集約化水產養殖對水的需求較大並且可能汙染環境，如何解決這個問題呢？迴圈水養殖系統(RAS)是其中的備選答案之一。近幾年來，各國都在大力研究推廣RAS進行陸基水產養殖。如果說RAS是一個城市，那麼生物濾池就是這個城市的“汙水處理廠”。為了能夠安全高效地為整個“城市”服務，這個“處理廠”的處理能力應當怎樣計算？來自Pentair Aquatic Eco-system公司的Thomas .M. Losordo博士和Dennis P. Delong以總氨氮(total ammonia-nitrogen, TAN)為例向我們展示瞭如何進行相應計算

TAN和VTR，生物濾池的兩個關鍵數值

在RAS中規劃生物濾池時，設計者應該首要考慮生物濾池的設計淨水能力要能夠保證養殖系統中TAN濃度不超過設定上限。瞭解TAN濃度非常重要，因為生物濾池的氨氮移除速率是和濾池內氨氮濃度息息相關：生物濾池的移除速率與TAN濃度成正比。同時，養殖系統的最大投餵率對規劃生物濾池也很關鍵：系統內投餵率和飼料中蛋白含量會影響氨氮生產速率。

計算生物濾池硝化能力的最佳方式是用“克/立方米/天“為單位來測量生物濾池中填料的單位體積TAN轉化率（Volumetric TAN conversion Rate, VTR）。設計者瞭解當前VTR的測定條件並且將這些條件和系統在生物承載高峰時的條件相比較是非常有關鍵的。生物濾池中TAN含量越低，VTR也隨之降低。而在大多數情況下，VTR是在特定的生物濾池填料在特定的引數下計算出來的。

RAS中規劃生物濾池的四個步驟：

1.在養殖池中確定TAN的最大允許濃度。

2.估計系統的最大投餵率並計算TAN的最大生成速率

3.由之前的試驗或者生產者的說明確定生物濾池中填料的VTR。

4.計算預測的生物濾池中填料的用量需求。

應用案例

例如在25℃水溫下設計一個淡水RAS並假設氧氣沒有限制，即生物濾池中水溶氧為4毫克/升。另外假設酸鹼度和水體硬度分別為7.2和100毫克/升且最大TAN濃度為2毫克/升。此外，假設整個系統的最大投餵率為60千克/天，飼料蛋白含量為40%。

我們現在要根據這些資料預測每天的TAN生成速率：TAN生成量（公斤/天）=60公斤飼料/天X40%蛋白質X50%氮廢物X0.16克氮/克蛋白質X1.2克TAN

迴圈水養殖系統（RAS）可作為室外或室內養殖系統執行。由於在許多這些系統中都以集約化模式養殖魚類，因此，這些系統中的迴圈迴路以及出水的廢水處理是首要關注的問題。在室外RAS中，這樣的水處理常常在迴圈迴路中完成。

集約化水產養殖對水的需求較大並且可能汙染環境，如何解決這個問題呢？迴圈水養殖系統(RAS)是其中的備選答案之一。近幾年來，各國都在大力研究推廣RAS進行陸基水產養殖。如果說RAS是一個城市，那麼生物濾池就是這個城市的“汙水處理廠”。為了能夠安全高效地為整個“城市”服務，這個“處理廠”的處理能力應當怎樣計算？來自Pentair Aquatic Eco-system公司的Thomas .M. Losordo博士和Dennis P. Delong以總氨氮(total ammonia-nitrogen, TAN)為例向我們展示瞭如何進行相應計算。

TAN和VTR，生物濾池的兩個關鍵數值

在RAS中規劃生物濾池時，設計者應該首要考慮生物濾池的設計淨水能力要能夠保證養殖系統中TAN濃度不超過設定上限。瞭解TAN濃度非常重要，因為生物濾池的氨氮移除速率是和濾池內氨氮濃度息息相關：生物濾池的移除速率與TAN濃度成正比。同時，養殖系統的最大投餵率對規劃生物濾池也很關鍵：系統內投餵率和飼料中蛋白含量會影響氨氮生產速率。

計算生物濾池硝化能力的最佳方式是用“克/立方米/天“為單位來測量生物濾池中填料的單位體積TAN轉化率（Volumetric TAN conversion Rate, VTR）。設計者瞭解當前VTR的測定條件並且將這些條件和系統在生物承載高峰時的條件相比較是非常有關鍵的。生物濾池中TAN含量越低，VTR也隨之降低。而在大多數情況下，VTR是在特定的生物濾池填料在特定的引數下計算出來的。

RAS中規劃生物濾池的四個步驟：

1.在養殖池中確定TAN的最大允許濃度。

2.估計系統的最大投餵率並計算TAN的最大生成速率

3.由之前的試驗或者生產者的說明確定生物濾池中填料的VTR。

4.計算預測的生物濾池中填料的用量需求。

應用案例

例如在25℃水溫下設計一個淡水RAS並假設氧氣沒有限制，即生物濾池中水溶氧為4毫克/升。另外假設酸鹼度和水體硬度分別為7.2和100毫克/升且最大TAN濃度為2毫克/升。此外，假設整個系統的最大投餵率為60千克/天，飼料蛋白含量為40%。

我們現在要根據這些資料預測每天的TAN生成速率：TAN生成量（公斤/天）=60公斤飼料/天X40%蛋白質X50%氮廢物X0.16克氮/克蛋白質X1.2克TAN/克氮=2.3公斤/天。

公式中斜體字可以根據生產者情況進行替換。需要注意的是，在這個公式中蛋白質和氮元素廢物的百分比應用小數形式輸入，分別為0.4和0.5。

填料在滴流床反應器與動態床反應器的差異

確定需要的VTR值是整個設計中最困難的一個步驟。VTR是由生物濾池填料的型別和系統調節共同決定。按上述水質條件，表面積為200㎡的滴流床生物濾池填料的VTR大約為90克TAN/立方米/天。動態床反應器中的填料在相似條件下VTR保守估計為350g克TAN/立方米/天。下面的公式2可以用來預測將TAN轉化為相對無害的硝酸態氮所需要生物過濾填料的體積。

公式2：生物過濾填料體積（立方米）=TAN產量（克TAN/天）/VTR（克TAN/立方米/天）。套用上述條件可得 2300克TAN/天÷90克TAN/立方米/天=25.5立方米。

如果滴流床過濾池形狀是一個邊長為2.5米的正方形， 填料高度為4米。 在滴流床過濾池設計中，生物過濾填料上下均有空間。總而言之，這套滴流床過濾器可能有5.3米高，其中填料上下各有0.3米和1米的空間來收集並將水重新匯入生產系統中。

於此相似，我們可以計算動態床反應器填料在這個例子中需要的體積：2,300克TAN/天÷350克TAN/立方米/天=6.57立方米。

為了讓填料有充足的空間進行曝氣，在動態床反應器設計中填料體積所佔比例不能大於70%。因此，填料體積為6.6立方米的反應器的體積應該為9.4立方米。如果反應器直徑2.5米，那麼填料和水的最低高度為1.9米。如果在水和填料之上留0.3米的“機動空間“，那麼整個反應器的高度應為2.2米。

前景

從生物過濾器的推測結果中，我們可以看到面對同樣的工作負荷，滴流床過濾系統的填料需求幾乎是動態床反應器的4倍，應用於生物濾池當中的話，滴流床系統對於操作成本和前期投入要求更高。

我們可以對於所有的生物過濾填料做類似的預測而在商業化生產中，設計者一定要了解特定條件下特定填料的VTR。

1、魚菜共生

魚菜共生是目前最流行的二次作物生產形式之一。目前，人們對零交換魚菜共生系統的興趣正呈爆炸式增長，處於最前沿的是納爾遜和帕德魚菜共生有限公司（Nelson and Pade Aquaponics Inc），他們是世界上最大的魚菜共生系統和培訓供應商，已向27個不同國家的客戶銷售了700套完整的魚菜共生系統。

魚菜共生技術有許多重要的優點，這些優點使它獲得了巨大的成功。因其收穫比較規律，可持續不斷地向市場直接供應魚類和蔬菜，這是一個很大的優勢，因為水產養殖設施通常位於溫室或室內，全年都可以使用。與傳統水培法不同，不需要任何離子補充(鈣、鎂和鉀)。與傳統種植的農業作物相比，魚菜共生只需要很少的水，而且不需要任何肥料，因為所有的植物營養都來自於魚的排洩物。只要維持生物安全和良好的管理實踐，魚菜共生系統通常不會出現疾病。

2、合理運用池塘中的藻類

促進水產養殖系統二次作物生產的方式有很多。據海洋成分組織IFFO估計，用於水產飼料的魚粉上限約為500萬噸。然而，據多方資料顯示，水產養殖產量預計在未來二、三十年將翻一番，以滿足迅速增長的人口對蛋白質的需求。然而問題是，與全球氣候變化相關的災難性天氣事件日益增多，導致許多農業領域的收成無法預測。這一情況促使了飼料中蛋白質的替代原料的開發，如昆蟲、藻類以及水產養殖和漁業加工的副產品。另一個經常被忽視的重要問題是生物安全問題，這在許多農業領域是至關重要的，目的是防止飼料原料未經消毒，從而使疾病垂直轉移。

對RAS和池塘的研究表明，水產養殖池塘中天然產生的藻類，可透過食物鏈最終被魚同化，如輪蟲吃藻類，花鰱濾食輪蟲。由於飼料通常在養殖成本中佔大頭，所以有效利用藻類是具有經濟意義的，因為藻類是天然的氮匯。氮是水產養殖飼料中最昂貴的元素，也是集約化系統中毒性最大的化合物(氨、亞硝酸鹽、硝酸鹽)。研究表明，集約化系統中， 70%的飼料營養儲存在浮游植物中。反過來說，如果利用好食物鏈，可以利用60%的總氮。此外，有記錄表明植物和以藻類為食的雙殼類動物的生長速度相比於野生種類要快50%。如牡蠣和大型藻類等以養殖廢棄物為生的生物，已多次證明其產量是主養品種的五倍。

我第一次利用藻類生產第二種作物的經驗是在研究生期間，在1000平方米的蝦池裡，在漂浮的跑道上生長著幼年牡蠣(C. virginica)。在沒有飼料，勞動投入也很低的的情況下，其生長速度仍比野生種快得多。反過來，當牡蠣從池塘中清除藻類時，它們即清除了多餘的氮和磷，同時也有助於維持合理的藻群，在蝦的營養方面提供多種好處。藻類是蝦類食物中很有價值的部分，被證明有利於蝦類的快速生長。

次級作物品種的諸多好處將從根本上改善水產養殖經營者的經濟效益。研究表明，水產養殖企業的年收入可透過次級作物的直接銷售和補充效率等增加20%以上。由於多樣化在農業實踐中是有益的，投資有限的資本生產第二種有價值的作物以增加收入- -同時促進第一種作物的增長- -具有良好的商業意義。

國內的迴圈水養殖目前尚屬起步階段。魚菜共生也一片大火，其中不乏各種先行者打造的多種魚菜共生養殖模式。但是盈利能力尚不清楚。如何提高魚菜模式中系統的穩定性和蔬菜的溢價可能是重要的一環。品牌化或許是一條通道。以上內容僅供參考。

是一種新型養殖模式，透過一系列水處理單元將養殖池中產生的廢水處理後再次迴圈回用。RAS的主要原理是將環境工程、土木建築、現代生物、電子資訊等學科領域的先進技術集於一體，以去除養殖水體中殘餌糞便、氨氮（TAN）、亞硝酸鹽氮（NO2--N）等有害汙染物,淨化養殖環境為目的，利用物理過濾、生物過濾、去除CO2、消毒、增氧、調溫等處理將淨化後的水體重新輸入養殖池的過程。其不僅可以解決水資源利用率低的問題，還可以為養殖生物提供穩定可靠、舒適優質的生活環境，為高密度養殖提供了有利條件。

集約化水產養殖對水的需求較大並且可能汙染環境，如何解決這個問題呢？迴圈水養殖系統(RAS)是其中的備選答案之一。近幾年來，各國都在大力研究推廣RAS進行陸基水產養殖。如果說RAS是一個城市，那麼生物濾池就是這個城市的“汙水處理廠”。為了能夠安全高效地為整個“城市”服務，這個“處理廠”的處理能力應當怎樣計算？來自Pentair Aquatic Eco-system公司的Thomas .M. Losordo博士和Dennis P. Delong以總氨氮(total ammonia-nitrogen, TAN)為例向我們展示瞭如何進行相應計算。

TAN和VTR，生物濾池的兩個關鍵數值

在RAS中規劃生物濾池時，設計者應該首要考慮生物濾池的設計淨水能力要能夠保證養殖系統中TAN濃度不超過設定上限。瞭解TAN濃度非常重要，因為生物濾池的氨氮移除速率是和濾池內氨氮濃度息息相關：生物濾池的移除速率與TAN濃度成正比。同時，養殖系統的最大投餵率對規劃生物濾池也很關鍵：系統內投餵率和飼料中蛋白含量會影響氨氮生產速率。

計算生物濾池硝化能力的最佳方式是用“克/立方米/天“為單位來測量生物濾池中填料的單位體積TAN轉化率（Volumetric TAN conversion Rate, VTR）。設計者瞭解當前VTR的測定條件並且將這些條件和系統在生物承載高峰時的條件相比較是非常有關鍵的。生物濾池中TAN含量越低，VTR也隨之降低。而在大多數情況下，VTR是在特定的生物濾池填料在特定的引數下計算出來的。

RAS中規劃生物濾池的四個步驟：

1.在養殖池中確定TAN的最大允許濃度。

2.估計系統的最大投餵率並計算TAN的最大生成速率

3.由之前的試驗或者生產者的說明確定生物濾池中填料的VTR。

4.計算預測的生物濾池中填料的用量需求。

應用案例

例如在25℃水溫下設計一個淡水RAS並假設氧氣沒有限制，即生物濾池中水溶氧為4毫克/升。另外假設酸鹼度和水體硬度分別為7.2和100毫克/升且最大TAN濃度為2毫克/升。此外，假設整個系統的最大投餵率為60千克/天，飼料蛋白含量為40%。

我們現在要根據這些資料預測每天的TAN生成速率：TAN生成量（公斤/天）=60公斤飼料/天X40%蛋白質X50%氮廢物X0.16克氮/克蛋白質X1.2克TAN/克氮=2.3公斤/天。

公式中斜體字可以根據生產者情況進行替換。需要注意的是，在這個公式中蛋白質和氮元素廢物的百分比應用小數形式輸入，分別為0.4和0.5。

填料在滴流床反應器與動態床反應器的差異

確定需要的VTR值是整個設計中最困難的一個步驟。VTR是由生物濾池填料的型別和系統調節共同決定。按上述水質條件，表面積為200㎡的滴流床生物濾池填料的VTR大約為90克TAN/立方米/天。動態床反應器中的填料在相似條件下VTR保守估計為350g克TAN/立方米/天。下面的公式2可以用來預測將TAN轉化為相對無害的硝酸態氮所需要生物過濾填料的體積。

公式2：生物過濾填料體積（立方米）=TAN產量（克TAN/天）/VTR（克TAN/立方米/天）。套用上述條件可得 2300克TAN/天÷90克TAN/立方米/天=25.5立方米。

如果滴流床過濾池形狀是一個邊長為2.5米的正方形， 填料高度為4米。 在滴流床過濾池設計中，生物過濾填料上下均有空間。總而言之，這套滴流床過濾器可能有5.3米高，其中填料上下各有0.3米和1米的空間來收集並將水重新匯入生產系統中。

於此相似，我們可以計算動態床反應器填料在這個例子中需要的體積：2,300克TAN/天÷350克TAN/立方米/天=6.57立方米。

為了讓填料有充足的空間進行曝氣，在動態床反應器設計中填料體積所佔比例不能大於70%。因此，填料體積為6.6立方米的反應器的體積應該為9.4立方米。如果反應器直徑2.5米，那麼填料和水的最低高度為1.9米。如果在水和填料之上留0.3米的“機動空間“，那麼整個反應器的高度應為2.2米。

前景

從生物過濾器的推測結果中，我們可以看到面對同樣的工作負荷，滴流床過濾系統的填料需求幾乎是動態床反應器的4倍，應用於生物濾池當中的話，滴流床系統對於操作成本和前期投入要求更高。

我們可以對於所有的生物過濾填料做類似的預測而在商業化生產中，設計者一定要了解特定條件下特定填料的VTR。

利用水產養殖產生的廢物種植植物已經有幾千年的歷史了，生長在營養豐富的沿海水域的海藻一直是產量最大的水產養殖產品，佔世界水產養殖總產量的90%。然而，根據最近發表在《歐洲生態學雜誌》上的一篇文章，氣候的變化正威脅沿海野生的海藻的生產。在封閉水產養殖系統中進行植物的生長為這一主要農業領域提供了更加可持續的發展。把浪費的營養轉化成有價值的藻類可提高效率和利潤。零換水養殖系統通常都有過量且有毒性的含氮化合物（氨、亞硝酸等），而將這些廢物恰好可以用來生產有價值的二次作物。