智慧渔业发展下养殖循环系统设计分析

前言

2025 年，农业农村部公示了2025 年渔业绿色循环发展拟立项名 标志着我国智慧渔业发展正式迈入“政策驱动 + 技术赋能”的新纪元，为渔业养殖指明了绿色 不发展 因此在智慧渔业发展背景下，应在绿色发展巡检理念的支持下，借助政策东风，加强技术赋能，推动养殖循环系统设计分析，从而实现养殖水资源的循环利用，减少养殖过程中带来的污染问题，进一步提升水产品养殖综合效益。

1 智慧渔业发展背景分析

智慧农业是现代化农业发展的 024 年， 我国农业农村部发布了《全国智慧农业行动计划（2024-2028 年 对水质监测、自动增氧、 国相关政策的大力支持 智慧渔业中，可以引入物 能化增氧调控等，减少人 统的渔业养殖仍面临尾水 质监测，并对尾开各种政策、打破资源环境的约束，逐步推动 渔业养殖走上现代化发展道

2 养殖循环系统设计的原则

2.1 循环利用原则

在进行养殖循环系统设计时，为更好地凸显系统功能，首先应遵循循环利用原则，即为减少养殖尾水带来的各种污染问题，要求整体系统设计需要保障水质净化消耗，实现渔业养殖水的循环利用。在整个系统设计过程中，需要集成多级水质净化处理设备，提升水质过滤净化效果。比如可以先引入微滤设备进行物理过滤，清除水中的残留饵料、粪便等，同时搭配生物过滤设备，通过固定膜式生物反应器，承载硝化菌群，提升水体氨氮物质去除率。后续还需要集成紫外线消毒设备，完成对养殖水体紫外线消毒工作，有效降解水中有机物，灭杀水体细菌 [2]。在尾水处理方面，需要利用沉淀池、曝气池、生物净化池等进行资源化处理，实现尾水中氮磷的资源化利用。沉淀后的污泥通过氧化处理，可以作为农业蔬菜种植的肥料，获得更高的综合性农业生产效益。

2.2 生物兼容性原则

透过现象看本质，养殖循环系 遵循生物相容性原则，结合实际养殖的鱼类品种合理进行系统设 比如在养殖游泳性鱼类，养殖循环系统设计需要保障水流具 殖底栖型鱼类，需要选择平流水道，增氧时不能对水体带来 养殖循环系统降温单元设计，确保水体温度满足鱼类生存需求。 虑养殖密度。一般情况下，30-50m2 水池应配合切向进水，排污坡度设 3%-10% 污物能够集中排出。

2.3 运行稳定性原则

养殖循环系统由很多设备装置组成， 一旦某些关键设备发生故障问题，很容易导致整个养殖循环系统失去正常运转功能。因此针对系统中的一些关键设备，包括循环泵、溶氧器等，需要在设计时进行冗余设计，确保整个系统能够稳定可靠运行。同时在整个系统运行过程中，还可以配置水质监控系统，实时监控水质的 PH、氨氮物质含量等，一旦发现异常，可以第一时间发出警报。还可以借助传感器采集系统的运行数据，配合大数据进行深入分析，准确把握水质变化情况 [3]。还可以引入人工智能技术，实现养殖循环系统的运行智能化决策，降低人工操作失误带来的负面影响，充分发挥养殖循环系统的价值。

3 智慧渔业发展下养殖循环系统设计

3.1 养殖循环系统项目背景

现有新疆维吾尔自治区水产科学研究所养殖循环系统项目，项目立项时间为 2022 年 12 月 19 日，验收时间为 5 月 22 日，项目周期约 5 个月，项目总金 通过该项目，建设一套室内小型循环水养殖试验系统，该系统具有两大功能， 研实验 为新疆特色鱼类研究提供精准控制环境。二是生产示范，为当地智慧渔业发展提供智能化生产示范模式，带动当地水产养殖产业实现智慧化发展。

.2 养殖循环系统设计的疑难点

在本项目中，养殖循环系统设计面临以下疑难点（1）新疆极端温差挑战。项目所在地为新疆地区，该地区极端昼夜温差高达30℃以上，冬季面临极端低温影响，最终对养殖循环系统设备稳定运行带来严重影响。这种影响主要表现为管路冻裂、传感器失灵、鱼池接口材料因为热胀冷缩导致密封性下降。（2）水质参数精准控制。该项目设计的养殖循环系统对水质参数控制有着非常高的精度标准要求，需要满足科研级水质参数控制标准。以溶解氧参数控制为例，常规的设备控制精度为 ±0.5mg/L ，而本项目养殖循环系统要求溶解氧误差控制达到±0.3mg/L，实际控制难度更高。并且在实际进行精度控制时，还要求温度、pH 值等多种参数需要同步精准调控，不同参数之间很容易造成干扰，增加控制难度。在养殖循环系统中，采用了高精度传感器，但传感器在运行时，容易受到生物膜附着、水质浑浊度等因素影响，导致读数出现较大的误差。（3）科研与生产双重系统功能存在定的矛盾冲突。通过上述养殖循环系统项目背景可知，养殖循环系统既要满足科研需求，又要进行智慧渔业生产示范。想要满足前者需求，需要引入一些先进的进口设备，很容易增加整体的设计成本。而满足后者要求，则需要注重采用国产化设备降低成本，因此很容易导致二者之间发生冲突。为解决上述疑难点问题，本项目提出了如下解决方案：（1）气候适应性设计。本项目采用了耐候性材料，如防紫外线的PP 板材，针对一些关键部件，需要加装保温设施，配置智能温控系统，更好地应对外部气候变化的影响。（2）精准控制系统设计。为有效控制水质参数，本项目设计了三级水质监控系统，引入了进口高精度传感器，配合 PLC 控制系统，可以实现水质参数的高精度控制，还能实时监测并自动化调节溶解氧、PH 等参数，确保设备稳定运行。（3）模块化设计。在本项目中，养殖循环系统分为科研模块与生产模块，两个模块可以合并，也可以分开，适配不同的功能场景。同时搭配物联网，可以实现系统运行状态远程监控，通过智能手机实时查询系统运行数据，调控各种参数。

3.3 养殖循环系统设计要点

3.3.1 养殖循环系统架构设计

本项目养殖循环系统架构设计如图 1 从中可知，在养殖场中，配置了 700L 养殖池 ×48 个，养殖场为锥形底设计， 设备中配置200mu 不锈钢滤网，可以有效过滤≥ 75 理后，经过缓冲池进行暂存，平衡调节水温波动 物移动床则是对养殖池废水进行生化处理。在生物 机，能够保障生化处理效果。养殖场废水在经过 杀灭水中的病原。在完成废水净化杀菌后，通过冷暖机 净化后的水重新注入养殖场实现水循环利用。

图1 养殖循环系统架构组成

整个养殖循环系统通过物理过滤、生化处理、灭菌调温、智能回流闭环设计，结合三级控制，在有效净化水质的同时，实现了养殖水的循环利用以及温度精准调控。表 1 展示了本项目养殖循环系统采用的设备以及型号等信息。

3.3.2 气候适应性设计

在本项目中，为适应新疆极端温差气候环境，PP 鱼池、缓冲池、生物移动床等均采用了抗紫外线PP 板材，在极端温差环境下，材料能够有效地抵御热胀冷缩带来的影响，避免接口出现开裂问题。为有效解决新疆冬季极端低温带来的负面影响，在系统的一些关键部位，比如冷暖机设备的配套管理均进行了电伴热保温设计，防止因为极端低温导致管路开裂。在风机外部，设置了隔音隔热舱，可以避免散热集中区域对局部温控带来负面影响。表2 展示了气候适应性设计技术方案与相关材料参数信息。

表2 气候适应性设计技术方案与相关材料参数信息

3.3.3 水质精准控制系统设计

在养殖循环系统水质精准控制方面，采用了三级控制体系，其中第一级控制主要依赖传感器，采用杭州凯米斯多参数传感器，配置冗余探头，可以实时检测水质溶解氧信息。第二次控制为 PLC 控制系统，借助 PID自适应算法，动态调节各种设备的响应速度，在硬件层面，需要配置 PLC 主机，且要求 PLC 能够支持多协议通信，满足多设备协同控制需求。在 PLC 系统的支持下，可以实现养殖池池水杀菌设备以及净化设备的联动，比如紫外线杀菌设备与微滤设备通过PLC 进行串联控制，减少生物膜对传感器的干扰影响。第三层则是人工复检，即当PLC 动态调控发生异常后，将会自动报警，由人工进行复检，确保整个养殖循环系统能够稳定运行。

3.3.4 科研与生产功能模块整合设计

在养殖循环系统中，整合了科研与生产两大功能模块，两种模块独立运行，通过远程监控系统支持科研模式与生产模式一键切换，相关参数阈值可以实现自适应匹配。其中科研模块PLC 采用了高精度设备，溶解氧控制精度为 ±0.3mol/L_c 。生产模块采用了森森照明灯 + 贝雷克风机，溶解氧控制精度为 ±0.5mol/L 。整个系统可以通过定制工控机 + 组态软件实现手机端数据查看，为减少对网络的依赖，PLC 系统中存储了控制逻辑，当突发断网事故时，可以依靠存储的控制逻辑自动执行增氧、调温等控制指令，避免系统运行失控。

总之，在智慧渔业发展模式下，针对养殖循环系统提出了更高要求，还需要结合智慧渔业的发展背景，了解加强养殖循环系统设计的价值，并明确相关的设计原则，结合实际需求，完成对整体系统架构以及相关功能模块的设计分析，从而确保整个养殖循环系统可以实现智能化、自动化远程控制，在满足智慧水产养殖需求的同时，还能减少对人工的依赖，减少养殖污染，最终带来更高的养殖综合效益。

参考文献：

[1] 郑岸颖 ， 夏滨 . 多级净化循环系统水泵联动控制方案设计 [J]. 机电技术 ，2024，（05）：97-101.

[2] 郭战胜 ， 丁一 ， 张海涛 ， 等 . 海水养殖循环系统不同功能区域微生物群落结构比较 [J]. 山东大报 （ 理学版 ），2021，（09）：21-27+49.

[3] 程香菊 ， 肖耿锋 ， 谢骏 ， 等 . 室内循环养殖系统中曝气流量对尼罗罗非鱼生长的影响 [J]. 水产学报 ，2020，（07）：1075-1085.

作者简介：

许慧：1985.10，本科，海洋大学，水族科学与技术，中级工程师。