01 第一章 养殖水环境工程学绪论.pptx

第1页：水产养殖环境工程学封面

水产养殖环境工程学

第2页：资源与环境问题

第一节资源与环境问题第一章绪论•能源与环境是当今世界的两大课题(节能减排）；

• 1992年里约政府首脑会议，将环境与发展并列为世界主题；
• 2002年的南非高峰会议，明确了社会发展、经济增长与环境保护为当今的三大支柱；
• 2009年哥本哈根会议中国承诺到2020年二氧化碳排放比2005年减少40%-45%；
• 《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020年）》中把能源问题作为第一个重点领域的优先主题。
• “十一五”规划建议中明确提出了“到2010年实现单位国内生产总值能源消耗比“十五”期末降低20％左右、生态环境恶化趋势基本遏制”的目标。

第3页：发展理念的转变

发展理念旧理念：先污染后治理，过分追求GDP，牺牲资源和破坏环境为代价。

• 环境治理的“投入”远大于“破坏环境的产出”。据介绍，自1997年到2005年，国家用于环境治理的费用高达6000千亿元。
• 1986年至2000年的15年间,全国水环境污染造成的直接经济损失达到2735亿元。
• 2006年我国环境污染治理投资为2567.8亿元,占当年GDP的1.23%。新的发展理念：从“十五”的“计划”，到“十一五”的“规划”；从“加快发展”到“又好又快发展”；从追求工业GDP到追求绿色GDP。“碳汇渔业”、“蓝碳”理念。理念上的转变，表明国民经济朝着“正面效应增高，负面效应减少”的更加均衡的方向发展。

第4页：建设两型社会的发展目标

发展目标：建设资源节约型、环境友好型社会，转变经济增长方式，缓解资源约束和环境压力，提高经济增长的质量和效益，实现节约发展、清洁发展、安全发展和可持续发展。

第5页：全球淡水资源严重短缺

一、水资源1、全球淡水资源严重短缺世界水资源研究所：

• （1）全世界有26个国家的2.3亿人面临缺水；
• （2）4亿人用水速度超过水资源更新速度；
• （3）世界上有1/5人口得不到符合卫生标准的淡水；
• （4）在未来20-30年内，淡水拥有量不足的人口将达到15亿；
• （5）中东及阿拉伯地区矛盾与水资源利用密切相关；
• （6）非洲是严重缺水地区，世界上26个缺水国，非洲就有11个。

第6页：中国水资源短缺分析

中国水资源短缺分析：我国人均水资源量仅为世界平均数的 1/4，居世界第 110 位。

• 地区分布不均，降水量年际与季际变化大，汛期 4 个月的径流量占全年 60%～80%
• 农业缺水严重，全国有效灌溉耕地仅占 51.2%，北方无灌溉耕地约占 72%，2009 年全国受旱土地面积 1.6 亿亩
• 城市缺水严重

第7页：全国重点城市水资源供应与缺水量表

全国重点城市水资源供应与缺水量表（2000年，单位：10⁸m³）：下表列出相关数据。

第8页：水污染定义与主要污染物

二、水污染水污染是指“水体因某种物质的介入而导致其物理、化学、生物或者放射性等方面特性的改变，从而影响水的有效利用，危害人体健康或破坏生态环境，造成水质恶化的现象”。

• 1、主要的水环境污染物（1）悬浮物:泥沙、炉渣、铁屑等（2）耗氧有机物（BOD、COD、TOC):污水中含有糖、蛋白质、氨基酸、酯类、纤维素等有机物质以悬浮状态或溶解状态存在于水中，在微生物作用下分解为简单的无机物，在分解过程中消耗氧气，使水体中的溶解氧减少，微生物繁殖。

第9页：植物性营养与重金属污染

（3）植物性营养:主要指含有氮、磷等植物所需营养物的无机、有机化合物。如氨氮、硝酸盐、亚硝酸盐、磷酸盐和含氮和磷的有机化合物。这些污染物排入水体，容易引起水中藻类及其他浮游生物大量繁殖，形成富营养化污染。

• （4）重金属:汞、铅、镉、银、铜、锌等。石灰沉淀法、淤泥沉淀法、药物（金属离子捕集剂)、生物处理（刚毛藻等藻类）。
• （5）酸碱污染:酸碱污染物排入水体会使水体pH发生变化，破坏水的自然缓冲作用。当水体pH小于6.5或大于8.5时，水中微生物的生长会受到抑制，致使水体自净能力减弱，并影响渔业生产。

第10页：石油类与难降解有机物污染

（6）石油类（7）难降解有机物:有机氯化合物、有机芳香胺类化合物、有机重金属化合物以及多环有机物等难以被微生物降解的有机物,能在水中长期稳定地存留，并通过食物链富集最后进入鱼体和人体。

• （8）放射性物质（9）热污染：核电温排水口温升不超过4度（10）病原体：生活污水、医院污水和屠宰、制革、洗毛、生物制品等工业废水，常含有病原体，会传播霍乱、伤寒、胃炎、肠炎、痢疾以及其他病毒传染的疾病和寄生虫病。

第11页：水污染来源与中国水污染特征

2、水污染的主要来源（1）点污染源:生活污水、工业废水、船舶及养殖自身污染。

• （2）面污染源:大面积范围以弥散或大量小点源形式排放污染物。如城市大量小煤炉、城市雨水径流和喷洒农药的农田。
• 3、中国水污染的特征我国污水年排放量约400多亿吨（2001年），其中城市生活废水40%，工业废水60%。
• （1）地表水污染特征有机污染：水体中COD、BOD浓度增高。重金属污染：富营养化：主要淡水湖泊（滇池、太湖），沿海海域（渤海、东海、南海的赤潮）。
• （2）地下水污染特征主要为硬度和硝酸盐含量增加，有毒物质。

第12页：四类水污染源实景

四类典型水污染源实景：

• 生活污水排放口
• 船舶溢油事故现场
• 工业污水排放
• 海上钻井平台

第13页：海洋污染源的形成

4、海洋污染源的形成

• 陆源污染
• 不合理的海洋开发和海洋工程兴建
• 倾倒废物污染
• 海洋石油勘探开发污染
• 船舶排放污染
• 海上事故污染
• 湿地人为破坏
• 养殖自身污染

第14页：

第15页：2005年浙江玉环海域赤潮

2005年浙江玉环海域发生条带状的赤潮

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第21页：养殖户遭遇赤潮

养殖户遭遇赤潮

第22页：2005年全国近岸海域水质类别分布

2005年全国近岸海域水质类别分布

第23页：四大海区水质状况

四大海区水质状况对比：

• 渤海海区水质状况
• 东海海区水质状况
• 黄海海区水质状况
• 南海海区水质状况

第24页：2005年近岸海域海水水质示意图

2005年中国近岸海域海水水质示意图

第25页：沿海省市近岸海域水质类别

2005年沿海省、自治区、直辖市近岸海域海水水质类别

第26页：2007年与2010年水质对比

近岸海域水质年度对比：图示 2007 年与 2010 年两个年度的近岸海域水质类别分布，用于比较不同年份水质状况的变化。

第27页：养殖自身污染的成因

养殖自身污染水产养殖追求利润的最大化，名特优水产品高密度集约化养殖。

• 养殖品种单一
• 过度开发
• 治理和防护设施不配套
• 管理机制不健全
• 大量使用和滥用配合饲料和抗病害药物

第28页：养殖污染不易被察觉的原因

由于水产养殖尤其是海水养殖的环境介质流动性强，而且水体环境并非人类生存的直接介质，污染相对难于被直观感知，致使水域的污染不易被发现，如果不进行科学管理，累积效应可能导致更为严重的后果。以海水养殖用水排放所间接造成的“赤潮”为例，最能说明以上观点。

第29页：营养物污染的形成过程

营养物污染的形成过程：追求经济效益提高产量 → 高密度养殖 → 大量投饵 → 残饵、粪便、尸体 → 氮磷、悬浮物、耗氧有机物 → 富营养化。

• 对虾养殖中约 30% 的饲料无法被利用
• 饵料氮仅有 20% 转化为虾体内的氮
• 约 65% 的氮沉积于底泥，10% 成为悬浮颗粒

第30页：药物污染与底泥富集污染

• 药物污染：杀菌剂、杀寄生虫剂等（药浴）
• 底泥富集污染：养殖海区底泥中碳、氮、磷富集，在微生物的作用下参与反硝化与反硫化反应产生NH3和H2S，使水质恶化。随着世界性水资源短缺和环境污染的日趋严重，封闭式循环水养殖，实现零排放的养殖方式将是各国今后发展的主要方向。其中，养殖废水的综合利用与无害化排放技术具有极大的研究开发价值和广泛的应用前景。养殖环境的治理、循环水处理工艺及设施设备的配套等是水产养殖环境工程学的主要内容。

第31页：水产养殖环境工程学的定义

第二节水产养殖环境工程学的定义人、鱼与环境的关系：☼相互作用、相互影响、相互依存关系的对立统一体☼水产养殖环境：

• 水质污染：工业、生活、船舶及养殖自身
• 养殖用水及养殖污水排放：
• 资料显示，生产1kg鱼需消耗3000～21000升水，产生1.5kg有机物。
• 研究发现，美国网箱养虹鳟，饵料中仅有24.7%的氮和30%的磷被鱼体吸收利用，而75%的氮和70%的磷则直接排入水体。
• 西欧各国已禁止在内陆发展养鱼产业，欧美一些国家还制定了相应的法规，鱼虾池内的水必须处理达标才能排放。（浙江水产养殖废水排放要求、天津淡水养殖废水排放要求）

第32页：环境工程学与本课程定义

☼环境工程学：是环境科学的一个分支，又是工程学的一个重要组成部分。它是一门运用环境科学、工程学和其他有关学科的理论和方法，研究保护和合理利用自然资源，控制和防治环境污染与生态破坏，以改善环境质量，使人们得以健康、舒适地生存与发展的学科。☼水产养殖环境工程学运用环境科学、工程学、水产养殖学等相关学科的理论与方法，研究保护和合理利用水产养殖环境中的自然资源，控制养殖水环境的污染与破坏，改善水产养殖环境，使养殖对象得以健康生存、生长，保证水产养殖业持续发展的学科。2个方面：保护自然水环境；养殖对象的自身环境

第33页：养殖对象与环境的关系

养殖对象与环境的关系

第34页：国内养殖环境工程发展概况

一、国内发展概况公元前460年，世界最早的养鱼专著“范蠡养鱼经”中对鱼池的结构和构造进行了描述。“齐民要术”、“农政全书”等。

• 1958年我国科学家突破了家鱼人工繁殖关键技术后，养殖环境工程赋予了新的内容：孵化设施设备等。
• 20世纪60年代我国第一座新型流水拦鱼设备在浙江省梅岭水库建成。
• 20世纪70年代水产养殖工程得到迅速发展：增氧机、“三网”、小规模流水式养鱼、电厂温排水流水养鱼等。
• 第二节国内外水产养殖环境工程现状

第35页：我国工业化养鱼的差距

我国工业化养鱼起步于70年代，比国外落后近1O年。

• 设施建设重视不够，科研滞后；
• 工厂化养鱼应具备的高溶氧、控温、水质净化技术较落后；
• 养殖车间仅有简单的加温和充气设备，养殖密度低。
• 水体净化也只靠砂滤。池底排污主要靠虹吸及自吸泵。在八十年代以前，还没有一套完整的养殖水处理系统，绝大部分企业采用开放式的养殖方式，不但浪费能源，而且水质始终保持在低下水平，密度小，饵料系数高，病毒难防，直接影响了水产养殖业的发展。

第36页：九五以来的设施渔业进展

“九五”开始国家重视设施渔业的发展，先后在深水抗风浪网箱、循环水养殖等方面立项。休闲渔业、人工鱼礁等方兴未艾。

• 淡水循环水养殖系统基本成熟
• 海水系统通过国家“九五”、“十五”、“十一五”科技投入技术体系已基本形成：
• 机械、生物过滤相结合
• 引入纯氧增氧技术
• 泡沫分离技术
• 紫外/臭氧杀菌技术
• 水质自动监控技术但由于运行成本、工人素质、养殖水排放无标准等因素的影响，许多设备无法正常运转。

第37页：国外发展概况

二、国外发展概况西方发达国家非常重视水产养殖环境工程技术的研究，已实现了传统渔业向现代设施渔业的转变。目前已有非常成熟的生产设备和技术。

• 20世纪60年代开始水产养殖的工业化试生产，建造养鱼车间，进行封闭式、地热、工厂余热利用等工厂化养殖。在养殖系统设计、污水处理、环境可控性方面取得了一定的成效。
• 网箱养鱼日本和柬埔寨起步较早，起初主要用于淡水养殖，日本淡水养殖产量的1/3是网箱养殖。
• 美国1964年首次引进网箱养殖技术，从淡水起步，现已发展到海上网箱生产太平洋大马哈鱼。

第38页：前苏联与欧洲工厂化养鱼

• 前苏联：1964年开始利用电厂温排水进行网箱养鲤鱼，76年建成温排水养鱼场15个，80年代达到15公顷，单产达80-160kg/m2
• 法国、丹麦、日本、德国：封闭式循环水养鱼车间，完全摆脱环境气候季节。德国著名的施泰勒马蒂克养鱼系统建于1983年，年产鲤鱼、虹鳟100吨。丹麦530万人口50余家养鱼工厂，年产250吨的工厂只需1人生产和管理，自动化程度高。

第39页：国外工厂化养鱼的技术特点

国外工厂化养鱼技术起步早、发展快，在水体消毒、净化、池底排污、增氧及控温方面，几乎采用了现代所有可以引用的实用技术，工厂化养鱼已达到相当高的自动化程度。

• 臭氧与生物滤池结合使用技术
• 液态纯氧增氧技术
• 遥控式自动吸污机
• 热泵技术在国外已普及水质净化以生物滤池为主，7O年代发展起来的卵石滤池、砂滤池正被淘汰，取而代之的是质轻、比表面积大、强度高、通风性能好的人造滤料(如聚乙烯网、板、球等)。

第40页：工厂化养殖研究热点与趋势

三、工厂化养殖研究的热点及发展趋势•高比表面积生物滤料挂膜技术和防淤积技术；

• 浮粒式生物过滤器；
• 泡沫分离技术（臭氧与泡沫分离相结合）；
• 多因子在线智能监控系统；
• 高密度、集约化、数字化养殖技术；
• 鱼菜共生系统；
• 纳米功能材料开发研究；
• 自动投饵及双层底养鱼池研究开发；
• 养殖水处理设施及工艺的精准设计。

第41页：水质监控与智能预警系统框架

养殖池塘水质监控以及智能预警系统设计框架：现场由 pH、ORP、盐度、温度等多参数传感器与智能节点采集数据，经 CAN 总线与无线终端、无线路由、无线协调器组网传输，由集中控制器与人机界面汇总，可通过掌上电脑与数字显示屏查看，并由报警装置联动增氧机、风机与投饵机。

• 感知层：pH 传感器、ORP 传感器、盐度传感器、温度传感器与智能节点
• 传输层：CAN 总线、无线终端、无线路由与无线协调器
• 应用层：集中控制器、人机界面、数字显示屏与掌上电脑
• 执行层：报警装置、增氧机、风机与投饵机

第42页：养殖水质在线监测与无线传输系统

养殖水质在线监测与无线传输系统

第43页：智能预警系统运行界面

养殖池塘水质监控以及智能预警系统运行窗口界面

第44页：东海区数字化养殖技术体系

东海区集约化、标准化与数字化养殖技术体系构建与应用

第45页：

第46页：水质管理模块

水质管理模块

第47页：

第48页：水产养殖环境工程学的主要内容

第三节水产养殖环境工程学的主要内容定义：运用环境科学、工程学、水产养殖学等相关学科的理论与方法，研究保护和合理利用水产养殖环境中的自然资源，控制养殖水环境的污染与破坏，改善水产养殖环境，使养殖对象得以健康生存、生长，保证水产养殖业持续发展的学科。研究内容：

• 养殖动物的适宜生态环境，量化和评价其生存、生长的适宜环境参数，提供工程设计基础数据。
• 设施设备与养殖对象及环境之间的关系
• 养殖工程设备参数信息与工程量计算
• 水质净化与水污染控制工程
• 设备运行工况
• 循环水系统工艺设计