- http://fishery.aweb.com.cn 2009年12月23日14:49 中国水产养殖网
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（中国科学院海洋研究所，青岛 266071）
1 发展历程
1.1 国内的海水循环水技术发展历程、研究与应用现状
我国的海水循环水技术研究与应用始于上世纪80年代初期。在20世纪70年代，国外工厂化循环水养殖的信息开始传入国内，北京水产研究所、上海水产研究所和中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所等单位的科研工作者开始跟踪研究，但国内并没有全封闭循环水养殖的生产应用；20世纪80年代，国外的工厂化循环水养殖设施和技术逐渐进入中国，当时浙江、辽宁等地花巨资引进了西德和丹麦约30余套循环水养鳗设施，但由于高昂的投入和运行、维护成本，生产难以为继，上述成套设备很快就被束之高阁。1988年，中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所在消化吸收国外技术的基础上，设计了国内{dy}个生产性的工厂化循环水养殖车间。
20世纪90年代初期，随着养殖业和物流的迅速发展，北方冬季的吃鱼问题得到很大改善，鱼价在北方大幅下跌，工厂化循环水养殖的经济性受到质疑，加上技术上的不成熟，工厂化循环水养殖的发展进入了低谷。20世纪90年代后期，特别是进入新世纪以来，随着社会经济和科技水平的发展，环境意识的增强，循环水养殖模式逐渐引起重视，在国家各级项目、课题的支持下，循环水养殖相关技术和成套设备的研发取得了良好进展。如国家“863计划”分别在“九五”海洋生物技术（819）主题、“十五”海水设施养殖与工程化技术专题安排了3个课题。课题主要研究内容及主要指标：
“九五”项目：工厂化养殖海水净化和高效循环利用关键技术，主要研究内容：（1）高效过滤技术研究；（2）高效氮源净化技术；（3）水质指标自动监测与控制技术；（4）养殖技术研究。
“十五”项目1：工厂化鱼类高密度养殖设施的工程优化技术，主要研究内容：研制快速过滤器、高效氮源生物净化设施和新型水处理配套设备，研究集约化养殖排污水集中处理与综合利用技术，优化封闭式循环水养殖系统。工厂化养鱼车间的排放水达到国家的标准要求，单位水体的产量达到或接近国际同类养殖模式的先进生产水平，提供设计规范，系统建设造价比国际同类养殖系统降低50%。
“十五”项目2：重要海水养殖贝类苗种培育设施的工程优化，主要研究内容：研制高效水处理设备与全年封闭式循环水育苗优化设施，研制海水养殖苗种培育优质饵料生物高效自动化培养、收获系统与设施，研究苗种培育的工艺参数与自动控制技术，开发养殖设施工程化低价新能源。生物净化设施为育苗水体的十分之一以下，育苗车间的排放水达到国家的标准要求；建立或改造后的育苗系统的单位水体的产量达到或接近国际同类养殖模式的先进生产水平，提供设计规范，系统建设造价比国际同类养殖系统降低50%。
此外，科技部、国家计委、农业部、中科院及部分省市立项约10项，主要涉及工厂化养殖、水处理设施设备等；研究对象涉及鱼（大菱鲆、牙鲆）、虾（中国明对虾、凡纳滨对虾）、贝（鲍鱼、海湾扇贝、菲律宾蛤子）及主要海珍品（海参）等。
据不xx统计，目前我国工厂化海水养殖面积约有500万m2，其中封闭、半封闭循环水养殖面积约占10～20％，主要养殖大菱鲆、半滑舌鳎、褐牙鲆、石斑鱼等，属于循环水养殖工程的开拓阶段，具有很大的发展潜力和应用前景。如台湾华信（上海）水产在上海市郊进行的人工配制海水养殖石斑鱼，杭州新科水产养殖有限公司在杭州市区进行的人工配制低盐度海水养殖凡纳滨对虾平均单产达到4 kg/m2，日添加新水量约占总水体量的10%，胶南通用水产养殖有限公司循环水养殖大菱鲆单产达到55kg/m3，天津市海发珍品实业发展有限公司现有封闭内循环海水养殖车间2.7万平方米，有效养殖水体1.6万平方米，拥有36套封闭循环水养殖系统，以石斑、半滑舌鳎等xx海水鱼的养成为主营业务，目前已成为国内{zd0}的海水封闭循环水养殖企业，舌鳎鱼养殖单产达到20-30kg/m2，石斑鱼养殖达到30-35kg/m2。
当前我国海水封闭循环水养殖技术研究与应用特点是：①以工厂化养殖水处理单元设备的开发为重点；②以模仿、改进国内外先进的工业和生活污水水处理设备为特征；③封闭循环水养殖系统的生产大规模应用较少。
取得的主要进展：
（1）开发了一批具有自主知识产权的海水养殖、育苗专用水处理设施设备，并初步实现了生产应用；开发的设施设备包括：①固液分离设备（如海水专用转鼓式微滤机、袋式机械过滤器、彗星式纤维球、玻璃纤维砂滤器、超细悬浮物去除装置）；②生物过滤设备（如生物净化装置的xx载体填料）；③xx增氧设备（如臭氧－紫外联合xx设备、超声波xx杀藻器、压力式溶氧罐、管式增氧装置、氧气锥等）；④有机物去除装置（如溶气式气液混合器、涡流泵、射流式蛋白泡沫分离器等）；⑤调温设备（PPR连箱式横排太阳能集热器海水加热系统、海水养殖废水热泵加热系统）；6）水质监测与控制技术（如海水水质在线监测与远程报警系统等）。（2）研究了封闭循环水养殖、育苗的关键生产技术与工艺：研究了主要水质参数对养殖生物的影响、大规模高密度养殖和培育技术等。 （3）研究了主要水处理设备的技术性能，包括蛋白分离器、臭氧、生物滤器的技术性能，对提高生产设备的生产适用性和设备的技术指标奠定了基础。（4）构建的封闭循环水养殖系统、育苗系统部分实现了生产应用，促进了工业化海水养殖业的兴起和发展。
存在的主要问题：
（1）部分关键设备的可靠性、耐海水腐蚀性还有待提高。海水养殖、育苗的生产场地一般都在海边，工作环境潮湿、空气盐份含量高、海水腐蚀性强等不利状况对设备的耐久性、稳定性提出了很高要求，同时，海水养殖属大农业范畴，利润相对较低，生产设备必须造价低廉、经济适用，海水养殖的连续生产，使得设备的任何小故障对生产都可能带来致命的影响，因此，无论是制氧机、臭氧发生器、紫外线紫外线消毒器、水泵等机械设备都存在该类问题，影响了设备的生产推广应用。（2）封闭循环水养殖、育苗的关键生产技术与工艺还需进一步深入研究。在高密度养殖条件下，个体密度作为胁迫会引起动物机体产生一系列生理变化，有关水生生物在密养环境下的适应性反应，国内的研究资料非常少，研究养殖对象在高密度环境下的适应机制，有助于在养殖和育苗生产中掌握适当的放养密度、减少鱼病发生。此外，高密度循环水养殖、育苗是在人工受控的小环境里进行养殖和育苗生产的，其养殖环境、水质环境均大大有别于池塘和浅海养殖，还需要对养殖生产技术、管理技术进行深入研究，解决硬件强、软件弱的不平衡。（3）需要进一步通过集成国内外先进水处理技术，创新海水养殖育苗水处理新模式。海水养殖和育苗生产具有大农业生产的基本特征，因此，要使技术真正为养殖企业和养殖户接受，必须立足中国国情，研究开发“实用（满足生产功能要求）、经济（造价低，运行及维护费用低）、好用（生产管理方便）”，能够满足不通用户生产需求的设施设备，方可以促进中国的水产养殖业快速、健康和可持续发展。（4）缺乏实现苗种/养殖生物精细培育的数据信息采集处理、诊断决策、过程设计和控制。生产过程缺乏病害预警机制与预防策略、水质实时监测与报警。（5）节能技术尚待开发。节能的途径是较多的，如利用太阳能、风能、地热、地下水、电厂余热等，另一个途径是开发节能的设施设备，如开发大流量、小功率、低扬程的水泵、进一步降低纯氧发生器单位氧气产量的电耗等。节能不但能节省燃料，同时也节省了运输燃料的运输成本。目前我国能源和运输都很紧张，节能工作的好坏，是制约设施渔业发展的关键因素，关系到设施渔业的成败。（6）养殖废水的资源化利用和无公害化排放技术尚待研究。
“十一五”期间，“工厂化海水养殖成套设备与无公害养殖技术”研究被列为国家“863”计划“现代农业技术领域”重点项目课题，主要研究内容包括：（1）高效水处理设备研制及其组装技术、水处理净化技术研究；（2）养殖设施与水处理工艺的工程优化设计；（3）无公害养殖技术研究与工厂化高效养殖技术集成研究；（4）低能耗控制技术与养殖污水资源化利用技术。预期目标是：（1）研制出以生物膜为核心的海水工厂化养殖高效能新型污水处理成套装备；（2）研究突破鲆鲽鱼类、海参、对虾工厂化健康养殖关键技术，争取该成果在生物膜水净化技术、快速高效去除颗粒废弃物、低能耗控制和计算机辅助管理方面达到国际先进水平；（3）提出一套适合于海水工厂化养殖场应用的，低投资、低运行费用、操作方便、处理xx达标的养殖废水生态工程处理工艺和设施设备；（4）建立海水工厂化高效养殖集成技术体系，实现工厂化海水养殖的环境友好、养殖低能耗和产品无公害。
当前国内进行封闭循环水养殖系统研究的单位概况：
中国水产科学研究院黄海水产研究所于2004年9月成立了海水鱼类与设施渔业研究室，主要开展工厂化养殖、网箱养殖等方面的研究与生产应用工作，在水处理装备、抗风浪网箱结构等方面取得了一系列成果；水科院渔业机械仪器研究所建有渔业水体净化技术和系统研究重点开放实验室，目前，正在原实验工厂的基础上筹建渔业机械工程科研中试基地（松江）。
上海水产大学设立了设施渔业研究所，主要在淡水养殖工程和水族馆等方面开展相关的研究和生产应用；中国海洋大学把养殖环境工程、养殖工程设计等列为水产学科“十一五”的主要建设领域；山东省海水养殖研究所成立了养殖技术与渔业工程研究中心；中国科学院水生生物研究所建有国家淡水渔业工程技术研究中心（武汉），主要解决我国水产业产区品种单一、集约化养殖产业较少和技术手段落后问题；此外，大连水产学院、广州海洋大学、浙江大学等院校也都在积极组建和推进该学科与人才队伍的建设。
中国科学院海洋研究所从“八五”起就已开始了水处理技术和设备的研制，开发了机械过滤器、固液分离器等设施设备；“十五”期间，中国科学院海洋研究所相继主持了863“重要海水养殖贝类苗种培育设施的工程优化”课题和中科院知识创新工程重要方向项目“对虾高效养殖工程与关键技术”等课题；“十一五”期间，中科院海洋所主持了国家863重点项目课题“海水工厂化养殖成套设备与无公害养殖技术”、国家自然科学基金“海水封闭循环水养殖系统重要元素及能量收支的研究”，以及中—法先进科技计划国际合作项目“通过循环再利用减少海水集约化养殖对环境的影响”等和多项国家、部省级课题。
据不xx统计，目前专业生产循环水设施设备的厂家不足10家，能形成一定产量的厂家有：大连汇新钛设备开发有限公司、杭州大贺水处理设备有限公司、河北保定江力渔业机械厂、广州德港水族设备工程有限公司、上海环保设备厂、青岛中科海水处理设备工程有限公司等
1.2 国外的循环水技术发展历程、研究与应用现状
国外的循环水养殖系统的应用研究始于上世纪70年代。初期，主要是沿用城市和工业废水处理过程与设备，加以改进。之后的一段时期，对循环水系统的水处理特性有了进一步的理解，逐渐发展成了一系列专门为养殖水处理应用的技术与设备。
目前国外循环水技术比较发达的国家有欧洲的法国、德国、丹麦、西班牙；北美的美国、加拿大和中东的以色列以及亚洲的日本等国家。
在欧洲，高密度封闭循环水养殖已被列入一个新型的、发展迅速的、技术复杂的行业，通过采用先进的水处理技术与生物工程，大量引用前沿技术，{zg}单产可达100 kg/m3，封闭循环水养殖已普及到虾、贝、藻、软体动物的养殖。当前绝大多数养殖企业的苗种孵化和育成均采用循环水工艺，有越来越多的海水和淡水封闭循环水养殖模式在欧洲各地得以成功实践。在丹麦，大约有超过10%的鲑鱼养殖企业正积极把流水养殖改造为循环水养殖，以达到减少用水量和利用过滤地下水减少病害的目的；在法国，所有的大菱鲆苗种孵化和商品鱼养殖均在封闭循环水养殖车间进行，鲑鱼的封闭循环水养殖也开始进行生产实践。纵观欧洲的封闭循环水养殖工艺，可以总结为以下几个特点：（1）降低水处理系统水力负荷的快速排污技术。为了防止生物滤器堵塞及大颗粒悬浮物破碎成超细悬浮物，系统采用养殖池自动排污装置、残饵捕集器及机械过滤器三个水处理装置，使养殖废水{yl}出养殖池，就将悬浮颗粒物通过沉淀、过滤等方式得以去除，降低其他水处理设备的负荷；（2）普遍采用提高单位产量和改善水质的纯氧增氧技术。近年来，法国、西班牙、丹麦、德国等一些国家成功设计和建造了使用液氧向养殖池和生物过滤器增氧的养殖设备，大大提高了单位水面的鱼产量。研制了制氧装置，可在鱼类养殖场直接生产纯度为85%~95%的富氧。（3）采用日趋先进的养殖环境监控技术。目前较先进的封闭循环水养殖厂均采用了自动化监控装备，通过收集和分析有关养殖水质和环境参数数据，如DO、pH、T、TAN、水位、流速、光照周期等，结合相应的报警和应急处理系统，对水质和养殖环境进行有效的实时监控，使封闭循环水养殖水质和环境稳定可靠。有的养殖厂还采用计算机图像处理系统监控养殖生物，通过获取鱼的进食、游速、体色等情况，利用专家系统自动调整{zj0}饲料投放量，以获得{zj0}转化率。（4）生物滤器的稳定运行管理技术。生物滤器主要用于去除养殖水中的水溶性有害物（有机物和氨氮），它是所有（海水、淡水）封闭循环水处理系统成功运行的关键，同时生物滤器也是封闭循环水处理系统投资和能耗{zd0}的水处理单元。法国科学家在政府的资助下，在此领域进行了长期研究，如生物膜的xx群落（自养xx和异养xx）组成、数量，氨氧化、硝化过程的能量和氧气消耗等，养殖废水中不同C/N比率对生物滤器效能的影响，并在此基础上获得生物滤器硝化动力学模型，建立了生物滤器的设计与管理规范。生物滤器管理技术的突破对推广应用封闭循环水养殖系统起到了积极的推动作用。（5）养殖废水的资源化利用与无公害排放技术。养殖污水处理是封闭循环水养殖技术发展中的一个重要课题。法国科学家设计了利用大型藻类净化养殖废水系统，经净化后的养殖废水再回用至养殖池，丹麦采用在养殖池之间设生物净化器的方式，将养殖污水进行处理后再进行排放；同时，封闭循环水养殖技术先进的发达国家也根据各自的水处理技术特点开发出一些体积小、成本低、处理污水能力强的新型养殖污水处理设备。
以西班牙Aquacria Arousa大菱鲆工厂化养殖场为典型示例：该厂位于西班牙西北部加利西亚省的Pontevedra，建于2000年3月22日，是由Sunfish公司设计的第三代循环水系统，年产苗种8批，共400,000尾，养殖场年产商品鱼500吨，养殖面积1,885m2，相当于265kg/年/m2（包括育苗池、废弃物和废水处理单元占地）。据不xx统计，目前欧洲的封闭循环水养殖面积约30万m2，且发展速度很快。
当前国外从事封闭循环水养殖技术研究的两家代表性单位：
（1）法国国家海洋开发研究所 (Ifremer)早在上世纪80年代就开始了研究，仅在位于PALAVAS的地中海鱼类研究所就专门建有8套封闭循环水养殖实验系统，目前进行的有关涉及循环水养殖的研究内容包括：精准投喂的喂饲系统、在高密度养殖条件下鱼类的游泳和喂饲行为、通过饲料配方的改善以减少废物排放、光周期对鱼类摄食行为的影响、鱼类养殖环境的优化、xx的数量和种类对水处理系统效能的影响、换水量和循环水率的优化、养殖水体中的酸碱平衡、养殖设施的优化设计、鱼类的福利等。
（2）美国华盛顿大学生物系统工程学院
主要研究基于环境友好的保护资源的养殖系统，研究重点是水质的调控和养殖废弃物处理。研究平台包括：针对封闭循环水养殖系统环境作用过程的模型和仿真；硝化xx的固定和增殖。重点研究领域包括：生物滤器和封闭循环水养殖系统：封闭循环水养殖系统的改善和提高，在 WRAC、WSU/UI 格兰特特别基金资助下，研究去除氮、悬浮颗粒物和超细悬浮物的技术和设施设备，特别是设计一些新的生物滤器；养殖系统的水质调控和废弃物处理。
据不xx统计，目前国外有循环水生产厂家30余家，主要分布在北美（美国、加拿大）、欧洲（西班牙、法国、丹麦），较有名的厂家如Marine Biotech, Inc.、Aquaculture Systems Technologies、LLC Water Management Technologies, Inc.、RMF-Applied Aquatics、Aquatic Eco-Systems, Inc. PR Aqua Ltd等，这些企业生产的水处理产品行销全世界。
2 中外循环水养殖比较
目前国内海水循环水养殖技术虽有大幅提高，但和国外先进技术相比，在技术上仍有5~10年的差距，国内的海水循环水养殖缺乏系统科学的养殖技术和管理规范，生产中存在管理粗放、过量使用xx、生产周期长、水资源浪费严重、污染环境等问题；国外对养殖生产过程的研究非常系统深入，长期研究和应用积累的数据详尽、准确，技术先进，从业者素质高，但由于养殖对象和水质等与我国的xx差异，我们在积极引进国外先进技术和装备的同时，还必须结合国情进行集成和创新。
3 发展展望
当前，我们已具备发展海水循环水养殖的良好内外部条件，我们必须抓住机遇，不断的进行技术改良、集成和创新，在关键技术上迅速获得突破，通过建立高产高效的示范基地，带动全行业自觉践行循环水养殖模式，促进循环水养殖产业的快速可持续发展。
（1）我国海水养殖产量居世界{dy}，但产品出口率不高，价值低，随着城镇及农村居民生活水平的提高，西部开发的兴起，海产品需求量将不断上升，市场对海产品品质的要求也将越来越高；由于近海环境污染的加剧和环境水质的易变性，使得传统的流水或静水养殖方式的生产稳定性愈发得不到保证，养殖企业主对封闭循环水技术有望变成一种自发的需求；此外，随着养殖规模扩大，养殖种类增多，养殖和苗种繁育产业也迫切需要建立技术先进、稳产高产、低成本、高效益的养殖和繁育成套生产体系与设备，但目前现有的养殖/育苗场技术含量低、设备简陋、生产成本高、生产能力低下、稳定性差，受人为、季节、天气等因素影响大，抗风险能力弱，全行业处于低投入、高成本、资源浪费、污染严重、经济效益波动的恶性状况中。其技术设施落后不仅使该行业业主经营难以为继，而且直接影响到产品品质及养殖效益；采用封闭循环水养殖/育苗系统成套设备经济效益显著，可以提高单位养殖/育苗水体的生产能力3－5倍，提高生产过程的抗风险能力，降低了人为因素干扰和生产对环境的依赖性，可以做到以销选产，防止供求严重失调，保证生产稳定和良好的经济效益。
（2）国家的推动将进一步促进海水循环水养殖产业的快速、健康和可持续发展。当前，水产工程学的研究与应用正成为国家重大需求和重要支持方向。国家几个主要规划纲要，包括：国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020年）的重点领域及其优先主题是—“多功能农业装备与设施”；国家“十一五”科学技术发展规划纲要的超前部署前沿技术研究是：“精准农业技术与装备”，国家中长期渔业科技发展规划（2006～2020）的六大创新方向之一是“渔业节能减排技术与重大装备开发”等。国家的政策和资金支持，将对产业的发展产生巨大的推动作用。
（3）在未来，公众和管理部门对一些水产养殖模式的环境影响的监督将日益严格，将迫使水产养殖业改进管理，减少环境影响，提高这一行业的环境可持续性并保证其经济可行性。
（4）全球的气候变化将进一步促进水产养殖生产采用养殖新模式来应对气候变暖的影响。虽然气候变化对水产养殖的影响还未定性，也无法进行预测。但最近五年，水产养殖业因气候变化引起的气温升高、天气和水资源变化遭受了前所未有的打击，如南方的冻害、台风、降雨和北方的持续干旱等，因此，我们必须改变目前水产养殖业“靠天吃饭”的局面，利用受环境气候变化影响很小的封闭循环水养殖新模式来应对气候变暖的影响。
当前，我们研究和应用海水循环水养殖值得关注的主要问题如下：
（1）采取自主创新研发与集成国外先进技术与系统相结合方针，完善和配套封闭循环水养殖设施设备，建立设施设备标准化生产加工工艺与标准；
（2）研究精准养殖/育苗技术，高密度健康大幅度提高养殖/育苗生产的稳定性，促进经济效益和生态效益的显著提升，从整体上提升我国海水封闭循环水养殖技术。
（3）对封闭循环水养殖系统设计和设备制造商而言，封闭循环水养殖系统，从养殖系统设计到养殖生产运行与管理，直至产品上市，应满足“ARE”三原则：即适用性（Applicability）、可靠性（Reliability）和经济性（Economy），并在此基础上，将工厂化养殖系统的优势充分发挥，促进从业者的自觉使用和推广应用，实现节约资源并有效地保护环境。对养殖生产使用者而言，要强调对系统管理的重要性大于系统设施设备本身的技术，封闭循环水养殖系统的使用，对管理者的素质和责任心提出了更高的要求。
（4）在大力推进封闭循环水养殖技术与生产应用的同时，应加强亲鱼和苗种封闭循环水培育技术和装备的研究，因为后两者最能体现封闭循环水养殖系统节省加热或制冷能耗、保证水质稳定的优越性，在中国目前的国力条件和消费水平下，最可能使该技术在亲鱼和苗种培育，以及海珍品如鲍鱼、刺参养殖等方面快速得到推广应用。
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