云母矿价格:循环水养殖大菱鲆系统

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原文地址:循环水养殖大菱鲆系统作者:海之子
循环水养殖大菱鲆系统
该系统设计决定了水的重复应用效率。在现代化的水系统中,需要有加热设备,90-98%的循环率是很普遍的。
废物的描述及量化
废物来自于的残饵及鱼的排泄物。在养鱼场减少残饵的量非常重要,因为它是废物的重要组成部分。关于投喂量有依赖鱼的大小及水温的有关指导,可以参考。然而,鱼可以因为不同原因而食欲不振,故即便根据指导投喂,在很多情况下亦会产生残饵。因而渔民必须密切注视着鱼的食欲及残饵的量的变化。食欲减退可能由于物理接触、温度变化或疾病侵袭引起。
排泄物即代谢废物,其组成依赖于饵料的组成。在标准饵料中,10-15%的蛋白质和脂肪是难以消化的,另外有60%的碳水化合物。这就容易引起水中包括氨在内的有机物和营养物的增多。同时鱼从水中获得氧气进行新陈代谢,故而又降低了水中的溶解氧水平。
在再循环系统的水处理过程中有两种成分最重要,它们是有机物(生物耗氧量)和氮。氮则主要以氨的形式存在。由于氨对鱼是有毒的,故再循环系统中有一个能够很好的除氨的处理设备是很重要的。
各种各样的废物排出依赖于食物的消化能力,食物组成及食物转化率等这些相互联系的方面。然而,食物转化率也依赖于残饵量即未吃完的食物的量。而残饵量依赖于投饲方法及节俭技巧,获得尽可能低的食物转化率是重要的,不要仅图降低处理设备的负载,还要考虑经济因素、有机物及氨在生物过滤器中的微生物分解。
有机物
有氧分解
在生物过滤器中有氧条件下,有机物的分解过程中,高能物质变成低能物质入二氧化碳和水等。例如:葡萄糖按如下方式被细菌氧化。
C咹亗O  +  6O  =>  6O  +   6H侽
(葡萄糖) (氧气) (二氧化碳) (水)
细菌的收益是它们获得了生长所需的能量。相同过程适用于蛋白质和脂肪。蛋白质首先分解成氨基酸,然后氮在以氨的方式释放出来。
无养分解
无养分解在没有氧存在的条件下将有机物分解为气体(甲烷和二氧化碳),主要是一个酵解的过程。无氧酵解的机制包括两个步骤:有机物被厌氧细菌分解为有机酸,然后这些酸分解为甲烷和二氧化碳。(见﹤=﹥8图表)无氧分解不得不加以控制,因为该过程具有引起有机酸和甲烷水平升高的危险。
氨:
氨(NH剒/NH儯┦且恢钟憷嗯判刮铮沂窃谏锕似髦杏傻鞍字史纸庖鸬摹0保ㄓ绕涫欠堑缋胍禾保┒杂憷嗍怯卸镜摹R虼吮匦肴コ虮湮渌薅境煞帧T谏锕似髦校妇寻毖趸詈笊上跛嵫危霉碳聪趸从ΑR粤街植街璺⑸喊北幌妇趸裳窍跛岣缓蟊幌趸妇趸跛嵫危缦滤荆
NH剒 +1.5O  =>NO倇+H侽+2Hz↘  NH剒 +2O=> NO儃 +H侽 +2Hz
NO2 + 0.5O2  => NO3-       ↗
与异氧细菌不同,自养细菌不需有机物作为能量来源,其碳源为CO偂?梢苑⑾衷诟霉讨校怂幔蚨鳳H将会降低,该过程中1克氨氧化为硝酸盐需4.6g氧气。有几个因素影响着硝化率,其中之一是温度,下表(8下表)列出了PH在为7-8之间时每天每平方生物过滤器氧化氨的量。该例子氨的排入量为1mg/L,在再循环过程中是个特例。影响硝化氯的另一因素是生物过滤器的有机负荷(承载量)。硝化细菌(自养细菌)很难和异养细菌竞争。硝化细菌生长得比较慢,如果有能量来源,其生长亦有厌氧细菌的10 %。
下图(9图)表明了生物过滤器、有机承载量或硝化效率的关系。假如一个生物过滤器其有机承载量为2.5gBOD/m/day,可以发现,其硝化硝率仅为30 %。如5gBOD/m/day效率理论上为零。为减少生物过滤器的承载量,剔除一些固体物质(有机物主要来源)是基本的。最后影响硝化效率的另一个因素是水的含氧量。如氧含量低于3mg/L,则硝化效率开始降低。
反硝化作用是氧化态的硝酸盐和亚硝酸成为气态氮的简化。该过程在厌氧条件下发生,并且用有机物作为碳源。该过程亦称为硝酸盐降解。如果该有机物是甲醇的话,该过程可以描述如下:
5CH僌H+6NO儃=>5CO+7H侽+3N+6OH{
(甲醇)
该过程中形成了二氧化碳和氮气,同时生成了氢氧根,可导致PH升高。有机物的分解过程没有应用水中的氧。因而节省了2.9gO/g NO儃N。再循环系统中反硝化是重要的,因为这是除去水中硝酸根的唯一方法。当循环率大于95%,抑制硝酸盐水平的提高将非常重要。高水平的硝酸盐对鱼类的消极影响在最近才被认识到。
然而尽管生物过滤器是充气的,实际上仍有一定程度的反硝化作用发生例如:在一些大的水下过滤器中,反硝化率可达60-95%。这意味着过滤器中必须有无氧带或死角。这样做有好有坏,好的是可以发生反硝化,不好的是可能在一些有机物质的厌氧分解中出现一些有毒物质如甲烷。
如果可能的话,硝化过程应该得到控制。这一点可在特别设计的反硝化容器中做到。
反硝化作用的另一个优点是它形成了碱离子,降低了PH。这补偿了硝化过程所形成的酸。实践证明,在循环系统中,有一定程度的反硝化。可以降低对石灰调节PH的需要。
再循环设备的组成部分
氧鱼池
在任何鱼类养殖场中池子的选择都是一个重要问题。量度一个鱼池要满足许多标准。
" 池子的数量和大小必须与计划产量相吻合。
" 包括出口和入口在内的池形设计必须满足最佳水压条件,即用最少量水交换满足鱼类对氧气的需要。池形和水压要保证残饵和排泄物能连续的流出该系统而进入水处理设备。
" 材料选择要经济耐用,最后材料必须无毒。
不同种类的鱼对池子设计有不同的需求,一般介于以下两种设计之间:
长方形池
在长方形池中,水自一端(入口或上部)流入,从另一端(出口或底部)流出。在长方形池中,要有一个塞子供水流出。这样的池子有这样的优势,即废物可以直接到达出口,而把鱼和新鲜海水留在了池子上部。也就是新水把旧水推出了池子。同时体质较弱的鱼和死鱼都到了出口附近,在这里这些鱼很容易被移走。
对于一个长方形池子,换水率可以达到很高,因为只有管子的尺寸这一个因素限制着水流。这意味着可以维持一个较高的养殖密度。然而尽管高换水率有一定潜力,但由于整个池子侧面层流的存在水流速度相对较低。这意味着池子底可能会存留一些废物。对较小的鱼来说是个麻烦,因为它们无助于沉积物的再悬浮,较大的鱼和较高的密度将有助于把废物移到出口,这是由于它们游动活跃。长方形池子池底经常设计的向出口倾斜,这样可以有助于废物的排出。
长方形池子经常有纤维玻璃、不锈钢、混凝土建成。对于纤维玻璃和不锈钢,由于需要一个坚固的结构,这使得其造价相对昂贵。然而,这笔额外的花销可以通过与其它池子相比占面积较小来得到补偿。与圆池子相比,一个池子可节约面积20%。长方形池子一般4-6米长,1-1.5米宽,1-1.2米深。
圆形池子
圆形池子的优势在于其有很好的自净能力。如果池水沿池子切口方向流入并且从池子中间流出,将会形成一个涡流运动。这意味着废物可以流向池子中间底部。由于漩涡的存在,水及废物流出都很迅速。然而,可溶性废物(氨及可溶性BOD)不能像在长方形池中一样被排除。
虽然就水的进出平衡来说,圆形池与长方形池相同,但是不像长方形池子以一样有一个明显的新鲜水进入着。与长方形池子相比,圆形结构池子需要多占20%的空间。圆形池子化费一般较少,它们可以用纤维玻璃,大量塑料材料及各种金属制品建造而成。依赖于鱼的体积,池子一般直径在2-7米,深在0.5-1.5米之间波动。有的池子底不像中间倾斜,这样有助于加强自净能力。然而有的池子底部是平的。
另一种具有球形底的方池子。该种池子有与圆形池子相同的自净效应。与长方形池子相同,这种池子也节省了空间。
圆形池子和具球形底的方池子都有一个缺点,那就是不管体积大小,水的交换率受到限制。进入池子种的水的数量不能控制,但水流出池子却受到限制。涡流带来了这些限制。实践发现,圆形池子每小时的最大水交换率为2.5倍,而长方形池子则为6倍或更多。当前,水槽或长方形池子越来越流行。下图(见12图)阐明了长方形池、圆池子及带圆底的方池子的原理。
产量依赖于表面积
在鱼类养殖过程中,一般养殖密度都是由kg/m忱幢硎觥H欢邝夂亡姻嘌彻讨杏幸桓龃车谋硎龇椒ǎ且詋g/m怖幢硎觥5玫揭欢芏群筒康木龆ㄐ砸蛩厥撬脱酰缈梢缘玫轿尴薜难跗浚蚩梢曰竦眉叩难趁芏取H欢谝桓鲈傺废低持校砩璞傅拇笮 ⒀跗⑷肓俊⒀匪牧俊⒀鹾考俺刈颖砻婊加泄叵怠@纾憧梢韵虺刈又肿⑷牍ズ偷乃苡幸桓鎏囟梢匀淌艿纳舷蕖A硗猓淙挥闶且恢稚缁嵝院芮康亩铮茄趁芏忍呋岽囱沽ΑW詈螅绻趁芏忍撸岩员Vと盟械挠愣嫉玫阶愎坏氖澄铩
在如今的鱼类养殖中,养殖系统较陈旧,较低效率。养殖密度约为50-150kg/m病R览涤谟愕奶寤笮〉慕ㄒ樾匝趁芏韧胂质涤胁钜臁
进排水安排
进水口
池子的进水口可按不同方法来设计。进入池中的水被充入过饱和的氧,以节省打气的费用。并且没有氧气脱气是很重要的。这一点不仅仅为了经济原因,还有安全原因。脱气可以通过把水管置于水下不发生水溅来实现。
在入水口处水的动能保证了一个特定的水流运动。这一点保证了涡流的出现,而涡流对自净作用又非常重要。如果在同一水平面上从不同角度引入水流则更好。因此使调整涡流强度成为可能,涡流太大会对较小的鱼有消极影响。经常有这样的问题出现,即鳗鲡和一些其它类型的较小的鱼总是试图向进水管中游。因此必须时水流速充分以保证不发生此种现象。当用水下进水口时,如果停止进水,要保证水不能被虹吸出池外。曾发生过该种事故引发不良后果的现象。这种风险可以通过在水面上拥有一个斜的塑料管而缩小。下图表明了在许多养鱼池应用的入水口设计情况:(见13图)
水槽的工作原理与之相似。入水口亦应在水下。水应在底部同一水面上引入,这样有助于把废物运动出口处。
出口
出口必须保证水自由流动及废物流向处理设备。换句话说,出口一定不能堵塞。而堵塞可能会因为其壁上生长的生物或弱鱼、死于而发生。同时出口设计要保证鳗鲡不能逃脱。最普遍的出口设计是中央虹吸系统。废物可以被收集并被吸出池外。
在鳗鲡养殖过程中,拦网阻塞是个麻烦的问题,尤其是对体积较小的鳗鲡,其网目必须非常细密,甚至要达到0.5-1毫米。这个问题可以通过一个旋转刷刷网而得到满意解决。网是圆管状的,其中有一个刷子可以连续旋转,保持其清洁。这样的网一般固定在池子里面。
固体物质的排除
像以前所提到的,在生物过滤池中有尽可能低的有机物负数有助于氨的较好的硝化。否则,生物滤池会占用很多地方。显得不合时宜的大。有机负数可以通过移走鱼池中排放物中的固体物质而得到降低。有几种方法可用于移走悬浮的固体物质。最普通的是通过重力(沉积)或微筛选法。在这两个方法中,微筛选法是最有效的并且被认为是仅有的理想选择。有时候在循环系统中会应用压力砂滤器,但是其花费的能量巨大,并且鳗鲡养殖不能应用。
通过微筛选法,排放物通过一个网并且固体物被连续分离出来。容纳着这些固体物的水被抽离该系统并清除出去。这样就有一部分水损失,它由补偿水来代替。它大约占1%的量。
微筛滤法有如下几个原理:
" 三角过滤器
" 板过滤器
" 鼓滤器
" 盘滤器
在再循环系统中,三角过滤最先应用,但由于其造价昂贵,以被鼓滤所代替,最近又被盘滤替代。鼓滤器是一个镶着不锈钢或尼龙网的旋转鼓。一般为40-75目。鼓被插入水中大约40%。随着鼓的旋转,水流经网,固体物粘在网上。当取出水后,用喷枪冲洗,污泥收集在漏斗形容器中,然后运到污泥处理池中。运走的固体物和有关废物如下所示:
悬浮固体物             70-90%
氮                   12-18%
磷                   40-50%
有机物(生物耗氧量)   45-5%
可以看出,伴随着固体物的减少,有机物也减少了45-55%,尽可能多的去除有机物是重要的,如若不然,生物滤池中的硝化作用将受限制。
鼓过滤器往往比增加生物滤池额外的容量要更有价值。给定水流,污物去除速率依赖于鼓滤器的大小、网眼大小以及进入鼓过滤器的污物的完整性。在池子出口和鼓过滤器之间无污泥的积累或死角也很重要。积累的有机物很快过滤出来,可溶性的则进入水中。在鼓过滤中,磷和氮也分别有40-50%和12-18%被移走。氮之所以去除率很低是因为它大部分以可溶性氨的形式存在。
水的充氧
在鱼类养殖过程中,泵入池子的水给鱼类提供氧气。根据特定的养殖密度及特定的水中溶解氧,可以计算水的交换量。同时生物过滤池中有机物质的分解和硝化作用亦需要一定数量的氧气。向水中加入氧有两种方式:
·通过物理搅拌或气泡扩散充气
·纯氧注入
通过充气,水对氧气的吸收是第一个过程,也就是吸收率与水中氧气的缺乏程度直接相关。换句话说,当氧气饱和程度较低,充气升高,溶解氧水平相对较容易。当氧气饱和水平较高,充气效率会显著下降。充气就显得较为昂贵。
向水中加入纯氧比充空气更加直接。饱和程度从80%升至100%不比从40%升至60%花费更多。另外,你可以通过向水中加入纯氧达到200%-300%的过饱和水平。充气比注氧便宜的拐点在65-7%处。高于该水平,纯氧更为便宜。在循环系统中,一个重要的开支是需要能量围绕该系统泵水。泵水的量可以通过让泵入池子中的水有较高的溶解氧水平来得到巨大缩减。
在循环系统中,充气有特殊的用途。鱼和生物滤池产生的二氧化碳要被排除。通过扩散充气很有助于实现该目的。在污水坑(收集池子用过的水的地方)中经常采用该法。该放气过程增加了水中的溶解氧,并且有助于提高生物滤池的效率。在一些类型的滤池中,还需要额外的加氧以满足细菌需要。在“细流”或“瀑布”状生物塔中可以自由充气。水要被泵到滤器顶部,这样通过充气才更有利于硝化作用。
供氧系统
在再循环系统中,被广泛应用的氧气注入系统是氧气圆锥体。水和氧气被同时注入圆锥体顶部。相交部分很窄,水速很快,迫使氧气向底部运行。底部横切面较宽且水流较慢。这使得氧气泡可以悬浮,并且有了泵压(0.8-1.0bar)得到200%-300%的过饱和水平是可能的。进入水的水箱的氧气亦相对较高约为90-95%。
一般有1/3-1/2的水添加氧气。(通过圆锥体,然后进入主水管)。氧气的调整可以通过根据鱼的代谢率而加入或多或少的氧气,同时保持有连续的水流向每个池子。这样的做法并不理想,因为在同一时间不同的池子可能有不同的需求。因此今天倾向于拥有两套分离的运水管道。一条运水管道占有2/3的水,这些水向以前所提到的那样,通过滴流或瀑布式生物滤器得到较好的充气(90%)。另一条线占有1/3的水,它流经氧气圆锥体其饱和程度大约300%。每个池子又一个氧气指针,它可以发出信号到控制盘,然后通过磁性阀门来调整进入每个池子中的溶解氧。
PH调整
生物滤池在PH为7.0-7.2时效果最好。因为硝化过程产生酸H+,循环水中PH的最终将会很低。因此有必要在再循环系统中对PH进行调整。一般通过加入OH-来实现该目的。酸是按如下方程式产生的:
NH4+ + 2O2 =>NO3- + 2H+ + 2H2O
每千克投喂的饵料将会产生62克NH4+ /NH3,这相当于合成6.5g酸。
如果反硝化按如下方式发生:
4NO3- + 4 H+  => 5 O2 + 2H2O + 2 N2
则硝化作用产生的酸有一半被消除了。因此,所需要的碱基(OH-)依赖于反硝化率及水的硬度。在循环系统中用来提供碱基的一般为熟石灰(Ca(OH)2)或碳酸氢纳。
加入量
因为每千克饵料相当于产生了6.5g酸。如果没有反硝化发生的话,理论上需要240克熟石灰去中和这些酸。如果用碳酸氢纳来中和则需要两倍的该数量。然而,实践发现,不用这么多即可保持PH在7左右。实际值往往比理论值低25 %左右。
加入方法
很多再循环设备经常测PH值,于是相应的手工加入、自动加入设备亦可应用。
消除CO2
通过鱼类呼吸,吸入了氧气排出了二氧化碳。一般的产生的CO2的量等于吸收地量。(呼吸率=1)过多的二氧化碳对鱼的生理作用有不良影响,因为它降低了鱼对氧气的最大吸收量。大于20mg/L对鱼体就是有害的。然而最近有资料表明再循环系统中二氧化碳含量不得超过10mg/L,有几种消除水中过多CO2的方法,循环系统中能常用的是以下两种:
·气泡扩散
·滴滤
气泡扩散
在气体扩散系统中,气泡在一小孔处形成。在这儿气泡分开并在水中上升,最后在表层破裂。该过程既是一个放气的过程又是一个给水充氧的过程。该种类型充气可提高水中溶解氧,同时也可给生物滤池提供足够的氧气。
滴滤
循环系统中的处理系统往往由一个装涡水的过滤池和一个滴滤池组成。滴滤主要作用是硝化和脱气。水的脱气通过过滤元素的串联设备而进行,效果很有效。同时与气泡扩散的脱气过程相比花费很少,因为后者要给压缩器提供向对较多的能量。
滴滤器至少要在水泡表面的200mm以上,在这儿水可以流入而保证足够的充气。
水的消毒
细菌性疾病是精养过程造成重大损失的重要原因。许多病原体是自然界的食腐食物。也就是说,他们应用水中的有机物和营养物质供给生长。几位研究者证明,一般的感染鱼类的细菌是居于鱼类生活水体中的细菌群的直接反应。这些生物基本上是机会致病菌,它们可以侵入鱼类容易感染的组织,如空间压力过大或机械损伤则可发病。然而,一些细菌是鱼的必然致病菌。虽然他们可能会在水中存活,但是离开了其寄主不可能存活相当长的时间。
循环系统中的鱼生存在一个人工环境中,在一定程度上,面临着持续的压力。鱼的密度较高并且水中富含营养和有机物等致该系统成为一个微生物体的良好栖居地。这种情况意味着鱼类容易受到致病菌的侵袭。因此,在一个循环系统中,消灭不易预料的生物而减小其危害非常重要。这一点可以通过消毒水而实现。一旦爆发性疾病发生,这些鱼必须接受治疗。
Disinfection(消毒)主要是指杀死不形成孢子的病毒或细菌。如果这些病原微生物较强抵抗力,则必须采取更激进的方式。问题是消毒情况如何才算最佳?实践证明,把生活在彻底无菌环境中的鱼移到存在正常含量微生物的环境中其存活率极低。据认为这是因为鱼生存在污菌环境中,不能生成自然免疫系统。于是得出了这样的结论,杀掉再循环系统中的所有微生物似乎并不可取。当然,如果补给水来自于可能导致鱼类发病的地方——如自然界水的表层,消毒还是很必要的。在循环系统中,选择合适系统予以消毒有一定标准:
·对目标有机物有效
·方法自由可靠
·对养殖系统中的鱼无危险
·资金和操作费用不是太高
·对操作人员来说操作方法无危险性
在循环系统中消毒的两个主要方法是紫外线及臭氧消毒。在氧鱼场中紫外线消毒最为有效方便。
紫外线
紫外线是指有一定杀菌作用的电磁射线。它由弧光灯产生,其波长为10-4000埃。下图(19图)表明了紫外线在其波谱范围内的效应。可以看出其波长在2500Å(254nm)附近是有效的波长范围。紫外线杀菌其原理复杂,但从根本上说是通过让细胞中的ONA和RNA发生变形来实现。紫外线的效应依赖于波长、暴露时间及辐射密度。(μω/cm2)在最有效的波段(254nm)紫外线在水中穿透能力相对较好。但是在一个水质清澈处进行辐射仍然重要。例如选在生物滤池后面。大多数细菌在辐射密度为1600μω/cm2时可减除污性。
臭氧
臭氧是氧气的同素异形体,其分子拥有三个氧原子。它是一种浅蓝色的有浓烈气味的搞毒性气体。氧气可以经电火花催化形成臭氧。臭氧是一种强氧化剂— 一种最强烈的氧化剂。或许正是这一点使其具有杀菌效应。测量水中的臭氧浓度较为困难并且关于何种浓度最为合适亦有争议。和紫外线一样,臭氧作用时间越长期效果愈佳。作用时间在1-5分钟之间较好。需要的剂量依赖于有机物、氨及亚硝酸盐的量。以为臭氧在其具有杀菌效应之前可能会因为氧化这些物质而消耗完毕。这就是为什么有时候在鱼类养殖中不愿意用臭氧消毒的原因。确定准确剂量较为困难。在水中臭氧含量超过5μg/L就会对鱼产生危害。并且,如果在紫外线之前加入臭氧,紫外线将会破坏臭氧,因而使臭氧不能进入鱼池。
生物滤池
其原理与其它类型污水处理方式相同,如生活污水。唯一区别在于养鱼场的水其污物浓度比其它类型污水低得多。这就排除了一些有效的需要较高的有机物负荷的污水处理方法。
在生物滤池中,微生物分解废物。一个生物滤池是按照其排除有机物和把氨硝化成硝酸盐的能力需要而设计的。生物滤池包括一个有着特定的大表面积的过滤工具或过滤元件。单位体积有尽可能大的表面积是可取的。不过这里有限制,因为水必须自由流动并且形成的生物膜不能堵塞滤器。经典的表面积在150-250m2/m3范围内。一般地该滤器件是由塑料圆圈捆在生物塔身上而成。这些工具也可以由一批大的塑料编织品制成。它们可以一个摞再另一个上面。如果是滴滤,就不需要这些了。这种做法价格低廉。为了防止飞溅,可以在其周围包上塑料制品。这些自由堆叠的器具也通气良好,以保证CO2能更快清除,氧气更多溶入。
当污水流经生物滤池时,微生物群开始生长,在过滤器件上呈粘液状。该生物膜的生长情况依赖于其摄食情况。它可以生长到10mm厚,但当达到该厚度时,由于营养和氧气原因,一些特定的变化发生了。由于唯一的运输机制是扩散,所以生物膜内部没有氧气供应,故而成为无氧条件。据估计氧气至多可到达生物膜内1-3mm处。在生物膜的无氧部分,发生了矿化,并且失去了其粘液性质,因此逐渐剥落。
在生物滤池的设计方面,由几个特定方面必须予以考虑。
·在整个过滤过程中,保证有充足的氧气供给。
·围绕着各个过滤器件都有较好的水流,以保证氧气去最佳运输。
·生物膜的厚度是由流过的水的有机物承载数量及流动冲刷效应决定的。水流的冲洗效应不强,对由福拉得过滤器得到的水的流速而言。因而对一个福拉得过滤器不得不定时反冲以移走松动的生物膜。滴滤可以通过水的级联保持自净。
分解一定数量的废物,由一定数量的生物滤池的面积是必要的。理论上,在25℃理想条件下对氨和BOD的最大消除量分别为1g/ m2/day和10 g/ m2/day。然而事实上理想条件并不存在,较低的物污排除率随处可见。例如,新生物膜要比老生物膜容易排除。事实表明,一新的在循环系统用了一段时间之后,其效率会下降,并且过滤爱效率会稳定在一个比理论值低的水平上。应用于在循环系统中的生物滤器有三中设计方法:
·福拉得或水下滤器
·滴滤
·流床或移动床生物反应器
福拉得过滤器(砂滤器)
它是由一些较为随意的过滤物质填充而成,水从底部泵入流经过滤物质从上边流出。这被称为上游过滤器,也可以设计成一个下游过滤器。诚如以前所提,生物膜尤其容易在福拉得滤器中形成,为了保证生物膜不致太厚且移走较为松散的模。福拉得滤器不得不定时反冲洗。这导致形状和最小体积有一个特定的范围。如果滤器太宽太大,反冲效应将会减弱,理想体积大小在10-20m3。需要一个特定的高度一保证特定的冲洗压力。然而过滤器越高,水泵花费将越高。体积为20 m3的过滤器其理论尺寸为,直径2.5m,高3.5m。反冲管直径应达到300毫米以保证充足的水流。冲洗效应可以通过在冲洗过程中强充气以得到加强。过滤物质不能有太大的表面积,否则,过滤器将会堵塞,并形成死角。具体表面积不应超过150 m2/ m3。20 m2的过滤器每天可“摄食”30kg。
滴滤
在以前,滴滤器是由一个池子——不朽干或玻璃纤维做的、及随意填充的过滤物质组成。如今滴滤器是由一个摞一个的所谓“生物填充物”堆叠而成。为了防止飞溅,其周围可以包上塑料制品。这样一来就变得更廉价,更易得了。在滴滤器中,水从上面进入,由于重力自上而下流经各个器件。这样可以得到很好的充气,同时CO2进行脱气。滴滤器其比表面积远远大于福拉得过滤器,可达250 m2/ m3。
由于滴滤器不能反冲,所以不允许形成过量生物膜。有机物是生物膜形成的主要原因,因而有机物一定要保持在一个最小范围内。正如以前所提,在滤器之前放一个微屏障可以显著的减少有机物得量。但是其作用并不是总能满足需要。一些再循环系统建有压力砂滤器,以排除微粒及有机物。压力砂滤器效率较好,可以100 %的除去微粒物质。然而较高的泵水费用超过了其在氧鱼场中的使用价值。
流床或移动床生物反应器
其原理为上流的水保证了介质呈悬浮状态。介质既不能太轻亦不能太重但需要一定密度以保证其呈悬浮状态。通常其介质有一较大比表面积可达100 m2/ m3。约为一般介质的4-6倍。污水从底部进入然后上行。在池子周边底部有一个环形气石。
由于该介质一直连续运作。所以有一个很好的气液物质交换以及水和介质得很好的接触。这种运动导致了介质相互之间经常摩擦,从而不允许有老的生物膜存在。因此该滤器有自净能力。正像以前所提到的,新的生物膜比老的更有活力。通过强烈的空气注射,水会得到很好的充气,同时二氧化碳会脱气。
和滴滤器一样,充气的流床滤器亦不发生反硝化,原因是其氧气水平太高。然而,一个特殊的厌氧反硝化设备以相同的液压原理设计成功,反硝化滤器大约处理总水流的10 %。如果不发生反硝化的话,硝酸盐水平将会超过1000mg/L。有了反硝化设备,可以得到低于200mg/L的水平。一些生物滤器中,可能会生长一些大的生物,如蠕虫、甲壳类动物等,有时候特别讨厌,流床滤器则不会产生该问题。流床滤器的另一优节约了大量建筑用资金。
再循环系统的组成
选择一个系统
选定一个再循环系统要满足很多标准。很明显,要选择的系统首先要有前车之鉴。现在存在着很多观念。良莠不齐。设计和建造要以鱼类需要为基础。同时实际需要和经济方面要达成一致。要充分认识到现在有些市场招标项目也不能满足上面所提到的标准。这样的项目既没有考虑鱼的需要也没有遵循养鱼场的日常工作条例。不管是资金还是运作都很昂贵。因此存在一个系统的评估是有价值的。鱼类生产循环系统在欧洲最广泛的应用模式如下图所示(图24)。
其中包含一个用于除去固体的微分子筛,同时伴随着除去有机物。微分子筛可用较低能量来处理大量的水。每小时过滤720立方米污水,除去其中70-90 %的固体物质,只需3千瓦能量。而压力砂滤器,其能量需要将超过60kw/h。生物滤器往往为福拉得沙滤器和滴滤器的结合。除此之外,如今在大部分养殖场都有反硝化滤器用于处理总循环水量10 %的水。反硝化滤器必须在无氧条件下进行。反硝化细菌需要有机物作为碳源,一般类型的系统中紫外线过滤发生在滴滤之后。这个地方水质清澈,紫外线有着最好的效果。实践表明处理总水量的10 %就足够了。如果在整个系统中的水交换率为2倍/小时,那么每天的换水量将为24倍。如果有10 %的水流经过滤器,(紫外线),那么系统中每天将有2.4倍的水被处理。
氧气通过氧气锥加入。如果氧气过饱和水平可以达到200-300%的话,仅需1/3-1/2的水流经该氧气锥即可。这一点节省了泵水的费用。
新的低能耗生物滤器将来会被广泛应用。它们所占空间很小,具有自净能力,可以提供与福拉得滤器、滴滤滤器等相同的效率。而且需要水较少,从而节省了能量。
一个节省操作费用的养鱼场技术范例是cquanomic系统。水的处理发生在鱼池内的一个隔离的部分,因此无需泵或管来运水。在一个养鱼场应用该技术不许专门用氧(纯氧)。
该原理示意如下:(见25图)
在鱼的养殖设备中,水沿池子的纵的方向流动。水通过一个猛犸泵来形成环流。其中在生物反应堆下注入空气,使水和空气一同上升。水通过气泡充气以提供给生物反应堆和鱼类必要的氧气。需要发生硝化反应的细菌层沉积于生物反应堆的填充材料处。过量的污泥由连续不断的水流冲出。水自生物反应堆沿纵向流向养鱼部分。部分水从一条旁通道流向下一个池子的反应堆入口。少量的水经猛犸泵流经沉淀池进入反应堆入口。该过程中水有沉降、凝絮、纯净三种阶段。水来自鱼池流经沉降区。沉淀池中收集的污泥定期被一个启动阀排进一个收集池或污水池。
该过程中氧气由一个空气压缩机提供。这实际上是该系统中需要的唯一一个机器。
下面是在再循环系统中就位置选择及鱼类养殖等方面提出的建议性标准。
·活鱼一般由特别的运输工具运输。有时候需要空运。在位置选择上靠近码头或飞机场是很有必要的。
·应该能够连续不断地提供补给水。一定要选择一个可以获得地下水的地方。
·由泵和生物过滤器提供的热量要足以保持24-20℃的水温。在特殊情况下,即在极冷的冬天,有必要给一部分水加热。一般的都是由一个油驱热交换器完成。当然在气温很高的夏季要能给水降温。这可以通过通气、冷水塔及给系统加入更多补偿水来实现。
·池子的体积和形状要充分考虑到生产满足鱼类的需要。
·必须有额外的池子空间以保证满足分池和其他处理需要。
·拥有良好的监控系统用以检测氧气含量及机器运作状况。
·在水循环过程中,不允许存在固体污物的沉积的地方即错误设计的导管及污水区等。它们可以制造出影响鱼类生长的有害物质。
鱼类养殖是复杂的。再循环系统的操作亦非常复杂,员工必须训练有素。
养成
投喂
较小的幼鱼
在养殖过程中,完成向人工饵料的饵料转换之后,开始投喂颗粒状饵料。鱼类商品饵料需要满足蛋白质和脂肪平衡这一标准。只有考虑到了鱼类的具体需要,鱼类才能快速生长,这个需要即对不同氨基酸组成的需要。现在这些特种饵料已经开始生产。这些颗粒还要满足一些诸如结构、大小等方面的标准,以适应不同鱼类的需要。因为改善了水质及进一步提高了饵料转换系数,现在欧洲鳗鲡养殖的饵料系数为1.5:1而几年前为1.8-2:1。现在饵料为彭化饵料而并非压缩饵料,彭化饵料可以加入大量的油。这一点保证了可以生产出高能量易消化的饵料,适量投喂不浪费饵料非常重要。在养殖过程中,给不同体积的鱼投喂以合适的颗粒亦很重要。
幼鱼经常用一种叫做钟表投饵器的工具投喂。这是一种投喂颗粒料的理想机器。钟表投饵器,顾名思义,由钟表机械驱动,该机械驱动着一个装有饵料的帆布。当机械推动帆布卷起的时候,饵料即可落入鱼池。这是一个又简单又便宜的方法。
较大的鱼
较大的鱼既可用钟表机械投饵又可用电控投饵器。钟摆投饵器,当鱼激动摆时即投饵。这也是一个简便容易的饲喂方法。但是该法不易精确控制投饵量,多投少投都有可能发生。然而电控投饵器则可以在需要的时间精确投喂。
分池
在一个群体中鱼的生长速率不同,生长率依赖于许多因素,诸如环境因素(温度、溶解氧、水质)摄食饵料及基因组成等。在一个对鱼的个体来说完全相同的条件下,决定因素是基因来源。然而,摄食量可能是影响鱼类生长的最重要因素。在一个特定的池子里,即便给这些鱼足够的饵料,一些鱼恐怕也难以分得与其它鱼相同数量的饵料。更重要的是,食物的不均分配,导致了鱼的大小不均。一些鱼吃得多,长得快。
基于以上原因,将鱼按照大小进行分选变得相当重要。最大鱼和最小鱼之间相差越小,等级差别越小,对较小鱼的生长的压制就会越小。一般来说,通过分选,整个群体的生长比不分选要快。然而由于分选过程要经过物理接触,对于造成了一定压力,故而鱼可能有几天的停食过程。因此,如果分选次数太多亦会对生长不利。由上可见,“等级差别” 和“分选”之间要达成一个平衡。
分选过程
鱼类分选器工作原理是鱼类体重和其最大体宽(对鳗鲡来说是其直径)有一定关系。分选器是由几个滚筒组成,其上的裂缝可以调整。一定宽度或直径的鱼将会从这些缝隙中掉下去,而一些则会保留在其中。从这个滚筒缝隙中掉下去可能会留在另一个滚筒中。这样就可以获得大小基本相同的一类鱼。分选和触摸的次数一定要少,并且在这些过程中一定要小心翼翼。分选过程中,鱼不得不从一个池子运到分选器然后再运到另一个池子。这儿有几种运鱼的方法。方法之一就是在分选时将鱼运到比池子高处,然后通过重力作用很容易的回到池子里。在一些系统中,每一个池子有一个独立的运鱼导管,当打开后,在重力作用下鱼和水一块到达比池子水平低的分选器。不同规格的鱼被收集在位于分选器边的不同储存器中,然后用手抄网运回池子或把储存器举起倒入池子。这样伤害较小。
疾病处理
在精养过程中,因疾病而造成损失是个巨大的威胁。高养殖密度、比自然界中差的水质、大的投喂量都会给鱼施加压力并且使鱼更易受爆发性疾病的侵袭。从疾病预防的观点出发,与常见的“流经”系统相比,再循环系统有其特殊的优势,这就是排除了从外界引入致病菌的可能。其缺点在于,由于水是循环的,一旦疾病爆发,则立即蔓延整个系统。搞鱼类生产的再循环系统由两个部分组成。其一是对引进的鱼苗的检疫设施(如果自己不育苗的话)。其二是养成设施。养殖场规模越大,养成池就越多。这些池子相互独立,水不能混合。
鱼类得病的第一迹象就是失去食欲,停止摄食。鱼经常在呆水面,静止不动,一旦注意到鱼类行为有异常表现,应该取样作疾病检查。
检测
在鱼类养殖过程中,给予鱼类尽可能好的条件是重要的。这一点只能通过检测一系列的基本参数来实现。一旦一个或几个参数超出了规定标准,应该立即来采取措施。有一个良好的警报系统也是必须的。一般地,氧气在各个池子的浓度都应该连续测量。如果其浓度低于规定标准就发出警报。池水的数量的检控也是如此。泵及充气设备的损坏亦应该发出警报。最后,应该配备一个发电机以防停电。在养鱼长的日常管理中,特定的水质参数应该保持记录。在养鱼场的日常管理中。特定的水质参数应该保持纪录。操作人员由此可以了解生物滤器的功用。疾病爆发的可能原因等。另外,应该定期取样称重,以获得鱼类的生长率和投饲情况。这意味着一定要保留日、周、月的纪录。
每日记录一般由下面几项组成:
·投饲量
·溶氧量(入口、出口)
·氨(生物滤器前后)
·亚硝酸盐及硝酸盐(生物滤器前后)
·温度
·PH
·移出或移出池子的鱼
·死亡数
·其它事件
周记录
·生物耗氧量(生物滤器前后)
·寄生虫的常规检查
月记录
·鱼的样品重
·月投喂量
·细菌的常规检查(鱼及水)
·效益评估
入保险以预防爆发性或偶然性事故带来的事故损失是明智,尤其是新建的养鱼场。保险公司亦需要管理记录(不外乎以上所列)。