海水循環水養殖技術研究發展報告
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作者:nbchunyuancom
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發布時間: 2017-09-18
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我國的海水循環水技術研究與應用始于上世紀80年代初期。在20世紀70年代，國外工廠化循環水養殖的信息開始傳入國內，北京水產研究所、上海水產研究所和中國水產科學研究院漁業機械儀器研究所等單位的科研工作者開始跟蹤研究，但國內并沒有全封閉循環水養殖的生產應用；20世紀80年代，國外的工廠化循環水養殖設施和技術逐漸進入中國，當時浙江、遼寧等地花巨資引進了西德和丹麥約30余套循環水養鰻設施，但由于高昂的投入和運行、維護成本，生產難以為繼，上述成套設備很快就被束之高閣。1988年，中國水產科學研究院漁業機械儀器研究所在消化吸收國外技術的基礎上，設計了國內第一個生產性的工廠化循環水養殖車間。
1.1 國內的海水循環水技術發展歷程、研究與應用現狀
我國的海水循環水技術研究與應用始于上世紀80年代初期。在20世紀70年代，國外工廠化循環水養殖的信息開始傳入國內，北京水產研究所、上海水產研究所和中國水產科學研究院漁業機械儀器研究所等單位的科研工作者開始跟蹤研究，但國內并沒有全封閉循環水養殖的生產應用；20世紀80年代，國外的工廠化循環水養殖設施和技術逐漸進入中國，當時浙江、遼寧等地花巨資引進了西德和丹麥約30余套循環水養鰻設施，但由于高昂的投入和運行、維護成本，生產難以為繼，上述成套設備很快就被束之高閣。1988年，中國水產科學研究院漁業機械儀器研究所在消化吸收國外技術的基礎上，設計了國內第一個生產性的工廠化循環水養殖車間。
20世紀90年代初期，隨著養殖業和物流的迅速發展，北方冬季的吃魚問題得到很大改善，魚價在北方大幅下跌，工廠化循環水養殖的經濟性受到質疑，加上技術上的不成熟，工廠化循環水養殖的發展進入了低谷。20世紀90年代后期，特別是進入新世紀以來，隨著社會經濟和科技水平的發展，環境意識的增強，循環水養殖模式逐漸引起重視，在國家各級項目、課題的支持下，循環水養殖相關技術和成套設備的研發取得了良好進展。如國家“863計劃”分別在“九五”海洋生物技術（819）主題、“十五”海水設施養殖與工程化技術專題安排了3個課題。課題主要研究內容及主要指標：
“九五”項目：工廠化養殖海水凈化和高效循環利用關鍵技術，主要研究內容：（1）高效過濾技術研究；（2）高效氮源凈化技術；（3）水質指標自動監測與控制技術；（4）養殖技術研究。
“十五”項目1：工廠化魚類高密度養殖設施的工程優化技術，主要研究內容：研制快速過濾器、高效氮源生物凈化設施和新型水處理配套設備，研究集約化養殖排污水集中處理與綜合利用技術，優化封閉式循環水養殖系統。工廠化養魚車間的排放水達到國家的標準要求，單位水體的產量達到或接近國際同類養殖模式的先進生產水平，提供設計規范，系統建設造價比國際同類養殖系統降低50%。
“十五”項目2：重要海水養殖貝類苗種培育設施的工程優化，主要研究內容：研制高效水處理設備與全年封閉式循環水育苗優化設施，研制海水養殖苗種培育優質餌料生物高效自動化培養、收獲系統與設施，研究苗種培育的工藝參數與自動控制技術，開發養殖設施工程化低價新能源。生物凈化設施為育苗水體的十分之一以下，育苗車間的排放水達到國家的標準要求；建立或改造后的育苗系統的單位水體的產量達到或接近國際同類養殖模式的先進生產水平，提供設計規范，系統建設造價比國際同類養殖系統降低50%。
此外，科技部、國家計委、農業部、中科院及部分省市立項約10項，主要涉及工廠化養殖、水處理設施設備等；研究對象涉及魚（大菱鲆、牙鲆）、蝦（中國明對蝦、凡納濱對蝦）、貝（鮑魚、海灣扇貝、菲律賓蛤子）及主要海珍品（海參）等。
據不完全統計，目前我國工廠化海水養殖面積約有500萬m2，其中封閉、半封閉循環水養殖面積約占10～20％，主要養殖大菱鲆、半滑舌鰨、褐牙鲆、石斑魚等，屬于循環水養殖工程的開拓階段，具有很大的發展潛力和應用前景。如臺灣華信（上海）水產在上海市郊進行的人工配制海水養殖石斑魚，杭州新科水產養殖有限公司在杭州市區進行的人工配制低鹽度海水養殖凡納濱對蝦平均單產達到4 kg/m2，日添加新水量約占總水體量的10%，膠南通用水產養殖有限公司循環水養殖大菱鲆單產達到55kg/m3，天津市海發珍品實業發展有限公司現有封閉內循環海水養殖車間2.7萬平方米，有效養殖水體1.6萬平方米，擁有36套封閉循環水養殖系統，以石斑、半滑舌鰨等高檔海水魚的養成為主營業務，目前已成為國內最大的海水封閉循環水養殖企業，舌鰨魚養殖單產達到20-30kg/m2，石斑魚養殖達到30-35kg/m2。
當前我國海水封閉循環水養殖技術研究與應用特點是：①以工廠化養殖水處理單元設備的開發為重點；②以模仿、改進國內外先進的工業和生活污水水處理設備為特征；③封閉循環水養殖系統的生產大規模應用較少。
取得的主要進展：
（1）開發了一批具有自主知識產權的海水養殖、育苗專用水處理設施設備，并初步實現了生產應用；開發的設施設備包括：①固液分離設備（如海水專用轉鼓式微濾機、袋式機械過濾器、彗星式纖維球、玻璃纖維砂濾器、超細懸浮物去除裝置）；②生物過濾設備（如生物凈化裝置的天然載體填料）；③消毒增氧設備（如臭氧－紫外聯合消毒設備、超聲波消毒殺藻器、壓力式溶氧罐、管式增氧裝置、氧氣錐等）；④有機物去除裝置（如溶氣式氣液混合器、渦流泵、射流式蛋白泡沫分離器等）；⑤調溫設備（PPR連箱式橫排太陽能集熱器海水加熱系統、海水養殖廢水熱泵加熱系統）；6）水質監測與控制技術（如海水水質在線監測與遠程報警系統等）。（2）研究了封閉循環水養殖、育苗的關鍵生產技術與工藝：研究了主要水質參數對養殖生物的影響、大規模高密度養殖和培育技術等。 （3）研究了主要水處理設備的技術性能，包括蛋白分離器、臭氧、生物濾器的技術性能，對提高生產設備的生產適用性和設備的技術指標奠定了基礎。（4）構建的封閉循環水養殖系統、育苗系統部分實現了生產應用，促進了工業化海水養殖業的興起和發展。
存在的主要問題：
（1）部分關鍵設備的可靠性、耐海水腐蝕性還有待提高。海水養殖、育苗的生產場地一般都在海邊，工作環境潮濕、空氣鹽份含量高、海水腐蝕性強等不利狀況對設備的耐久性、穩定性提出了很高要求，同時，海水養殖屬大農業范疇，利潤相對較低，生產設備必須造價低廉、經濟適用，海水養殖的連續生產，使得設備的任何小故障對生產都可能帶來致命的影響，因此，無論是制氧機、臭氧發生器、紫外線消毒器、水泵等機械設備都存在該類問題，影響了設備的生產推廣應用。（2）封閉循環水養殖、育苗的關鍵生產技術與工藝還需進一步深入研究。在高密度養殖條件下，個體密度作為脅迫會引起動物機體產生一系列生理變化，有關水生生物在密養環境下的適應性反應，國內的研究資料非常少，研究養殖對象在高密度環境下的適應機制，有助于在養殖和育苗生產中掌握適當的放養密度、減少魚病發生。此外，高密度循環水養殖、育苗是在人工受控的小環境里進行養殖和育苗生產的，其養殖環境、水質環境均大大有別于池塘和淺海養殖，還需要對養殖生產技術、管理技術進行深入研究，解決硬件強、軟件弱的不平衡。（3）需要進一步通過集成國內外先進水處理技術，創新海水養殖育苗水處理新模式。海水養殖和育苗生產具有大農業生產的基本特征，因此，要使技術真正為養殖企業和養殖戶接受，必須立足中國國情，研究開發“實用（滿足生產功能要求）、經濟（造價低，運行及維護費用低）、好用（生產管理方便）”，能夠滿足不通用戶生產需求的設施設備，方可以促進中國的水產養殖業快速、健康和可持續發展。（4）缺乏實現苗種/養殖生物精細培育的數據信息采集處理、診斷決策、過程設計和控制。生產過程缺乏病害預警機制與預防策略、水質實時監測與報警。（5）節能技術尚待開發。節能的途徑是較多的，如利用太陽能、風能、地熱、地下水、電廠余熱等，另一個途徑是開發節能的設施設備，如開發大流量、小功率、低揚程的水泵、進一步降低純氧發生器單位氧氣產量的電耗等。節能不但能節省燃料，同時也節省了運輸燃料的運輸成本。目前我國能源和運輸都很緊張，節能工作的好壞，是制約設施漁業發展的關鍵因素，關系到設施漁業的成敗。（6）養殖廢水的資源化利用和無公害化排放技術尚待研究。
“十一五”期間，“工廠化海水養殖成套設備與無公害養殖技術”研究被列為國家“863”計劃“現代農業技術領域”重點項目課題，主要研究內容包括：（1）高效水處理設備研制及其組裝技術、水處理凈化技術研究；（2）養殖設施與水處理工藝的工程優化設計；（3）無公害養殖技術研究與工廠化高效養殖技術集成研究；（4）低能耗控制技術與養殖污水資源化利用技術。預期目標是：（1）研制出以生物膜為核心的海水工廠化養殖高效能新型污水處理成套裝備；（2）研究突破鲆鰈魚類、海參、對蝦工廠化健康養殖關鍵技術，爭取該成果在生物膜水凈化技術、快速高效去除顆粒廢棄物、低能耗控制和計算機輔助管理方面達到國際先進水平；（3）提出一套適合于海水工廠化養殖場應用的，低投資、低運行費用、操作方便、處理完全達標的養殖廢水生態工程處理工藝和設施設備；（4）建立海水工廠化高效養殖集成技術體系，實現工廠化海水養殖的環境友好、養殖低能耗和產品無公害。
當前國內進行封閉循環水養殖系統研究的單位概況：
中國水產科學研究院黃海水產研究所于2004年9月成立了海水魚類與設施漁業研究室，主要開展工廠化養殖、網箱養殖等方面的研究與生產應用工作，在水處理裝備、抗風浪網箱結構等方面取得了一系列成果；水科院漁業機械儀器研究所建有漁業水體凈化技術和系統研究重點開放實驗室，目前，正在原實驗工廠的基礎上籌建漁業機械工程科研中試基地（松江）。
上海水產大學設立了設施漁業研究所，主要在淡水養殖工程和水族館等方面開展相關的研究和生產應用；中國海洋大學把養殖環境工程、養殖工程設計等列為水產學科“十一五”的主要建設領域；山東省海水養殖研究所成立了養殖技術與漁業工程研究中心；中國科學院水生生物研究所建有國家淡水漁業工程技術研究中心（武漢），主要解決我國水產業產區品種單一、集約化養殖產業較少和技術手段落后問題；此外，大連水產學院、廣州海洋大學、浙江大學等院校也都在積極組建和推進該學科與人才隊伍的建設。
中國科學院海洋研究所從“八五”起就已開始了水處理技術和設備的研制，開發了機械過濾器、固液分離器等設施設備；“十五”期間，中國科學院海洋研究所相繼主持了863“重要海水養殖貝類苗種培育設施的工程優化”課題和中科院知識創新工程重要方向項目“對蝦高效養殖工程與關鍵技術”等課題；“十一五”期間，中科院海洋所主持了國家863重點項目課題“海水工廠化養殖成套設備與無公害養殖技術”、國家自然科學基金“海水封閉循環水養殖系統重要元素及能量收支的研究”，以及中—法先進科技計劃國際合作項目“通過循環再利用減少海水集約化養殖對環境的影響”等和多項國家、部省級課題。
據不完全統計，目前專業生產循環水設施設備的廠家不足10家，能形成一定產量的廠家有：大連匯新鈦設備開發有限公司、杭州大賀水處理設備有限公司、河北保定江力漁業機械廠、廣州德港水族設備工程有限公司、上海環保設備廠、青島中科海水處理設備工程有限公司等
1.2 國外的循環水技術發展歷程、研究與應用現狀
國外的循環水養殖系統的應用研究始于上世紀70年代。初期，主要是沿用城市和工業廢水處理過程與設備，加以改進。之后的一段時期，對循環水系統的水處理特性有了進一步的理解，逐漸發展成了一系列專門為養殖水處理應用的技術與設備。
目前國外循環水技術比較發達的國家有歐洲的法國、德國、丹麥、西班牙；北美的美國、加拿大和中東的以色列以及亞洲的日本等國家。
在歐洲，高密度封閉循環水養殖已被列入一個新型的、發展迅速的、技術復雜的行業，通過采用先進的水處理技術與生物工程，大量引用前沿技術，最高單產可達100 kg/m3，封閉循環水養殖已普及到蝦、貝、藻、軟體動物的養殖。當前絕大多數養殖企業的苗種孵化和育成均采用循環水工藝，有越來越多的海水和淡水封閉循環水養殖模式在歐洲各地得以成功實踐。在丹麥，大約有超過10%的鮭魚養殖企業正積極把流水養殖改造為循環水養殖，以達到減少用水量和利用過濾地下水減少病害的目的；在法國，所有的大菱鲆苗種孵化和商品魚養殖均在封閉循環水養殖車間進行，鮭魚的封閉循環水養殖也開始進行生產實踐。縱觀歐洲的封閉循環水養殖工藝，可以總結為以下幾個特點：（1）降低水處理系統水力負荷的快速排污技術。為了防止生物濾器堵塞及大顆粒懸浮物破碎成超細懸浮物，系統采用養殖池自動排污裝置、殘餌捕集器及機械過濾器三個水處理裝置，使養殖廢水一流出養殖池，就將懸浮顆粒物通過沉淀、過濾等方式得以去除，降低其他水處理設備的負荷；（2）普遍采用提高單位產量和改善水質的純氧增氧技術。近年來，法國、西班牙、丹麥、德國等一些國家成功設計和建造了使用液氧向養殖池和生物過濾器增氧的養殖設備，大大提高了單位水面的魚產量。研制了制氧裝置，可在魚類養殖場直接生產純度為85%~95%的富氧。（3）采用日趨先進的養殖環境監控技術。目前較先進的封閉循環水養殖廠均采用了自動化監控裝備，通過收集和分析有關養殖水質和環境參數數據，如DO、pH、T、TAN、水位、流速、光照周期等，結合相應的報警和應急處理系統，對水質和養殖環境進行有效的實時監控，使封閉循環水養殖水質和環境穩定可靠。有的養殖廠還采用計算機圖像處理系統監控養殖生物，通過獲取魚的進食、游速、體色等情況，利用專家系統自動調整最佳飼料投放量，以獲得最佳轉化率。（4）生物濾器的穩定運行管理技術。生物濾器主要用于去除養殖水中的水溶性有害物（有機物和氨氮），它是所有（海水、淡水）封閉循環水處理系統成功運行的關鍵，同時生物濾器也是封閉循環水處理系統投資和能耗最大的水處理單元。法國科學家在政府的資助下，在此領域進行了長期研究，如生物膜的細菌群落（自養細菌和異養細菌）組成、數量，氨氧化、硝化過程的能量和氧氣消耗等，養殖廢水中不同C/N比率對生物濾器效能的影響，并在此基礎上獲得生物濾器硝化動力學模型，建立了生物濾器的設計與管理規范。生物濾器管理技術的突破對推廣應用封閉循環水養殖系統起到了積極的推動作用。（5）養殖廢水的資源化利用與無公害排放技術。養殖污水處理是封閉循環水養殖技術發展中的一個重要課題。法國科學家設計了利用大型藻類凈化養殖廢水系統，經凈化后的養殖廢水再回用至養殖池，丹麥采用在養殖池之間設生物凈化器的方式，將養殖污水進行處理后再進行排放；同時，封閉循環水養殖技術先進的發達國家也根據各自的水處理技術特點開發出一些體積小、成本低、處理污水能力強的新型養殖污水處理設備。
以西班牙Aquacria Arousa大菱鲆工廠化養殖場為典型示例：該廠位于西班牙西北部加利西亞省的Pontevedra，建于2000年3月22日，是由Sunfish公司設計的第三代循環水系統，年產苗種8批，共400,000尾，養殖場年產商品魚500噸，養殖面積1,885m2，相當于265kg/年/m2（包括育苗池、廢棄物和廢水處理單元占地）。據不完全統計，目前歐洲的封閉循環水養殖面積約30萬m2，且發展速度很快。
當前國外從事封閉循環水養殖技術研究的兩家代表性單位：
（1）法國國家海洋開發研究所 (Ifremer)早在上世紀80年代就開始了研究，僅在位于PALAVAS的地中海魚類研究所就專門建有8套封閉循環水養殖實驗系統，目前進行的有關涉及循環水養殖的研究內容包括：精準投喂的喂飼系統、在高密度養殖條件下魚類的游泳和喂飼行為、通過飼料配方的改善以減少廢物排放、光周期對魚類攝食行為的影響、魚類養殖環境的優化、細菌的數量和種類對水處理系統效能的影響、換水量和循環水率的優化、養殖水體中的酸堿平衡、養殖設施的優化設計、魚類的福利等。
（2）美國華盛頓大學生物系統工程學院
主要研究基于環境友好的保護資源的養殖系統，研究重點是水質的調控和養殖廢棄物處理。研究平臺包括：針對封閉循環水養殖系統環境作用過程的模型和仿真；硝化細菌的固定和增殖。重點研究領域包括：生物濾器和封閉循環水養殖系統：封閉循環水養殖系統的改善和提高，在 WRAC、WSU/UI 格蘭特特別基金資助下，研究去除氮、懸浮顆粒物和超細懸浮物的技術和設施設備，特別是設計一些新的生物濾器；養殖系統的水質調控和廢棄物處理。
據不完全統計，目前國外有循環水生產廠家30余家，主要分布在北美（美國、加拿大）、歐洲（西班牙、法國、丹麥），較有名的廠家如Marine Biotech, Inc.、Aquaculture Systems Technologies、LLC Water Management Technologies, Inc.、RMF-Applied Aquatics、Aquatic Eco-Systems, Inc. PR Aqua Ltd等，這些企業生產的水處理產品行銷全世界。
2 中外循環水養殖比較
目前國內海水循環水養殖技術雖有大幅提高，但和國外先進技術相比，在技術上仍有5~10年的差距，國內的海水循環水養殖缺乏系統科學的養殖技術和管理規范，生產中存在管理粗放、過量使用藥物、生產周期長、水資源浪費嚴重、污染環境等問題；國外對養殖生產過程的研究非常系統深入，長期研究和應用積累的數據詳盡、準確，技術先進，從業者素質高，但由于養殖對象和水質等與我國的天然差異，我們在積極引進國外先進技術和裝備的同時，還必須結合國情進行集成和創新。
3 發展展望
當前，我們已具備發展海水循環水養殖的良好內外部條件，我們必須抓住機遇，不斷的進行技術改良、集成和創新，在關鍵技術上迅速獲得突破，通過建立高產高效的示范基地，帶動全行業自覺踐行循環水養殖模式，促進循環水養殖產業的快速可持續發展。
（1）我國海水養殖產量居世界第一，但產品出口率不高，價值低，隨著城鎮及農村居民生活水平的提高，西部開發的興起，海產品需求量將不斷上升，市場對海產品品質的要求也將越來越高；由于近海環境污染的加劇和環境水質的易變性，使得傳統的流水或靜水養殖方式的生產穩定性愈發得不到保證，養殖企業主對封閉循環水技術有望變成一種自發的需求；此外，隨著養殖規模擴大，養殖種類增多，養殖和苗種繁育產業也迫切需要建立技術先進、穩產高產、低成本、高效益的養殖和繁育成套生產體系與設備，但目前現有的養殖/育苗場技術含量低、設備簡陋、生產成本高、生產能力低下、穩定性差，受人為、季節、天氣等因素影響大，抗風險能力弱，全行業處于低投入、高成本、資源浪費、污染嚴重、經濟效益波動的惡性狀況中。其技術設施落后不僅使該行業業主經營難以為繼，而且直接影響到產品品質及養殖效益；采用封閉循環水養殖/育苗系統成套設備經濟效益顯著，可以提高單位養殖/育苗水體的生產能力3－5倍，提高生產過程的抗風險能力，降低了人為因素干擾和生產對環境的依賴性，可以做到以銷選產，防止供求嚴重失調，保證生產穩定和良好的經濟效益。
（2）國家的推動將進一步促進海水循環水養殖產業的快速、健康和可持續發展。當前，水產工程學的研究與應用正成為國家重大需求和重要支持方向。國家幾個主要規劃綱要，包括：國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006—2020年）的重點領域及其優先主題是—“多功能農業裝備與設施”；國家“十一五”科學技術發展規劃綱要的超前部署前沿技術研究是：“精準農業技術與裝備”，國家中長期漁業科技發展規劃（2006～2020）的六大創新方向之一是“漁業節能減排技術與重大裝備開發”等。國家的政策和資金支持，將對產業的發展產生巨大的推動作用。
（3）在未來，公眾和管理部門對一些水產養殖模式的環境影響的監督將日益嚴格，將迫使水產養殖業改進管理，減少環境影響，提高這一行業的環境可持續性并保證其經濟可行性。
（4）全球的氣候變化將進一步促進水產養殖生產采用養殖新模式來應對氣候變暖的影響。雖然氣候變化對水產養殖的影響還未定性，也無法進行預測。但最近五年，水產養殖業因氣候變化引起的氣溫升高、天氣和水資源變化遭受了前所未有的打擊，如南方的凍害、臺風、降雨和北方的持續干旱等，因此，我們必須改變目前水產養殖業“靠天吃飯”的局面，利用受環境氣候變化影響很小的封閉循環水養殖新模式來應對氣候變暖的影響。
當前，我們研究和應用海水循環水養殖值得關注的主要問題如下：
（1）采取自主創新研發與集成國外先進技術與系統相結合方針，完善和配套封閉循環水養殖設施設備，建立設施設備標準化生產加工工藝與標準；
（2）研究精準養殖/育苗技術，高密度健康大幅度提高養殖/育苗生產的穩定性，促進經濟效益和生態效益的顯著提升，從整體上提升我國海水封閉循環水養殖技術。
（3）對封閉循環水養殖系統設計和設備制造商而言，封閉循環水養殖系統，從養殖系統設計到養殖生產運行與管理，直至產品上市，應滿足“ARE”三原則：即適用性（Applicability）、可靠性（Reliability）和經濟性（Economy），并在此基礎上，將工廠化養殖系統的優勢充分發揮，促進從業者的自覺使用和推廣應用，實現節約資源并有效地保護環境。對養殖生產使用者而言，要強調對系統管理的重要性大于系統設施設備本身的技術，封閉循環水養殖系統的使用，對管理者的素質和責任心提出了更高的要求。
（4）在大力推進封閉循環水養殖技術與生產應用的同時，應加強親魚和苗種封閉循環水培育技術和裝備的研究，因為后兩者最能體現封閉循環水養殖系統節省加熱或制冷能耗、保證水質穩定的優越性，在中國目前的國力條件和消費水平下，最可能使該技術在親魚和苗種培育，以及海珍品如鮑魚、刺參養殖等方面快速得到推廣應用
我國的海水循環水技術研究與應用始于上世紀80年代初期。在20世紀70年代，國外工廠化循環水養殖的信息開始傳入國內，北京水產研究所、上海水產研究所和中國水產科學研究院漁業機械儀器研究所等單位的科研工作者開始跟蹤研究，但國內并沒有全封閉循環水養殖的生產應用；20世紀80年代，國外的工廠化循環水養殖設施和技術逐漸進入中國，當時浙江、遼寧等地花巨資引進了西德和丹麥約30余套循環水養鰻設施，但由于高昂的投入和運行、維護成本，生產難以為繼，上述成套設備很快就被束之高閣。1988年，中國水產科學研究院漁業機械儀器研究所在消化吸收國外技術的基礎上，設計了國內第一個生產性的工廠化循環水養殖車間。
20世紀90年代初期，隨著養殖業和物流的迅速發展，北方冬季的吃魚問題得到很大改善，魚價在北方大幅下跌，工廠化循環水養殖的經濟性受到質疑，加上技術上的不成熟，工廠化循環水養殖的發展進入了低谷。20世紀90年代后期，特別是進入新世紀以來，隨著社會經濟和科技水平的發展，環境意識的增強，循環水養殖模式逐漸引起重視，在國家各級項目、課題的支持下，循環水養殖相關技術和成套設備的研發取得了良好進展。如國家“863計劃”分別在“九五”海洋生物技術（819）主題、“十五”海水設施養殖與工程化技術專題安排了3個課題。課題主要研究內容及主要指標：
“九五”項目：工廠化養殖海水凈化和高效循環利用關鍵技術，主要研究內容：（1）高效過濾技術研究；（2）高效氮源凈化技術；（3）水質指標自動監測與控制技術；（4）養殖技術研究。
“十五”項目1：工廠化魚類高密度養殖設施的工程優化技術，主要研究內容：研制快速過濾器、高效氮源生物凈化設施和新型水處理配套設備，研究集約化養殖排污水集中處理與綜合利用技術，優化封閉式循環水養殖系統。工廠化養魚車間的排放水達到國家的標準要求，單位水體的產量達到或接近國際同類養殖模式的先進生產水平，提供設計規范，系統建設造價比國際同類養殖系統降低50%。
“十五”項目2：重要海水養殖貝類苗種培育設施的工程優化，主要研究內容：研制高效水處理設備與全年封閉式循環水育苗優化設施，研制海水養殖苗種培育優質餌料生物高效自動化培養、收獲系統與設施，研究苗種培育的工藝參數與自動控制技術，開發養殖設施工程化低價新能源。生物凈化設施為育苗水體的十分之一以下，育苗車間的排放水達到國家的標準要求；建立或改造后的育苗系統的單位水體的產量達到或接近國際同類養殖模式的先進生產水平，提供設計規范，系統建設造價比國際同類養殖系統降低50%。
此外，科技部、國家計委、農業部、中科院及部分省市立項約10項，主要涉及工廠化養殖、水處理設施設備等；研究對象涉及魚（大菱鲆、牙鲆）、蝦（中國明對蝦、凡納濱對蝦）、貝（鮑魚、海灣扇貝、菲律賓蛤子）及主要海珍品（海參）等。
據不完全統計，目前我國工廠化海水養殖面積約有500萬m2，其中封閉、半封閉循環水養殖面積約占10～20％，主要養殖大菱鲆、半滑舌鰨、褐牙鲆、石斑魚等，屬于循環水養殖工程的開拓階段，具有很大的發展潛力和應用前景。如臺灣華信（上海）水產在上海市郊進行的人工配制海水養殖石斑魚，杭州新科水產養殖有限公司在杭州市區進行的人工配制低鹽度海水養殖凡納濱對蝦平均單產達到4 kg/m2，日添加新水量約占總水體量的10%，膠南通用水產養殖有限公司循環水養殖大菱鲆單產達到55kg/m3，天津市海發珍品實業發展有限公司現有封閉內循環海水養殖車間2.7萬平方米，有效養殖水體1.6萬平方米，擁有36套封閉循環水養殖系統，以石斑、半滑舌鰨等高檔海水魚的養成為主營業務，目前已成為國內最大的海水封閉循環水養殖企業，舌鰨魚養殖單產達到20-30kg/m2，石斑魚養殖達到30-35kg/m2。
當前我國海水封閉循環水養殖技術研究與應用特點是：①以工廠化養殖水處理單元設備的開發為重點；②以模仿、改進國內外先進的工業和生活污水水處理設備為特征；③封閉循環水養殖系統的生產大規模應用較少。
取得的主要進展：
（1）開發了一批具有自主知識產權的海水養殖、育苗專用水處理設施設備，并初步實現了生產應用；開發的設施設備包括：①固液分離設備（如海水專用轉鼓式微濾機、袋式機械過濾器、彗星式纖維球、玻璃纖維砂濾器、超細懸浮物去除裝置）；②生物過濾設備（如生物凈化裝置的天然載體填料）；③消毒增氧設備（如臭氧－紫外聯合消毒設備、超聲波消毒殺藻器、壓力式溶氧罐、管式增氧裝置、氧氣錐等）；④有機物去除裝置（如溶氣式氣液混合器、渦流泵、射流式蛋白泡沫分離器等）；⑤調溫設備（PPR連箱式橫排太陽能集熱器海水加熱系統、海水養殖廢水熱泵加熱系統）；6）水質監測與控制技術（如海水水質在線監測與遠程報警系統等）。（2）研究了封閉循環水養殖、育苗的關鍵生產技術與工藝：研究了主要水質參數對養殖生物的影響、大規模高密度養殖和培育技術等。 （3）研究了主要水處理設備的技術性能，包括蛋白分離器、臭氧、生物濾器的技術性能，對提高生產設備的生產適用性和設備的技術指標奠定了基礎。（4）構建的封閉循環水養殖系統、育苗系統部分實現了生產應用，促進了工業化海水養殖業的興起和發展。
存在的主要問題：
（1）部分關鍵設備的可靠性、耐海水腐蝕性還有待提高。海水養殖、育苗的生產場地一般都在海邊，工作環境潮濕、空氣鹽份含量高、海水腐蝕性強等不利狀況對設備的耐久性、穩定性提出了很高要求，同時，海水養殖屬大農業范疇，利潤相對較低，生產設備必須造價低廉、經濟適用，海水養殖的連續生產，使得設備的任何小故障對生產都可能帶來致命的影響，因此，無論是制氧機、臭氧發生器、紫外線消毒器、水泵等機械設備都存在該類問題，影響了設備的生產推廣應用。（2）封閉循環水養殖、育苗的關鍵生產技術與工藝還需進一步深入研究。在高密度養殖條件下，個體密度作為脅迫會引起動物機體產生一系列生理變化，有關水生生物在密養環境下的適應性反應，國內的研究資料非常少，研究養殖對象在高密度環境下的適應機制，有助于在養殖和育苗生產中掌握適當的放養密度、減少魚病發生。此外，高密度循環水養殖、育苗是在人工受控的小環境里進行養殖和育苗生產的，其養殖環境、水質環境均大大有別于池塘和淺海養殖，還需要對養殖生產技術、管理技術進行深入研究，解決硬件強、軟件弱的不平衡。（3）需要進一步通過集成國內外先進水處理技術，創新海水養殖育苗水處理新模式。海水養殖和育苗生產具有大農業生產的基本特征，因此，要使技術真正為養殖企業和養殖戶接受，必須立足中國國情，研究開發“實用（滿足生產功能要求）、經濟（造價低，運行及維護費用低）、好用（生產管理方便）”，能夠滿足不通用戶生產需求的設施設備，方可以促進中國的水產養殖業快速、健康和可持續發展。（4）缺乏實現苗種/養殖生物精細培育的數據信息采集處理、診斷決策、過程設計和控制。生產過程缺乏病害預警機制與預防策略、水質實時監測與報警。（5）節能技術尚待開發。節能的途徑是較多的，如利用太陽能、風能、地熱、地下水、電廠余熱等，另一個途徑是開發節能的設施設備，如開發大流量、小功率、低揚程的水泵、進一步降低純氧發生器單位氧氣產量的電耗等。節能不但能節省燃料，同時也節省了運輸燃料的運輸成本。目前我國能源和運輸都很緊張，節能工作的好壞，是制約設施漁業發展的關鍵因素，關系到設施漁業的成敗。（6）養殖廢水的資源化利用和無公害化排放技術尚待研究。
“十一五”期間，“工廠化海水養殖成套設備與無公害養殖技術”研究被列為國家“863”計劃“現代農業技術領域”重點項目課題，主要研究內容包括：（1）高效水處理設備研制及其組裝技術、水處理凈化技術研究；（2）養殖設施與水處理工藝的工程優化設計；（3）無公害養殖技術研究與工廠化高效養殖技術集成研究；（4）低能耗控制技術與養殖污水資源化利用技術。預期目標是：（1）研制出以生物膜為核心的海水工廠化養殖高效能新型污水處理成套裝備；（2）研究突破鲆鰈魚類、海參、對蝦工廠化健康養殖關鍵技術，爭取該成果在生物膜水凈化技術、快速高效去除顆粒廢棄物、低能耗控制和計算機輔助管理方面達到國際先進水平；（3）提出一套適合于海水工廠化養殖場應用的，低投資、低運行費用、操作方便、處理完全達標的養殖廢水生態工程處理工藝和設施設備；（4）建立海水工廠化高效養殖集成技術體系，實現工廠化海水養殖的環境友好、養殖低能耗和產品無公害。
當前國內進行封閉循環水養殖系統研究的單位概況：
中國水產科學研究院黃海水產研究所于2004年9月成立了海水魚類與設施漁業研究室，主要開展工廠化養殖、網箱養殖等方面的研究與生產應用工作，在水處理裝備、抗風浪網箱結構等方面取得了一系列成果；水科院漁業機械儀器研究所建有漁業水體凈化技術和系統研究重點開放實驗室，目前，正在原實驗工廠的基礎上籌建漁業機械工程科研中試基地（松江）。
上海水產大學設立了設施漁業研究所，主要在淡水養殖工程和水族館等方面開展相關的研究和生產應用；中國海洋大學把養殖環境工程、養殖工程設計等列為水產學科“十一五”的主要建設領域；山東省海水養殖研究所成立了養殖技術與漁業工程研究中心；中國科學院水生生物研究所建有國家淡水漁業工程技術研究中心（武漢），主要解決我國水產業產區品種單一、集約化養殖產業較少和技術手段落后問題；此外，大連水產學院、廣州海洋大學、浙江大學等院校也都在積極組建和推進該學科與人才隊伍的建設。
中國科學院海洋研究所從“八五”起就已開始了水處理技術和設備的研制，開發了機械過濾器、固液分離器等設施設備；“十五”期間，中國科學院海洋研究所相繼主持了863“重要海水養殖貝類苗種培育設施的工程優化”課題和中科院知識創新工程重要方向項目“對蝦高效養殖工程與關鍵技術”等課題；“十一五”期間，中科院海洋所主持了國家863重點項目課題“海水工廠化養殖成套設備與無公害養殖技術”、國家自然科學基金“海水封閉循環水養殖系統重要元素及能量收支的研究”，以及中—法先進科技計劃國際合作項目“通過循環再利用減少海水集約化養殖對環境的影響”等和多項國家、部省級課題。
據不完全統計，目前專業生產循環水設施設備的廠家不足10家，能形成一定產量的廠家有：大連匯新鈦設備開發有限公司、杭州大賀水處理設備有限公司、河北保定江力漁業機械廠、廣州德港水族設備工程有限公司、上海環保設備廠、青島中科海水處理設備工程有限公司等
1.2 國外的循環水技術發展歷程、研究與應用現狀
國外的循環水養殖系統的應用研究始于上世紀70年代。初期，主要是沿用城市和工業廢水處理過程與設備，加以改進。之后的一段時期，對循環水系統的水處理特性有了進一步的理解，逐漸發展成了一系列專門為養殖水處理應用的技術與設備。
目前國外循環水技術比較發達的國家有歐洲的法國、德國、丹麥、西班牙；北美的美國、加拿大和中東的以色列以及亞洲的日本等國家。
在歐洲，高密度封閉循環水養殖已被列入一個新型的、發展迅速的、技術復雜的行業，通過采用先進的水處理技術與生物工程，大量引用前沿技術，最高單產可達100 kg/m3，封閉循環水養殖已普及到蝦、貝、藻、軟體動物的養殖。當前絕大多數養殖企業的苗種孵化和育成均采用循環水工藝，有越來越多的海水和淡水封閉循環水養殖模式在歐洲各地得以成功實踐。在丹麥，大約有超過10%的鮭魚養殖企業正積極把流水養殖改造為循環水養殖，以達到減少用水量和利用過濾地下水減少病害的目的；在法國，所有的大菱鲆苗種孵化和商品魚養殖均在封閉循環水養殖車間進行，鮭魚的封閉循環水養殖也開始進行生產實踐。縱觀歐洲的封閉循環水養殖工藝，可以總結為以下幾個特點：（1）降低水處理系統水力負荷的快速排污技術。為了防止生物濾器堵塞及大顆粒懸浮物破碎成超細懸浮物，系統采用養殖池自動排污裝置、殘餌捕集器及機械過濾器三個水處理裝置，使養殖廢水一流出養殖池，就將懸浮顆粒物通過沉淀、過濾等方式得以去除，降低其他水處理設備的負荷；（2）普遍采用提高單位產量和改善水質的純氧增氧技術。近年來，法國、西班牙、丹麥、德國等一些國家成功設計和建造了使用液氧向養殖池和生物過濾器增氧的養殖設備，大大提高了單位水面的魚產量。研制了制氧裝置，可在魚類養殖場直接生產純度為85%~95%的富氧。（3）采用日趨先進的養殖環境監控技術。目前較先進的封閉循環水養殖廠均采用了自動化監控裝備，通過收集和分析有關養殖水質和環境參數數據，如DO、pH、T、TAN、水位、流速、光照周期等，結合相應的報警和應急處理系統，對水質和養殖環境進行有效的實時監控，使封閉循環水養殖水質和環境穩定可靠。有的養殖廠還采用計算機圖像處理系統監控養殖生物，通過獲取魚的進食、游速、體色等情況，利用專家系統自動調整最佳飼料投放量，以獲得最佳轉化率。（4）生物濾器的穩定運行管理技術。生物濾器主要用于去除養殖水中的水溶性有害物（有機物和氨氮），它是所有（海水、淡水）封閉循環水處理系統成功運行的關鍵，同時生物濾器也是封閉循環水處理系統投資和能耗最大的水處理單元。法國科學家在政府的資助下，在此領域進行了長期研究，如生物膜的細菌群落（自養細菌和異養細菌）組成、數量，氨氧化、硝化過程的能量和氧氣消耗等，養殖廢水中不同C/N比率對生物濾器效能的影響，并在此基礎上獲得生物濾器硝化動力學模型，建立了生物濾器的設計與管理規范。生物濾器管理技術的突破對推廣應用封閉循環水養殖系統起到了積極的推動作用。（5）養殖廢水的資源化利用與無公害排放技術。養殖污水處理是封閉循環水養殖技術發展中的一個重要課題。法國科學家設計了利用大型藻類凈化養殖廢水系統，經凈化后的養殖廢水再回用至養殖池，丹麥采用在養殖池之間設生物凈化器的方式，將養殖污水進行處理后再進行排放；同時，封閉循環水養殖技術先進的發達國家也根據各自的水處理技術特點開發出一些體積小、成本低、處理污水能力強的新型養殖污水處理設備。
以西班牙Aquacria Arousa大菱鲆工廠化養殖場為典型示例：該廠位于西班牙西北部加利西亞省的Pontevedra，建于2000年3月22日，是由Sunfish公司設計的第三代循環水系統，年產苗種8批，共400,000尾，養殖場年產商品魚500噸，養殖面積1,885m2，相當于265kg/年/m2（包括育苗池、廢棄物和廢水處理單元占地）。據不完全統計，目前歐洲的封閉循環水養殖面積約30萬m2，且發展速度很快。
當前國外從事封閉循環水養殖技術研究的兩家代表性單位：
（1）法國國家海洋開發研究所 (Ifremer)早在上世紀80年代就開始了研究，僅在位于PALAVAS的地中海魚類研究所就專門建有8套封閉循環水養殖實驗系統，目前進行的有關涉及循環水養殖的研究內容包括：精準投喂的喂飼系統、在高密度養殖條件下魚類的游泳和喂飼行為、通過飼料配方的改善以減少廢物排放、光周期對魚類攝食行為的影響、魚類養殖環境的優化、細菌的數量和種類對水處理系統效能的影響、換水量和循環水率的優化、養殖水體中的酸堿平衡、養殖設施的優化設計、魚類的福利等。
（2）美國華盛頓大學生物系統工程學院
主要研究基于環境友好的保護資源的養殖系統，研究重點是水質的調控和養殖廢棄物處理。研究平臺包括：針對封閉循環水養殖系統環境作用過程的模型和仿真；硝化細菌的固定和增殖。重點研究領域包括：生物濾器和封閉循環水養殖系統：封閉循環水養殖系統的改善和提高，在 WRAC、WSU/UI 格蘭特特別基金資助下，研究去除氮、懸浮顆粒物和超細懸浮物的技術和設施設備，特別是設計一些新的生物濾器；養殖系統的水質調控和廢棄物處理。
據不完全統計，目前國外有循環水生產廠家30余家，主要分布在北美（美國、加拿大）、歐洲（西班牙、法國、丹麥），較有名的廠家如Marine Biotech, Inc.、Aquaculture Systems Technologies、LLC Water Management Technologies, Inc.、RMF-Applied Aquatics、Aquatic Eco-Systems, Inc. PR Aqua Ltd等，這些企業生產的水處理產品行銷全世界。
2 中外循環水養殖比較
目前國內海水循環水養殖技術雖有大幅提高，但和國外先進技術相比，在技術上仍有5~10年的差距，國內的海水循環水養殖缺乏系統科學的養殖技術和管理規范，生產中存在管理粗放、過量使用藥物、生產周期長、水資源浪費嚴重、污染環境等問題；國外對養殖生產過程的研究非常系統深入，長期研究和應用積累的數據詳盡、準確，技術先進，從業者素質高，但由于養殖對象和水質等與我國的天然差異，我們在積極引進國外先進技術和裝備的同時，還必須結合國情進行集成和創新。
3 發展展望
當前，我們已具備發展海水循環水養殖的良好內外部條件，我們必須抓住機遇，不斷的進行技術改良、集成和創新，在關鍵技術上迅速獲得突破，通過建立高產高效的示范基地，帶動全行業自覺踐行循環水養殖模式，促進循環水養殖產業的快速可持續發展。
（1）我國海水養殖產量居世界第一，但產品出口率不高，價值低，隨著城鎮及農村居民生活水平的提高，西部開發的興起，海產品需求量將不斷上升，市場對海產品品質的要求也將越來越高；由于近海環境污染的加劇和環境水質的易變性，使得傳統的流水或靜水養殖方式的生產穩定性愈發得不到保證，養殖企業主對封閉循環水技術有望變成一種自發的需求；此外，隨著養殖規模擴大，養殖種類增多，養殖和苗種繁育產業也迫切需要建立技術先進、穩產高產、低成本、高效益的養殖和繁育成套生產體系與設備，但目前現有的養殖/育苗場技術含量低、設備簡陋、生產成本高、生產能力低下、穩定性差，受人為、季節、天氣等因素影響大，抗風險能力弱，全行業處于低投入、高成本、資源浪費、污染嚴重、經濟效益波動的惡性狀況中。其技術設施落后不僅使該行業業主經營難以為繼，而且直接影響到產品品質及養殖效益；采用封閉循環水養殖/育苗系統成套設備經濟效益顯著，可以提高單位養殖/育苗水體的生產能力3－5倍，提高生產過程的抗風險能力，降低了人為因素干擾和生產對環境的依賴性，可以做到以銷選產，防止供求嚴重失調，保證生產穩定和良好的經濟效益。
（2）國家的推動將進一步促進海水循環水養殖產業的快速、健康和可持續發展。當前，水產工程學的研究與應用正成為國家重大需求和重要支持方向。國家幾個主要規劃綱要，包括：國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006—2020年）的重點領域及其優先主題是—“多功能農業裝備與設施”；國家“十一五”科學技術發展規劃綱要的超前部署前沿技術研究是：“精準農業技術與裝備”，國家中長期漁業科技發展規劃（2006～2020）的六大創新方向之一是“漁業節能減排技術與重大裝備開發”等。國家的政策和資金支持，將對產業的發展產生巨大的推動作用。
（3）在未來，公眾和管理部門對一些水產養殖模式的環境影響的監督將日益嚴格，將迫使水產養殖業改進管理，減少環境影響，提高這一行業的環境可持續性并保證其經濟可行性。
（4）全球的氣候變化將進一步促進水產養殖生產采用養殖新模式來應對氣候變暖的影響。雖然氣候變化對水產養殖的影響還未定性，也無法進行預測。但最近五年，水產養殖業因氣候變化引起的氣溫升高、天氣和水資源變化遭受了前所未有的打擊，如南方的凍害、臺風、降雨和北方的持續干旱等，因此，我們必須改變目前水產養殖業“靠天吃飯”的局面，利用受環境氣候變化影響很小的封閉循環水養殖新模式來應對氣候變暖的影響。
當前，我們研究和應用海水循環水養殖值得關注的主要問題如下：
（1）采取自主創新研發與集成國外先進技術與系統相結合方針，完善和配套封閉循環水養殖設施設備，建立設施設備標準化生產加工工藝與標準；
（2）研究精準養殖/育苗技術，高密度健康大幅度提高養殖/育苗生產的穩定性，促進經濟效益和生態效益的顯著提升，從整體上提升我國海水封閉循環水養殖技術。
（3）對封閉循環水養殖系統設計和設備制造商而言，封閉循環水養殖系統，從養殖系統設計到養殖生產運行與管理，直至產品上市，應滿足“ARE”三原則：即適用性（Applicability）、可靠性（Reliability）和經濟性（Economy），并在此基礎上，將工廠化養殖系統的優勢充分發揮，促進從業者的自覺使用和推廣應用，實現節約資源并有效地保護環境。對養殖生產使用者而言，要強調對系統管理的重要性大于系統設施設備本身的技術，封閉循環水養殖系統的使用，對管理者的素質和責任心提出了更高的要求。
（4）在大力推進封閉循環水養殖技術與生產應用的同時，應加強親魚和苗種封閉循環水培育技術和裝備的研究，因為后兩者最能體現封閉循環水養殖系統節省加熱或制冷能耗、保證水質穩定的優越性，在中國目前的國力條件和消費水平下，最可能使該技術在親魚和苗種培育，以及海珍品如鮑魚、刺參養殖等方面快速得到推廣應用
