国内外渔业装备与工程技术研究进展综述

国内外渔业装备与工程技术研究进展综述发布时间：2010-12-81循环水养殖工程技术1.1国外主要研究进展当前的主要进展有：（1）循环水养殖系统的自动化和智能化控制技术趋于成熟，循环水养殖种类不断拓展。如UNI再循环系统，可对所有重要的水质参数进行控制和调节，系统中采用的“鱼语（Fish-talk）可追朔性记录”将鱼类从孵卵到捕获的生产过程记录下来，该系统使水产品安全性向前迈进了一步；此外，美国的鱼—菜共生系统，虾—藻（微藻）混养系统，欧洲的大菱鲆、真鲷循环水养殖和育苗，澳大利亚的封闭式水彩虹鲍养殖等已得到大面积推广应用，技术趋于成熟。（2）对循环水养殖系统的关键理论和技术有了定量指标，取得了常用生物和物理过滤器的技术指标和经验设计参数。国外在此领域进行了长期、持续和深入的研究，取得了系统性的成果。如生物滤器填料单位面积、单位时间的氨氮转化量，每单位体积的填料可以承受的系统喂食量，以及处理水中不同总氨氮条件下的氨氮转化量等，对物理过滤局限性也有了定量指标，比如不同过滤系统所能去除的悬浮物颗粒大小的确定，生物滤器的设计方法等。（3）对技术难点有了更明确的认识。公认的技术难点包括生物过滤器的稳定性和可靠性，物理过滤器去除微细悬浮颗粒的能力，全封闭系统所需要的生物反硝化技术等[1]。1.2国内最新研究进展概要科研成果方面：构建了对虾工厂化循环水养殖系统。它由两个单阶段和两个三阶段两种跑道式室内阳光棚循环水养殖系统组成，运用颗粒旋分过滤、移动床生物处理和低能耗纯氧增氧等技术，在养殖水体中形成优势微藻群落，对虾养殖成功率达到100%。在淡水工厂化养殖关键设备集成与高效养殖技术开发方面，创立了基于物质平衡的工厂化循环水养殖系统的设计理论，研制出悬浮颗粒物高效去除的工艺及关键设备，由此降低了水处理系统的净化负荷和运行能耗；研制出三种高效稳定的生物过滤器（浮粒式生物过滤器、一体式物化/生化装置和生物絮凝式净化装置），实现了养殖水的离子平衡；研制出高效节能的纯氧溶氧装置，创制出新型的低能耗纯氧溶氧装置。解决了工厂化循环水系统运行过程中反映出的设施设备投入大和能耗高等问题，同时构建了基于神经网络算法的养殖水质模糊控制技术。技术研究方面：倪琦等[2]利用循环水处理技术和人工湿地净化技术构建的双循环系统模式，对福建地区鳗鱼精养池系统进行技术改进研究。结果表明，并联式双循环水处理工艺在鳗鱼养殖中具有水质处理效果好、改建和运行低廉等优点，适合我国南方地区鳗鱼精养池模式的循环水化改造。唐天乐等[3]利用封闭循环水养殖池塘设施，利用光合作用、氧化作用、活性污泥吸附床层的生物吸附作用等手段，对养殖废水进行了有效的脱氮效果试验。陈庆余等[4]采用气体交换技术，通过设置在循环水处理系统中CO2去除装置，可以高效去除养殖水体中的高浓度CO2，并且能够显著提升水体pH值。苗雷等[5]运用改进的BP算法对在线监测的水质指标进行分析、分类和预测，确定水质指标与其影响因子间的非线性关系，研究养殖水体水质指数变化梯度和分布规律，同时对水质状况进行模糊判别，为养殖生产提供预警控制。1.3国内外比较分析我国工厂化循环水养殖技术应用，总体上还处于标志现代农业发展水平的示范阶段。与国际先进水平相比，我国在淡水循环水养殖设施技术领域已具有相当的应用水平，反映在系统的循环水率、生物净化稳定性、系统辅助水体的比率等关键性能方面基本达到了国际水准，但在海水循环水养殖设施技术领域还存在着相当的差距，主要反映在生物净化系统的构建、净化效率和稳定性方面。我国循环水养殖技术存在的主要问题是：（1）基础研究薄弱，与养殖品种对应的循环水养殖系统物质与能量的基本模型需要构建与完善，养殖工艺需要建立，养殖专家系统需要构建。（2）海水循环水养殖技术还未形成标准和规范，适用的鲆鲽类工厂化循环水养殖系统需要构建。（3）淡水工厂化循环水养殖系统的运行成本过高，经济型的鳗鱼工厂化循环水养殖系统需要构建。（4）低温条件下高效生物净化技术尚未突破，鲑鳟类循环水养殖系统技术需要形成。（5）苗种繁育系统的控制水平不高，针对大宗养殖产品和名特优品种的全人工控制系统需要构建。1.4主要热点难点问题（1）低能耗高效能生物滤器的设计与系统优化。通过生物膜载体的选择与优化（包括密度和水接近、适宜的孔隙率、较大的比表面积、通过表面改性使填料更易挂膜等），以及生物膜微生物群落组成、结构与污染物净化效果关系的研究等，设计高效节能生物反应装置，并针对鲆鲽鱼、鳗鱼、对虾等主要养殖品种以及水产苗种繁育，优化构建适用的系统模式。（2）循环水养殖的疫病预防与调控技术。在实际生产中，由于管理和技术，以及苗种来源和检测手段等问题，难以杜绝有害物的侵入，因此需要加强养殖系统疫病预防技术的研究。通过研究循环水养殖系统的主要病害与水环境、营养、种质和管理的关系，病鱼早期的行为表征与疫病的症状匹配，建立适宜的预警、管理和调控技术。（3）无公害饲料与水质生态营养调控和饲喂技术的优化配置。通过研究查明获得主要污染营养素（氮、磷等）的生态营养需要量，研究量化循环水养殖饲料投喂方式、投喂量、投喂频率等，建立能获得养殖生物最大生长率、最少饵料浪费、并向生物滤器提供稳定代谢物的新型循环水养殖投喂模式、动态投喂模型和饲喂管理程序。（4）养殖污水的资源化利用及无公害化排放技术研究。研究养殖污水排放和污染物对环境的影响，通过综合养殖，降解水体中的营养物和悬浮物，实现养殖废水的综合利用或无公害化排放；研究获得养殖污水及其综合处理系统的适宜数量配比及管理模式。1.5科技前沿（1）零排放循环水技术。将水循环利用率从目前的90%-95%提高的100%，实现高密度养殖水体的高度利用和无污染物质或副营养物质排放，水体中营养物质的平衡是关键。需要研究反硝化技术在养殖系统的有效应用，或利用植物转移氮磷等营养物质的工程化应用技术，以及水体中碳、碱度平衡的控制技术。（2）智能化管理系统。优化高密度循环水养殖技术，形成养殖技术数据库，构建工厂化养殖生产工艺系统。在对养殖对象生长行为、养殖水质实时监控的基础上，进行专家性判断，实现生产过程智能化管理，进而达到最优化的养殖生产效果。1.6发展趋势（1）进一步完善封闭循环水养殖技术和系统性能。在养殖技术方面，需要系统研究养殖对象在高密度养殖条件下的生态学和生理学特征，系统中营养盐存在特征与收支关系，悬浮物（主要是微米级）的生成与调控及其对养殖生物的影响，养殖病害的安全预防机制等。在水处理系统方面，需要重点开展生物滤器的设计与优化研究，包括查明影响硝化反应的物化因子和生物因子，生物膜微生物群落组成、结构与污染物净化效果的关系及其生态学调控，硝化反应动力学模型和评价标准，以及不同类型生物过滤器的性能比较与设计参数的建立。（2）高新技术的应用和开发。随着膜处理的技术的快速发展以及相关设备和材料价格的降低，为膜处理技术在循环水中的应用提供了可能。如利用膜技术去除微细悬浮颗粒和膜生物反应器在生物过滤中的应用；循环水的反硝化处理技术将赋予封闭循环水养殖系统更好的水环境条件；现代信息技术和图像处理技术的发展，促进了鱼类行为学、养殖系统预防预警、养殖过程安全监测技术的研究上升到一个更高的平台；开发养殖设施工程化低价新能源及低能耗控制技术未来将成为一种趋势，包括开发集成以太阳能、风能等为主体，通用性强、耐腐蚀、经济的调温系统；研究进一步降低生产运行能耗的自动控制技术等。（3）循环水养殖新品种和专用饲料的开发应用。循环水养殖和池塘、滩涂及网箱养殖分属不同的养殖模式，在近期内不能也不该与其它养殖模式进行竞争。循环水养殖系统的应用首先应体现在特种名贵水产品上，其次是中等价值但适合于高密度养殖的品种。由于第二类品种有限，因此应通过人工选育或从国外引进等方式开发一些新品种，形成循环水养殖专用种。此外，还应开发一系列残铒率低、对水质污染小的循环水养殖专用饲料，研究利用营养强化和生态营养免疫技术，进一步提高饲料的利用率和养殖生物的抵抗力。1.7对国内发展封闭循环水养殖工程技术的建议（1）制定详尽的发展规划。循环海水养殖技术作为海水养殖设施化、工程化、现代化的技术集成，涉及多个部门，建议成立专门的产业发展协调指导小组。同时联络国内外著名专家学者、著名行业企业家、投资者等，整合社会资源，促进产业的跨越式发展。（2）设立工厂化循环水养殖技术与产业发展专项计划。循环水养殖技术有望成为水产养殖业发展的新增长点，该技术的成熟和产业化，将从根本上改变传统水产养殖业的资源消耗、环境破坏的负面境况。因此，设立产业发展专项计划，促进循环水养殖技术和设备的产业化，重点推动关键技术强，拥有自主知识产权的设备和技术的发展，形成新的高新技术产业领域。（3）建立循环水养殖工程技术中心。以具有良好技术和基础的企业和重点实验室为依托，逐步建立循环水养殖工程技术中心，建设循环水养殖技术和产业的研发和示范基地，以项目、技术成果、新产品等带动中心发展，逐步建立包括从基础研究、设备研发、中试、规模化养殖生产、产业化示范、国际交流等完整的循环水养殖工程技术创新平台。可以预见，该中心的建立将对促进我国循环水工程技术的研发、成果转化、产业化有积极的推动作用，并将带动我国循环水养殖技术的推广和应用。（4）加强以企业为主体的产学研合作，加快推进产业集群发展。以具有良好技术基础和生产基础的企业为依托，联合国内知名科研院所，如：水科院渔机所、黄海所，中科院海洋所，中国海洋大学，上海海洋大学等进行产学研合作，支持企业自主开发和创新，加快建设循环水养殖系统发展平台和公共技术服务平台。根据国内水产养殖和育苗产业的发展规划，结合循环水养殖的技术特点，以重点和龙头企业为依托，集成科研院所技术力量，联合臭氧设备制造、水源热泵制造、海水净化设备制造等企业，形成工厂化循环水处理装备制造的完整配套，协同发展。2池塘生态养殖工程2.1国外主要研究进展池塘养殖不是国外水产养殖的主要模式，整体性的研究与应用并不完整，但在基础理论研究与模型构建方面有较高的水平。在池塘养殖水环境调控技术的研究方面，比较有代表性的模式有：将湿地作为生物滤器，用于高密度养虾；在半封闭的池塘养殖系统中建立了一种物理沉积、贝、藻混合处理系统，系统对鱼池中总悬浮颗粒去除率为88%，对总氮、总磷的去除率分别为72%和86%。2.2国内研究进展概要通过池塘优质高效养殖技术研究，在池塘生态养殖工程方面取得如下进展：（1）养殖池塘环境微生物调控强化技术创新性地构建了适用性强、可广泛推广的鱼类养殖池塘环境微生物调控强化技术。（2）通风强化的潜流人工湿地技术有效解决了人工湿地整体缺氧的问题，使人工湿地净化养殖废水能力得到极大改善。（3）固着藻生态沟复氧技术使湿地出水溶氧偏低的状况得到有效改善，实现了水的回用。（4）池塘安全保障系统开发技术使DO实时测定系统具有自我检查和温度补偿等功能。（5）池塘底质改良综合技术为厌氧生物修复技术在水产养殖底泥污染治理中的应用奠定了良好的理论基础。另外，我国台湾设计研究的基于表面流和潜流湿地的循环水养殖系统也取得了进展。2.3国内外比较分析国内对池塘养殖环境生态工程化调控与修复技术研究，主要通过应用生态工程“整体、协调、循环、再生”技术原理，设计一种新型池塘养殖生产工艺系统。该系统不同于传统池塘养殖单一结构，由综合生物塘、人工湿地、生态沟等生态工程系统与一个或多个池塘有机结合，形成水体循环利用、功能优化、结构和谐、过程高效的复合池塘养殖生态系统；同时研究开发一种通风强化的潜流人工湿地构建技术和池塘水质在线监测和养殖安全保障系统。2.4主要热点难点问题（1）池塘异位生态净化设施吸收模型与结构构建。池塘异位净化设施主要包括潜流式人工湿地、生态沟渠，以及具有微生物和植物吸收功能的净化装置等，具有高效净化功能，但工程造价较高。需要在对生态设施多元生物吸收物质与能量转换模型研究的技术上，优化设施或装置的结构，提高工程化效果，降低设施系统造价。（2）海水养殖池塘生态工程化模式构建。海水池塘生态技术的工程化水平相对淡水池塘比较低，需要研究微生物、植物、藻类设施强化与调控技术