淡水池塘养殖尾水处理技术研究综述

为实现水产养殖业节能减排、低碳高效和可持续发展,必须解决传统池塘养殖尾水处理问题。根据典型池塘养殖尾水污染物特性,全面总结国内外淡水池塘养殖尾水的处理方法和技术特点;对比了“三池两坝”“集装箱+生态塘”“生态湿地”等典型池塘养殖尾水处理模式;分析了竖流沉淀、旋流分离、滤筛、气浮等物理净化技术以及臭氧-微纳米浮选、絮凝、微生物制剂、活性污泥、新型生物膜反应器过滤、水生植物等化学及生物净化技术;指出了该领域的热点研究方向和关键技术问题,包括发展“节能、减排、生态、高效”集约化池塘养殖模式、研发养殖尾水专用处理装备、提高净化效率和减少占地面积等,可为池塘养殖尾水处理技术及相关装备研发提供一定的理论参考。

船型网箱运动-波浪场扰动-网衣受力耦合动力响应特性

船型网箱是一种由大型浮体、钢架、网衣系统及系泊系统构成的新型海洋养殖结构.大型浮体在波浪中产生的绕射和辐射作用会对波浪场产生扰动,进而改变网衣受力,这种相互作用此前还未被研究过.本文基于势流理论求得绕射波和辐射波在网衣周围波浪场的速度传递函数,同时采用莫里森方程求解计及波浪场扰动的网衣水动力载荷;对网衣水动力载荷与浮体运动不断迭代计算,实现计及网箱运动-波浪场扰动-网衣受力耦合效应的船型网箱动力响应分析;最后,研究了不同幅值的规则波下这种耦合效应对网箱运动、网衣张力、容积损失和连接器载荷的影响规律.结果发现:波浪场扰动对网箱运动和容积损失的影响不明显,但是会导致网衣张力和连接器载荷明显增大,这能够为船型网箱的结构强度校核及安全设计提供指导.

潜水推流器作用下大型圆形养殖池的流场特性

为了探究潜水推流器作用下大型圆形养殖池内的水动力特性,利用研发的无人船搭载声学多普勒流速剖面仪(acoustic doppler current profiler,ADCP)系统现场测定了潜水推流器数量(n=2、4)对圆形养殖池不同水层(h=1.5,2.0,2.5 m)流场分布特性的影响。结果表明:当推流器数量为2个时,大型圆形养殖池1.5、2.0、2.5 m水层池边流速分别为0.4、0.3、0.1 m/s,当推流器数量为4个时,1.5、2.0、2.5 m水层池边流速分别为0.6、0.4、0.3 m/s;水平方向上,养殖池流速随着池边缘距池中心距离的减小而逐渐减小,垂直方向上,流速随着水层深度的增加而逐渐降低;平均流速分布显示,无论利用2个还是4个推流器推流,都能在养殖池内产生旋转流,但高流速仅仅在养殖池边缘附近,且养殖池中心附近的流速接近于0,导致污物很难到达养殖池中心的排污口。研究表明,推流器数量与大型圆形养殖池不同水层流场分布特性密切相关,养殖池内不同水层的平均流速均随着推流器数量的增加而增大;圆形养殖池由中心到池壁均产生较为明显的流场分区现象,高流速区域分布在养殖池表层池壁附近;大尺寸圆形养殖池在初始水动力条件、推流器数量一定时,环流仅在池边产生,池塘中间位置产生环流较小。本研究结果可为大型圆形养殖池内潜水推流器布设方式的改进提供参考依据。

海上风机基础与网箱融合系统静力计算

[目的]随着海上风电场不断增加,海域使用矛盾也越来越严重,海上风电和渔业养殖融合发展吸引越来越多的关注,并陆续提出了不同类型的风机基础融合养殖网箱的结构设计。这些设计多数处于概念设计阶段,距离工程应用还有比较遥远的距离。[方法]文章基于网衣质量相等、网衣附加海生物质量相等、网衣水动力性能等效的要求,提出高效的网箱等效载荷计算方法。根据14 MW风机设计载荷和海洋水文条件,设计适用于14 MW海上风机的导管架基础结构,并融合内网箱和外网箱,设计出2种导管架基础与海洋养殖网箱融合系统。基于Morison模型,考虑非线性波的影响,根据提出的网箱等效建模方法在SACS对不同设计进行静力分析。[结果]研究表明,内外网箱与导管架融合设计对整机频率一二阶影响较小可忽略不计,对三阶频率影响较大;转角工况是控制工况,增加内外养殖网箱后需对导管架基础进行局部加强,14 MW海上风机导管架基础与内网箱或外网箱融合的设计方案的计算结果均满足规范设计要求。[结论]研究结果可为海上风机基础与海洋养殖网箱融合系统设计的工程应用提供参考。

带纤维背衬的TPO防水卷材在水产养殖项目防水工程中的应用

某水产养殖项目防水设计采用1.5 mm厚水泥胶浆+1.2 mm厚TPO防水卷材(L类,带纤维背衬),重点介绍了排水口、底部转角处的防水处理方法。该防水做法可与基层满粘,形成高强度的复合防水体系,且环保、易施工,防水效果良好。

基于Ecopath模型的淡水虾蟹池塘多营养层级养殖模式

【目的】研究在淡水虾蟹多营养层级养殖模式内添加罗氏沼虾(Macrobrachium rosenbergii)对系统的影响,并估算罗氏沼虾最适放养密度,为虾蟹多营养层级养殖模式应用及推广提供依据。【方法】以中华绒螯蟹(Eriocheir sinesis)-罗氏沼虾-日本沼虾(Macrobrachium nipponense)混养实验组和传统中华绒螯蟹-日本沼虾养殖对照组为研究对象,通过全年实测数据和参考资料,采用Ecopath with Ecosim(EwE)6.5软件,分别建立Ecopath模型,分析系统内营养结构和能量流动特征。【结果】实验组的生态营养效率(Ecotrophic efficiency,EE)为0.940,显著高于对照组的0.789(P <0.05),表明系统中增加罗氏沼虾,能提高池塘饲料利用率。实验组二级生态营养效率值为0.203,高于对照组的0.187,表明随罗氏沼虾加入,提高了系统内的次级生产利用率。实验组的联结指数、杂食性指数和香农多样性指数分别为0.395、0.227和1.318,均高于对照组的0.390、0.214和1.243,表明在系统中加入罗氏沼虾,丰富了食物网和能量传递路径,提高了系统的稳定性和成熟性,增加了系统多样性。通过调节实验组罗氏沼虾生物量,估算其生态容量,当罗氏沼虾生物量增加至当前的1.35倍时,罗氏沼虾达到生态容量36.32 t/km^(2)。【结论】在虾蟹池塘内添加罗氏沼虾形成的多营养层级养殖系统成熟度和稳定性上优于传统虾蟹混养系统,罗氏沼虾的最适放养密度为303.75 kg/hm^(2)。

西北盐碱地养虾塘接种微藻后藻类种群结构及水质变化

【目的】掌握西北盐碱地凡纳滨对虾(Litopenaeus vannamei)养殖池塘微藻群落的变化规律,探究接种湖生卵囊藻(Oocystis Lacustris)和普通小球藻(Chlorella vulgaris)对池塘藻相和水质的影响。【方法】选取3口凡纳滨对虾养殖池塘,对照组不接种藻类,处理A、B组根据池塘水体体积按2 mg/L的质量浓度分别接种湖生卵囊藻和普通小球藻。3口池塘除接种藻外其他管理均一致,每5 d每口池塘取3个水样做微藻定量、多性样分析、群落结构分析以及水质理化因子与微藻群落结构相关性分析等。【结果】在养殖周期内,对照组蓝藻暴发,蓝藻生物量最高值达到58.77 mg/L,而处理A、B蓝藻生物量均在11.13 mg/L以下,并在后期形成了稳定的绿藻藻相。对照组和处理A、B的Shannon Wiener多样性指数均值依次为:3.89、4.66和4.02,Pielou均匀度指数均值依次为:0.69、0.83和0.72。结合变化趋势分析:处理组微藻多样性优于对照组,且处理A优于处理B。群落结构的多元统计分析和一致性分析表明,处理组微藻群落的稳定性优于对照组,且处理B与对照组之间群落结构差异显著(P<0.05)。BIOENV (Biota-Environment)分析结果显示,单因子中,解释微藻群落结构变化最好的环境因子为透明度(r_(m)=0.893);多因子组合中NH_(4)^(+)-N、NO_(2)^(-)-N和透明度组合最佳解释了微藻群落结构的变化(r_(m)=0.893)。养殖末期产量分析显示,对照组蓝藻暴发后,对虾成活率和产量明显下降,蓝藻对养殖造成了不可逆的严重损失。【结论】在西北盐碱地凡纳滨对虾养殖池塘中,接种湖生卵囊藻和普通小球藻后避免了蓝藻暴发,降低了养殖风险。相对于湖生卵囊藻,普通小球藻体现出更好地抑制蓝藻的作用且接种后对藻相影响大于接种湖生卵囊藻,而接种湖生卵囊藻后藻相多样性较好。

高效氨氧化细菌筛选优化及其应用研究

为了实现水产养殖水质或尾水中氨氮的高效快速降解,开展了氨氧化细菌的筛选优化及其在养殖尾水处理中的应用研究。从池塘活性淤泥中,主要通过应用格里斯试剂显色反应筛选得到一株具有异养硝化作用的氨氧化细菌NH-1,开展了16S rDNA分子生物学菌种鉴定;药敏和溶血性的安全性试验;氨氮降解条件优化及工厂化养殖尾水应用研究。结果表明,菌株NH-1属于假单胞菌(Pseudomonas sp.);仅对亚胺培南表现出耐药性其他抗生素敏感,且为γ型溶血菌株不产生溶血素;以葡萄糖为碳源、水温24.9°C、pH 8.1、C/N 9.1和接种量0.7%的实验室条件下,水力停留时间24 h对养殖尾水的氨氮降解率为96.3%;工厂化鳗鲡养殖尾水处理应用实验中,水力停留时间24 h对氨氮降解率为95.9%。表明菌株NH-1能安全高效降解水产养殖尾水中的氨氮,具备良好的应用前景。

方形圆弧角养殖池径深比对水动力特性的影响

为研究方形圆弧角养殖池径深比对养殖池内流场的影响,本文建立以实际工厂化循环水养殖池尺寸按比例缩小的单通道排污结构养殖池物理模型实验系统,采用声学多普勒流速仪开展了进水管布设位置、水体日循环次数、入射角度等参数工况下不同径深比(即养殖池边长与水深之比)的流场监测,系统分析了径深比(2∶1~7∶1)对养殖池内流场特性的影响规律。研究表明:径深比参数明显影响养殖池内的水动力特性,随着径深比增大养殖池水体平均流速呈下降趋势,且在径深比为2∶1~4∶1时下降较快;当径深比为3∶1~6∶1时,养殖池具有较好的水动力特性,此径深比范围低流速区比例较低、水体较均匀,有利于养殖池空间高效利用和营养物质均匀分布。

海洋新能源发电虚拟仿真实验

针对海洋可再生能源发电技术的教学内容抽象,真实实验“做不上、做不了”的问题,根据“海洋能源开发利用”等课程的实际教学需求,结合上海海洋可再生能源工程技术研究中心的实物模型,构建了海洋新能源发电虚拟仿真实验系统。实验系统涵盖了“波浪能、潮流能、潮汐能、太阳能、风能”5种发电技术,包括“认知学习、结构装配、发电原理、规划设计、综合实验”5大功能模块。通过交互性实验操作,能使学生全面理解并掌握5种新能源发电设备的结构组成、工作原理、控制技术、实时运行特性、不同电压/频率水平的功率平衡等教学内容,有效拓展了海洋工程类课程的实践教学广度与深度,有助于提高学生的学习积极性、创新精神和实践能力。

基于PLC的智能鱼塘监控系统设计

根据对国内水产养殖情况的调查与各地区鱼塘养殖环境的现状,结合智慧养殖理念,以PLC为核心控制器设计了一款智慧化、规模化、现代化的智能鱼塘控制系统。该设计利用水温、光照、溶解氧、pH值等传感器检测鱼塘的相关参数,同时利用液位传感器对鱼塘水位进行监控,保证鱼塘处于合适的水位状态。该设计还搭配了触摸屏,通过触摸屏来监控与调整参数,使鱼塘时刻处于适于鱼类正常生长的环境中。仿真结果表明,该设计实现了水产养殖的智慧化、现代化和规模化,极大地提高了养殖户的养殖效率;该系统设计成本低,性价比高,适合大规模推广与使用。

进水流速对圆形循环水养殖池流场特性影响的数值模拟

通过对工厂化循环水养殖进水流速的智能调控,可降低饵料残留,避免水质恶化。为此,本研究采用数值模拟方法探究了进水流速对工厂化循环水养殖池流场特性的影响,并基于该研究设计出一套确定进水流速调控的实验方法。首先,通过对比Standardk-ε、RNGk-ε和Realizablek-ε3种湍流模型及多种壁面函数的仿真效果,确定RNG k-ε模型和标准壁面函数作为仿真配置。同时,针对多相流模型,对欧拉多相流模型和DPM离散相模型进行对比,为提高计算准确性选用DPM离散相模型,并基于上述模型进行网格无关性验证、制定网格划分方案。其次,以大菱鲆(Scophthalmus maximus)养殖为例,模拟不同进水流速下养殖池流场、排污和水温调节的效果。最后,针对仿真结果提出进水流速调控方案。结果显示,日常采用1.0m/s的进水流速,可有效提高适宜流速区面积并控制水处理成本;投饵前,采用0.2m/s的进水流速可以解决循环水养殖中存在的饵料浪费问题;进食结束后,采用1.2m/s的进水流速可快速排出残饵避免水质恶化;水温异常时,采用15℃的水、以1.2 m/s的进水流速注水230 s,可使20℃的水下降到正常水平,精准化控制水温。采用本研究提出的方法,可针对不同养殖生物和养殖环境设计进水流速智能调控策略,可用于解决循环水养殖过程中饵料浪费、水质变差和水温异常等问题。

山区帆布池高效养鱼模式

为促进贵州山区生态渔业健康发展,利用好山区具有自然落差的优质水资源,结合山区地形,探索出一种适合山区地形的帆布池高效养鱼模式,该模式具有成本少、建设快、施工简单、不破坏土地耕作层、运行成本低等特点。从选址、帆布池搭建、引水工程、增氧设施、鱼类养殖、尾水净化等方面介绍山区帆布池高效养鱼模式。

混合现实技术在现代鱿鱼钓机中的应用

针对实验设备少、无法人手一台的问题,采用混合现实技术,开发了包括学习界面、实验室布置、零部件介绍、装拆仿真训练、考核学习等5个模块在内的鱿鱼钓机虚拟实验室系统。该系统可帮助学习者针对既定的学习设备进行科学合理的学习操作,同时具有纠错功能,一旦学习者产生错误操作,就显示警告并引导正确操作,从根本上提高了学习效率。

美洲鳗鲡(Anguilla rostrata)养殖尾水高效处理与水循环养殖技术研究与应用

通过构建由组合三维电极移动床生物膜反应池、生物膜反应池、臭氧紫外线杀灭微生物池等组成的养殖尾水高效处理系统,应用于工厂化美洲鳗鲡(Anguillarostrata)养殖尾水的集约化高效净水处理,并对系统的排放水循环利用于美洲鳗鲡的精养殖。经140 d的试验应用,结果表明:该系统日平均处理养殖尾水3000m^(3),水力停留时间(HRT)为6.2h,经系统处理后的出水总磷浓度为(0.140±0.020)mg/L、总氮浓度为(0.671±0.114)mg/L、氨氮浓度为(0.104±0.050)mg/L、高锰酸盐指数为(2.81±0.44)mg/L,pH为(6.22±0.18)。系统出水水质符合《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)的Ⅲ类水。系统出水循环利用于美洲鳗鲡精养殖(处理组)的平均单产55.5 kg/m^(3),较工厂化美洲鳗鲡养殖模式(对照组)提高52.5%;处理组的结束尾重、存活率、增重倍数和特定生长率分别高于对照组44.9%、5%、64.8%和37.5%,饲料系数低于对照组15.7%。该系统具有水处理效率高、出水水质稳定良好、成本低、节约水资源、环保安全和易推广应用等优点,可为我国水产养殖尾水的环保治理工作提供技术参考。

长宽比对双进水管结构矩形圆弧角养殖池排污特性的影响

为探究长宽比参数(即L/W,L为养殖池长边,W为养殖池宽边)对双进水管结构矩形圆弧角养殖池排污特性的影响,构建了固-液两相流数值计算模型(DPM离散项模型与RNG k-ε连续相模型),定义了适用于较大长宽比养殖池排污模拟的粒子重叠撒布方式,在L/W为1.0~1.9工况下,对两种进水管布置方式(进水管布置在长边中心和宽边中心)的养殖池排污效果进行了数值模拟试验。结果表明:L/W=1.0~1.5时,两种进水管布置方式的养殖池内粒子排除率均可达95%以上,随着长宽比的增加,养殖池内的排污效果变差;L/W=1.6~1.8时,进水管布置在长边中心时,未能排除的粒子在养殖池内汇聚更为集中。研究表明,在实际矩形圆弧角养殖池建设过程中,为使养殖池具有良好的排污性能和提高场地利用率,可选择L/W=1.0~1.5的池形进行建造。

循环水养殖系统中3种生物填料的挂膜、微生物群落组成及对大口黑鲈生长的影响

为探索大口黑鲈循环水养殖系统中适宜的水处理生物填料,以方形海绵、Mutag Biochip 30和流化球生物填料为研究对象,以初始体质量为(20.46±0.46)g的大口黑鲈为养殖对象,分析生物填料的挂膜时间及微生物群落组成,并评估大口黑鲈的生长情况。结果表明,自然挂膜条件下,3种生物填料的挂膜时间为17~21 d。16S rDNA高通量测序结果表明,在门水平,填料生物膜和对应养殖水体中的细菌微生物群落优势菌相同,均为变形菌门(Proteobacteria)、放线菌门(Actinobacteriota);在属水平,生物填料和对应养殖水体中细菌微生物群落组成有所差异,养殖水体的优势菌为雷夫松氏菌(Leifsonia)、Incertae_sedis,而生物填料的生物膜中,热单胞菌属(Thermomonas)是方形海绵组的优势菌,Mutag Biochip 30和流化球组的优势菌相同,为硝化螺旋菌属(Nitrospira)。养殖试验结果表明,经过44 d养殖,方形海绵组大口黑鲈的末体质量、增重率显著高于其他试验组,饲料系数显著低于Mutag Biochip 30组,不同生物填料组大口黑鲈的存活率无显著差异。综上,在短期内,方形海绵是一种较为实用的循环水养殖水处理生物填料。

深海网箱智能监控系统的设计与实现

深海网箱养殖环境参数的采集、传递和处理是实施精准网箱养殖管理的关键环节。为了更好地收集海洋环境数据和保障深海网箱养殖,实时监控养殖区环境至关重要。以湛江国联南三岛养殖区为例,设计了一种深海网箱智能监控系统,用来监控和分析深海网箱海洋水质水温、pH值、溶解氧以及盐度共4项水质数据,了解水温、pH值、溶解氧和盐度对网箱养殖及鱼类生长状况的影响。经过实际测试可知,该系统运行稳定,测量结果准确可靠,为解决网箱养殖环境的监测及数据采样提供了一种可行方法。

基于流态的方形圆弧角养殖池进水系统优化数值研究

为研究进水系统优化对方形圆弧角养殖池内流场特性的影响,实验运用计算流体动力学仿真技术(CFD)构建方形圆弧角养殖池的三维数值湍流模型,单管进水系统设置在养殖池弧壁的中间位置(以下称弧壁单管),并主要对不同进径比(参数C/B,射流管中心位置到养殖池壁的水平距离C与养殖池短边边长B之比)和不同射流角度对养殖池系统内的流场特性开展研究。结果显示,不同进径比条件下,随射流角度增加养殖池水体平均速度均呈现先增大后减小的趋势,且最优射流角度不同。进径比为0.01且射流角度为45°时,养殖池内部流场平均流速最高。进径比为0.03时,最优射流角度为30°。当C/B=0.05~0.13时且射流角度为25°时,水体平均速度最高且流场均匀性较好。进径比C/B=0.07~0.09、射流角度为25°时,养殖池内部流态总体上优于其他工况。研究表明,养殖池流场特性与进水系统进径比和射流角度密切相关。研究结果可为工厂化循环水养殖进水系统设计和优化养殖池系统的流场特性提供理论依据。

养殖鱼对养殖池内水动力影响的数值模拟

为研究养殖鱼对养殖池流场特性的影响,基于计算流体动力学(CFD)技术建立方形圆弧角单管养殖池及养殖鱼模型,采用多重参考系法(multiple reference frame,MRF)模拟鱼类在固定轨迹下的运动,并分析养殖池内养殖鱼的放养密度、个体体积和空间分布变化对养殖池流场特性的影响。结果表明:在养殖鱼个体体积和空间分布条件一定时,放养密度越大,养殖池内水体平均流速下降越大;在养殖池内养殖鱼放养密度一定时,鱼数量越多(个体体积小)时,鱼类的逆流游动产生的阻流作用越大,养殖池内平均流速下降就越明显;在养殖鱼放养密度、个体体积大小一定的条件下,养殖鱼在养殖池水体中层分布时,养殖池内水体的整体平均流速下降幅度和湍流强度增加幅度最大,养殖鱼在养殖池下层时,对平均流速和湍流强度的影响最小。研究表明,在循环水养殖过程中,应根据养殖池中养殖鱼的放养密度、个体体积和空间分布条件的变化,适时调整养殖池的进水速度,以维持养殖池内适于养殖鱼生存和生长的流场条件。