渔业船联网关键技术发展现状和趋势研究

渔业船联网是物联网技术在海洋渔业中的拓展应用,建设过程是一个庞大的系统性工程。本文系统地对渔业船联网涉及到的信息采集、传输、存储、处理及安全等关键技术发展现状和趋势进行了分析,明确了多源异构渔业信息采集及智能化渔船构建技术方案,分析了海上无线通信、卫星通信、近海宽带无线和基于无线网络(MESH)的宽带自组网等海上通信技术的现状和发展趋势;结合渔业船联网的需求,阐述了各种通信方式在船联网上使用的优缺点;提出基于大数据的海洋渔业数据处理方法;梳理了船联网系统面临的信息安全风险。通过上述分析,为后续渔业船联网系统设计和具体实施奠定基础。

中国海洋捕捞渔船油污水产生量估算及对策研究

为获知中国海洋捕捞渔船底舱中油污水的产生量,对东部沿海主要渔区海洋捕捞渔船的底舱油污水状况进行了调研和取样,并进行了测算和分析,以进一步推算中国海洋捕捞渔船油污水的年排放总量,并对其进行探讨和对策建议。推算数据显示:全国海洋渔船年总排水量约为136118 t,全国海洋渔船年总排油量约为5238 t。研究认为:油污水产生量与船龄不直接相关,船龄在5年以下的渔船情况较好;油污水含油率基本在5%以下,长时间静置后下层水含油率仍高于排放标准;海洋捕捞渔船的油污水产生与日常管理水平关系较大。建议:加强宣传,提高渔民的环保意识;加强监管,减少渔船污染物排放;采取措施,鼓励渔船污染物收集;加强合作,建立各部门协同机制;加强研发,推进渔船底舱油污水技术革新。

循环水养殖系统水净化装备技术研究

循环水养殖系统为当前水产养殖先进生产力的发展方向,其具养殖水环境高度可控、产品质量安全可靠、节水、节地等特点,符合国家转变经济增长方式,节能减排的战略需求。循环水养殖水净化装备是循环水养殖系统核心组成。其为循环水养殖生产中的水产养殖对象提供良好水生态环境,提高水产养殖品产量及质量,提升资源利用率。本文以循环水养殖系统水净化典型工艺为主线,对其主要环节包括悬浮物去除、溶解性有机物降解、杀菌消毒、增氧、调温等所涉及的装备技术进行探讨及总结,并提出发展建议,以期为精准、高效、节能循环水养殖系统构建,推进其进一步应用提供支持。

深蓝渔业的内涵与特征

深蓝渔业是一项前景广阔的新兴产业,是解决近海渔业资源衰退、水产养殖空间不足、水产品品质不高、优质动物蛋白需求迫切等问题的重要途径,近年来发展迅速,但目前国内外关于深蓝渔业的概念和内涵还不明确。为进一步明确深蓝渔业的概念、内涵及其特征,文章对国内外深蓝渔业提出的背景和发展过程进行了梳理,结合中国发展实际,提出了深蓝渔业的概念及其内涵,明确了深蓝渔业是由可持续捕捞渔业、深远海工业化绿色水产养殖业、高值化水产品加工业、海上冷链物流和信息保障服务业等组成的"养—捕—加—网"的有机整体,阐述了深蓝渔业具有全产业链融合、资本和技术密集程度高、高风险、高投入和高回报等产业特征,为推进深蓝渔业建设提供了理论参考。

弧形筛对水体中固体颗粒物的去除效果研究

以弧形筛为研究对象,分析不同筛缝规格、安装角度以及水处理量条件下对固体颗粒物的去除效果,以获得最优化的结构设计参数。将固体颗粒物去除率作为试验指标,设计了0.10~0.25 mm的筛缝间隙、10~20 m3/h的进水流量及53°和37°的筛网安装角度的多因素试验。结果显示,随着筛缝间隙的增大,固体颗粒物去除率呈逐渐下降趋势,但筛缝间隙与颗粒物粒径具有明显的＂匹配性＂特征,筛缝间隙应以等于或略小于水体中平均固体颗粒物粒径为宜;进水流量与固体颗粒物去除率呈反相关关系,单位面积筛面的水处理负荷宜控制在50 m3/（m2？h）左右;在合理的筛网安装角度范围内,适当增大安装倾角有利于提高固体颗粒物去除率。总之,将弧形筛装置应用在水产养殖系统中,是一种行之有效的方法。

春季不同营养类型池塘浮游植物群落结构特征的研究

为了积累池塘浮游植物群落结构的数据,以利于有效调控池塘藻相,2013年春季研究了3口不同富营养池塘的浮游植物和氮、磷营养盐:室外池I、室外池II以及大棚池。结果表明,根据氮、磷营养盐水平,室外池I和大棚池均属超富营养水体,而室外池II属于富营养水体。室外池I的浮游植物种类最多,优势种类是绿藻门和硅藻门,蓝藻门种类和数量均很少,比较适合养殖。而室外池II只有蓝藻门,且种类非常少,仅2种,以蓝藻门隐球藻属(Aphanocapsa)占绝对优势,已经明显形成了隐球藻属水华。大棚池藻类种类比室外池II多,但是也以蓝藻门的隐球藻属为优势。室外池II和大棚池的浮游植物多样性评价等级均为I级,多样性差,而室外池I为II级,多样性一般。本研究表明,春季不同富营养程度的池塘出现不同的浮游植物群落结构,富营养池塘在低温的春季可以形成蓝藻门优势;建立氮磷营养水平与池塘藻相之间的可靠关系需要更多的数据资料支撑。

臭氧对循环水系统中悬浮颗粒物净化效果及机理研究

为了研究臭氧对水中悬浮颗粒物的处理效果及作用机理,探讨其在养殖水处理中的应用和工艺集成方法,笔者建立若干小型实验系统,通过对养殖水体投加不同量的臭氧,分析其对水中TSS、浊度等指标的影响,并对悬浮颗粒物进行粒度分析。其中:对照组不添加臭氧,3个实验组臭氧添加量分别为30.1、60.2、90.3 mg,被处理水体量均为4 L。结果表明:(1)投加臭氧能够显著降低水体浊度。当源水浊度为(5.22±0.55) NTU时,3个实验组的浊度降低分别为12.47%、25.31%和30.20%。(2)投加臭氧对于水体中的悬浮颗粒物具有显著的助凝效果。对照组悬浮颗粒物粒径大多分布在48~68μm范围,而投加量为90.3 mg实验组水中粒径64μm以上悬浮颗粒物占比达到99.22%,有利于后续物理过滤处理。本研究明确了臭氧对悬浮颗粒物的净化效果是通过氧化有机物产生络合沉淀和胶体絮凝物等改变颗粒物的粒径大小分布的途径来实现,为臭氧在循环水养殖系统中的应用提供理论支撑。

新型流化床生物滤器处理海水养殖废水性能研究

为提升流化床生物滤器的水处理性能,优化滤器的工艺运行参数,研制了新型流化床生物滤器,并以玻璃珠为填料,将该生物滤器应用于斑石鲷循环水养殖系统,探讨了其对养殖水体中营养盐和有机物的去除效果。结果表明:新型流化床生物滤器实现了床层高度的稳定,避免了滤料的流失,优化了滤器内部的流态。在海水养殖工况下,新型流化床生物滤器经过一个月的自然挂膜,可实现滤器的成功启动。通过扫描电镜观察,挂膜前后生物膜载体表面发生了显著的变化。流化床生物滤器的硝化作用主要发生于床层的底部,表层对其贡献率不显著。在稳定工况下,新型流化床生物滤器对TAN、NO_2^--N、BOD_5和SS的去除率分别达到了(48.7±5.23)%、(64.28±9.88)%、(59.19±4.98)%和(40.06±10.21)%,对TAN的平均去除负荷达到了(245.2±50.5)g/(m^3·d)。本生物滤器硝化性能及稳定性优于常规生物滤器,可为该滤器在循环水养殖系统中的高效运行和应用提供一定的技术支撑。

鱼菜共生综合生产系统的研究进展

鱼菜共生系统是一种新型的循环水养殖新模式,在生态环境方面具有显著的效益,通过菜-鱼之间的生物作用和相互利用关系,提高养殖水体中营养物质的利用,减少和降低水体中有害物质的产生和累积,从而提高鱼跟菜的总产量,降低了养殖废水的排放。让鱼-菜两者之间达到协同共生的一种生态平衡关系,属可持续循环型低碳渔业,是一种新型复合养殖技术模式。

我国离岸养殖工程发展策略

发展离岸养殖工程对于保障水产品供给、开发蓝色国土资源、实现海洋水域资源的合理利用与有效开发具有重大意义。本文阐述了我国网箱养殖工程发展现状和面临的主要问题,介绍了国外在深水抗风浪网箱和养殖工船方面的研发进展,指出未来离岸养殖工程发展趋势是养殖设施系统大型化、养殖环境生态化、养殖地域外向化、养殖过程低碳化,提出了我国离岸养殖工程发展战略目标是:至2020年,全面形成面向深海、合理分布于主权海域的海上水产品养殖生产与流通体系,实现海洋渔业由"捕"向"养"的根本性转变,建立领先于世界的工业化蓝色农业生产体系。

低温工况下流化床生物滤器的启动方式实验

为提高在低温工况下流化床生物滤器的挂膜速率及净水效果,将其应用于小型鲟鱼循环水养殖系统,并采用新型填料玻璃珠作为滤器的基质,探讨了不同启动方式下该滤器的挂膜时间及运行效果。结果表明,在养殖水体14~16℃工况下,采用自然挂膜方式和添加微生态制剂方式培养生物膜时,滤器成功启动所需的时间分别为29 d和21 d,挂膜时间显著长于采用接种原滤料方式,并且随着接种原滤料数量的增加,生物膜成熟所需的时间逐渐缩短。随着挂膜时间的延长,生物载体上的异养细菌和氨氧化细菌的数量都呈现先增加后减少的趋势。生物膜成熟后,不同启动方式下滤器对营养盐的去除效果无显著差别,对TAN、COD和BOD5的去除率分别维持在10.5%~22.1%、15.9%~31.5%和30.3%~48%,对TAN的去除负荷维持在157~331 g/（m3·d）,硝化效果好于一般的生物滤器。

渔用声纳电子示位标防盗技术研究

针对我国金枪鱼捕捞渔船上的无线电示位标装备现状，特别是为了防止盗取设备强占渔场的现象发生，对带有预警防盗功能的声纳示位标技术展开研究与试验，系统将渔用声纳与卫星电子浮标整体集成，利用水声数据采集技术与卫星数据通信技术，通过水下拾音器采集柴油机噪声的音频信息，该系统集成了卫星定位、声纳探测、无线电与卫星通讯，并开发出了嵌入式防盗设备，系统实现了示位标常规功能的同时增加了有效的预警防盗功能。可以提高我国金枪鱼鱼群探测信息化水平并保证设备的安全性。初步试验结果显示试验选用的渔民标准配备的挂机螺旋桨启动时的频率值稳定在8．5kHz左右，且空蚀效应明显，在海洋噪声普遍高于10．3kHz的环境下，嵌入式防盗系统在50～100m范围内可准确实现设备的预警防盗，且抗干扰能力强，相比于其它防盗方式更为实时有效。

去除养殖水体悬浮颗粒的多向流重力沉淀装置设计及性能

为了高效去除循环水养殖系统中的固体悬浮颗粒物,研发了多向流重力沉淀装置,并对其水力特性及相关结构参数进行试验研究。该文以固体悬浮颗粒物去除率为试验指标,设计了5~40 min的水力停留时间(hydraulic retention time,HRT)及斜管填料规格参数的双因素试验。结果显示,随着HRT增加,多向流重力沉淀装置的固体悬浮颗粒物去除率呈显著上升的阶段性变化特征,但以HRT为20 min时沉淀装置的综合处理效果最优,最高平均去除率可达(58.57%±10.12%),其中粒径小于20μm的微颗粒去除率为19.5%,粒径大于60μm的微颗粒去除率高达90.3%;较小的斜管直径可显著提高多向流重力沉淀装置的固体悬浮颗粒物去除率,而斜管高度对去除率无显著影响。多向流重力沉淀装置用于去除循环水养殖系统中的固体悬浮颗粒物,是一种行之有效的方法。

基于CFD的养殖污水净化内循环流化床反应器结构优化

针对水产养殖污水净化对内循环流化床反应器的相关要求及流化状态下反应器结构、操作参数与相流体力学行为的密切关系，该文利用构建的描述不同结构、操作参数反应器气液两相流动的计算流体力学数学模型，分析了不同结构、操作参数下反应器液体流场、液体循环流量、气含率的变化规律，得到了对于内径200 mm、底部采用均孔布气盘的反应器，在表观气速为0.5～2.5 cm/s时，导流筒与反应器的内径比0.5，导流筒高度与反应器内径比6，导流筒下端到反应器底部距离50 mm，导流筒上端到液面距离100 mm为最优值；针对液体循环流量，使用相关数学模型求解理论值并与试验值进行比对，通过偏差分析探究了数学模型应用的局限性；使用MATLAB最小二乘法拟合了反应器在最优结构参数下表观气速与液体循环流量、气含率的关系，验证了拟合公式的精确性。该研究为内循环流化床反应器在水产养殖污水处理中的设计应用提供理论和技术参考。

微孔曝气式增氧机的性能及应用效果

为研究微孔曝气增氧机的增氧性能和池塘应用效果,按照标准规定的方法进行了增氧性能的试验和不同水深对增氧性能影响的试验,并在池塘中进行应用效果的试验。结果显示:微孔曝气式增氧机具有比叶轮式增氧机等增氧机更强的增氧能力,但不同配置的机型,增氧能力随配套功率和曝气管长度的增加而增强,动力效率则呈明显下降趋势;增加曝气管布置深度可以提高增氧性能,安装深度从2 m增加到4 m,增氧能力增加285%,动力效率增加207%,与其它养殖池塘机械增氧设备相比,池塘水体越深,微孔曝气式增气机的增氧优势越明显。目前,池塘采用微孔曝气式增氧机的配置方式不具优势,需要改进提升。

不同养殖模式下俄罗斯鲟肌肉营养成分的比较与分析

为了了解循环水养殖系统养殖条件下鱼类肌肉的营养成分,开展鱼类品质调控研究。本研究比较了循环水养殖系统养殖条件下与池塘拟野生条件下俄罗斯鲟肌肉的常规营养成分、氨基酸和脂肪酸组成,并进行对比评价。结果表明,两种条件下俄罗斯鲟肌肉中一般营养成分不存在显著差异,均检出17种氨基酸,氨酸酸各组成成分含量方面两者无显著差异。氨基酸评分(AAS)和化学评分(CS)结果显示:循环水系统养殖条件下第一限制性氨基酸均为蛋-胱氨酸,赖氨酸在必需氨基酸中评分最高,必需氨酸基指数(EAAI)循环水组高于池塘组。循环水组检出20种脂肪酸,池塘组检出14种脂肪酸,两者脂肪酸总量无明显差异,脂肪酸各组成成份有较大差异,其中二十二碳六烯酸(DHA)循环水组显著高于池塘组。综上所述,循环水养殖系统养殖条件下俄罗斯鲟肌肉的营养价值不低于池塘拟野生条件下的俄罗斯鲟。

海带太阳能辅热耦合干燥系统的设计与试验

为降低海带干燥耗能,提高干燥品质和干燥系统作业效率,基于热力学、传热学进行了建模和研究,设计了以阳光大棚为主体,空气热泵、集热板为热源的海带太阳能辅热耦合干燥系统。通过触摸屏设定干燥温度、时间,进行海带干燥,同时使用温度、湿度和光照度传感器测量,对记录数据进行分析。该干燥系统能够回收烘干过程中排放的余热,对余热进行排湿,再循环加热利用;太阳能集热器将热能存储在水箱,可用于辅助干燥,节约能源。结果显示:在大气最高温度27. 5℃、含水率90%左右、鲜海带质量60. 32 kg、干燥时间10 h的条件下,可得干海带含水率在14. 5%,质量6. 9 kg,电量最低为3. 91 (k W·h)/kg,新型海带干燥系统效果良好。本研究为大型藻类干燥系统提供了新的技术方法,该技术适合在中大型企业的大型藻类干燥中推广。

淡水池塘养殖行业清洁生产评价体系的建立

为科学客观地评价渔业清洁生产水平,推进我国淡水养殖业的可持续发展和渔业发展方式的转变,通过对40家池塘养殖企业的调研,结合清洁生产要求和淡水养殖业的特点,建立了淡水池塘养殖清洁生产评价体系。通过实例分析,该评价指标体系具有良好的可操作性和适用性。

高位循环水池塘与普通池塘高温时节浮游植物群落的比较

研究并比较了高位循环水池塘与普通池塘在高温时节的浮游植物群落结构。结果表明,高位循环水池塘中浮游植物总密度约5.5×10^8ind./L,普通池塘中浮游植物总密度约3×10^7-7×10^7ind./L,总体看来高位循环水池塘的浮游植物密度比普通池塘高1个数量级;高位循环水池塘的浮游植物湿质量高达66.333 mg/L,总体上也比普通池塘高1个数量级。在组成方面,高位循环水池塘的主要门类为硅藻门,其湿质量约占总湿质量的86.33%,组成主要为针杆藻属和小环藻属;普通池塘的组成主要是绿藻门的十字藻属、空星藻属,以及硅藻门的针杆藻属,裸藻门的裸藻属等。此外发现,高位循环水池塘浮游植物的Shannon-Wiener多样性指数和Pielou均匀度指数均明显低于普通池塘,高位循环水池塘的浮游植物种属数量比普通池塘少。对两者的比较表明,高位循环水池塘以硅藻门为绝对优势,可能与其采取增氧、循环水处理措施有关,这表明养鱼池塘浮游植物可以调节硅藻门优势,从而为池塘浮游植物的调控提供了参考,有利于改进池塘的养殖管理。

标准化池塘养殖场自动管控系统设计与开发

针对水产养殖规模化和集约化发展需要,设计一套适用于标准化池塘养殖场的生产自动管控系统,采用太阳能水质浮标和岸基式水质浮标对池塘水质进行在线监测,借助气象站对养殖场区域的天气情况进行自动监测,通过布置在养殖区域的控制柜实现对增氧机和投饲机等设备的远程集中控制,通过高清摄像机和光纤网络构建视频监控系统实现养殖过程的可视化监管。所有监测仪器和控制设备通过有线或无线网络接入养殖场监控中心,采用监控计算机及专用软件对监测数据和设备运行状态进行集中监控,实现养殖生产的集成管理,提升管理水平和生产效率。