一种新型隔污装置在工厂化温室甲鱼池中的应用研究

摘要

近年来，甲鱼由于其较高的药用及营养价值，在市场上越来越受人们的欢迎。浙江省作为甲鱼养殖大省，其甲鱼年产量通常要占到全国甲鱼产量的50％左右。养殖甲鱼逐渐成为了农民们增收的主要途径之一。目前，工厂化温室养殖是甲鱼养殖最重要的方式。工厂化温室甲鱼养殖是以高投入人工饵料为特征的高密度养殖系统。在这种集约化高密度的养殖中，由于甲鱼的频繁爬动及到水面上呼吸行为，导致沉降在温室养殖池底部的排泄粪便和残饵带入到甲鱼的生活区，溶解于水中使水质恶化，导致水中氨氮(NH4+-N)和CODcr浓度分别高达100mg/L和300mg/L以上，将影响甲鱼的健康养殖，并由此带来的频繁换水，不仅消耗能源还将破坏生态环境。本研究探讨了一种新型的隔污装置对工厂化温室甲鱼养殖水质改善和减排效果的影响。该隔污装置可以有效地把甲鱼的生活区和粪便残饵沉降区分离，从而可以避免由于甲鱼频繁爬动而导致养殖池底部的残饵粪便被带到甲鱼的生活区。 在人工气候室内，建造了两个甲鱼养殖池(0.87 m×0.58 m×0.62m)用来进行对照试验。其中一个甲鱼养殖池装有隔污装置，另外一个没有隔污装置。甲鱼养殖试验期间，试验选择300g左右的甲鱼，养殖密度为12只/m2，即每个养殖池养6只甲鱼。试验开始前称得无隔污装置养殖池中的六只甲鱼重量分别为286.3g、290.6g、305.3g、296.5g、310.5g和282.8g，有隔污装置的养殖池中的甲鱼重量分别为298.6g、311.6g、287.9g、309.3g、303.2g和293.4g。当养殖水的COD浓度超过230mg/L时，将换掉三分之一的养殖水。本试验中主要通过研究甲鱼养殖池里面的水质变化情况和养殖废水排放量来讨论隔污装置的应用效果。除此以外，还将利用计算流体动力学软件CFD对装有隔污装置的养殖池养殖水体进行流态模拟，主要通过改变隔污装置的规格参数、注水管注水速度以及养殖水体曝气情况下来研究水体的扰动情况，以此来达到对隔污装置的优化设计，为工厂化的大规模应用提供技术和基础支持。论文的主要研究结果如下: 1)无隔污装置的TN和TP的总排放量、以及养殖换水总量分别为68.77g、7.26g和681.21L，有隔污装置的分别为50.80g、5.81g和302.76L。由此说明，养殖池中的隔污装置起到了一定作用，将甲鱼和其粪便、饲料残饵的沉降区分离，减缓了水质的恶化，减少了换水量和污染物的排放量，减轻了对水体环境的污染。 2)通过Fluent的模拟可以发现，当隔污板的缝隙宽度为0.0025m、0.005m和0.01m时，隔污板的高度在0.16m、0.10m和0.20m三种情况下，甲鱼的爬行游动基本不会影响隔污板下方水体的流态;当隔污板距池底0.16m，隔污板的厚度分别为0.02m、0.01m和0.005m时，甲鱼的爬动游行基本不会影响隔污板下方水体的流态;当养殖池换入新水，注水速度分别为1m/s、2m/s和3m/s时，注水都会造成隔污板上方的水体剧烈扰动，注水速度越大，扰动也就越剧烈，扰动范围也越广，但是对于隔污板下方的水体基本没有影响;因为曝气头是在隔污板的上方，而且由于浮力的作用，曝气所产生的气泡只会向上运动，所以曝气只会使隔污板上方的水体产生小范围的扰动，而不会造成其下方水体的扰动。 3)通过对装有隔污装置的实际甲鱼养殖池池水流态仿真模拟可以发现，当隔污板距池底0.16m，隔污板缝隙宽度分别为0.0025m、0.005m和0.01m时，甲鱼的爬行游动不会影响隔污板下方的水体流态。

目录

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 研究目的和意义

1．2 设施水产养殖技术装备概述

1．2．1 设施水产养殖业的概念及其主要模式

1．2．2 设施水产养殖中的主要装备

1．2．3 设施水产养殖中的排污隔污装备研究进展

1．3 计算流体动力学(CFD)技术概述

1．3．1 计算流体动力学(CFD)控制方程

1．3．2 计算流体动力学(CFD)求解过程

1．3．3 Fluent软件简介

1．3．4 计算流体动力学(CFD)在设施水产养殖中的应用进展

1．4 研究内容和方法

1．4．1 研究内容

1．4．2 研究方法

第二章 新型隔污装置对甲鱼养殖水质改善和减排效果的研究

2．1 引言

2．2 试验材料与方法

2．2．1 甲鱼养殖池和隔污装置

2．2．2 甲鱼饲养方案

2．2．3 水质检测指标选择及检测方法

2．2．4 甲鱼养殖的换水策略

2．2．5 隔污装置的应用效果比较

2．2．6 数据统计与分析方法

2．3 试验结果与讨论

2．3．1 甲鱼养殖水中NO-2-N和COD值的变化

2．3．2 甲鱼养殖水中TAN和pH值的变化

2．3．3 甲鱼养殖水污染物排放量

2．4 本章小结

第三章 装有隔污装置的甲鱼养殖池CFD流态模拟

3．1 引言

3．2 试验装置模拟设计

3．2．1 物理模型建立

3．2．2 FLUENT软件模拟

3．3 试验装置模拟结果分析与讨论

3．3．1 当隔污板缝隙宽度为0．0025m时，隔污装置在距池底0．16m、0．10m和0．20m下的养殖池流态

3．3．2 当隔污板缝隙宽度为0．005m时，隔污装置距池底0．16m、0．10m和0．20m时的养殖池流态

3．3．3 当隔污板缝隙宽度为0．01m时，隔污装置距池底0．16m、0．10m和0．20m时的养殖池流态

3．3．4 隔污板厚度分别为0．02m、0．01m和0．005m时的养殖池流态

3．3．5 不同注水速度下的养殖池流态

3．3．6 曝气状态下的养殖池流态

3．4 实际尺寸的甲鱼养殖池模型建立及CFD流态模拟结果分析讨论

3．4．1 物理模型建立及甲鱼的运动情况设定

3．4．2 模拟结果分析及讨论

3．5 本章小结

第四章 结论与展望

4．1 结论

4．2 论文创新点

4．3 展望

参考文献

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