摘要：根据《陆基工厂化循环水养殖技术模式》一书，循环水养殖系统RAS（Recirculating Aquaculture System）是指通过物理（固液分离、泡沫分离、温度调控、气液混合）、化学（臭氧消毒及氧化、紫外消毒、离子交换、物化吸附等）、生物（各种类型的硝
一、引言
1、概念定义
根据《陆基工厂化循环水养殖技术模式》一书，循环水养殖系统RAS（Recirculating Aquaculture System）是指通过物理（固液分离、泡沫分离、温度调控、气液混合）、化学（臭氧消毒及氧化、紫外消毒、离子交换、物化吸附等）、生物（各种类型的硝化/反硝化生物过滤器、藻类/大型水生植物等）等技术手段实现养殖废水的净化及重复利用，使养殖对象能在高密度养殖条件下，自始至终地维持最佳生理、生态状态，从而达到健康、快速生长和最大限度地提高单位水体产量和质量，且不产生内外环境污染的一种高效养殖装置及设施。
其他定义罗列两种，供参考：
（1）（来自百度）循环水养殖系统RAS是一种新型养殖模式，通过一系列水处理单元将养殖池中产生的废水处理后再次循环回用，其主要原理是将环境工程、土木建筑、现代生物、电子信息等学科领域的先进技术集于一体，以去除养殖水体中残饵粪便、氨氮（TAN）、亚硝酸盐氮等有害污染物，净化养殖环境为目的，利用物理过滤、生物过滤、去除二氧化碳、消毒、增氧、调温等处理将净化后的水体重新输入养殖池的过程。
（2）（来自网络）工厂化循环水养殖，简称RAS，是一种集约化的水产养殖模式，集中使用了多种先进的设施、设备。其养殖原理是综合运用化学、机械、电子等各种科学技术，创造出适合鱼类生长的生活环境并进行科学、精准的管理，从而摆脱气候、土地、水源等外界条件对水产养殖的限制。
循环水养殖技术产生原因主要包括水资源短缺和环境保护的需求、食品安全与健康的关注，同时也是产业数字化的推手起了作用，在传统的塘养技术面临水资源需求量大、水体污染和生态问题日益凸显等问题时，生物技术、环境工程、信息技术等多学科技术的发展，最终带来了新的养殖解决方案。
2、概要特征
循环水养殖技术模式的主要特征包括：
（1）劳动条件好、劳动生产率高
与传统池塘养殖相比，养殖周期缩短1/4~1/3，单位面积产量提高200%~400%，养殖用水量减少80%以上，并且不污染环境，产品质量高度可控且能实现可追溯。
（2）适温养殖
水产经济动物属于变温动物，温度是其实现快速生长的最大限制因子，通过人工控制养殖环境温度，保证水产经济动物在最佳生长温度下生长，饲料系数低，生长快，从而缩短养殖周期。
（3）变境养殖
鱼类在变化的环境中生长，生长速度可快2倍，且饲料系数下降1/3。
如果每天多次改变水温、盐度、溶氧、光照等，呼吸量就会下降，血红蛋白增加，饲料系数降低1/2。
（4）高氧养殖
鱼类在水中溶氧达到饱和或过饱和时，饲料系数最低，生长最快，且高氧还可防治鱼病。
从本质上来分析，RAS就是以工厂化、标准化的方式构建了可控的养殖生产环境，并通过规范化的养殖流程，实现高密度、高质量地养殖产出。
当然，在享受新技术带来的优点时，也需要承担其附加的问题和挑战，主要包括投资成本较高、运行维护较复杂、管理难度较大、鱼病害传播控制难度大等。
二、循环水养殖系统RAS概述
1、系统组成及模式
循环水养殖系统一般由以下4个子系统组成：
（1）水源处理子系统：包括水质净化、消毒、增氧等设备。
（2）养殖池子系统：包括不同规格的养殖池、底泥处理装置等。
（3）循环子系统：包括水泵、水管、过滤装置等。
（4）控制子系统：实现养殖环境的自动化控制和监测。
不同类型、不同厂商的解决方案各不相同，但整体上都可以归类到上述子系统中，只是具体的设备、设施有所差异。
在生产实践中，根据规模和成本的不同，RAS可分为三种模式：
（1）简易型循环水模式
又称简易水处理大棚型，即以生物净化和调控为主体，养殖水体中大部分固体杂质和悬浮物可通过微滤机和气浮池去除，随后养殖水体通过网状生物包、粗净水板、弹性填料、细净水板、滴滤池、pH调节池、活性填料净水池进行生物净化处理和水质调控，最后经溶解氧池增氧后进入养鱼池循环利用。
此模式工程造价较低，具体如下图：
（2）标准型循环水模式
养殖水池中排出的水首先通过微滤机去除大颗粒杂质与悬浮物（大于150微米），通过气浮池去除微小悬浮物（大于50微米）和有害气体，通过生物净化进行水质调控，同时通过臭氧消毒防治病害和去除部分重金属粒子，在高效溶氧罐中加入纯度大于90%的纯氧以提高水中的溶解氧，通过热交换器对水温进行调节，处理后的水回到养殖池循环使用。
具有设备精确度高、量化程度高、易操作、易控制、不受外界影响等特点，工程造价适中，具体如下图：
（3）精准型循环水模式
具有固液分离、杀菌消毒、生化处理、多重增氧保障等功能，可即时处理养殖粪污，精准调节水体中的溶解氧、pH、氨氮、亚硝酸盐和硝酸盐等指标。
通过恒温系统加热控温，可保证鱼体成活率和全年可持续生产，相比前两种模式更加节能、环保，且包含反硝化等养殖尾水处理工艺和单元，更加符合环保要求，但工程造价较为高昂，具体如下图：
在高密度养鱼水处理方面，日本、丹麦等国试验并联或串联脱氮槽，取得了明显效果，流程见下图：
2、系统核心流程
RAS系统的核心流程基本可归结为养殖水体的循环处理全过程，其主要环节如下：
（1）生产过程中，养殖池水大部分（80%~99%）通过循环水管流入蓄水池，增氧后通过水泵回送入养殖池；
（2）养殖池中的一小部分水（1%~20%总流量）经池底排污管流入初级沉淀池，如有进行鱼菜共生等循环利用的，可将每次排污时前3~5分钟排出的废水（占排污水量的15%~20%）经水泵抽入与养殖池毗邻的半坡式依托大棚，作为蔬菜种植的营养源；
（3）废水经水培槽（一般为长方形，长度可达30多米、宽1~2米）处理后（一般1~2小时），上部澄清液通过管道流入次级沉淀池；
（4）废水经初级沉淀池溢流入次级沉淀池，在次级沉淀池沉淀15~25分钟通过溢流管流入蓄水池，通过水泵送入布袋式过滤器；
（5）经滤器两级过滤后，视生产要求，或通过水泵进入除泡器处理微细悬浮物，或通过管道流入石英砂滤池；
（6）经石英砂过滤后，通过水泵送入生物接触氧化池除去铵盐和亚硝酸盐，曝气处理6小时后送入臭氧消毒池消毒；消毒后的养殖水再经一系列处理，用加热设备（如锅炉、蒸汽等）加热到允许温度后，增氧送入养殖池，或直接增氧后送入养殖池，完成整个循环处理过程。
3、发展历程
（1）国外
循环水工厂化水产养殖以丹麦、瑞典、挪威、美国和日本等国为代表。
20世纪60年代至70年代：工厂化循环水养殖技术开始在国外兴起，尤其是在欧洲和北美地区。这一时期，主要是针对高价值的水产品，如鲑鱼、鳟鱼等进行试验和研究。20世纪80年代至90年代：随着技术的成熟和成本的降低，工厂化循环水养殖开始在更多国家和地区得到应用，如欧洲在虾、贝、藻类，美国在罗非鱼、条纹鲈，日本在鳗鱼等品种的养殖上。这一时期，技术重点放在提高系统的稳定性和降低成本上。21世纪初至今：工厂化循环水养殖技术得到了飞速发展，不仅应用于冷水鱼养殖，也开始应用于暖水鱼、虾类、贝类等其他水产品的养殖。同时，随着环保意识的增强，循环水养殖因其节水、节地、减少污染等优点而受到重视。在欧洲，最高单产可达100千克/立方米，涵盖鱼、虾、贝、藻、软体动物的养殖。目前欧洲封闭循环水养殖面积超过30万平方米。美国最大的循环水养殖企业年产商品鱼400~1800吨，美国的罗非鱼工业化养殖年产10000吨活鱼，几乎全部来自循环水系统。
日本循环水养殖的主要种类是鳗，养殖密度20~40千克/立方米，水循环率为1小时1次，新水补充量为总水量的5%~15%。泰国循环水技术主要运用于海水观赏鱼类的养殖业。韩国进行循环水养殖的鱼类有罗非鱼、鳗等。
（2）国内
起步相对国外较晚，但发展速度较快：
20世纪80年代：中国开始引进和研究工厂化循环水养殖技术，主要在上海和北京等地进行试验，包括一些观赏鱼和部分高价值水产品的养殖。20世纪90年代至21世纪初：随着国内水产养殖业的快速发展，工厂化循环水养殖技术开始在一些沿海地区和大城市周边地区得到应用。这一时期，主要设备是从德国、丹麦等国引进，重点放在提高养殖密度和产量上，也促进了蛋白质泡沫分离器、生物滤器等水处理设备的自研进程。21世纪初至今：中国工厂化循环水养殖技术得到了快速发展，不仅在技术上取得了突破，设备国产化基本完成，建设成本仅为国外五分之一，能耗也降低到三分之一，而且在规模上也不断扩大。目前，中国已成为全球最大的循环水养殖国家之一，技术应用于多种水产品的养殖，如鲈鱼、黄颡鱼、石斑鱼等。据不完全统计，国内封闭循环水养殖面积约350万平方米，有230余家养殖企业全部或部分采用封闭循环水技术，养殖占95%以上，育苗不足5%。
与发达国家相比，我国的系统循环水率、生物净化稳定性、系统辅助水体的比率等关键性能基本达到了国际水准，但在高效、节能、集成化程度高的工厂化养殖设备研制方面、工厂化健康养殖技术的开发方面还有较大差距。
4、发展趋势与挑战
（1）发展趋势
持续提升智能化与自动化：随着物联网（IoT）、大数据分析和人工智能（AI）技术的发展，未来的RAS系统将更加智能化，除现在基本实现的自动化水质监控、精准投喂系统，还有养殖过程的数字化、智能化，如鱼种的健康监控和评估、病虫害专家系统等等。绿色环保可持续：环保法规的日益严格促使RAS系统朝着零排放或接近零排放的方向发展，例如，与光伏发电系统的集成、鱼菜共生/藻类共生实现的废弃物循环、集成生态净化技术（如人工湿地）来进一步处理尾水等。模块化与标准化：为了便于快速部署和扩展，未来的RAS设施可能会趋向于模块化设计，并遵循一定的行业标准以确保兼容性和互换性，如将生物滤池、纳米材料净化和膜分离技术结合形成循环水处理链等。（2）核心挑战
初期投资成本高：RAS系统的建设和运行需要大量的前期资金投入，这对于一些小型养殖户来说是一个较大的障碍，也无法进行低经济价值的水产养殖。能耗问题：维持适宜的水温、氧气水平和其他环境参数通常需要消耗大量能源，一般系统能耗占运营成本的30%~50%，如何持续降低能耗是一个亟待解决的问题。技术和人才短缺：尽管市场有需求，但传统农业渔业领域的专业人才和技术储备相对不足，限制了RAS技术的广泛应用和发展速度。工厂化运营复杂度：从业人员还停留在传统农业经济的计划性不强、非标化养殖的传统观念中，加上行业技术标准和操作规范不够完善，RAS系统运营对从业人员的“工人素质”、“工厂管理要求”的高要求往往很难得到满足。来源：舒万春说乡村