工厂化循环水养殖发展应用
一、项目由来
工厂化循环水养殖系统(RAS)是在工厂化养殖基础上发展起来的新型养殖模式，以养殖水体的循环再利用为主要特征，除 了具有工厂化养殖的优点外，还在养殖废水处理、减少养殖用水量和尾水排放量等方面具有显著优势。循环水养殖通过供水系统的优化设计和多种设施设备的协调运行，从而实现全部养殖水体的反复循环利用，在节约控温能耗、降低环境污 染和防病抗病等方面比工厂化养殖更胜一筹。
工厂化循环水养殖又被称为陆基工厂化养殖、工厂化养殖、工业化养鱼等，具有生产效率高、占地面积少的特点。而国外一般称为循环水养殖，主要特征是水体的循环利用，控制养殖生物的生活环境，进行科学管理，从而摆脱土地和水等自然资源条件限制，是一种高密度、高单产、高投入、效益高的养殖方式。工厂化循环水养殖的实质是养殖生产的工业化，生产过程可控，可以跨季节养殖，产品像工业品一样可以有计划地均衡上市。
其特点包括一是用水量少，可利用较低质水源，对水资源要求较低；二是占地少，对土地资源的要求低；三是养殖密度高，单位耗水产量大；四是易于控制生长环境，鱼类（以及其他养殖种类）生长速度快，生长周期短；五是饲料利用率高；六是水循环使用，利用系数高；七是排放的废水废物少，能集中处理，对环境无压力或很小；八是不受外界气候的影响，可实现常年生产。
二、项目背景
我国工厂养殖目前受水处理成本的压力，仍主要以流水养殖、半封闭循环水养殖为主，真正意义上的全封闭循环水养殖企业较少。流水养殖和半封闭养殖方式产量低（单位水体产量10～15千克/㎡·年）、耗能大、效率低，与技术密集型的循环水养殖系统相比，在设备、工艺、产量和效益等方面都存在着相当大的差距。
淡水工厂化循环水养殖设施技术领域已具有一定的应用水平，在系统的循环水率、系统辅助水体的比率等关键性能方面虽有很高水平，但是在生物净化系统的构建、净化效率和稳定性、系统集成度、系统稳定性等方面还存在着的差距。
目前已经在广东、新疆、重庆、湖北、上海等地建立了多个工厂化循环水养殖示范基地，示范面积达到6000多平，并将研究得到的成果成功应用于循环水养殖系统的构建中，取得了良好的收益。
三、市场分析
科技创新有力地支撑了产业发展。国内循环水养殖产业开始于2007年，2007年～2013年，在国内第四次渔业产业浪潮的推动下，以鲆鲽类工厂化循环水养殖为代表，产业规模迅速由2万㎡上升至50万㎡，增长了25倍。在黄海水产研究所、中国科学院海洋研究所、中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所等科研院所推动下，莱州明波水产有限公司、天津海发海珍品实业发展有限公司等企业的示范带动下，2013年前后，我国工厂化循环水养殖已初具规模，主要集中在北方沿海，其中，辽宁省、河北省、天津市和山东省的循环水养殖总面积约占其工厂化养殖总面积的67.2%。循环水养殖总产量中，半滑舌鳎约占43%，大菱鲆占24%，其他经济鱼类占33%，涉及虹鳟、老虎斑、鳗鲡等多种，养殖密度也逐步提高到30kg/ m³～40kg/ m³，个别品种尼罗罗非鱼甚至高达104.2kg/ m³。
21世纪的第二个十年，中国循环水养殖已经有了质的飞跃，载鱼量、养殖水质和养殖效果都有了明显的提高。鱼类之后，对虾、海参、鲍和贝类等品种的循环水养殖先后在我国获得成功。我国于1988年引进南美？白对虾进行池塘养殖并获得成功，但由于病害频发，使产业不堪其忧、产量和产值难以保证；通过近年来对虾工厂化和循环水养殖的大量研究与实践，循环水养虾目前在我国已颇具产业化规模，实现了传统养虾方式更新换代和转型升级。目前，工厂化循环水养虾在我国北方沿海和甘肃省、内蒙古自治区等内陆省份发展很快;截至2022年初，运行中的系统总面积约30万㎡，另有在建项目近200万㎡。
四、发展趋势
多年来，中国渔业科技工作者坚持自主研发中国特色的工厂化循环水养殖工艺模式，养殖总规模已突破300万m³，与国外循环水养殖系统相比，我国循环水养殖系统建设成本是国外的五分之一，运行能耗是国外的三分之一，养殖品种更加丰富多样。
多年来，渔业科技工作者研发了环流式固液分离装置、工厂化循环水养殖系统多功能回水装置、生物滤池多孔排污装置、生物膜负荷挂膜技术等实用性水处理装备和水处理技术;通过对循环水养殖工况下养殖鱼类生理、生态研究，揭示了工厂化循环水养殖促生长机理;通过生物滤器研发，阐明了生物膜培养方法、净化机理和影响要素，系统研究了主要营养素在循环水养殖系统内的迁移转化规律，为养殖微生态环境精准控制提供了理论依据;通过系统集成和优化，构建了节能环保型海水鱼类工厂化循环水养殖系统，自主设计的工厂化循环水养殖系统在工程造价、运行稳定性、运行能耗、养殖生物单位承载力等方面处于领先水平，目前已在全国建立示范企业63家，示范面积90多万m2，为促进我国渔业产业转型升级和工业化发展作出了突出贡献。不过，我国工厂化循环水养殖发展中也存在许多不足，需要不断优化与提升。
国内目前已建成的生产性工厂化循环水养殖系统中，水处理设备、自动投饵设备、杀菌和增氧设备等单项设备的性能和工艺水平虽已逐渐步入世界行列，但这些装备在配套和应用方面仍然存在许多不完善和不匹配的问题。我国目前的水产养殖设备供应商总体呈现小而散的格局，真正能够生产循环水养殖成套设备的厂家如同凤毛麟角，更缺少能够与大型的水产设备供应商抗衡的规模以上企业。从不同的设备厂家进行选型和配套，筛选成本提高，间接增加了系统设计和建设过程中的难度，另一方面也限制了国产系统及其装备的快速提升。今后，应进一步加大养殖装备研发和产业化投入，不断提升装备水平和系统建造的一体化程度，加速实现工厂化循环水养殖系统健康、稳定地运行。
我国现阶段的水产饲料配方雷同度较高，缺乏针对循环水养殖、以及相应养殖品种的专用饲料，饲料营养、蛋白水平、溶失率、饲料系数等指标参差不齐，增加了水处理系统的运行负担，也影响了工厂化循环水养殖的效果。有必要开发针对不同品种的循环水养殖专用饲料，使饲料营养和性能都具备较高的水平，从而保证循环水系统的各种优势能够得到更好发挥。
追求密度高、效益高是工厂化循环水养殖模式的首要目标。由于养殖密度高、系统负荷大、物质周转快，一旦哪个环节出现微小的问题，都有可能被迅速放大，并引发养殖生物病害。此外，由于系统本身的封闭性，病原体一旦进入就很难去除。为此，一方面需要递进式不断加强系统工艺的优化，增加系统本身的缓冲性能，使系统运行更加顺畅;另一方面则要加强循环水高密度养殖条件下生物的生理生态学研究，以及养殖生物的应激反应、疾患征兆、疫病防控技术研究，建立科学有效的病害预警机制。
前期建设投入大和能耗高，是工厂化循环水养殖不可回避的两个问题。应同时关注设备和系统两个层次的节能降耗，进一步研发节能型设施设备，优化与集成低碳高能的循环水处理技术;优化系统工艺和水处理单元之间的耦合，以实现节能减排;研发CO2去除装置，降低养殖水体中CO2含量;研制低能耗、效率高的多功能固体颗粒物滤除设备、消毒杀菌设备和生物滤器;研发高能、实用的养殖尾水处理技术，实现尾水资源化、无害化处理，构建工厂化养殖尾水污染物生态控制新模式;研发适合循环水养殖系统使用的可再生能源利用技术，提高太阳能、风能等新能源与循环水养殖装备的匹配度，同时推广使用水源热泵等热效高的交换设备，降低系统运行的能源成本。
我国工厂化循环水养殖虽然经历近30年的发展，但目前仍缺乏相关技术标准与规范，未形成标准化体系。不同地区、不同企业的养殖技术水平参差不齐，养殖效果和生产性能差异较大;因系统设计不合理、管理失当、水循环与水质指标失控导致系统运行失败的例子比比皆是，一定程度上制约了循环水养殖模式的大规模推广应用。应加紧构建工厂化循环水健康养殖生产技术体系，建立健康养殖生产管理模式，构建节约型工厂化循环水安全的养殖工艺和技术标准，通过制定相关标准或规范来构建标准化体系，开展标准化生产示范。
工厂化循环水养殖目前仍然存在一些科学认知方面的挑战，包括养殖生物在高密度和特定水质条件下的健康状态、系统运行中生物膜结构的变化及其对水处理效果的影响、主要营养素在系统内的迁移转化规律、固体颗粒物去除的最佳途径及无害化处理等。对这些过程与机制的认识不足，也影响到相关技术和装备的发展。
