当前，全球海水养殖业已经进入工业化发展的时期，发展工业化养殖的必要性已经摆在面前。虽然我国目前水产养殖的生产模式较30年前已有很大进步，但总体而言，科技含量较低、规模化和集约化程度不高，尚处于劳动力密集型或准工厂化的养殖水平。设施渔业的水处理技术水平低，设备简陋，大多数只停留在简单沉淀-过滤-气浮-消毒阶段，没有高效生化处理措施，不能实现循环水养殖，更加缺乏对养殖原水中农药、除草剂等小分子有毒化合物解毒处理措施，这是限制我国海水水产养殖业可持续发展的重要因素。
依托现代工业基础建立起来的集约化养殖模式，被国际上公认为现代海水养殖产业的发展方向。本期农财宝典的视野栏目为您呈现全球工业化水产养殖系统模式的情况，并详细介绍几种海水工厂化循环水养殖系统。
循环水养殖系统:水产养殖的工业化新时代
《农财宝典》2月刊 记者汤健编译
从全国工厂化养殖单产数据可看出，许多地区的工厂化养殖的状况是“人工养殖池+厂房外壳”，设施、设备投入少、单产较低。由传统的养殖转向工业化的生产，是推进中国海水养殖工业走上现代化的必由之路。
工业化养鱼是指集现代工业技术于一体的工厂化、集约化养殖模式。狭义的或典型的工业化养鱼是指陆基封闭式或半封闭式的循环水系统养鱼；广义的工业化养鱼则涵盖了陆基工厂、大塘循环水养殖、海洋牧场、现代化深水网箱等生产模式。
由于这一类养殖产业都是依托现代工业基础建立起来的集约化养殖模式，都具有先进养殖装备，养殖环境可控，单位水体养殖密度高，产量高，养殖全过程都可以采用机械化或自动化操作，管理、收获、质量安全等容易控制，产品可以做到均衡上市，社会、经济和生态效益良好的特点，所以被国际上公认为现代海水养殖产业的发展方向。
全球水产养殖业在未来的十几年中，将以环境友好的方式，满足世界人口对于水产品需求的关键技术在于循环水养殖系统(Recirculating Aquaculture Systems, RAS)技术。循环水养殖系统高效的经济模式使它在所有的养殖模式中，单位产量是最高的。
与传统养殖方式相比，循环水养殖生产每单位水产品可以节约50-100倍的土地和160-2600倍的水，比传统养殖节约90%-99%的水和99%的土地，并且几乎不污染环境。
RAS采用一定的工程设施和水处理设施将养殖排放水处理后实现循环利用，通过构建标准化养殖管理技术，对养殖过程的主要环境因子（包括水流、水质、光照）和饲料等进行人工调控，为养殖生物提供适宜的生长环境，实现优质、高产、高效。RAS养殖的优点十分突出，养殖周期可缩短2-6倍，单位面积产量比传统池塘养殖提高20-80倍，产品质量高度可控，并可追溯。
受水处理成本的压力，我国水产养殖系统模式仍主要以流水养殖、半封闭循环水养殖为主，真正意义上的全工厂化循环水养殖工厂的比例极少。流水养殖和半封闭养殖方式产量低（单位水体产量10-15kg/m2?年）、耗能大、效率低，与先进国家技术密集型的循环水养殖系统相比，无论在设备、工艺、产量（先进技术的产量达100kg g/m2?年以上）和效益等方面都存在相当大的差距，技术应用还属于工厂化养殖的初级阶段。从全国工厂化养殖单产数据可以看出，许多地区的工厂化养殖的状况是“人工养殖池+厂房外壳”，设施、设备投入少、单产较低。
尤其对全封闭式或半封闭式的陆基工厂化养殖模式来说，更以工业化理念为指导，将育苗、养殖、加工、营销等系列生产工艺通盘纳入工业化管理流程之中，所以被称为一项典型的海水养殖工业，此类工厂化生产不受地域、岸带和气候条件的限制，整个系统可以配套、组装，理论上可按需搬迁至任何地方进行生产。由此可见，由传统的养殖转向工业化的生产，是推进中国海水养殖工业走上现代化的必由之路。
发达国家工厂化养殖的发展现状
目前国外工厂化循环水养殖技术比较发达的国家有北美的加拿大、美国，欧洲的法国、德国、丹麦、西班牙，以及日本和以色列等国家。
在北美 ，美国的工厂化养殖在上世纪六七十年代就已得到迅速发展，主要以冷流水养殖虹鳟和大规模工厂化养殖条纹鲈和黑斑石首鱼为主，工厂化养鱼已被美国政府列为“十大最佳投资项目之一”。
美国在工厂化养鱼方面，进行的“鱼菜共生”是很有特色的，亚利桑那州鱼菜共生系统每立方米水体可产罗非鱼50kg，上面无土栽培生菜，一年可种十茬。利用冷流水养虹鳟和温流水养殖温水性鱼类都比较发达；如爱达荷州的一个温流水养鱼场，是5层阶梯流水养鱼池，每立方米负载量为160kg，每个池的日流量控制在240m3以下，一年三茬总产量3000吨，为土池产量的4倍，流水养鲑虹鳟，单产可达50-100kg/m3.年。
在亚洲，日本自上世纪60年代发展工厂化养殖以来，也取得了突出成绩，目前工厂化养殖各种鱼、虾、贝等鲜活水产品年产达20万吨以上，而且技术成熟、产量稳定。日本最早将微生物固定化技术用于养殖生产系统，其系统结构合理集成化程度高。由于注重系统的整体建设，其技术管理简单，能耗和成本更低，综合经济效益高。
在欧洲，工厂化循环水养殖已经成为一个新型的、发展迅速技术复杂的产业。据不完全统计，目前欧洲的封闭循环水养殖面积约30万m2，且发展势头迅猛。
通过采用现代的水处理技术与生物工程，大量引用前沿技术，最高单产可达100kg/m3，工厂化循环水养殖已普及鱼、虾、贝、藻、软体动物的养殖。目前在法国，大菱鲆苗种孵化和育成几乎都采用循环水工艺，鲑鱼的封闭循环水养殖也开始进行生产实践；拥有500万人口的丹麦现有年产150-300吨水产品的工厂化养殖系统50余座；德国有工厂化水产养殖系统70余座。
西班牙Aquacria Arousa大菱鲆工厂化养殖场被认为是封闭循环水技术的典型范例，该厂位于西班牙西北部加利西亚省，由sunfish公司设计并建于2000年的第三代循环水养殖系统，年产苗种8批，共40万尾，养殖场年产商品鱼500吨，养殖面积仅为1885m2，养殖产量相当于265 kg/m3.年（包括育苗池、废水处理单元占地）。
当前全球在工厂化循环水养殖产业方面的主要进展有：
1.循环水养殖系统的自动化和智能化控制技术趋于成熟，并得到大面积推广应用。如UNI再循环系统，可对所有重要的水质参数进行控制和调节，系统中采用的“Fish-talk可追朔性记录（鱼语体系）”将鱼类从孵卵到收获的生产过程记录下来，该系统使水产品安全性得到很好保障。
2.对循环水养殖系统的关键理论和技术有了定量指标，取得了常用生物和物理过滤器的技术指标和经验设计参数。国外在此领域进行了长期、持续和深入的研究，取得了系统性的成果。
如生物滤器填料单位面积、单位时间的氨氮转化量，每单位体积的填料可承受的系统喂食量，以及处理水中不同总氨氮条件下的氨氮转化量等，对物理局限性也有了定量指标，比如不同过滤系统所能去除的悬浮物颗粒大小的确定，生物滤器的设计方法等。
3.对技术难点有了更明确的认识。公认的技术难点包括生物过滤器的硝化动力学过程，物理过滤器去除细微悬浮颗粒的能力，全封闭系统所需的生物反硝化技术等。
世界著名的海洋科研机构，如法国国家海洋开发中心(IFREMER)早在20年前就在养殖环境工程方面开展了研究，仅在位于PALAVAS的地中海鱼类研究所就专门建有8套封闭循环水养殖系统用以开展此方向的研究。目前法国的大菱鲆种苗培育100%采用全封闭循环水，养殖60%以上采用封闭循环水；丹麦建有欧洲渔业工程中心(ACT)用以研究和指导欧洲地区的养殖生产；美国的华盛顿大学、康奈尔大学、北卡罗林那州立大学等在该领域的研究居世界前列。在基础研究方面，如集约化养殖生物的营养管理、防病技术、水处理技术等已有较高水平，特别是工厂化养殖中的水质调控自动化、机械化程度很高，采用计算机自动调控水体中的溶氧、PH、电导率、浊度、氨氮等含量，以及设施环境的温度、湿度、光照等；另外，在增氧、生物净化沉淀、过滤固体物、养殖生物分级、收获等方面大量运用了当代先进的高新技术和装备。
目前欧洲进行的涉及工厂化循环水养殖的研究内容包括：精准投喂的饲喂系统、高密度养殖条件下的鱼类游泳和摄食行为、通过饲料配方的改善以减少废物排放、紫外线和臭氧联合消毒、光周期对鱼类摄食行为的影响、鱼类养殖环境的优化、细菌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。
国外海水工厂化循环水养殖系统简介
目前海水封闭循环水养殖模式已经成功商业化的养殖品种有：大菱鲆、半滑舌鳎、海鲈、石斑鱼、花狼鱼尉、鱼尉、鳕鱼等鱼类。
海水封闭循环水养殖系统的特点是：泡沫分离效果好，生物过滤效果较差导致生物滤池体积扩大。缺点是臭氧杀菌会产生次溴化物产生二次污染，海水排污处理难度大等。海水循环水系统采用臭氧杀菌需严格控制使用浓度。
1.真鲷循环水养殖系统
Yossi Tal等设计一套典型的海水封闭循环水养殖水处理系统，并设计相应的反硝化系统，每天补水量小于1%。经过130天，真鲷从61g长到412g，成活率99%。用来作为硝化反应器的水处理设备是移动床反应器。在海水环境中该移动床的氨氮讲解速率可达每天300g/m3。从硝化反应水处理系统分离出来的有机颗粒产生的硫化氢被用来产生自养的反硝化反应降解硝酸盐，而残余的颗粒则转化为沼气或是二氧化碳。整个系统中的氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮的含量始终分别保持低于0.8mg/L、0.2mg/L和150mg/L。该系统的特点是实在进行好氧硝化作用的同时，将厌氧反硝化工艺与厌氧氨氧化工艺结合，在将污泥分离、沉淀和集中处理后，在进入反硝化反应器产生沼气。该系统真鲷的养殖可达50kg/m3。
2.日本银汉鱼封闭循环水养殖系统
由于银汉鱼是河口鱼类，该系统盐度为7，属半咸水系统，主要是通过机械式微滤机和泡沫分离器去除水体有机悬浮物。
微滤机可以去除大于45um的颗粒有机物，在通过泡沫分离更好地去除有机悬浮物。生物过滤采用转盘式生物接触反应器和硫化砂床去除氨氮等物质，运行期间氨氮浓度约为0.18mg/L。反硝化单元采用740m2/m3的毛刷状填料，流量控制在2.1m3/h。
该系统特点是在转盘式生物滤器环节分别设硫化砂床支路和反硝化支路，从而实现高效去除氨氮，反硝化单元采用毛刷状填料。该系统养殖密度达到27kg/m3。
3.BIOFISH封闭循环水养殖系统
瑞典BIOFISH系统工艺流程是采用双回路设计，循环水回路系统和排污系统。其中养殖池上层通过池中心立管流到移动床生物滤器，再流回到养殖池，形成循环水回路系统。移动床通过射水器来曝气增氧，同时带动滤料反转。底部排污通过涡旋分离器分离后，在经过微滤机、弧形筛过滤和紫外消毒，形成排污系统。该系统的特点是每个养殖池的操作使用具有独立的灵活性，控制病菌在池与池之间的传染。在使颗粒有机物破碎之前快速、高效的去除颗粒有机物，提高了系统的可控性。采用该模式，以大西洋鲑鱼为养殖对象的商业化实践表明，该系统的养殖密度可达88kg/m3。
4.SUNFISH封闭循环水养殖系统
该SUNFISH系统以养殖大菱鲆为例，据物质平衡估算，饲料干物质的70%被大菱鲆同化吸收，8%被生物滤器去除，18%被泡沫分离去除。该系统并非真正的封闭循环水养殖系统，却是一个比较有意义的水处理工艺。对于鲆鲽类，鱼池可采用多达9层的搁板来提高养殖容量。该系统特点是每个养殖池是一个独立的水处理系统，主要通过真空泡沫去除颗粒悬浮物。
5.鲆鲽类浅水跑道式封闭循环水养殖系统
封闭循环水技术和浅水跑道池养殖技术的结合在保证生长率的同时能够养殖更高的密度，提高生产率，是循环水养殖的发展方向之一。该系统养殖池规格5m*0.8m*0.4m，水深约0.2m。养殖池进水口设一布水版，出水口设V型挡板促进排污。该系统采用填充柱曝气生物滤器进行生物过滤，同时起到脱气和曝气作用。机械过滤使用快速砂滤去除180um以上的颗粒有机物，结合射水器的泡沫分离器进一步去除更小颗粒的有机物，同时添加臭氧杀菌并改善水质。该系统养殖规格为5.6g的大菱鲆鱼苗，池底覆盖率达到262%，养殖密度约8kg/m2。
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