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涌浪机在南美白对虾养殖中增氧作用的研究

2012-05-01 15:15:00  水产养殖网  出处:水产前沿        浏览量: 11974 次 我要评论
  试验表明:涌浪机在晴好天气下增氧能力远超水车式增氧机,溶解氧含量平均提高1.24 mg/L。涌浪机在实际应用中与其它增氧模式相结合使用,将会取得较好的增氧效果。

  文/ 中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所 管崇武 刘晃 宋红桥 张成林

  溶解氧为对虾正常代谢和生长所需要,是对虾赖以生存的首要条件。在南美白对虾养殖生产过程中,溶解氧以不低于3mg/L为宜。在对虾高密度养殖条件下,溶解氧往往不能满足对虾的正常生长所需,因此各类增氧机械得以广泛应用,目前对虾养殖中广泛应用的增氧机械为水车式增氧机和叶轮式增氧机。

  水车式增氧机其动力效率为0.9-1.32kg/kW·h,在中上层有着较强的推流能力和一定的混合能力,对池塘中上水层的溶解氧提升效果较好,且工作时能产生有向水流,可使水体废物和残饵集中,便于排污。

  叶轮式增氧机其动力效率为1.14-1.85kg/kW·h,在整个水体中有较强的混合与提升能力,可以同时提升不同深度各水层的溶解氧。谷坚等人研究表明叶轮增氧机的综合增氧性能要高于水车和螺旋桨,在池塘中叶轮式增氧机和水车式增氧机平均增氧速率分别为1.425mg/L·h和0.398mg/L·h。包海岩等人研究指出叶轮增氧机在南美白对虾养殖中存在阴雨天增氧效果差、对南美白对虾具有一定的机械损伤、能耗高等缺陷。周惠钟等在南美白对虾养殖中进行叶轮式与水车式增氧机增氧效果对比试验,结果表明水车式增氧机比叶轮式增氧效果提高103.8%,亩均节省电费成本50.16元。

  涌浪机是近年来研制和推广的一种新型池塘养殖增氧机械,为叶轮式增氧机的更新换代产品。其工作机理是利用浮体叶轮中央提水并共振造浪向四周扩散,提高阳光对水体的光照强度促进水体藻类的生长,充分发挥和利用池塘的生态增氧能力。目前应用涌浪机进行水产养殖的研究尚未见报道,为了深入研究涌浪机在水产养殖业的实际应用价值,本文以南美白对虾为养殖对象,研究涌浪机在其养殖过程中的增氧能力,并与传统水车式增氧机进行对比,为对虾养殖增氧提供新的途径。

  一、材料与方法

  1、试验材料
  实验地点位于湛江恒兴863基地的亲虾选育区,试验虾池为高位池,池壁铺砌水泥,池底铺地膜,面积为1亩,水深为1.5 m。
  试验虾苗选用SPF一代苗,购买于恒兴南方水产有限公司,规格为标准体长0.8 cm,投放密度为16万尾/亩。
  水车式增氧机选用“喃嵘”0.75 kW高效率增氧机,涌浪机选用“喃嵘”0.75 kW多功能涌浪机。具体安放位置如图1所示。
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  2、试验方法
  试验分为三组,分别于养殖中期和后期进行溶解氧测定,即养殖50-60d和85-95d期间,每天测定5次,分别位于5:00、10:00、14:00、19:00和23:00。检测点位于虾池东南西北4个点,分别测定池底和距水面20 cm处两个水层水样。针对晴天和阴雨天不同天气状况进行24小时连续监测,每隔20 min定点测定一次;并针对开启和关停增氧机半小时内溶解氧变化情况进行连续监测,每隔5 min测定一次。
  进行虾池排污量统计。将排水阀开至最大,测定排出浓度很高发黑污水的排放时间,每天定时排放3次,每次用秒表计时。
  水温和溶解氧(DO)采用YSI ProODO光学溶氧仪测定,并用YSI Proplus多参数测定仪进行校准。氨氮采用次溴酸钠氧化法(GB12763.4),亚硝酸盐氮采用重氮-偶氮法(GB12763.4)。

  3、数据统计与分析
  虾池溶解氧含量以4个检测点上下水层的平均值表示,虾池排污量以每天3次排放时间总和表示。结果以平均值±标准差表示,应用Excel2010软件对试验数据进行统计分析,使用SigmaPlot 11.0软件作图。

  二、试验结果

  1、增氧效果对比情况
  图2为天气晴好时养殖中期3个试验组的溶解氧和水温变化情况,各组间变化规律基本相同,都是中午14:00溶解氧最高,晚上23:00溶解氧最低,凌晨5:00溶解氧与夜间23:00相比略有升高,这可能与水温降低有关。
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  从图中可以看出A组使用涌浪机的在中午溶解氧浓度较其它两组都高,最高达到14.67mg/L,而且在19:00仍呈超饱和状态,提高虾池整个水体载氧量,使其在夜间缺氧期占较高基点。夜间A组与B组溶解氧浓度相差不大,涌浪机主要充分利用池塘生态增氧能力,夜间与水车增氧效果相近。增加水车数量在白天增氧效果并不明显,但在夜间效果显著,最大差值达2.08mg/L。
  在夜间虾池中溶解氧分布比较均匀,上下水层溶解氧浓度最大差值仅为0.25mg/L,涌浪机跟水车搅水混合能力都较好。而白天A组上下水层溶解氧浓度相差较大,最大差值达2.10mg/L,但是A组底层水溶解氧均高于B组和C组表层水溶解氧。
  图4为A组和B组在晴天和阴雨天的增氧效果对比情况,从图中可以看出在阴雨天A组涌浪机最大增氧量为1.13mg/L,日增氧量变化幅度不大,基本维持在5.01-6.58mg/L之间。B组水车增氧变化趋势与A组涌浪机基本相同。
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  2、应急增氧效果对比情况
  在投喂时,为了不影响对虾摄食,需停开增氧机。图5为涌浪机和水车式增氧机在停开后溶解氧的变化情况,水温为31.4℃,初始溶解氧为3.03mg/L,B组水车式增氧机在停开不到半小时,溶解氧已经从3mg/L降至2mg/L,A组涌浪机的溶解氧仍有2.55mg/L。
  开机后溶解氧变化情况,在开机10min后,开启涌浪机的虾池溶解氧便高于开启水车的虾池,开启50min后溶解氧含量趋于相同。在早上6:50水温为31.4℃时,开机50min后,A组涌浪机溶解氧增加1.00mg/L,B组水车式增氧机溶解氧增加0.94mg/L。

  3、对水质的影响情况
  表2为3个试验组水质变化情况,在相同投喂量条件下,试验组A排污量最少,仅为试验组C的72%,但氨氮和亚硝酸盐浓度与其他试验组无明显差别,均在对虾生长水质要求允许范围内。其原因是涌浪机将底层水提升至表层,在阳光辐照下,浮游植物光合作用特别强,水中氨氮、亚硝酸盐和有机沉淀物等被充分氧化分解成为有益的氮、磷等肥分,被浮游植物吸收后,又促进浮游植物的生长,形成良性循环。因此,使用涌浪机既改善了养殖环境,又减少了废水的排放,有益于南美白对虾的无公害养殖。
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  三、讨论

  1、涌浪机的增氧能力
  高溶氧量是养虾成功的关键,它不仅直接提供对虾呼吸用氧,同时还可调节其它水质因子,使水质保持在较好的水平,被认为是水产养殖中最关键的限制因子。来自空气中的氧溶于水体是池塘溶解氧的重要补充,占其收入的4.7-40%。在静止状态下这种方式溶氧是非常缓慢的,在有水流动状态下,空气中的氧气不断溶入水中,增氧机的使用正是基于此原理。通过水生植物的光合作用增加水中溶解氧是池塘中DO的最有效和最经常的来源,占池塘DO收入的60-95%。如果天气晴朗、平静无风,DO会大量积存在水中,可以高达饱和度的200%以上。因此要提高虾池溶解氧负载量,关键是充分发挥池塘的生态增氧能力。
  涌浪机工作时,池水在其浮体叶轮旋转作用下,沿水面径向输出向四周涌去,流速的加快将涌浪机旋转中心部分的流体压力降低,造成底层水流上升的旋流,从而构成一个大范围的立体循环水流。从而使整个水体都有机会与空气接触,提高了气液接触面积,强化了阳光利用率,促进了浮游植物的生长。涌浪机充分利用和发挥池塘的生态增氧能力,因此在天气条件较好情况下的增氧能力远超水车式增氧机,平均增加溶解氧含量1.25mg/L,最大差值达到2.31mg/L。
  在阴雨天或夜晚,不能发挥池塘生态增氧作用情况下,涌浪机与水车式增氧机一样,都是基于扩散原理。水车主要依靠叶轮击水,发挥机械搅水作用,激起强烈的水花和水雾,加速空气中的氧气向水中溶解;涌浪机则依靠其在水面形成波幅40mm波浪,促进大气溶入水中。据有关研究表明,在稳定水面状态, KL(氧转移系数)为0.05m/h,微微起波时为0.09m/h,起波时为0.15m/h,大波时可达0.22m/h。
  0.75kW涌浪机的造浪范围直径可达60m,面积4亩以下的池塘在晴好天气下,仅用一台涌浪机就能提供充足溶解氧,使底层水达到过饱和状态,因此在实际应用中可与其它形式的增氧机在不同时段合理配合使用,像近几年兴起的底增氧模式,与之相结合在夜间及阴雨天配合使用可能会有不错效果。
  
  2、涌浪机的应急增氧能力
  在投喂时常需关停增氧机,清晨和夜间停开增氧机极易造成缺氧。据李健等研究发现,DO含量降低到2mg/L以下时,对虾几乎不摄食。在试验中发现涌浪机关停后溶解氧下降速度慢于水车,在水温为31.4℃时,停开增氧机25min,相同溶解氧浓度水平下,水车比涌浪机溶解氧低0.49mg/L。由于涌浪机形成的是一个立体环流,与大气接触的底层水比例较高,打破水体分层的现象,使水体溶解氧的均匀合理分布。因此在停机后,涌浪机的溶解氧降幅速度明显低于水车式增氧机。
  开机后涌浪机的增氧速度略快于水车,主要由于涌浪机是依靠形成波浪,通过提高液面间氧转移系数KL进行增氧,因此它是水体整体增氧,而不是局部增氧。水车则以其所在区域范围内中上水层局部增氧,据谷坚等研究表明水车增氧机在开机80min 后池塘中上水层才基本达到均匀状态。在试验中发现开机50min后,涌浪机与水车溶解氧含量趋于相同。

  3、涌浪机的水质净化能力
  高密度养殖带来很多的残饵、对虾排泄物和粪便污染,高位池养殖模式可利用其便利的进排水系统进行频繁换水,来维持虾池内较好的水质。但是这些污染物最终还是会随着排换水转移至邻近水域,影响养殖生态环境。而且养殖密度过大时,池水恶化,迫使注排水频率加大,污染的池水排入近海,污染的海水又重新注入池内,引起池水污染,形成恶性循环。

  水车增氧机随着叶轮的转动在池塘中上层形成直线方向的水流,对底部水层搅动作用较小,在摆放位置合理情况下,其集污效果十分出色,是目前高位池养殖模式基本选用水车式增氧机的原因之一。但是这种对流将表层水与底层水充分混合交换,涌浪机比传统增氧设备更能构建水体底部良好的微生物结构。沉积在水底的淤泥得到有效氧气供给,其表面就成为好气性细菌的过滤床从而变得无害,促进异养菌繁殖,加快有害物质的氧化分解过程;通过水的物理、化学及生物作用,将有害的异物分解转化,降低水体中的有机物和重金属元素,修复水体,使水体恢复正常机能,提高自净能力,减少污物产生和排放。

  四、 结论

  涌浪机作为叶轮式增氧机更新换代产品晴好天气下增氧能力远超水车式增氧机,与之相比平均增加溶解氧含量1.25mg/L。涌浪机在开启和关停时,对虾池溶解氧变化效果优于水车,而且其在底质改良和减少污物排放方面性能较好。

  参考文献(略)

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