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涌浪機在南美白對蝦養殖中增氧作用的研究

發表時間:2020-06-10 00:00作者:黃崇武 劉晃 宋紅橋 張成林

試驗表明:涌浪機在晴好天氣下增氧能力遠超水車式增氧機,溶解氧含量平均提高1.24 mg/L。涌浪機在實際應用中與其它增氧模式相結合使用,將會取得較好的增氧效果。

  文/ 中國水產科學研究院漁業機械儀器研究所 管崇武 劉晃 宋紅橋 張成林

  溶解氧為對蝦正常代謝和生長所需要,是對蝦賴以生存的首要條件。在南美白對蝦養殖生產過程中,溶解氧以不低于3mg/L為宜。在對蝦高密度養殖條件下,溶解氧往往不能滿足對蝦的正常生長所需,因此各類增氧機械得以廣泛應用,目前對蝦養殖中廣泛應用的增氧機械為水車式增氧機和葉輪式增氧機。

  水車式增氧機其動力效率為0.9-1.32kg/kW·h,在中上層有著較強的推流能力和一定的混合能力,對池塘中上水層的溶解氧提升效果較好,且工作時能產生有向水流,可使水體廢物和殘餌集中,便于排污。

  葉輪式增氧機其動力效率為1.14-1.85kg/kW·h,在整個水體中有較強的混合與提升能力,可以同時提升不同深度各水層的溶解氧。谷堅等人研究表明葉輪增氧機的綜合增氧性能要高于水車和螺旋槳,在池塘中葉輪式增氧機和水車式增氧機平均增氧速率分別為1.425mg/L·h和0.398mg/L·h。包海巖等人研究指出葉輪增氧機在南美白對蝦養殖中存在陰雨天增氧效果差、對南美白對蝦具有一定的機械損傷、能耗高等缺陷。周惠鐘等在南美白對蝦養殖中進行葉輪式與水車式增氧機增氧效果對比試驗,結果表明水車式增氧機比葉輪式增氧效果提高103.8%,畝均節省電費成本50.16元。

  涌浪機是近年來研制和推廣的一種新型池塘養殖增氧機械,為葉輪式增氧機的更新換代產品。其工作機理是利用浮體葉輪中央提水并共振造浪向四周擴散,提高陽光對水體的光照強度促進水體藻類的生長,充分發揮和利用池塘的生態增氧能力。目前應用涌浪機進行水產養殖的研究尚未見報道,為了深入研究涌浪機在水產養殖業的實際應用價值,本文以南美白對蝦為養殖對象,研究涌浪機在其養殖過程中的增氧能力,并與傳統水車式增氧機進行對比,為對蝦養殖增氧提供新的途徑。

  一、材料與方法

  1、試驗材料
  實驗地點位于湛江恒興863基地的親蝦選育區,試驗蝦池為高位池,池壁鋪砌水泥,池底鋪地膜,面積為1畝,水深為1.5 m。
  試驗蝦苗選用SPF一代苗,購買于恒興南方水產有限公司,規格為標準體長0.8 cm,投放密度為16萬尾/畝。
  水車式增氧機選用“喃嶸”0.75 kW高效率增氧機,涌浪機選用“喃嶸”0.75 kW多功能涌浪機。具體安放位置如圖1所示。

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  2、試驗方法
  試驗分為三組,分別于養殖中期和后期進行溶解氧測定,即養殖50-60d和85-95d期間,每天測定5次,分別位于5:00、10:00、14:00、19:00和23:00。檢測點位于蝦池東南西北4個點,分別測定池底和距水面20 cm處兩個水層水樣。針對晴天和陰雨天不同天氣狀況進行24小時連續監測,每隔20 min定點測定一次;并針對開啟和關停增氧機半小時內溶解氧變化情況進行連續監測,每隔5 min測定一次。
  進行蝦池排污量統計。將排水閥開至**,測定排出濃度很高發黑污水的排放時間,每天定時排放3次,每次用秒表計時。
  水溫和溶解氧(DO)采用YSI ProODO光學溶氧儀測定,并用YSI Proplus多參數測定儀進行校準。氨氮采用次溴酸鈉氧化法(GB12763.4),亞硝酸鹽氮采用重氮-偶氮法(GB12763.4)。

  3、數據統計與分析
  蝦池溶解氧含量以4個檢測點上下水層的平均值表示,蝦池排污量以每天3次排放時間總和表示。結果以平均值±標準差表示,應用Excel2010軟件對試驗數據進行統計分析,使用SigmaPlot 11.0軟件作圖。

  二、試驗結果

  1、增氧效果對比情況
  圖2為天氣晴好時養殖中期3個試驗組的溶解氧和水溫變化情況,各組間變化規律基本相同,都是中午14:00溶解氧最高,晚上23:00溶解氧最低,凌晨5:00溶解氧與夜間23:00相比略有升高,這可能與水溫降低有關。
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  從圖中可以看出A組使用涌浪機的在中午溶解氧濃度較其它兩組都高,最高達到14.67mg/L,而且在19:00仍呈超飽和狀態,提高蝦池整個水體載氧量,使其在夜間缺氧期占較高基點。夜間A組與B組溶解氧濃度相差不大,涌浪機主要充分利用池塘生態增氧能力,夜間與水車增氧效果相近。增加水車數量在白天增氧效果并不明顯,但在夜間效果顯著,**差值達2.08mg/L。
  在夜間蝦池中溶解氧分布比較均勻,上下水層溶解氧濃度**差值僅為0.25mg/L,涌浪機跟水車攪水混合能力都較好。而白天A組上下水層溶解氧濃度相差較大,**差值達2.10mg/L,但是A組底層水溶解氧均高于B組和C組表層水溶解氧。
  圖4為A組和B組在晴天和陰雨天的增氧效果對比情況,從圖中可以看出在陰雨天A組涌浪機**增氧量為1.13mg/L,日增氧量變化幅度不大,基本維持在5.01-6.58mg/L之間。B組水車增氧變化趨勢與A組涌浪機基本相同。
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  2、應急增氧效果對比情況
  在投喂時,為了不影響對蝦攝食,需停開增氧機。圖5為涌浪機和水車式增氧機在停開后溶解氧的變化情況,水溫為31.4℃,初始溶解氧為3.03mg/L,B組水車式增氧機在停開不到半小時,溶解氧已經從3mg/L降至2mg/L,A組涌浪機的溶解氧仍有2.55mg/L。
  開機后溶解氧變化情況,在開機10min后,開啟涌浪機的蝦池溶解氧便高于開啟水車的蝦池,開啟50min后溶解氧含量趨于相同。在早上6:50水溫為31.4℃時,開機50min后,A組涌浪機溶解氧增加1.00mg/L,B組水車式增氧機溶解氧增加0.94mg/L。

  3、對水質的影響情況
  表2為3個試驗組水質變化情況,在相同投喂量條件下,試驗組A排污量最少,僅為試驗組C的72%,但氨氮和亞硝酸鹽濃度與其他試驗組無明顯差別,均在對蝦生長水質要求允許范圍內。其原因是涌浪機將底層水提升至表層,在陽光輻照下,浮游植物光合作用特別強,水中氨氮、亞硝酸鹽和有機沉淀物等被充分氧化分解成為有益的氮、磷等肥分,被浮游植物吸收后,又促進浮游植物的生長,形成良性循環。因此,使用涌浪機既改善了養殖環境,又減少了廢水的排放,有益于南美白對蝦的無公害養殖。
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  三、討論

  1、涌浪機的增氧能力
  高溶氧量是養蝦成功的關鍵,它不僅直接提供對蝦呼吸用氧,同時還可調節其它水質因子,使水質保持在較好的水平,被認為是水產養殖中最關鍵的限制因子。來自空氣中的氧溶于水體是池塘溶解氧的重要補充,占其收入的4.7-40%。在靜止狀態下這種方式溶氧是非常緩慢的,在有水流動狀態下,空氣中的氧氣不斷溶入水中,增氧機的使用正是基于此原理。通過水生植物的光合作用增加水中溶解氧是池塘中DO的最有效和最經常的來源,占池塘DO收入的60-95%。如果天氣晴朗、平靜無風,DO會大量積存在水中,可以高達飽和度的200%以上。因此要提高蝦池溶解氧負載量,關鍵是充分發揮池塘的生態增氧能力。
  涌浪機工作時,池水在其浮體葉輪旋轉作用下,沿水面徑向輸出向四周涌去,流速的加快將涌浪機旋轉中心部分的流體壓力降低,造成底層水流上升的旋流,從而構成一個大范圍的立體循環水流。從而使整個水體都有機會與空氣接觸,提高了氣液接觸面積,強化了陽光利用率,促進了浮游植物的生長。涌浪機充分利用和發揮池塘的生態增氧能力,因此在天氣條件較好情況下的增氧能力遠超水車式增氧機,平均增加溶解氧含量1.25mg/L,**差值達到2.31mg/L。
  在陰雨天或夜晚,不能發揮池塘生態增氧作用情況下,涌浪機與水車式增氧機一樣,都是基于擴散原理。水車主要依靠葉輪擊水,發揮機械攪水作用,激起強烈的水花和水霧,加速空氣中的氧氣向水中溶解;涌浪機則依靠其在水面形成波幅40mm波浪,促進大氣溶入水中。據有關研究表明,在穩定水面狀態, KL(氧轉移系數)為0.05m/h,微微起波時為0.09m/h,起波時為0.15m/h,大波時可達0.22m/h。
  0.75kW涌浪機的造浪范圍直徑可達60m,面積4畝以下的池塘在晴好天氣下,僅用一臺涌浪機就能提供充足溶解氧,使底層水達到過飽和狀態,因此在實際應用中可與其它形式的增氧機在不同時段合理配合使用,像近幾年興起的底增氧模式,與之相結合在夜間及陰雨天配合使用可能會有不錯效果。
  
  2、涌浪機的應急增氧能力
  在投喂時常需關停增氧機,清晨和夜間停開增氧機極易造成缺氧。據李健等研究發現,DO含量降低到2mg/L以下時,對蝦幾乎不攝食。在試驗中發現涌浪機關停后溶解氧下降速度慢于水車,在水溫為31.4℃時,停開增氧機25min,相同溶解氧濃度水平下,水車比涌浪機溶解氧低0.49mg/L。由于涌浪機形成的是一個立體環流,與大氣接觸的底層水比例較高,打破水體分層的現象,使水體溶解氧的均勻合理分布。因此在停機后,涌浪機的溶解氧降幅速度明顯低于水車式增氧機。
  開機后涌浪機的增氧速度略快于水車,主要由于涌浪機是依靠形成波浪,通過提高液面間氧轉移系數KL進行增氧,因此它是水體整體增氧,而不是局部增氧。水車則以其所在區域范圍內中上水層局部增氧,據谷堅等研究表明水車增氧機在開機80min 后池塘中上水層才基本達到均勻狀態。在試驗中發現開機50min后,涌浪機與水車溶解氧含量趨于相同。

  3、涌浪機的水質凈化能力
  高密度養殖帶來很多的殘餌、對蝦排泄物和糞便污染,高位池養殖模式可利用其便利的進排水系統進行頻繁換水,來維持蝦池內較好的水質。但是這些污染物最終還是會隨著排換水轉移至鄰近水域,影響養殖生態環境。而且養殖密度過大時,池水惡化,迫使注排水頻率加大,污染的池水排入近海,污染的海水又重新注入池內,引起池水污染,形成惡性循環。

  水車增氧機隨著葉輪的轉動在池塘中上層形成直線方向的水流,對底部水層攪動作用較小,在擺放位置合理情況下,其集污效果十分出色,是目前高位池養殖模式基本選用水車式增氧機的原因之一。但是這種對流將表層水與底層水充分混合交換,涌浪機比傳統增氧設備更能構建水體底部良好的微生物結構。沉積在水底的淤泥得到有效氧氣供給,其表面就成為好氣性細菌的過濾床從而變得無害,促進異養菌繁殖,加快有害物質的氧化分解過程;通過水的物理、化學及生物作用,將有害的異物分解轉化,降低水體中的有機物和重金屬元素,修復水體,使水體恢復正常機能,提高自凈能力,減少污物產生和排放。

  四、 結論

  涌浪機作為葉輪式增氧機更新換代產品晴好天氣下增氧能力遠超水車式增氧機,與之相比平均增加溶解氧含量1.25mg/L。涌浪機在開啟和關停時,對蝦池溶解氧變化效果優于水車,而且其在底質改良和減少污物排放方面性能較好。

  參考文獻(略)


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