1、设施渔业工程设计指导设计题目假定建设一个循环水养殖系统用来养殖大鲮鲆，预计系统年产量为 100 吨成鱼，系统初期放养量 20 万 20 克重苗种，一年生长期后平均鱼体重为 500 克，使用的饲料喂配合饲料，蛋白质含量为 48%，饲料系数为 1.2，养殖期内平均水温为 18 摄氏度，溶解氧要求保持在 6mg/L,要求系统每天的换水率为零，只补充蒸发以及系统内设备反冲的水损耗。请设计养殖池的尺寸和数量、生物滤池的尺寸、充氧设备的类型和功率以及物理过滤装置的尺寸，补充必要的其他处理设备并划出系统配置图。以下为参考材料工厂化养殖流程设计一、 工厂化养殖系统介绍1. 工厂化养殖的类型工厂化养鱼是运用机械
2、、电子、化学及自动化等现代化先进技术和工业化手段，控制鱼类的生活环境，进行科学管理，从而摆脱气候、土地和水等自然资源条件限制的一种高密度、高产量、高风险、高投入和高产出的养鱼方式。工厂化养殖的类型一般分流水式和循环流水式。流水式养殖模式是利用海水水源，经过或不经过加温，增氧，过滤等预处理以后进入鱼池，从鱼池排出的水不再回收利用，经过或者不经过处理直接排放。主要的设备包括提水设备，高位水池，砂滤池，控温设备，大棚和鱼池以及进排水系统等。随着近海水质的恶化，现在的工厂化养殖设备通常还包括紫外线杀菌，臭氧发生设备和蛋白分离器等以求进一步的水质净化。循环流水式工厂化养殖系统，一般称为循环水养殖系统，与
3、其它养殖系统最大的区别是养殖鱼池排出的废水中全部或者部分经过净化处理后再次回到养殖鱼池的一种养殖模式。这种养殖模式在发达国家已经逐步占到主流养殖的地位，特别是在欧洲的丹麦、挪威和德国，亚洲的日本和美洲的美国等国家。主要应用的设备和以上提到的流水式养殖相似，主要增加的设备包括循环水泵和检测控制设备。这一部分将是本书讲述的重点。1.2 流水式养殖系统的特点流水式养殖系统的最大特点是养殖密度可以很高，当然养殖的密度主要取决于换水量的大小。同时，利用地下水，地热和电厂余热的流水式养殖系统，由于养殖温度适宜，可以大大缩短养殖周期。另外，工厂化养殖系统便于管理，特别是随着机械化和自动化程度的提高，国外有的
4、养殖场已经达到了几乎无人管理的程度。但是，流水式养殖系统也有它的缺点，首先是地热和地下水资源随着工厂化养殖设施的普及，已经越来越少，像山东的日照地区，一般的地下井水不用半年便被抽干了。所以，利用地下水的流水式养殖模式对地下水资源是一个巨大的破坏。其次，利用自然海水的地区，或者地下水和自然海水混用的地区，由于养殖废水没有经过处理，直接排进近海水域，对自然环境的污染越来越严重。现在工厂化养殖的鱼类疾病越来越严重，很大一个原因就是自身污染。另外，相比于其它的养殖系统，流水式养殖系统建设和运营费用比较高，所以养殖的对象要求是高经济性，附加值比较高的品种。1.3 循环水养殖系统循环水养殖系统虽然在分类上
5、隶属于工厂化养殖系统，但是在本书中讲述的重点就是这一部分，所以特别单列。1.3.1 循环水养殖系统的定义和构成迄今为止，循环水养殖系统还没有一个严格的定义，可以简单理解为养殖用水在同一个养殖系统内被循环利用的养殖系统。循化水养殖系统一般被分为全封闭循环水养殖系统和半封闭循环水养殖系统。所谓全封闭指的是从养殖池排出的废水全部或者 90%以上被循环利用的养殖模式。半封循环水养殖系统指的是养殖池排出的废水被部分循环利用的养殖模式。循环水养殖系统主要的构成包括厂房、养殖鱼池、循环水泵、物理过滤装置、生物过滤装置、控温装置、消毒杀菌装置和充气曝气设备等。普通的循环水养殖系统模式见图 2-1。 pumCl
6、tre ankSdito FfrctiflrBysNiD图 2-1 全封闭循环水养殖系统模式图1.3.2.循环水养殖系统的特点与传统的和普通工厂化养殖系统相比较，循环水养殖系统有着无与伦比的优点，同时也有它发展的瓶颈问题。循环水养殖系统的优点主要表现在如下几个方面。首先，循环水养殖系统可以全面的控制水质包括温度、有机物和各种无机物的含量，为养殖对象提供一个最适宜生长的环境条件。同时，良好的水质条件和更易于疾病防治的设施可以更好的预防和控制疾病的发生。所以，循环水养殖系统可以缩短养殖周期，提高成活率。池塘养鱼，从育苗到成鱼一般需要经过 2 到 3 年的时间，循环水养鱼，可以保证1 年之内养成，而
7、且可以保证一年四季都有成鱼上市。在瑞典的鳟鱼养殖试验中，一条重50 克的鱼，由于生长在最适宜的水质环境中，经过一个月的饲养，即可达到 1 公斤以上的上市规格。其次，由于养殖池内的养殖废水不停的排出，经过各种处理过程以后，不停的有新鲜干净的水注入。特别是养殖池内的排泄废物不断的被排出，注入的新鲜水中富含溶解氧，所以单位水体的养殖密度被大大提高了。池塘养鱼，一般每平方米放养的 1 到 3 尾鱼，从重量上，在不充氧的条件下，一般也不超过 3.5 公斤/平方米。循环水养殖系统的养殖密度可以达到 200 公斤/立方米以上，大大提高了水体的利用率。此外，循环水养殖系统大大减少了环境污染。首先，由于养殖密度
8、高，水体利用率高和补充水少，减少了对地下水资源等的利用。其次，由于大部分排泄废物得到了净化处理，相对于传统的养殖模式，排放到自然水域的废物少。即使有一部分排泄废物需要排放出养殖系统，由于废物的高浓缩，也易于处理。最后，循环水养殖系统易于管理。由于使用了大量的水处理设备，特别是随着计算机自动化管理系统的研发和应用，可以对水质和养殖场的动态实行实时监控，大大减少了由于人员操作失误带来的损失。虽然循环水养殖系统固然有其他传统制模式所不具备的优势，但是循环水养殖系统迄今为止没有得到大力推广也是有它的原因的。循环水养殖系统的一些缺陷和需要解决的一些问题包括以下几个方面。首先，循环水养殖系统设计建造成本高
9、。由于循环水养殖的技术现在还不是很成熟，各种水处理设备价格昂贵。同时，由于应用了各种水处理设备，运营成本也很高。所以，循环水养殖系统内除非养殖高品质，高附加值的品种，否则很难实现盈利。其次，循环水养殖系统需要专业的人才来管理。特别是需要既懂养殖方面的专业知识，还要懂计算机和机械专业知识的人才。循环水养殖系统中任何一个环节的失败都可以带来巨大的损失。例如，池塘养殖中充氧设备的失败，可能在几个小时甚至几天以后才可能导致养殖对象的死亡，但是在循环水养殖系统中，大量的死亡可能发生在半个小时，最多几个小时之内。1.3.3 养殖水质参数在进一步讲解循环水系统的各个构件以前，先简单了解一下养殖中我们主要关注
10、的水质参数。这些水质参数主要包括水温、溶解氧、pH、氨氮、亚硝酸盐和固形物等。我们之所以关注这些参数是因为这些都是养殖成功与否的关键点。我们知道鱼和其它大部分生物一样，会产生排泄物。同时，由于鱼是生活在水环境之中，这些排泄物直接排放到水体中，会对它自身的生存环境产生影响。鱼类的排泄物主要包括氨氮和粪便，所以如何尽快处理掉这些排泄废物，减少对自身生存环境的污染是水处理系统的关键点。温度是制约养殖业发展的最大瓶颈。大部分养殖品种都有自己的耐温范围和最适宜生长的温度范围。一般通过加热和制冷的方式调整水温。在普通的池塘或者流水式养殖系统中，通过人为的加热和制冷是不现实的。现在常用的控制温度的方式是利用
11、地下井水和地热资源。在循环水养殖系统中，由于换水量不大，采用锅炉加热和制冷机制冷的方式也是可行的。鱼类同其他的动物一样，也要呼吸。所以水体中的溶解氧浓度也是一个关键的水质参数。各种鱼类对溶解氧的要求不同，但是溶解氧低于 2mg/l 时，可能会引起窒息死亡，一般要求水体中的溶解氧浓度不能低于 6mg/l。提高水中溶解氧的方式很多，主要应用的是各种充氧设备。pH 是衡量水体酸碱度的指标。淡水鱼类一般适宜生活在酸碱度 7 左右的水中，海水鱼类一般适宜生活在酸碱度 8 左右的水中。所以，酸碱度过高或者过低都会影响鱼类的生长和存亡。同时，酸碱度还会影响到水体的溶解气体的组成，游离氨氮浓度的高低等。总氨氮
12、浓度指的是水体中溶解的氨氮和游离的氨氮浓度总和。游离氨氮对鱼的毒性很大，主要的原因是水体中高浓度的氨氮会抑制鱼体内氨氮的排出，从而导致鱼类营养上和组织上的变化，影响生长，甚至导致窒息死亡。游离氨氮的浓度主要取决于水体的酸碱度，它的毒性和温度、溶解氧浓度以及二氧化碳的浓度都有关系。亚硝酸盐是硝化反应的中间产物。主要的毒性表现是鱼类缺氧，窒息死亡。因为亚硝酸会影响鱼类血液中氧的运输，和一氧化碳中毒的原理类似。固形物指的是水中溶解的和悬浮的粪便、残饵以及微生物聚合体等。一般认为，固形物和氨氮是养殖系统中首先要除去的废物。固形物长期存留在养殖水体中，首先会腐败，产生氨氮等废物，同时还要消耗系统中的氧气
13、。其次，固形物可能会堵塞鱼鳃，使鱼窒息死亡。最后，固形物还会影响其它水质处理设备的正常工作。固形物的测量标准通常是用总固形，溶解固形物和悬浮固形物等，常常使用化学耗氧量来标定。了解了以上的水质参数，我们可以确定循环水养殖系统中需要哪些水处理设备以及各个水处理设备的功用。二、循环水养殖系统的构件 这一部分简单介绍一下循环水养殖系统的主要构成，包括车间、养殖池、物理处理装置、生物处理设备、消毒杀菌设备和监控设备等。当然，不同的设计和组合模式决定了循环水系统可能用到下面介绍的一部分或者大部分设备。具体的设计原理以及详细的介绍会在以后的章节中展开。1. 养殖车间不同于传统的模式，循环水养殖系统几乎全部
14、是室内养殖。养殖车间的构造也有很大的不同。最简单的养殖车间，也就是俗称的大棚，利用木头或者钢管焊接框架，顶棚利用塑料薄膜，一般采用双层棚顶，可以更好的保温。但是夏天室内温度过高，封闭的车间内，温度能超过 40 度以上。所以四周墙壁一般也采用塑料薄膜，夏天可以打开降温。这种养殖车间造价低，但是不适宜在风大的地方建造。另外，塑料薄膜一般经过 2 年左右就要更换，还需要另外添加遮光层，以便于调节室内光线。现在常用的养殖车间是砖或者混凝土结构，比较牢固。棚顶一般采用石棉瓦或者更加先进的塑料波形瓦，外面还可以添加防风雨的篷布等。虽然造价要高于塑料大棚，这样的车间使用寿命长，抗击大风的能力也更强。2、养殖
15、池鱼池面积一般不超过 50 平方米，深度 1.01.5 米，水深 0.61.0 米。鱼池底部的斜坡坡度，一般长度在 10 米以内的池子，以 1%为宜。传统的养殖池通常为长方形，从一端进水，另外一端排水。这种养殖池施工方便，但是排泄废物不易排出养殖池。现在公认为最好的养殖池应为圆形池，中央排水，进水管沿切线。这样的布局有利于排出废物，特别是粪便和剩余的饲料快速从中央排水口排出。一般使用双重排水构造。中央排水口流速低，主要用于排出富含粪便等废物的高浓度废水。靠近池壁的排水口力量大，这一部分水用于主循环, 经过净化处理以后循环利用。射水式进水方式是在相对于出水端的另一端接上进水管。管上有孔，水射向水
16、面。这种进水方式的优点是能形成旋转水流，水质均匀，有利于集排污。为了防止池鱼随水逃走，需安装片状、桶状或钟状的金属栅拦鱼设备即滤网。具体的构造见图 1-8。中央排水或者靠近池壁的排水立管一般使用滤网防止鱼逃匿。饲养刚孵出的鱼苗用 2030 目的网，体长 1 厘米以上的鱼苗用 1015 目的网；体长 3 厘米左右，用 46 目的网。滤网的网目应随鱼体的增长而及时调换。进排水管的尺寸，一般根据养殖对象的个体大小和换水量决定，但是过细的进水管会导致养殖池内的水旋转速度过快，虽然有利于粪便集中在池底中央和快速排污，但是过快的流速会影响鱼类的活动，降低生长速度。但是过粗的进水管会导致池内的固形排泄废物不
17、能集中在池底中央。一般认为，切线方向的流速不大于鱼体长的两倍/秒时，不会影响鱼类的生长。3、物理过滤装置物理过滤指的是不利用化学和生物的方法处理水中废物的方法。所以，物理处理装置通常用来除去水中的固形物颗粒。常用的物理过滤装置有格栅、筛网、沉淀池、砂滤池、微滤机和蛋白分离器等。格栅是由一组或者几组平行的金属栅条和框架组成，随着技术的进步，现在丹麦等国家生产的水产用格栅的栅条之间的缝隙可以小到以微米计算。一般倾斜安装在高浓度废水的排出口，倾斜角度大约 45 度。现在常用的格栅缝隙尺寸在 80 微米以上。沉淀池是水处理中最古老也是最基本的方法之一。沉淀的原理是利用悬浮固形物在重力作用下的可沉降性产
18、生的下沉作用，来达到固液分离的一种方法。沉淀的类型可以分为自由沉淀、凝絮沉淀、区域沉淀和压缩沉淀。自由沉淀是指沉淀过程中悬浮固形物之间互不干扰，各自沉淀的模式。凝絮沉淀是指悬浮固形物之间产生絮凝作用，固形舞聚团而加快沉淀的模式。区域沉淀是指固形物整体下沉的模式。压缩沉淀是指下层固形物，颗粒间的水被上层固形物的重力作用挤出的沉淀模式。区域沉淀和压缩沉淀比较常用于悬浮固形物浓度比较高的场合，一般用于养殖场废物浓缩排出时。沉淀池按照水流方向可以分为平流式，竖流式和辐流式三种。砂滤池的构造和沉淀池相似（图 2-2） 。所不同的是在砂滤池中一般由下往上铺满了从大颗粒到小颗粒的砂子。这样水在由下往上流过砂
19、层时，水中悬浮的和部分溶解的固形物颗粒吸附在砂层中。这种砂滤池是现在国内最常用的，主要是因为设计建造容易。但是，这种砂滤池最大的缺点是不能用于固形物颗粒浓度太高的区域，同时，反冲和翻砂操作劳动强度大。压力砂滤管是在密闭的容器内，依靠水泵赋予的压力快速过滤的一种方式，操作简单容易，可以自动反冲，无人监管，是未来的发展方向。图 2-2 砂滤池微滤机是近些年来快速发展和逐步普及的一种物理过滤装置（图 1-12） 。微滤机是以孔眼细小的不锈钢丝网作为过滤介质，通过筛滤去除水中较细小的有机颗粒，可大量、快速、有效地去除水中浮游生物、残饵和粪便。目前已广泛应用于工厂化养殖循环系统中。对于降低养殖排放水对环
20、境所造成的影响及节省水资源，有莫大的帮助。微滤机使用寿命长，运行成本相对不太高，安装简便。蛋白分离器也叫泡沫分离器。主要的工作原理是利用水中的有表面活性张力的物质，将水中的固形物颗粒吸附于气泡表面，随气泡一起排出水体。在水产养殖中，之所以泡沫分离器一般被称为蛋白分离器是因为养殖水体中的表面活性物质主要是由游离的蛋白质组成的。最简单的蛋白分离器的构成是一个腔体用于气液混合和可以产生气泡的装置。传统的蛋白分离器是由圆柱形腔体、气泵、气石等组成（图 2-3） 。现在的蛋白分离器常用水泵和射流管、或者气液混合甭来代替传统的气泵，可以节省费用，提高效率。在实际应用中，现在常常把臭氧发生装置和蛋白分离器并
21、用，可以大大减少能源消耗。图 2-3 蛋白分离器4、生物过滤装置生物过滤，顾名思义，就是利用水中的生物活动，特别是微生物去除水中的有机物和氨氮等无机物的过程。在循环水养殖系统中，生物过滤装置主要用于去除水中的氨氮和亚硝酸盐。在有反硝化过程的循环水系统中，这些装置主要用来去除硝酸盐和有机磷。水中的氨氮等排泄废物虽然可以通过吸附等方式去除。但是在水产养殖中，硝化细菌是最常使用的微生物。硝化细菌可以把水体中的氨氮和氧气等物质，转换为亚硝酸、硝酸和水等，同时获得它自身生长和繁殖需要的有机物质。硝化细菌必须附着在某种物体的表面，才能快速生长和繁殖。利用这个特点，人们发明了各种各样的生物滤池。但是不管生物
22、滤池的形状怎么千奇百怪，他们的共同点就是增大硝化细菌可以附着的表面积，增加硝化细菌和水体或者水体中氨氮和氧气的接触机会。常用的生物过滤装置有活性污泥池、浸没式生物滤池、滴流式生物滤池、生物转盘、生物流化床等。这些生物滤池使用的滤材也是种类繁多。滤材是微生物可以附着的起过滤作用的材料（图 2-4） 。传统上常用的滤材是石块、沙子等自然材料。现在多采用陶瓷制品、塑料制品等。形状上有波纹板状，圆柱中空型，球型、方便面型，实心粒子型等。生物滤材的指标是以比表面积和通透性来决定的。图 2-4 滤材生物转盘是生物膜法的一种，是在生物滤池的基础上发展起来的。其组成单元主要有：盘片、接触反应槽、转轴与驱动装置
23、等（图 2-5） 。盘片是由质轻、薄、强度高，耐腐蚀的聚丙烯和聚乙烯等做，一般厚度为 0.51.0cm。盘片的形状一般为圆形。转盘的直径一般为2.0、2.5、3.0、3.5m 等。接触反应槽一般可以用钢板或钢筋混凝土制成，横断面呈半圆形或梯形，槽内水位一般达到转盘直径的 40%，转盘外缘与槽壁之间的间距一般为2040cm。转轴与驱动装置一般采用可调速电机或者变速箱。废水的流动方式，有轴直角流与轴平行流。生物转盘的特点包括节能、净化率高、污泥产量少、维护管理简单，但是所需的场地面积一般较大，建设投资较高。图 2-5 生物转盘浸没式生物滤池是生物接触氧化法的一种，是一种介于活性污泥法与生物滤池之间
24、的生物膜法处理工艺（图 2-6） 。浸没式生物滤池的构造是由池体、填料（滤材） 、进排水系统和曝气系统等组成。它的主要特点是效率高于活性污泥法，具有较高的容积负荷，运行管理简单，对水量水质的波动有较强的适应能力，缺点是滤材全部浸没于水中，需要充氧。图 2-6 浸没式生物滤池滴流式生物滤池的构造和浸没式相似，不同的是滴流式滤池进水上部喷洒落下，所有的或者大部分滤材暴露于空气中，可以直接从空气中获得氧气。 生物流化床是 70 年代开发的一种新型生物膜法处理工艺，滤材以比重大于 1 的细小惰性颗粒如砂、陶粒、活性炭塑料颗粒等为载体，废水以较高的上升流速使载体处于流化状态，是一种高效的生物处理装置。生
25、物流化床的构造主要包括反应器、载体、进水装置、充氧装置和脱膜装置等（图 2-7） 。它的特点是容积负荷较高，水力停留时间短，基建费用较小，能适应不同浓度范围的废水，占地面积较小。但是由于应用经验不多，设计时有一定的不确定性。图 2-7 生物流化床工作流程厌氧生物滤池的与好氧生物滤池的最大区别是滤池是封闭的，同时，两种滤池的生化反应是相反的。厌氧生物滤池主要用于除去硝酸盐、活性磷或者进一步浓缩养殖系统排出的废物淤泥。常用的厌氧生物滤池如图（图 2-8） 。图 2-8 厌氧生物滤池5、充气曝气设备随着养殖密度的提高，不管是池塘养殖还是工厂化养殖系统，都需要充气设备来提高水体中的溶解氧浓度，以维持鱼
26、类正常生长所需要的溶解氧。溶解氧的缺乏会抑制鱼类生长，引起窒息死亡。溶解氧的另外一个作用是可以改善水质和平衡水温。同时，在循环水养殖系统中，溶解氧不足也会降低生物滤池的效率。提高溶解氧的方式包括搅拌方式，接触方式和充气方式。常用的提高溶解氧的设备有重力曝气机、风动抽水泵、立式泵充气机、喷水式曝气机、真空叶轮泵式充气机、叶轮式曝气机（俗称水车） 、隔板式充气机和纯氧接触系统等等。但是不管增加溶解氧的设备千差万别，他们工作的原理不外乎增加水和空气或者氧气的接触面积，以此来提高水中的溶解氧浓度。重力曝气系统是利用水由高处流到低处的特性，利用楼梯式结构等形成瀑布式流淌，通过这种增大水和空气接触面积的方
27、式来增氧。风动抽水泵是利用气泡上升时产生的带动作用，循环充气的方式。立式泵充气机是利用漂浮在水面的水泵将水喷向空中的充氧方式。喷水式曝气机是将水泵的出水口改为一排或者多排带孔的出水管，将出水喷洒到空中的充氧方式。真空叶轮充气泵是利用电机带动叶轮转动，在连接叶轮和电机之间的空腔内形成负压，以真空吸气的方式来充氧。叶轮式曝气机，也就是俗称的水车，是利用叶轮的转动将水带到空中的增氧方式。隔板式充气机的原理和生物滤池差不多，利用隔板等填料增加空气和水的接触面积达到增氧效果的方式。纯氧接触装置和隔板式充气机差不多，只不过利用的是纯氧而不是空气，这一部分在充氧和曝气的章节中再详细阐述。当然，最简单的充气方
28、式是利用气泵和气石。这也是循环水养殖系统中最常用到的方式。循环水养殖系统由于缺少光合作用和水的交换量很小，所以对充气设备的依赖性比池塘要高。风动抽水泵工作原理和应用立式泵充气机喷水式曝气机真空叶轮泵式充气机叶轮式曝气机（水车）气泵和气石充气系统通常，水体中二氧化碳的含量被认为不会对养殖对象产生影响。但是，随着养殖密度的提高，特别是在循环水养殖系统中，累积的高浓度二氧化碳可能会大大降低 pH 值，使养殖对象窒息和影响生物滤池的效率。二氧化碳去除的主要方式是通过气体交换，利用的方式和充气类似，也是通过增大水和空气的接触面积来实现的。所不同的是二氧化碳的浓度还可以通过控制水体 pH 来实现。常用的处
29、理设备有填料塔和以上提到的大部分的充气设备等。6、杀菌消毒设备养殖废水的杀菌消毒的方法包括氯、溴、碘和二氧化氯等药物消毒、臭氧以及紫外线消毒等等。一般化学消毒会产生二次污染。但在技术经济上最为可行，而且操作方便，这也是目前养殖场采用最多的方法。这一部分由于和工程方面关系不大，我们不做过多阐述。主要介绍一下紫外线和臭氧消毒的方法。早在1878年人类就发现了太阳光中的紫外线具有杀菌消毒的作用。根据生物效应的不同，将紫外线按照波长划分为四个波段。水消毒主要采用的是C波段紫外线。研究表明，紫外线主要是通过对微生物的辐射损伤和破坏核酸的功能使微生物致死，从而达到消毒的目的。紫外线消毒设备主要包括紫外线灯
30、管、外壳和清洗装置等。紫外线消毒的优点包括以下几点，1) 物理消毒方法，不会造成二次污染，因此对环境、生态和人类无害。2) 使用安全，无需运输、储存和使用危险化学消毒剂。3) 运行、维护及管理简单方便。带有灯管自动清洗设备的系统维护更简单。4) 与化学消毒方法相比，紫外消毒性能稳定不受水体温度及酸碱度变化影响。5) 在实用消毒方法中，对微生物作用最具广谱性。6) 占地面积小，无需构筑物。紫外线消毒时间短，一般只要2-5 秒。7) 紫外线消毒投资效益高。紫外线消毒的缺点是不能用于固体颗粒含量过高的废水，一方面是因为效率低，另一方面是因为频繁的灯管清洗。另外，在水流量大的养殖场，为了保证处理效果，
31、需要大量的紫外线设备，因为紫外线的处理能力为光线照射到的几公分范围。臭氧是氧的同素异形体，由三个氧原子组成，具有独特的腥臭味，呈现出淡蓝色。臭氧很不稳定，在常温下，30分钟左右即可分解为氧气。它能破坏或分解细菌的细胞壁，迅速扩散透入细胞里，氧化破坏细胞内酶而致死原菌。臭氧在水中分解的中间产物氢氧基(OH)具有很强的氧化性。可以分解一般氧化剂难以破坏的有机物，而且反应完全速度快。臭氧与水的混合方式很多，最常用的是接触法。臭氧作为消毒剂具有较好的杀菌效果，其杀菌效能约比紫外消毒大l0个数量级，同时对病毒也有较好的灭杀能力。臭氧还可分解水中的有机质、无机物，降低水中污染物含量。臭氧的优点主要包括1消
32、毒臭氧可以使很多细菌、病毒、真菌和原生动物、鱼类病原菌失活。与紫外线消毒比较，臭氧杀菌能力是紫外的10倍以上，还具有持续消毒的能力。2可去除微细颗粒及胶体物质，臭氧可使颗粒聚集，利于通过气浮、过滤、沉淀等方法将其去除。3可去除溶解性有机化合物，臭氧通过氧化将溶解性有机物氧化成容易被微生物硝化的物质。4可去除亚硝酸盐，臭氧通过直接氧化将亚硝酸盐转变成危害较小的硝酸盐。但是使用臭氧也有潜在的危险，主要是由于臭氧会和海水中的溴离子、氯离子发生反应产生性质相对稳定、对水生生物有害的溴氧化合物。而且过量的臭氧残余浓度在去除有害物质的同时也会毒害鱼类，造成鱼类死亡率升高。所以去除残留的臭氧非常重要。常用的
33、去处臭氧的方法是活性炭吸附。三、几种循环水养殖系统模式常用的几种循环水养殖系统参照下图图 1-32 几种循环水养殖系统模式图四、 循环水养殖系统设计计算 1系统氨氮的收支 养殖水中非离子氨 (NH 3)浓度是水中 pH 和总氨氮浓度 (TAN=NH 3+NH4-N)的函数，在非稳态条件下，循环系统中 TAN 的物质平衡式如下： dCTAN/dtV=QCinQCout+PTANRTAN 式中：CTAN =系统中总氨氮质量浓度 (mg/L) dt=时间间隔 (h) Q=系统流量 (m 3/h) Cin=注入水中 TAN 质量浓度(mg/L)Cout=排出废水中 TAN 质量浓度(mg/L)V=系统
34、体积 (m 3) PTAN=系统 TAN 的产生率(mg/h) RTAN=系统 TAN 的去除率(mg/h)系统养殖生物的新陈代谢和未食饲料的生物降解决定了 TAN 的产量，TAN 的产生速率可以表示为喂食速率和饲料中蛋白质百分比的函数： PTAN = (FAPC0.092)t 式中： FA=每次喂食的饲料总量 (kg) PC=饲料中蛋白质含量 () t：饲料分解为 TAN 所需时间 (h) 公式的推导是基于以下一些假定： 饲料蛋白质中氮含量约 16；蛋白质中 80%的氮被消化；粪便中未分解的氮被快速排出养殖系统外；被消化的氮排出 80；10的氮作为尿素排泄。90的氮成为 TAN；在喂食后的
35、t 时间内，TAN 被完全排泄：喂食时间间隔不能小于 t 小时。 公式中的数值系数 0.092 是在假定条件下, 养殖生物喂食每单位重量饲料通过代谢产生的 TAN 量(0.160.80.80.9=0.092)。用公式对 TAN 产生率的计算结果与实际相比有些偏大。 RTAN 可以用下列等式表达 ： RTAN=QtCTANE 式中： Qt =通过生物滤器的水流量；(m 3h) E=生物滤器的去除效率；() 生物滤器的过滤效率是由生物滤器去除 TAN 的效率决定的。由于用数学表达式来计算过滤效率非常复杂，一般认可的观点是过滤效率是许多运行变量的函数，这些包括：入水 TAN 的浓度，水力负载率、温度
36、、过滤面积、过滤介质、生物滤器运行形式 (RBC、流化床、上流式砂滤)。在生产中，要求系统 TAN 的浓度是相对恒定并且低于规定值。综合上述讨论，可计算出维持稳态条件的生物滤器流量 ： Qt= (QCinQCout+PTAN )/(CTANE) (4) 养鱼水质标准规定水源中的 TAN 浓度很低 (Cin =0)，在此条件下，QCin 项可以从等式中去除。 2. 系统硝酸盐的收支 硝酸盐 (N03-)是生物滤器硝化过程的最终产物，循环系统中非稳态条件下 NO3- 的平衡等式为： dC N03/dtV =QinCNO3in QoutCNO3out +PNO3-RNO3 式中： C N03=系统中
37、硝酸盐质量浓度 (mgL)； CNO3in=新水中硝酸盐质量浓度 (mgL)； CNO3ou=废水中硝酸盐质量浓度 (mgL)； PNO3=硝酸盐产生速率 (mgh)； RNO3=硝酸盐去除率 (mgh)； 在稳态条件下，Q in= Qout, CNO3in=0, 硝酸盐没有排出系统外(R NO3=0)，加入系统新水的流量可由下式计算： Qin = PNO3/ CNO3out 3系统溶解氧的收支 除了氨氮是限制循环养殖系统负载量的主要因子外，保证养殖池和生物滤池中足够的溶氧浓度也是非常重要的。 在非稳态条件下，DO 的物质平衡式为： dCDO/dtV=QCDOinQCDOout+PDORDO
38、式中：CDO= 系统中 DO 质量浓度 (mgL) CDOin = 入水中 DO 质量浓度 (mgL) CDOout= 废水中 DO 质量浓度 (mgL) PDO：DO 的产生速率 (mgh) RDO=DO 的消耗速率 (mgh) 氧产生速率是由循环系统中氧气发生系统决定的，添加氧的速率是由氧源 (空气或纯氧)、注入系统的压力、消耗速率、系统的溶解效率决定的。R DO难于精确计算计。 DO 的总消耗率可表示为： RDO=Raoc+RB0D+RN0D 式中： Raoc =养殖生物的耗氧量 (mgL) RB0D =含碳废弃物的耗氧量 (mgL) RN0D =硝化反应所消耗的氧 (mgL) 养殖生物
39、的呼吸速率是温度、代谢、大小、平均规格、数量和种类的函数。 根据基础生化反应，每 1 g 的 TAN 氧化成硝酸盐需要耗费 4.57 g 的氧气。公式式可以用来估算系统中要求的氧补充量。假设是稳态条件、混合完全并给定一期望的 DO 浓度，则系统中 DO 的浓度 (设定 CDOout为期望值)为：PDO= QCDOout+ RDOQCDOin 要保持生物滤池的 DO 物质平衡，应使生物滤器有足够的 DO 以维持硝化细菌的数量，稳态条件下生物滤器中 DO 的平衡等式可写为： 0=Qf(CDOfin- CDOfout) - RB0DF-RN0D 式中 ： CDOfin =生物滤器废水中 DO 质量浓
40、度 (mgL) CDOfout =生物滤器入水流中 DO 质量浓度 (mgL) RB0DF =滤器中 BOD 去除率 (mg/s) 五、循环水养殖系统设计步骤简单的设计步骤如下.确定污染物的数量，包括氨氮、固体颗粒等.确定鱼类的耐受水平A. 氨B. 亚硝酸盐C. 硝酸盐D. 固体颗粒.计算鱼类的氧气消耗量.计算生态系统的承受能力.计算水进入、流出系统的一个比率.计算单个装置可进行流通的浓度.计算重新回收利用后的浓度.计算过滤装置的净化效率.确定过滤装置中总的废物浓度.计算需要过滤装置工作的时间.确定过滤装置的容量.确定装置的尺寸.确定装置的氧气供给量.修改装置上面的程序设计看起来有点直接，前三个步骤如果有数据的话其实可以很简单，从实践的观点来看只有很少的情况有充足的数据。在某些情况下，数据也许只适应某些阶段。废物排放的数据也是这样的情况。正如你所了解的废物的排泄与鱼的大小，摄食的情况，温度和其他一些因素有关。废物的去除是温度，流速和氨的耐受量和其它一些数值的函数。设计者依据环境排污的最大值去设计过滤装置，计算最大值不仅需要知道环境废物的种类，还需要知道其他关于废料的内容，例如：当人们尝试在一定水体中养一定重量的鱼时，如果个体是小鱼就要充分考虑到鱼对毒性物质的耐受作用，其他程序还应当计算环境废物的最大值，还有鱼体最大值，以决定废物的产量和装置的净化率。
