1 工廠化海水養殖系統

1.1 海水養殖系統的分類[1，2]

1.1.1 開放系統

開放系統也稱天然系統，是一種未經人工改進或簡單改進的處于自然狀態的海水養殖系統。一般而言，開放系統具有費用低和管理要求不高的優點，養殖生產費用只局限在捕撈、運輸和加工方面。

開放系統的養殖收益是由大自然來控制的，如需在一定程度上擺脫這種控制，則要求配備專門設計的養殖設施，然而，較高級的天然系統在管理方面所必需的知識卻相當可觀，投資亦很高。

1.1.2 半封閉系統

在半封閉系統中，天然海水經一定程度凈化后一次通過養殖池或養殖塘。半封閉系統的優點是可以控制水的溫度和水質，有利于防止病害和敵害等。半封閉系統的養殖密度大大高于開放系統，養殖的水產品大小均勻、質量好，上市時間和數量便于掌握。

許多半封閉系統都按“工廠化”設計，即包括養殖車間(池或塘)、餌料加工車間、育苗車間等單元，因此，半封閉系統連同水多次循環的封閉系統一道被稱為“工廠化養殖系統”。

1.1.3 封閉系統

封閉系統中海水是在養殖系統中循環使用的，其最大優點是可以經濟地控制水溫，水中大量的熱(或冷)不會象其他系統那樣隨排出水一同排出，因而，所需的能量比半封閉系統少。封閉系統可以有效地防治病害，從而大幅度提高養殖密度。半封閉系統中養殖密度為5-15 kg/m2，而封閉系統的養殖密度可為20—40 kg/m2，甚至更高。

封閉系統的技術核心之一是水處理技術，包括水中懸浮物去除、有機物去除、增氧、消毒等單元操作。

1.2 封閉海水養殖系統中懸浮物的去除

1.2.1 懸浮物來源和性質[3]

封閉養殖系統水中固體顆粒物主要來自二個方面：殘餌和魚的排泄物。不同的養殖品種和養殖方法餌料利用率有相當大的差異，研究表明一般沉性餌料約15-20%(干重)溶解或散失在水中形成懸浮物。另一方面，魚的排泄物約占投喂餌料總量的25-30%，對某些養殖品種此值范圍從18%到43%。此外，魚體脫落物和水中各種微生物也在水中固體懸浮物的總量中占一定比例。養殖海水中懸浮固體的平均比重為1.19 g/cm3，略大于海水的比重（1.024-1.032 g/cm3）。

養殖海水中顆粒物的典型粒徑分布(以重量計)為［3］：

1.5-30μm 66.9%

30-70μm 5.2%

70-105μm 5.7%

>105μm22.2%

對山東尋山養魚場牙鮮養殖車間的水樣分析表明，循環水中的固體顆粒粒徑分布(以個數計)大致如下：

<5μm 70-84%

5-20μm14.4-27%

>20μm 1.6-3%

1.2.2 水中懸浮物的危害

循環養殖海水中固體顆粒的有機物含量高，如不及時去除，水中微生物將大量消耗水中溶解氧，從而使水質快速惡化。水中微米級顆粒占比例很大，資料表明，當海水中5-10 μm的顆粒含量達到30-40 mg/L時，養殖魚有急性反應，甚至有致死的實例［1，3］。懸浮物中的膠體顆粒、蛋白質、粘液、排泄物、病菌等都將對魚的生理造成影響，同時對養殖水的理化性質有重要影響［3］。

2 高速過濾技術用于封閉養殖系統的中試研究

2.1 高速過濾技術

2.1.1 彗星式纖維濾料[4，5]

本研究采用了一種不對稱結構濾料——彗星式纖維濾料。這種新型濾料的特點是一端為松散的纖維絲束，又稱“彗尾”，另一端纖維絲束固定在比重較大的“彗核”內。

濾料規格為：

彗核直徑 Φ2.5 mm

纖維絲束直徑 0.4 mm

彗尾絲束長30 - 40 mm

纖維單絲直徑 20 - 40 μm

濾料比重 1.05 - 1.13 g/cm3

彗星式纖維濾料的結構特點和性質參見文獻［4-6］.

2.1.2 高速過濾

傳統的砂濾快濾工藝濾速為8-12 m/h，本研究的目標是實現40-50 m/h的高速過濾。在實現高速過濾的基礎上，本研究對過濾器的分離效率和濾料洗凈效率提出了具體要求。

分離效率以濾料截留懸浮顆粒的粒度及截留百分數表示，要求粒徑2μm以上的顆粒去除率大于95%。

濾料洗凈效率包含二個指標：洗凈度和反沖洗耗水量。

洗凈度以剩余積泥率表示，定義為：反沖洗結束后，濾料上附著的雜質重量(干重)占濾料自重(干重)的百分比，研究的目標是剩余積泥率小于5%。

反沖洗耗水量由反沖洗時間和反沖洗強度決定，研究的目標是反沖洗耗水量占過濾周期產水量的2%以下。

測試參數和測試方法見文獻［6］。

2.2 中試研究

2.2.1 試驗條件

現場試驗地點位于山東省尋山水產集團養魚場，試驗車間東西寬14m，南北長25m，內設方型圓抹角養魚池 (6.1×6.1m2) 6個，每個魚池水面33.78m2，，平均水深1m，單池水體 33.78m3。

循環水處理流程簡圖見圖1。

主要試驗指標為：

養成水體 200 m3

循環率 90% (日添新水20M3)

過濾器額定處理水量 120 m3/h

設計濾速 40-45 m/h

2.2.2 試驗裝置

設計處理水量 120 m3/h

過濾器個數 2臺

過濾器直徑 φ1500

過濾器過濾面積1.67 m2/臺

過濾器高度4.6 m

過濾條件 常壓，不加藥

單臺過濾器處理水量60 m3/h

反沖洗水強度 6-10 l/m2.s

反沖洗氣強度 20-40 l/m2.s

濾床反沖洗膨脹率 1：2

2.2.3 試驗結果［6］

濾速范圍 38.3-42.4 m/h

平均濾速 40.4 m/h

最大濾速 58.2 m/h

過濾周期 46 h

反沖洗耗水率 0.6-0.66 %

大于2μm顆粒的平均去除率92.8-97.6 %

剩余積泥率 < 0.4 %

3.1 養殖魚種及現狀

牙鲆（Paralichthys orivaceus）俗稱牙塌（山東）、牙片（遼寧、河北）、左口（廣東），屬鰈形目（Pleuronectiformes），鲆科（Bothidae），是一種名貴的海產經濟魚類，主要分布于我國及日本、朝鮮、俄國遠東沿岸海區。近年來，牙鲆以其生長快，食性雜，適應廣及活動少等優點，被確定為北方沿海工廠化養殖的首選對象。

我國現有的工廠化海水養殖場多采用流水開放式或半封閉式養魚，普遍存在著用水量大、養殖水不回收利用、水質受自然環境制約等問題，造成養殖魚生長周期長、單產量低、放養密度低、餌料系數高等缺點。

3.2 生產性試驗結果

以高效過濾技術、高效氮源凈化技術和水質自動監測與控制技術為關鍵研究內容，設計與配置了水處理系統和整套工廠化養魚設施。2000年1月開始試運行，2000年4月起進行彗星式纖維濾料高速過濾器運轉，2000年8月完成魚產量和水處理設施驗收。

主要技術指標如下：

經高速過濾處理后的池水清澈透明，由于光照適宜，供氧充足，牙鲆體色、花紋均明顯優于對照魚池（半封閉系統），見圖2。

4 結語

本研究系國家高技術研究發展計劃(八六三計劃)《海水養殖工程優化技術》課題的一部分。以彗星式纖維過濾材料為核心的高速過濾技術在封閉養殖系統中的中試研究表明；這種新型濾料及過濾技術的特點是懸浮物去除率高、養殖池水清澈，主要技術指標優于常規的水處理方法，適于高密度工廠化海水養殖。

本研究得到了山東尋山水產集團李洪義先生和李尚友先生的鼎力支持，浙江德安公司俞建德先生提供了試驗用過濾器及濾料，清華大學環境科學與工程系金志剛先生和閆冰先生參加了部分研究工作，浙江德安公司黃彰焱先生和劉建生先生參加了試驗設備安裝工作。

［1］F.W.惠頓編著.水產養殖工程.中國水產科學研究院東海水產研究所等譯.北京：農業出版社，1988

［2］John E. Huguenin， Hohn Colt. Design and operating guide for aquaculture seawater systems. Elsevier ，1989

［3］Michael B. Timmons， Thomas M. Losordo. Aquaculture water reuse systems：engineering design and management. Elsevier， 1994

［4］李振瑜，劉力群，金志剛. 彗星式纖維過濾體. 中國實用新型專利. ZL 98249298.7

［5］李振瑜，王夏. 彗星式纖維過濾材料. 見：環境科學與工程研究.北京：清華大學出版社.(待出版)

［6］李振瑜，金志剛，閆冰，王夏. 高效過濾技術與設備研制. 國家高技術研究發展計劃項目《工廠化養殖海水凈化和高效循環利用技術》子課題研究報告.2000.9

［7］薛正銳，梁友，陳慶生. 工廠化養殖海水凈化和高效循環利用關鍵技術. 國家高技術研究發展計劃項目《工廠化養殖海水凈化和高效循環利用技術》課題驗收報告. 2000.9