RAS 增氧：溶解氧为何对高密度养殖至关重要

溶解氧（DO）是循环水养殖系统最重要的运行参数之一，因为鱼类和生物过滤过程持续消耗氧气。

随着养殖密度、生物量和饲料投入增加，总需氧量也增加。高强度 RAS 面临的挑战不只是向水中加氧，还需在一天内需求变化时维持充足 DO。

低 DO 会影响呼吸和摄食，也会降低硝化等好氧生物过程性能。因此，高密度 RAS 应将供氧、传氧与监测作为协调统一的氧管理问题。

溶解氧为何对 RAS 如此重要？

鱼类呼吸需要溶解氧，但鱼类并非循环水养殖系统中唯一的耗氧者。

商业 RAS 还依靠好氧微生物处理含氮废物，因此供氧必须同时满足：

• 鱼类呼吸
• 生物处理过程，尤其是硝化作用。

负荷较低时，维持充足 DO 通常相对容易。随着生产强度提高，同一循环水系统承载的鱼类、饲料投喂量和生物处理负荷不断增加。

因此， 供氧量 与 耗氧量 之间的余量越来越重要。

低 DO 会迅速使鱼类产生应激；硝化生物过滤器缺氧也会影响氨和亚硝酸盐处理。因此，溶解氧通常是高强度 RAS 的关键水质参数。

DO 是系统参数，不只是养殖池参数

一种常见的简化认识是：

“鱼池氧气充足，整个 RAS 就氧气充足。”

事实未必如此。

系统不同环节都在耗氧。养殖池出水可能先经过生物处理，再脱气、补氧并返回鱼池。

因此，工程上需要考虑的不仅是：

鱼池中的 DO 是多少？

还包括：

哪些环节耗氧、在哪里补氧、需求增加时增氧系统能否响应？

RAS 中哪些环节消耗氧气？

概念上应区分两类主要耗氧需求。

这一差别很重要：鱼类增氧与生物过滤器曝气可能采用不同设备，但都属于整体氧管理策略。

1. 鱼类呼吸

鱼类持续通过鳃从水中吸收溶解氧。

因此，存塘生物量增加时，养殖群体总耗氧量也会增加。

同一个池子在低生物量和接近生产能力上限时，对 RAS 造成的氧负荷不同。

活动和投喂还会改变呼吸速率，因此耗氧量是动态变化的。

2. 生物过滤器中的硝化作用

RAS 生物过滤器是另一重要耗氧环节。

鱼类排出氨，饲料与有机物分解也产生含氮废物。

好氧硝化微生物通过硝化过程转化氨，而这一生物过程需要氧气。

因此，研究与 RAS 管理指南都将生物过滤器的氧气供应视为维持有效氨和亚硝酸盐去除的重要因素。

耗氧量为何随生物量和投喂量增加？

商业 RAS 的耗氧量与生产负荷密切相关，

可理解为：

生物量增加 → 鱼类呼吸耗氧增加

与

投喂量增加 → 代谢与废物增加 → 生物处理需求增加

因此，饲料投入尤其重要。

增加投喂不仅影响鱼类生长，还影响进入处理系统的代谢废物和含氮废物数量。

RAS 耗氧量不能仅根据系统水量评估。

一个 500 m³ 系统在较低生物量与投喂水平下，需氧量可能与另一个高强度生产的 500 m³ 系统差异很大。

影响耗氧量的主要因素

初步规划氧管理时，重要输入包括：

• 养殖品种
• 生物量
• 养殖密度
• 投喂速率
• 鱼类活动
• 水温
• 现有 DO
• 目标 DO
• 循环流量
• 生物过滤器负荷

RAS 耗氧模型研究同样将鱼类呼吸和硝化视为重要耗氧过程，并表明耗氧量会随温度、生产负荷等运行条件变化。

工程提示

系统水量说明 RAS 中有多少水，但它 不 单独说明系统需要多少氧气。

应根据水体承载的生物与生产负荷评估耗氧量。

溶解氧为何波动？

一个生产周期乃至一天内，耗氧量都并非恒定。

多种运行事件会改变耗氧与供氧之间的平衡。

投喂

投喂可能提高鱼类代谢活动，并最终增加过滤系统的生物负荷。

因此，投喂后的需氧量可能不同于活动较低时。

生物量增长

随着鱼类生长，同一 RAS 承载的存塘生物量逐渐增加。

增氧系统在生产初期可能余量较大，而当生物量和投喂量接近设计最大值时，运行会更接近能力上限。

鱼类活动

操作、分级、转运及其他活动增强阶段，可能暂时改变鱼类耗氧量。

水温

温度影响鱼类代谢和生物过程，是评估耗氧需求的重要输入。

设备与流量条件

养殖池测得的 DO 不只取决于制氧量，

还可能受到以下因素影响：

• 水流量、
• 氧传递性能、
• 混合、
• 循环、
• 供氧投加量、
• 以及含氧水在系统中的分配。

因此需要区分：

平均耗氧量与峰值耗氧量未必相同。

可靠的 RAS 氧管理策略应具备足够的能力和控制手段，应对运行条件变化，而不只是满足平均每日需氧量。

高强度 RAS 为何可能仅靠曝气无法满足需求？

空气含氧，常规曝气可将氧气传入水中。

但以大气空气曝气，最终受水体与大气平衡的限制。水体接近大气氧饱和状态时，继续通过普通曝气提高 DO 的空间越来越小。

纯氧系统的气水界面氧浓度更高，可使氧传递达到仅靠空气曝气难以达到的浓度。

这并 不 意味着所有 RAS 都需要纯氧。

如果曝气的氧传递能力足以满足生物负荷，就可以采用曝气。

问题出现在：

峰值需氧量 > 曝气系统实际可提供的氧气量

在相对较小水体中集中生产的高密度系统中，这一点尤其重要。

曝气与纯氧增氧

商业 RAS 中，两类技术通常相互补充。

例如：

鱼类养殖用水增氧
氧源 → 氧气溶解 → 高 DO 工艺水 → 养殖池

生物过滤器曝气
鼓风机 → 曝气器 → MBBR → 生物膜供氧与填料运动。

氧气锥与供氧设备支持养殖用水增氧，鼓风机则为 MBBR 生物过滤器提供曝气。

了解水产养殖增氧系统如何组合供氧、溶氧、曝气与 DO 监测 →

如何管理 RAS 的溶解氧？

有效氧管理可理解为四项相互关联的功能：

需求 → 测量 → 供氧 → 氧传递

1. 了解需氧量

系统首先需要具备满足鱼类和生物处理负荷的能力。

2. 监测溶解氧

DO 传感器帮助操作人员或控制系统判断供氧是否跟得上需求。

佛罗里达大学 RAS 指南建议，对高密度或高投喂系统每天多次监测溶解氧；部分系统采用连续 DO 监测。

3. 供应氧气

根据生产强度，可通过以下方式供氧：

• 空气曝气、
• 高浓度氧气、
• 或两者结合。

4. 将氧气传入水中

制氧与溶氧是不同功能。

例如：

PSA 制氧机 → 生产高浓度氧气

而

氧气锥 → 将氧气传入循环水

如果氧气无法按所需速率传入水中，氧源就不能有效维持鱼池 DO。

同样，高效传氧设备也无法弥补相对于生物负荷而言容量不足的氧源。

工程提示

RAS 氧管理是一条链，单个环节的能力不代表整条链的能力。

鱼类需求 → 供氧 → 氧传递 → 水流 → 池内 DO

能力受限的环节可能决定系统整体性能。

已记录的增氧设备：日本鳗鱼 RAS

该 240 m³ 鳗鱼 RAS 项目 位于日本，记录的系统水量为 240 m³，包含 11 个养殖池。公开设备清单包括：

RAS 氧管理的常见误区

“水在循环，氧气就一定充足。”

未必如此。

循环输送溶解氧，但不能创造无限传氧能力。

系统仍需补充足够氧气，替代鱼类和生物过程消耗的部分。

“水量越大，耗氧量就必然越高。”

水量本身不能决定这一点。

水量影响水力设计，但耗氧量高度取决于系统生物负荷。

与单独的水量相比，生物量、投喂量、温度、目标 DO 和生物过滤器负荷更有助于氧系统选型。

“鱼类氧气充足，生物过滤器就氧气充足。”

未必如此。

鱼类和硝化微生物是不同耗氧者，位于 RAS 不同位置。

因此，应考虑整个处理流程的 DO，而不能只关注一个测量点。

“氧气越多越好。”

并非如此。

目标不是无限提高氧浓度。

适当的 DO 目标取决于品种、生长阶段、温度和系统设计。过度气体过饱和也可能造成生物问题。

因此，工程目标应是 受控的 DO 范围，而非设备能够产生的最高 DO。

常见问题

正在规划高密度 RAS？

应根据完整系统的生物与水力需求选择增氧设备，而不能只看池体容积。

商业 RAS 增氧设计应考虑：

• 品种
• 生物量
• 饲料投入
• 水温
• 系统流量
• 目标 DO
• 生物过滤器负荷
• 峰值需氧量
• 氧传递方式
• 监测与控制要求

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参考资料

1. Martins 等／循环水养殖技术 ——高强度循环水养殖系统的溶解氧管理。
2. 南部地区水产养殖中心（SRAC） — 《循环水池养殖生产系统：循环系统管理》。
3. 佛罗里达大学 IFAS 推广服务 — 《循环水养殖系统中的鱼类健康管理注意事项——第 3 部分》。
4. Khater 等 — 《罗非鱼养殖场氧浓度预测数学模型》。 《Scientific Reports》，2021 年。
5. Preena、Kumar 与 Singh — 《循环水养殖系统中的硝化与反硝化：过程及参与者》。 《Reviews in Aquaculture》，2021 年。

查看已记录的项目应用： 240 m³ 鳗鱼 RAS 项目.