RAS 水產(chǎn)養(yǎng)殖用的循環(huán)水系統(tǒng)

• 陸地上的魚(yú)蝦養(yǎng)殖已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)模式，可以滿足人類的食物增長(zhǎng)的需求。相對(duì)于池塘養(yǎng)殖和開(kāi)放性海水養(yǎng)殖，設(shè)計(jì)良好的循環(huán)水水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)可以提供很多的優(yōu)勢(shì)。本身的目的就在于節(jié)約用地和水資源，循環(huán)水系統(tǒng)可以安置于任何地點(diǎn)，操作者對(duì)于魚(yú)類養(yǎng)殖環(huán)境有很高的控制度。也可以有很好的回報(bào)率。RAS 對(duì)于環(huán)境的負(fù)面影響很小，水產(chǎn)品也不容易得病。

水產(chǎn)養(yǎng)殖關(guān)乎到食物供給的安全和穩(wěn)定，它也為人類提供了安全的食物和高質(zhì)量的蛋白質(zhì)，也與保護(hù)海洋的生物多樣性和過(guò)度捕撈有關(guān)。2016年，全球魚(yú)類生產(chǎn) (魚(yú)類，甲殼類動(dòng)物 和 軟體動(dòng)物) 總量大約是1.7億噸，其中47%是來(lái)自于水產(chǎn)養(yǎng)殖部分，單純依靠捕撈很難滿足人類對(duì)于事物的需求的增長(zhǎng) (1)。

溶解氧: 魚(yú)類呼吸會(huì)消耗氧氣（O2）并產(chǎn)生二氧化碳（CO2），生物濾膜(2)也是如此。水中CO2濃度較高的時(shí)候，會(huì)使魚(yú)類比較興奮，同時(shí)會(huì)降低水的pH值，曝氣會(huì)除去水中的 CO2。在水罐中加入“堿性”物質(zhì)可以調(diào)節(jié)水的pH值。對(duì)于大多數(shù)養(yǎng)殖水產(chǎn)而言，溶解氧濃度為5 mg/l是一個(gè)界限，溶解氧濃度低于這個(gè)數(shù)值時(shí)，水中的生物的健康、生長(zhǎng)就會(huì)收到抑制。通常使用電化學(xué)儀器測(cè)量水中的溶解氧，儀器通常使用膜電極 (clark 原理) 或者 熒光法電極。像 SD 400 Oxi 這的溶解氧測(cè)量?jī)x器會(huì)更好一些，因?yàn)椋?/p>

• 不需要定期更換電極膜
• 電極可以隨時(shí)使用，不需要極化
• 測(cè)量結(jié)果不受水流速度的影響
• 維護(hù)工作量小

b. 濁度/懸浮固體 (TSS). 隨著水體中懸浮固體濃度的增加，魚(yú)類的增重和壽命都會(huì)大幅下降 (3)。水中的顆粒物還有可能會(huì)攜帶一些致病菌，增加魚(yú)類死亡的風(fēng)險(xiǎn)，微生物可能會(huì)隱藏在水體中的顆粒物上，會(huì)躲過(guò)紫外（UV）消毒設(shè)備的作用，循環(huán)水系統(tǒng)中的懸浮固體的主要來(lái)源是沒(méi)有吃掉的食物、魚(yú)類排泄物、藻類和從生物濾膜上脫落的有機(jī)物質(zhì)，這些懸浮物通常會(huì)被從水槽中除去 (11)。研究顯示，每喂食1 Kg食物會(huì)產(chǎn)生0.3-0.4 Kg的懸浮固體 (3)。水體中的懸浮固體會(huì)影響循環(huán)系統(tǒng)中其它過(guò)程的工作效率，他們是化學(xué)需氧量（COD）和水體營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的主要來(lái)源，會(huì)影響循環(huán)系統(tǒng)中魚(yú)類的健康，主要是會(huì)損害魚(yú)鰓藏匿致病菌。對(duì)于淡水魚(yú)養(yǎng)殖而言，懸浮固體的上限是 25 mg TSS/L，通常不超過(guò) 10 mg TSS/L。濁度是采用光學(xué)方式測(cè)量的，將光束射入水體會(huì)產(chǎn)生光的散射，測(cè)量散射光的強(qiáng)度會(huì)得到散射法濁度值（NTU），為了得到mg/l / 懸浮固體單位，則需要用懸浮固體做校準(zhǔn)。濁度儀主要測(cè)量的是小尺寸的顆粒物 ( 0,1 - 10 um ) ，這些也是循環(huán)系統(tǒng)中很難去除的顆粒物，所以濁度儀是循環(huán)系統(tǒng)成功運(yùn)行的必備儀器。濁度儀也可以幫助判斷過(guò)濾系統(tǒng)工作是否正常。水體中溶解的有機(jī)物也會(huì)消耗氧氣，而氧氣的成本也不低。一般水產(chǎn)養(yǎng)殖的水的濁度要控制在5 NTU 一下。 TB 211 IR 濁度儀使用紅外光源 (IR)，紅外光不收水體顏色的影響，也不受雜散光和陽(yáng)光的干擾，可以為使用者提供穩(wěn)定、可靠的數(shù)據(jù)。

e. M-堿度 是衡量水的pH緩沖能力或者酸中和能力的指標(biāo)，堿度的定義，就是可以水中用滴定法測(cè)量的、以mg/L為單位的、與CaCO3為等量的所有物質(zhì)的總量，基本上就是碳酸根離子（CO32-）和碳酸氫根離子（HCO3-）的總量。對(duì)于水生系統(tǒng)而言，總堿度是一個(gè)很重要的變化參數(shù)，水體中的總堿度較高或者越高，光合作用碎玉無(wú)機(jī)碳的獲取就會(huì)增加，也就可以更好地緩沖誰(shuí)提的pH值的變化，淡水的堿度從軟水的小于5 mg/L 到高過(guò) 500 mg/L，取決于地質(zhì)學(xué)上蓄水層的情況。海水的堿度通常在120 mg/L CaCO3左右。如果沒(méi)有水的更換，循環(huán)水系統(tǒng)的堿度有可能會(huì)因?yàn)樯锬さ南趸芸煜陆担ǔ?1 mg/L 硝酸銨的硝化會(huì)減少大約7.14 mg/L 的堿度，快速額硝化有可能會(huì)導(dǎo)致一天內(nèi)很明顯的堿度的減少。M-堿度可以簡(jiǎn)單和快速地測(cè)量出來(lái)，可以用Lovibond公司的MD600便攜式光度計(jì)、采用甲基橙片劑進(jìn)行測(cè)量 ( Lovibond® Method 30，測(cè)量范圍 5 … 500 mg/l)

j. 硝酸根 是硝化過(guò)程的最終產(chǎn)物，也是毒性最小的含氮化合物，在水產(chǎn)循環(huán)水系統(tǒng)里面，通常采用每天換水的方法來(lái)控制硝酸鹽的水平。在低換水率或者高水滯留系統(tǒng)里面，反硝化過(guò)程變得越來(lái)越重要。硝酸鹽濃度對(duì)于減少循環(huán)水系統(tǒng)中厭氧部分H2S的產(chǎn)生還是很關(guān)鍵的，一般建議把硝酸鹽的濃度控制在 40 mg/l的水平上，如果硝酸鹽濃度降低，水中的硝酸鈣可能會(huì)產(chǎn)生沉淀。 胺、亞硝酸鹽、硝酸鹽濃度都可以用光度計(jì)和比色計(jì)加上相應(yīng)的試劑進(jìn)行測(cè)量，使用片劑試劑的好處就是不會(huì)加錯(cuò)量，而這點(diǎn)對(duì)于液體試劑和粉末試劑是不容易做到的，而且片劑試劑的有效期非常長(zhǎng)，能到2-5年，有的甚至可以到10年。

k. 磷是一個(gè)重要的營(yíng)養(yǎng)元素，也是食物的一部分，從很多角度看，正磷酸根的增加不會(huì)對(duì)生物的健康有負(fù)面的影響 (10)。淡水和海水里面的正磷酸根的濃度不太一樣，都會(huì) > 50 ppm。 磷是水中藻類的營(yíng)養(yǎng)元素 (加上陽(yáng)光)，而RAS系統(tǒng)中的藻類是沒(méi)有什么用處的，所以要控制磷酸根的濃度。 循環(huán)養(yǎng)殖系統(tǒng)可以很好地控制磷的濃度，因?yàn)橄到y(tǒng)的設(shè)計(jì)可以使得廢水濃縮并有效地處理。但是，大部分的磷還是會(huì)隨著可過(guò)濾的或者沉降的污泥排出循環(huán)系統(tǒng) (Bergheim et al., 1993, Heinen et al., 1996) 。因此，所有有助于污泥排出的機(jī)械都會(huì)有助于磷的排出，反硝化過(guò)程也會(huì)有助于磷的排出，所以，通過(guò)反硝化過(guò)程來(lái)控制磷的水平也是一個(gè)好的辦法 (9)。 可以用類似于氨氮測(cè)量的比色法來(lái)測(cè)量磷的濃度，也可以用光度計(jì)來(lái)測(cè)量正磷酸根的濃度 (Lovibond® 方法 320 / 片劑試劑)，測(cè)量范圍是0.05 - 4 mg/l PO4，便攜式的 Lovibond® MD 600 光度計(jì)可以在15分鐘之內(nèi)給出測(cè)量結(jié)果。 l. 硫化物/ 硫酸鹽：硫化氫是一種有毒氣體，很少量的硫化氫就可以引起魚(yú)類的大量死亡。必須避免一些可能會(huì)在循環(huán)水系統(tǒng)中產(chǎn)生有毒硫化物氣體的做法。當(dāng)廠子里面生成了污泥，特別是污泥有一定的厚度的時(shí)候，就會(huì)在污泥里面產(chǎn)生缺氧的環(huán)境，在這種缺氧環(huán)境中，會(huì)將硫酸根還原的細(xì)菌會(huì)通過(guò)反硝化過(guò)程生成H2S。由于海水中的硫酸根濃度遠(yuǎn)高于淡水 ( 2 ppm 比 2000 ppm)，所以海水中生成H2S的情況會(huì)更嚴(yán)重。污泥會(huì)在很對(duì)地方產(chǎn)生，比如管道、生物濾膜，以及所有水流速度很低的地方。仔細(xì)控制硝酸鹽的濃度可以有助于與H2S的斗爭(zhēng) ( 4)。使用羅威邦公司MD600便攜式多參數(shù)光度計(jì)可以在幾分鐘之內(nèi)測(cè)量硫化物和硫酸根的濃度 ( 硫化物 Lovibond® 方法 365，量程 0,04 - 0,5 mg/l；硫酸根 Lovibond® 方法355，量程 5 - 100 mg/l )。 Lovibond® 用于水生循環(huán)系統(tǒng)的測(cè)量參數(shù) / 匯總：

c. 鹽度 數(shù)值來(lái)自于電導(dǎo)率電極的測(cè)量，表示海水中各種離子（鹽）的濃度，每種水生生物有其自己適宜的鹽度。鹽度也會(huì)影響氧氣和氨氮在水體中的溶解度，鹽度增加會(huì)導(dǎo)致氧氣和氨氮的水中溶解度的下降。

d. pH 值 極端的pH值對(duì)于水體中的生物是致命的，但是調(diào)節(jié)椎體的pH值以達(dá)到化學(xué)平衡對(duì)于水產(chǎn)品也是有很大的間接影響的，水體的pH值取決于其中的總堿度和緩沖能力，pH一般是處在5 – 9之間，來(lái)自于 碳酸氫根-碳酸根之間的平衡。對(duì)于水產(chǎn)品的健康和成長(zhǎng)最佳的pH值范圍是6.5-9.0之間，為了保證氨氮的濃度不至于增加到致死的水平，誰(shuí)提的pH值應(yīng)該不超過(guò)8。使用電化學(xué)的 ( Lovibond® SD 305 (僅pH ) 或者SD 335 (多參數(shù)，pH 和鹽度)可以得到準(zhǔn)確的水中pH的數(shù)值。 SD 335 Multi (Set 1) - pH/Con 電導(dǎo)率：0 - 200 mS/cm pH -2 - 16 ORP：-2000.0 - 2000.0 mV 鹽度：0 - 70 g/kg TDS：0 - 200 g/l 溫度：-10 - 110 ° C

f. 硬度 (總硬度，以CaCO3計(jì)). 水體的硬度對(duì)于幼體魚(yú)類的成長(zhǎng)是非常重要的，因?yàn)楣趋?殼體的成長(zhǎng)需要水中溶解的礦物質(zhì)，對(duì)于藻類和蝦類而言，硬度也是很重要的參數(shù)。使用MD 600光度計(jì)可以在不到3分鐘的時(shí)間內(nèi)測(cè)量水中的鈣硬度 ( Lovibond® 方法號(hào) 191，量程 0 … 500 mg/l，以 CaCO3 計(jì))

g. 銅和鐵 是植物和動(dòng)物所需的基本營(yíng)養(yǎng)元素，對(duì)于蝦和一些無(wú)脊椎生物而言，銅特別的重要，因?yàn)殂~是組成其血液中血藍(lán)蛋白的重要成分。由于銅又可以殺死生物膜中的細(xì)菌，所以要保證水體中銅的濃度不太高，一般要在0,2 mg/l 左右。可以用MD 600測(cè)量水中銅的濃度 ( Lovibond® 方法號(hào) 150，量程 0,05 … 5 mg/l )。鐵 ( Fe2+ 和 Fe3+) 也可以用MD 600測(cè)量 ( Lovibond® 方法號(hào) 220，量程范圍 0,02 … 1 mg/l)。

h. 氮: 魚(yú)類和淡水無(wú)脊椎生物會(huì)排泄胺/氨 (我們把二者分別表示為胺( NH4+) 和 氨 ( NH3 氣態(tài)))。只有 NH3 是有毒的，還有較低的pH值，二者的平衡式是 NH4+。pH值增加“1”，比如從6.5 增加到 7.5，有毒的NH3會(huì)增加10倍，氨的濃度為 0,3 ppm 就已經(jīng)會(huì)對(duì)魚(yú)類造成毒害。通過(guò)生物 / 微生物過(guò)程，有毒的氨會(huì)被叫亞硝化菌的細(xì)菌氧化為亞硝酸根，而后再被氧化為無(wú)害的硝酸根。 胺和氨之間的平衡與水的溫度和pH值有關(guān)，在pH=8的條件下，水中含有10%的氨和90%的胺。

i. 亞硝酸鹽 是胺轉(zhuǎn)化為硝酸鹽的硝化過(guò)程的中間產(chǎn)物，盡管亞硝酸根很快就會(huì)被臭氧或者生物濾膜上的細(xì)菌轉(zhuǎn)化為硝酸根，但是水體中一直會(huì)有亞硝酸根的存在，所以魚(yú)類就會(huì)一直暴露在有亞硝酸根的水體中，這就是個(gè)問(wèn)題。所以，亞硝酸根就是水質(zhì)的一個(gè)重要指標(biāo)，需要檢測(cè)和調(diào)整亞硝酸根的濃度在一個(gè)限度之內(nèi)，通常是不超過(guò)0.1 ppm。亞硝酸根的毒性主要體現(xiàn)在影響血液中血紅素?cái)y帶氧氣的能力，亞硝酸根進(jìn)入學(xué)業(yè)后，它會(huì)氧化血紅擔(dān)保細(xì)胞的二價(jià)鐵變成三價(jià)鐵，其產(chǎn)物叫做高鐵血紅蛋白，呈現(xiàn)棕色，所以通常也把這種叫做“棕血病”。

m. 這些參數(shù)的建議測(cè)量頻率： 溶解氧和pH都是電化學(xué)參數(shù)，很重要，在水體中的變化也很快，所以，通常水產(chǎn)養(yǎng)殖者會(huì)安裝在線測(cè)量?jī)x表做連續(xù)的監(jiān)測(cè)，并且設(shè)置“超標(biāo)報(bào)警”功能，便攜的儀器可以用于比對(duì)在線儀器的準(zhǔn)確性，以及在魚(yú)類排卵處或者比較小的池塘里面測(cè)量這兩個(gè)參數(shù)。 最重要的參數(shù)是氨氮和硝酸鹽氮，這兩個(gè)參數(shù)需要每天每個(gè)池子測(cè)量2次。 M 堿度或者鈣硬度：每周測(cè)量一次 氮和磷的測(cè)量：每周一次 鐵、銅 只是在特出情況下才做測(cè)量 ( 主要是測(cè)量一些飼養(yǎng)水產(chǎn)的食物中的鐵、銅的含量) 硫化物是有毒的，在循環(huán)水系統(tǒng)的下列區(qū)域發(fā)生問(wèn)題時(shí)，測(cè)量硫化物就很重要，如厭氧區(qū)、管道中的污泥、閥門(mén)等，建議每3天測(cè)一次 在水產(chǎn)循環(huán)系統(tǒng)運(yùn)行初期，可以不那么頻繁地測(cè)量硝酸鹽、堿度、硫化物和磷酸鹽等參數(shù)，但是在收獲季可能要更頻繁底側(cè)梁這些參數(shù)