变速流操作调控循环水养殖系统水质效果研究

为了避免循环水养殖排氨高峰期氨氮和亚硝酸盐积累对养殖动物的毒害,提高生产效率,降低成本,提出了一种循环水养殖系统变速流调控技术。实验分别研究了罗非鱼群排氨规律、生物滤池硝化能力与流量关系以及循环率对循环系统水质的影响,设计了变速流参数并进行验证。研究结果表明,罗非鱼群摄食后12 h内4~8 h达到最大排氨速率(0.21~0.23 g/h),其他时间排氨速率为0.08~0.09 g/h;生物滤池的硝化速率基本不受流量的影响,但流量越高出水氨氮和亚硝酸盐质量浓度越低,并且最大氨氧化速率(7.72 g/(m3·h))高于最大亚硝酸盐氧化速率(7.21 g/(m3·h));在实验循环水系统中,375 L/h循环流量下氨氮和亚硝酸盐质量浓度高于750 L/h循环流量下质量浓度,且12 h内峰值超过限制质量浓度。根据以上结果设计的4~8 h内增加循环流量的变速流操作将高峰期氨氮和亚硝酸盐氮质量浓度分别降至2.03~2.24 mg/L和0.56~0.62 mg/L,低于罗非鱼限制质量浓度,并且变速流易于实现,在提高养殖水质的同时降低成本,为水质调控和低成本循环水养殖技术提供了参考。     

基于PIV的循环式生物絮团系统涡旋分离器内流场研究

为分析循环式生物絮团系统涡旋分离器的内流场特性,基于非接触式流场测试PIV (Particle image velocimetry)技术对试验规模涡旋分离器内流场进行测量,分析了该涡旋分离器在不同水力停留时间工况下(248、83、49 s)涡旋分离器内部流场的合速度、分速度和涡量等分布情况。结果表明:不同水力停留时间条件下,涡旋分离器内套筒内部区域的左下角和上部区域均表现一定的涡旋,同时随着水力停留时间的加快,中间内套筒内的颗粒速度方向大致相同,仅在筒壁附近产生小的二次流,同时沉积仓内的颗粒速度方向趋于一致;虽然水力停留时间加快,但轴向和径向的合速度变化不大,且不同速度占据的比例基本相同;不同工况下顺时针和逆时针涡量基本相同,且水力停留时间越慢,流场的涡量相对越小,并随着水力停留时间加快涡量分布趋向均匀,即高涡量区域逐渐增加; PIV试验由于激光能量一定,其穿透能力有限,因此,对于复杂结构的PIV试验所获得的结果有待改进。     

周期性“饥饿-再投喂”对大口黑鲈幼鱼补偿生长的影响

在水温(26.5±1.2)℃下,将体质量(45.70±0.56)g的大口黑鲈Micropterus salmoides幼鱼分为4组,饲养在采光大棚内的30m2水泥池中,每池40尾,D0组每天饱食投喂2次,D1、D2、D3组分别投喂6d、5d、4d,饥饿1d、2d、3d,持续8周,每组3个重复池塘,研究周期性“饥饿-再投喂”对大口黑鲈幼鱼补偿生长的影响。结果发现,随着每周饥饿天数的增加,大口黑鲈的末体质量和增重率均不同程度下降,但D1组与D0组无显著差异(P>0.05)。大口黑鲈的日摄食量随饥饿时间的增加而显著提高(P<0.05),但各组间无显著差异(P>0.05)。D1组的饲料利用效率和蛋白质效率与D0组无显著差异(P<0.05);而D2和D3组显著低于D0组(P<0.05)。试验结束时,鱼体粗蛋白和粗脂肪含量随饥饿时间增加而下降。D3组鱼的胃和肠道蛋白酶活性显著低于D0组(P<0.05);D1组的胃和肠道脂肪酶活性较高;D1和D2组胃淀粉酶活性较高,肠道淀粉酶活性则随着饥饿时间增加显著上升(P<0.05)。饥饿使大口黑鲈血清甘油三酯和总胆固醇含量降低,血清谷草转氨酶和谷丙转氨酶活性增加。血清生长激素水平随着饥饿时间增加而上升,类胰岛素生长因子-Ⅰ水平则下降(P<0.05)。结果表明:每周投喂6d饥饿1d的大口黑鲈饲料转化效率较高,实现了完全补偿生长,可供集约化养殖的科学投喂参考。     

碳源供给策略对水产养殖废水生物絮团处理效果的影响

为探究碳源供给策略对工厂化循环水养殖系统废水生物絮团处理的影响,以水产养殖模拟废水为研究对象,以蔗糖、乙酸钠和甘油为碳源,分别设置不同C/N比梯度(5、10和15)进行了相关研究。结果表明,各实验组均存在硝化作用和同化作用,在较低C/N比(C/N比为5)时,不同碳源硝化作用强度存在显著差异(P0.05),但在各系统稳定阶段,氨氮去除率均达到90%以上。其中,乙酸钠为碳源时,系统达到稳定所需时间较短(4 d),并不受C/N比的影响,而另外2组随着C/N比增加,系统达到稳定所需时间逐渐减少(均由24 d减少至12 d),且氨氮去除效率逐渐提高。其次,不同碳源和C/N比对生物絮团系统碱度的影响不同,在系统稳定阶段,乙酸钠随着C/N比增加,碱度逐渐升高,且均保持较高的浓度,不适宜水产重复利用,而蔗糖和甘油相对稳定,且均低于200 mg/L。另外,结合生物絮团沉积指数可知,生物絮团的沉降性能对絮团氨氮去除效率没有显著影响(P0.05)。在低C/N比时,不同碳源其EPS多糖含量差异不显著(P0.05),而随着C/N比增加,不同碳源EPS多糖含量的多少及变化趋势不同。     

微电流电解去除养殖海水中氨氮效果

为了探究微电流电解技术去除养殖水体中氨氮的效果,试验以盐度为30‰(质量分数)人造海水为对象,设置了循环水温度、流速和电流密度3个参数以及对应参数的3个水平,探究其对氨氮去除率的影响。试验结果表明,在试验设置的温度(18、25、32℃)和流速(100、300、500 m L/min)条件下,循环水温度和流速的变化对氨氮去除率影响并不明显。试验设置的电流密度(20、40、60 A/m2)条件下,对氨氮去除率有明显作用,且电流密度越大,单位时间内氨氮去除速率越快。正交试验确定了最优去除条件为电流密度、水温和流速分别为40 A/m2、32℃、500 m L/min。通过能耗分析可知,在设定的参数范围内,不同温度条件下最低能耗条件为电流密度40 A/m2、流速300 m L/min,最低的能耗为21.26 Wh/kg。研究结果可以为微电流电解在海水循环水养殖中氨氮降解提供参考。     

基于CFD的循环生物絮团系统涡旋分离器结构参数优化

为提高循环生物絮团系统涡旋分离器分离效率,以欧拉-欧拉多相湍流模型为理论框架,运用计算流体力学技术,对3种不同筒径比α涡旋分离器内固液两相三维流动进行了数值模拟,并分析了相关速度云图、速度矢量云图、流体迹线云图、内部固相分布以及出口处固相体积分数变化等。模拟结果表明:在进水口进水速度为0.36 m/s时,随着筒径比α的增大,3种涡旋分离器套筒外侧以及进水口以下部分速度流场差别较小,但套筒内流场湍流逐渐加剧,同时,套筒外侧附近和套筒内部,涡旋逐渐加剧,增加能耗,且不利于固体颗粒的沉积,总体而言,涡旋分离器在α为1.5之后分离效率下降,并保持相对稳定,具体表现为,当涡旋分离器α为1.5时,内部固相体积分数相对较高,而出口处固相体积分数较低,随着α增大,其分离效率由α为1.5时的27%降至α为2.0时的17%,并随着α再次增至2.5时,分离效率保持基本不变。涡旋分离器流场速度的实测结果与模拟结果基本一致,而分离效率存在一定差异,但是变化规律相同,表明数值模拟在优化涡旋分离器结构方面是可行的。     

基于CFD的循环生物絮团系统养殖池固相分布均匀性评价

为探索循环生物絮团系统相对原位生物絮团系统在生物絮团分布均匀性方面的改善,以欧拉-欧拉多相湍流模型为理论框架,运用计算流体力学(computational fluid dynamics)技术,对两种系统养殖池固液气三相三维流动进行了数值模拟,分析了两种养殖池的液相速度云图、液相流线图以及固相分布特性。模拟结果表明:在水力停留时间为0.90 h时,循环养殖池流场相对复杂,流向变化较乱且分布于整个空间,紊流相对剧烈,流场速度大小分布更均匀,死区相对较少,固相主要分布在中心大范围区域,便于循环,在底部未出现沉积现象,能够避免生产中由于生物絮团在桶底角处的沉积造成厌氧病菌的滋生。另外,循环养殖池生物絮团固相体积分数约为0.1,比较适宜罗非鱼等养殖对象的生长。通过与实测数据对比,模型的模拟值误差均在20%之内,模拟结果可信,该研究说明循环生物絮团系统能够解决原位生物絮团系统中生物絮团分布不均匀以及流场死角多的问题。