制氧机＋增氧锥”的方式，应急增氧采用“液氧杜瓦罐＋汽化器＋氧气分配箱＋池内超微泡陶瓷曝气器”的方式。

2.其他辅助系统

(1)养殖尾水处理系统。养殖尾水主要来源于养殖过程中循环水处理系统中的竖流沉淀器、微滤机、蛋白质分离器、生物滤器、脱气塔等设备排污与清洗水，以及养殖池的日常排污水，污染物种类多，主要是残饵、鱼粪、硝酸盐、氨氮、有机物等(宋奔奔等，2008)。

尾水处理系统工艺主要构成包括转鼓微滤机、蛋白质分离器、曝气生物滤池、反硝化滤池、深度脱氮池、活性炭滤池、板框压滤机等，通过处理达到回用水质要求，回用率可达90%以上。

(2)照明系统。LED灯具有节能环保、光电转换效率高、寿命长、发热低、智能可调控等优点，在工厂化水产养殖行业中的应用优势日益凸显(宋昌斌等，2018)。本设计采用LED灯，安装于水上(防护等级IP65)，配备0～100%缓变调光驱动器、解码驱动器和控制器，可实现光源的渐亮、渐灭，消除光对鱼的胁迫，减少在光源变化过程中养殖鱼种的应激反应。控制器可手动、自动缓慢渐变调控灯具的光强、光周期。

(3)视频监控系统。视频监控系统用于全方位监测试验平台，摄像头覆盖养殖池、循环水处理设备、尾水处理设备等区域以及进出口通道区域。图像接入集控室，可在显示屏上实时查看。

(4)水质监测系统。水质监测是高密度循环水养殖的重要组成部分，通过监测各项关键水质指标，及时掌握养殖对象的生存环境，以便控制系统及时、有效调控相关设备。主要监测指标包括水温、pH、溶氧、盐度、浊度等参数。

三、小结

本文针对人们对优质高端蛋白质需求持续增长而产量不足的现状，结合大黄鱼传统养殖技术的缺陷，研发出一套适宜高密度养殖的循环水养殖系统，搭配循环水处理设备、养殖尾水处理设备，以及其他辅助系统，为实现海水鱼的工业化养殖以及尾水回收利用起到一定的示范作用。同时，结合影响大黄鱼生长的关键环境要素的分析，为其创造适宜的生存条件，实现其快速生长的目的，以期为国内养殖企业发展陆基工厂化循环水养殖或深远海养殖工船闭式循环水养殖提供一定的参考。