在水资源污染和水资源缺乏的当下,广阔的大海成为人们寻求水源的出路,海水淡化一度便被誉为“第二水源”,尤其是沿海城市。

鱼池水的深浅不同,养鱼的密度不同,需配备的增氧机也不同。增氧机有哪些种类?如何选用增氧机呢?现介绍以下7种常见鱼池增氧机以供养殖户选购参考。

28日下午,在惠州西湖科学讲坛上,美国国家工程院院士王兆凯以《水产创新与工业革命》为题做了精彩报告。王兆凯院士从科学家的角度,结合大量生动的案例,重点讲述了水产创新、制造工业创新、原料创新、水产工业原料特性、硅藻介孔材料的优异性、开放式硅藻养殖问题等内容,分析了水产创新与工业革命对国家、对粤港澳大湾区制造业发展的重要性,并对惠州在粤港澳大湾区建设中如何进一步创新提出建议。

海水淡化产业,能够有效解决全球沿海地区淡水资源短缺的问题,是促进沿海区域可持续发展的有效途径,同时保障了沿海地区水资源的可持续利用,是目前全球水资源发展战略之一。近年来,我国海水淡化产业发展态势迅猛,从“十一五”起,其产能每年增长率均保持在60%以上。依据《2016全国海水利用报告》可知,我国目前已建成131个海水淡化工程,总产能达1188065
t/d;年利用海水作为冷却水量为1201.36亿t,新增海水冷却用海水量75.70亿t/a。

一、鱼池增氧机种类

王兆凯。 惠州日报记者朱金赞 摄

随着海水淡化产业的发展,我国海水淡化领域标准化工作进展迅速,各技术领域标准的制定,不仅规范了海水淡化产业的健康发展,促进海水淡化领域产业化进程,更能提升海水淡化技术的研发水平和产品质量,引导新技术、新工艺、新设备及新材料的推广应用。

1、喷水式增氧机利用水泵把水送入装在鱼池中部和岸边的喷头,使水喷出并呈降雨状落下,使水与空气接触达到增加溶氧的目的。该机功率为一般1.1~1.8kw,只适用于水浅的小鱼塘。

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一、我国海水淡化标准化建设现状

2、叶轮式增氧机通过搅拌水体和曝气原理增加水中的溶氧量,增氧效果好、动力效率高,按电机功率大小有多种型号。使用时整机浮在池塘中央,并用绳索系牢于池边。工作时叶轮旋转,搅拌水体,产生提水和推动水体混合的作用,使水层上下产生对流,整个水体的溶氧趋向均衡。该机功率为一般1.5~3.0kw,适用于水深1.5~2.0m的池塘。

王兆凯世界著名水产工程学家,美国国家工程院院士。他是美国水产业工程协会的创立人之一及首任主席,曾任联合国粮农组织、世界银行、美国农业部、洛克菲勒基金会等机构顾问。从1979年起他多次来到中国,曾受到邓小平、陈云、王震等老一辈国家领导人的接见。2005年7月,被中国国务院侨办聘为海外专家咨询委员会首批委员。

随着我国海水淡化产业的发展,海水淡化行业标准化工作也得到了国家有关部门的重视。继2006年,国家标准委、国家海洋局等部门联合发布了《海水利用标准发展计划》,将海水淡化标准作为重要内容列入《标准化“十一五”发展规划纲要》之后,
2012年,科技部和发展改革委发布的《海水淡化科技发展“十二五”专项规划》中明确指出要发展海水淡化标准战略,提高产业发展的整体性和科学性;2016年,国家发展改革委、国家海洋局联合印发的《全国海水利用“十三五”规划》中明确提出的目标中包括:“十三五”末,海水淡化标准体系进一步健全,政策与机制更加完善,国际竞争力显著提升。通过上述一系列标准计划和国家政策的实施,使我国海水淡化标准体系基本构建起来。

3、水车式增氧机工作时,桨叶高速击水,把空气搅入水中,达到增氧的目的。这种增氧机一般功率为0.75~1.5kw,适用于水浅的池塘,它不会搅动底泥,能保持池水清爽。

他的研究方向主要为大规模开放式海洋微藻生产及水产养殖生产系统的分析和设计从海洋藻类提取抗菌物质和生物油的系统。

1.1 我国海水淡化标准化技术委员会现状

4、充气式微孔增氧机主机是空气压缩机或鼓风机,当空气加压后通过水底安装的沙滤芯或微孔塑料管时,排出微小气泡,在气泡上升的过程中形成水体运动,一部分氧气溶入水中从而达到增氧的目的。该机一般功率为0.75~2.2kw,适合深水鱼池使用。

■水产创新

在我国,国家海洋局是全国海洋标准化工作行政主管部门,全国海洋标准化技术委员会负责全国海洋标准化技术归口工作,海水淡化及综合利用分技术委员会(SAC/TC283/SC7)
隶属于全国海洋标准化技术委员会。除此之外,全国分离膜标准化技术委员会也是其重要归口之一。

5、摇摆式涌浪增氧机在配重块的旋转作用下,浮体外侧对水平面产生作用力而产生向四周扩散的波浪,这样提高了水面和空气的接触面积,空气中的氧气不断溶入水中。该机功率为一般1.1~1.5kw,适合大水面深水鱼池使用,效率较高。

天然“抗生素”硅藻有助管理水质控制疾病

SAC/TC283/SC7

6、悬架式微孔增氧机能迅速促进池塘水体上下层的交换,促进池塘底部溶氧的增加,以高效低能耗的形式达到增氧及水体交换的作用。该机一般功率为1.1~2.2kw,适合深水鱼池使用。

惠州有山有水,有大面积的内陆和悠长的海岸线,在融入粤港澳大湾区发展的过程中,惠州可以利用好的资源、好的条件来发展制造业。将水产创新和工业革命联合起来,无疑有助于惠州又好又快发展制造业。

全国海洋标准化技术委员会海水淡化及综合利用分技术委员会于2015年8月成立,旨在保障标准化工作能够有效支持和促进海水利用产业化的发展。筹建单位为国家海洋局,秘书处承担单位为国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所。本分技术委员会主要负责海水淡化及综合利用领域的标准化工作。

7、变频增氧机,是将变频技术完美运用到增氧机,从而实现了传统增氧机的变革,它具备无级变速,高转速时可同时增氧、曝气、搅水,低转速时起搅水作用,以降低电耗。变频增氧机没有变速箱,没有齿轮,无需齿轮维护,也无需添加齿轮油,噪音也大大减少。该机一般功率为1.0~1.5kw,适用于水深1.5~2.0m的池塘。

水产应如何创新?王兆凯提出,水产创新包括水质管理和疾病控制。养殖时的水质很重要,水质管理最好的办法是在水中养殖一些能把废物变好的东西,例如藻类。在疾病控制方面,抗生素被大量使用,抗菌作用因时间推移而下降,所以又要发明新的抗生素。最好的办法是要找到适当的自然的抗生素,而硅藻正是天然“抗生素”。

SAC/TC382

二、鱼池增氧机的应用

“这种水产创新主要依靠户外连续生产硅藻的技术,用快速生长的硅藻来控制水质,以硅藻天然生产的抗生素控制弧菌。”王兆凯说。

全国分离膜标准化技术委员会于2008年6月由国家标准化管理委员会以“关于成立全国分离膜标准化技术委员会的批复”批准成立。全国分离膜标准化技术委员会是由国家标准化管理委员会领导,由天津市质量技术监督局主管的从事全国性标准化工作的技术工作组织,主要负责分离膜领域国家标准的制修订等工作。

增氧机不仅供给鱼类所需要的氧气,而且还能促进池水上下对流增加底层溶解氧,减少底层硫化氢、氨等有害物质,并促进池内有机物的氧化分解。增氧机可以有效改善鱼类的栖息环境,从而提高养殖鱼体体质和增加饲料摄食消化吸收能力,进而提升养殖产量。

■制造业创新

1.2 我国海水淡化标准现状

实际养殖管理中,增氧机往往结合使用,如上图所示,池塘中央配备叶轮式增氧机或变频增氧机,池塘四周配置水车式增氧机或喷水式增氧机;而面积较大的池塘一般配备充气式微孔增氧机或摇摆式涌浪增氧机;深水区域使用悬架式微孔增氧机或充气式微孔增氧机效果更佳。那么增氧机什么时候开启,开启多长时间,以下四条建议仅供参考:

硅藻壳可引领制造业革命

目前,我国海水淡化领域共有63项现行有效标准。详见表1。包括9
项国家标准和54项行业标准,主要分为基础通用标准5项,蒸馏法海水淡化标准4项,膜法海水淡化标准38项,海水淡化管理标准1项和海水冷却用标准15项。以上海水淡化标准的制定,有利于促进我国海水淡化产业发展,规范海水淡化产业发展,为新技术的开发、相关产品研发提供技术支撑和保障。

1、在鱼类生长季节,运用浮游藻类造氧和机械空气输氧相结合的方法,晴天中午开动增氧机1.0~2.0小时,充分发挥增氧机的搅水作用,增加池水溶氧,并加速池塘物质循环,改良水质,从而减轻或减少夜间浮头发生。一定注意避免晴天傍晚开机,此时开机与傍晚下雷阵雨相似,会使上下水层提前对流,增大耗氧量,容易引起鱼类浮头。

制造业是现代工业的基础。王兆凯认为,要促进惠州经济发展,关键在于制造业的不断创新。

表1 我国海水淡化现行标准明细表

2)阴雨天,浮游植物光合作用弱,造氧能力低,池水溶氧不足,易引起浮头。此时必须充分发挥增氧机的机械空气增氧作用,在夜里及早开机及时增氧,直接改善池水溶氧情况,达到防止和解救鱼类浮头的目的。

王兆凯提出,制造业的基础是工艺、设计和材料。在原料创新方面,近年来纳米材料的崛起对金属制造工艺已有明显影响,目前纳米金属材料价格很高,使得纳米金属在制造业的应用局限于小型成品及特殊需要。硅藻壳是目前所知唯一天然生产的纳米材料,硅藻广泛存在于海洋、湖泊、河流、河口和泥洼、潮湿的岩石或土壤中。硅藻的外壳由结构极为复杂精密的二氧化硅组成。“玻璃的主要成分是什么?就是二氧化硅。因此,硅藻的壳有着玻璃的强度。再加上硅藻壳满布纳米小孔,具有良好的韧度和弹性。把硅藻壳用作工业原料,即可用水产来生产工业原料。”他指出,硅藻介孔材料有着许多优异性,具有很好的热稳定性和水热稳定性、高生物适应性、低毒性等,在大分子催化、生物过程、选择吸附、功能材料等方面有着广泛的应用前景。例如在农业中,用硅藻壳做的塑胶地膜,可以增加塑胶强度,减少地膜厚度,使成本和环境污染随之减少。

表1 我国海水淡化现行标准明细表

3)夏秋季节,白天水温高,上午或傍晚如遇气温迅速下降的天气,加速和提早了池水上下层的对流,溶氧下降,容易引起浮头。因此炎热天黎明时一般可适当开机,发挥增氧机的曝气和增氧作用,在使夜间积累的硫化氢、氨气等有害气体逸出水面的同时,又可防止池水溶氧进一步下降。如有浮头预兆时,开机救鱼,不能停机,直至日出后,在水流中无鱼时才能停机。

王兆凯说,目前硅藻已形成规模化养殖技术,满足工业需求,朝着以廉价的纳米材料引领制造业革命的目标迈进。

二、我国海水淡化标准建设现状分析

4)当大量施肥后水质过肥时,要采用晴天中午开机和清晨开机相结合的方法,改善池水溶氧条件,预防浮头。

(惠州日报)

2.1 海水淡化标准体系的结构和分类分析

使用增氧机还应结合养鱼具体情况,根据池水溶氧变化规律,灵活掌握开机方法和开机时间,以达到合理使用、增效增产的目的。

我国现行有效的海水淡化标准共63项。根据海水淡化技术细化领域划分,主要可将海水淡化标准分为5类,如图1所示。其中,基础通用标准和海水淡化管理标准包括膜法海水淡化、蒸馏法海水淡化和海水冷却三个技术领域,但目前占比较小。在海水淡化管理标准方面目前仅发布一项关于海水淡化水源地保护的标准,而关于海水淡化项目所带来的环境影响评测方面还没有相关标准进行规范。在海水淡化基础标准方面,目前发布的标准均是针对海水淡化相关术语,缺少海水淡化工程相关专业制图标准和维护运行相关标准来规范和统一海水淡化工程的前期建设和后期运营管理。

图1 我国现行有效的海水淡化标准占比分布

2.2 海水淡化标准体系的配套性和协调性分析

标准体系的配套和协调性主要包括两个方面,一方面是标准与技术之间的配套性,另一方面是海水淡化标准类别之间的搭配协调性。

近年来,膜法海水淡化技术在膜组件研制、高压泵研制、能量回收装置研制、取水技术开发、预处理技术开发和后处理技术等方面均取得明显进步,使得膜法海水淡化技术具有了高效率、低成本的优势。截止2016年底,膜法海水淡化工程规模占全国总工程规模的68.43%,而相应膜法海水及苦咸水淡化标准共38项,占据60%的比例,包括工程设计、关键设备技术要求和检测方法等方面,数量多,种类较齐全。在海水冷却技术方面,截至2016年年底,1201.36亿t的海水作为冷却水在使用,且增量每年可达到75.70亿t,随着海水冷却产业的发展,相关标准也在配套制定。目前我国现行的海水冷却标准有15项,占总体比例的24%,类型主要为技术规范和检测方法两大类,标准制定和技术发展基本匹配。而蒸馏法海水淡化技术发展起源早,且技术成熟,但因工程的工艺复杂、产水造价高,使得热法海水淡化市场占比率逐年下降。因而蒸馏法海水及苦咸水淡化标准没有跟上配套要求,目前现行仅有4项标准,占比仅为2%。

整个标准体系涉及的标准种类包括:相关术语、评价方法标准、检测分析方法标准、水源地和产水水质标准、设备及装置标准、设计勘察标准、计算方法标准,各类标准之间的配套性良好,建立了划分明确、较全面成套的海水淡化标准体系,但后续仍需补充图例及工程制图、职业管理、及文件编制等类型的海水淡化标准,以丰富标准体系层次。

2.3 海水淡化标准的实效性和实用性分析

对表1所列的现行有效标准进行全面分析,可看出,我国现行有效的海水淡化标准平均标龄为9.5年,五年以内标龄的标准数量为26项,占总量的41.2%,十年以内标龄的标准数量为41项,占总量的65.1%。从图2所示的我国现行有效的海水淡化标准数量随年度增长情况也可看出,现行海水淡化标准在2008年和2017年发布最多,分别为14项和9项。其中,2008年发布的主要为膜法海水及苦咸水淡化标准,2017年发布的主要为海水冷却标准,由此可看出,我国海水淡化标准具有相对合理的标龄分布结构,标准体系不存在老化现象,我国海水淡化发布时间规律与海水淡化行业技术发展趋势相适应。但是,由于标准编制过程程序繁琐,标准化工作管理系统对于已提交的标准前期稿件没有给予及时复审和修订,这会导致标准编制周期长,标准发布时已落后于技术的更新换代,使其与发达国家的相关技术标准存在一定的差距,降低标准的时效性。

图2 我国海水淡化现行标准数量随年度增长的情况

2.4 海水淡化标准的实施状况分析

目前,海水淡化标准化系统存在一定程度的“重制定,轻宣贯”的现象。虽然,现行的海水淡化标准在数量和质量上,都能达到一定水平,但在海水淡化标准的落实过程中,相关机构对已制定标准的宣传和贯彻执行力度不强,导致标准实施的效果不好,尤其是一些海水淡化工艺设计指导类标准,有些技术人员常常根据个人经验进行设计,没有参照相关标准执行,导致此类标准的执行效率较低。而且,标准管理系统的工作人员对于标准化工作的管理过于行政化,缺少相关技术人员参与管理工作,导致标准执行率低。

三、建议

经过多年发展,我国海水淡化已经形成了较完整的标准体系,分类齐全,体系配套性较完整,各类标准之间的配套协调性良好,实效性较强,标准体系不存在老化现象。但海水淡化标准化工作也存在一些问题:一是在工程制图专业标准、环境影响评测方面、运行和维护标准、职业管理和监测方法标准等方面均存在不同程度的缺失,无法满足现阶段海水淡化技术发展的要求;二是标准编制周期长,导致标准发布时已跟不上技术发展的时效性,降低标准使用效率;三是标准在落实过程中,相关机构对已制定标准的宣传和贯彻执行力度不强,导致标准执行率低。因此,我们要开展海水淡化标准化战略研究,加强标准的需求分析和整体规划,根据实际需求,及时补充工程制图专业标准、环境影响评测方面、运行和维护标准、职业管理和监测方法标准等类型标准,保证标准体系完整性;同时,在制定标准时,编制者要及时修订稿件,管理部门要尽量简化送审程序,缩短标准编制周期,提高标准制订的时效性;现行标准应该按照五年为修订周期,并结合实际需要,对技术内容进行更新补充,保证现行标准的准确性和先进性;此外,要重视服务于海水淡化标准化领域工作者的培养,提高标准编制人员和标准化管理人员的业务水平,加大对标准的宣传和贯彻执行力度,做好海水淡化标准化工作的贯彻落实。

作者单位:国家海洋局天津海水淡化与综合利用研究所 天津 300192