Technologia kontroli wydajności wzrostu i jakości wody ryb słodkowodnych w recyrkulacyjnym systemie akwakultury
Wraz z ciągłą poprawą intensyfikacji w branży akwakultury i coraz bardziej rygorystycznymi wymogami ochrony środowiska, tradycyjne modele akwakultury stoją w obliczu wielu problemów, takich jak zanieczyszczenie środowiska, marnowanie zasobów wodnych i spadająca jakość produktów. Recyrkulacyjny system akwakultury (RAS), jako nowy typ metody akwakultury, ma zalety, w tym ochronę wody, oszczędność gruntów, wysoką gęstość obsady, możliwość kontroli środowiska i zmniejszony zrzut ścieków. Wpisuje się w aktualne krajowe wymagania strategiczne w zakresie gospodarki o obiegu zamkniętym oraz oszczędzania energii i redukcji emisji, reprezentując ważny kierunek transformacji i rozwoju branży akwakultury i stał się kluczowym modelem zrównoważonego rozwoju nowoczesnego rybołówstwa. W RAS woda z akwakultury jest recyrkulowana po przejściu filtracji fizycznej, oczyszczeniu biologicznym, napowietrzeniu, dezynfekcji i innym zabiegom, co wymaga od systemu ciągłego utrzymywania warunków jakości wody odpowiednich do wzrostu ryb. Jako bezpośrednie środowisko przeżycia ryb, wahania różnych parametrów jakości wody bezpośrednio wpływają na funkcje fizjologiczne, wydajność metaboliczną i odporność ryb na choroby, ostatecznie objawiając się różnicami w wydajności wzrostu. Dlatego-dogłębne badanie wewnętrznego związku między kontrolą jakości wody a wynikami wzrostu ryb słodkowodnych w RAS ma istotne znaczenie teoretyczne i praktyczne dla poprawy wydajności akwakultury i promowania zdrowego rozwoju przemysłu.
1 Przegląd systemu akwakultury z recyrkulacją
Model akwakultury z recyrkulacją to metoda hodowli, w której woda hodowlana jest recyrkulowana po oczyszczeniu w procesach filtrów fizycznych, chemicznych i biologicznych. Badania nad technologią akwakultury recyrkulacyjnej rozpoczęły się wcześniej za granicą. W latach sześćdziesiątych XX wieku takie kraje jak Stany Zjednoczone, Holandia i Dania rozpoczęły odpowiednie badania. Stany Zjednoczone wykorzystywały go głównie do hodowli pstrąga tęczowego, okonia pasiastego i labraksa; Holandia używała go głównie do poławiania węgorza europejskiego i suma afrykańskiego; Duński system procesów akwakultury z recyrkulacją był systemem półzamkniętym-na wolnym powietrzu, używanym głównie do produkcji pstrąga tęczowego.
Chiny wprowadziły zagraniczną technologię i obiekty akwakultury z recyrkulacją w latach 80-tych. Ze względu na wysokie koszty inwestycyjne i eksploatacyjne większość wprowadzonych obiektów została szybko porzucona. W 1988 roku Instytut Badawczy Maszyn i Przyrządów Rybackich Chińskiej Akademii Nauk o Rybołówstwie, czerpiąc z technologii zachodnioniemieckiej, zaprojektował i zbudował pierwszy w Chinach warsztat produkcyjny akwakultury z recyrkulacją. W ostatnich latach chińscy uczeni, tacy jak Qu Keming, zaproponowali modele technologii akwakultury recyrkulacyjnej wysokiego, średniego i niskiego-poziomu w oparciu o różne potrzeby różnych typów przedsiębiorstw akwakultury i promowali je na obszarach przybrzeżnych; Liu Bo ze stacji rozszerzenia technologii rybołówstwa prowincji Heilongjiang zaproponował technologię i modele akwakultury z recyrkulacją w „kontenerach”; Profesor He Xugang z Uniwersytetu Rolniczego w Huazhong zaproponował ekologiczny model akwakultury w stawie „zero-odpływów” i wydajny model akwakultury „w niewoli”.
Modele akwakultury z recyrkulacją dzielą się głównie na typy, takie jak „bieżnia”, „kontener” i „życie w niewoli”. Biorąc za przykład model akwakultury „bieżni”, składa się on ze zbiornika przepływowego-, obszaru gromadzenia odpadów, urządzeń napowietrzających, urządzeń przekierowania, obszaru oczyszczania, terenów podmokłych i innych elementów. Obszar akwakultury zajmujący się-wodą-popychającą wodę- składa się z prostokątnych zbiorników zajmujących 2%–5% powierzchni stawu. W ostatnich latach specyfikacje-przydomowych zbiorników przepływu przez zbiorniki wynosiły zazwyczaj 20 m długości, 4 m szerokości i 2,5 m wysokości, przy czym na 6670 m² akwenu wodnego przypadały 1–2 zbiorniki. Podstawowym elementem jest sprzęt do napowietrzania{{17}przepychający wodę. Wczesne wersje wykorzystywały urządzenia wirnikowe do przepychania wody i urządzenia napowietrzające do natleniania, ale obecnie większość wykorzystuje urządzenia do podnoszenia powietrza-składające się z dmuchaw, mikroporowatych rurek napowietrzających i przegród. Ogólnie rzecz biorąc, na każde trzy zbiorniki budowane są dwa połączone ze sobą zanurzone zbiorniki na odpady o pojemności 10 m³, umieszczone na tylnym końcu przepływu-przez zbiorniki do zbierania nieczystości z obszaru hodowli. Duży obszar ekologicznego oczyszczania-wody-zajmujący 95–98% powierzchni stawu, z wałami dywersyjnymi i głębokością wody powyżej 2 m. Obszar ten obejmuje głównie kultury filtrujące-żerujące na rybach, a roślinność wodna jest kontrolowana na 20–30% obszaru oczyszczania. Jest wyposażony w aeratory łopatkowe, aeratory wirnikowe,-maszyny wytwarzające fale itp., a w razie potrzeby dodaje się preparaty mikrobiologiczne.
2. Wpływ modelu akwakultury z recyrkulacją na wydajność wzrostu ryb słodkowodnych
2.1 Tempo wzrostu
Model akwakultury z recyrkulacją może zapewnić stosunkowo stabilne środowisko wzrostu rybom słodkowodnym, co pomaga poprawić tempo wzrostu. W tradycyjnej akwakulturze stawowej na jakość wody duży wpływ mają zewnętrzne czynniki środowiskowe, takie jak temperatura i opady, które mogą łatwo powodować wahania jakości wody i wpływać na wzrost ryb. W modelu akwakultury z recyrkulacją system kontroli jakości wody może utrzymać stosunkowo stabilne parametry jakości wody, takie jak temperatura wody, rozpuszczony tlen i wartość pH, tworząc odpowiednie warunki wzrostu dla ryb. Na przykład w modelu akwakultury „bieżni” prędkość przepływu wody w-zbiorniku można regulować za pomocą sprzętu napowietrzającego-przepychającego wodę. Odpowiednia prędkość przepływu może sprzyjać ruchowi ryb, poprawiać sprawność fizyczną, zwiększać spożycie paszy i przyspieszać wzrost.
2.2 Wskaźnik wykorzystania paszy
Model akwakultury z recyrkulacją może poprawić stopień wykorzystania paszy przez ryby słodkowodne. W tradycyjnej akwakulturze po wydaniu paszy część paszy opada na dno i nie zostaje skonsumowana, powodując straty. Tymczasem pasza opadająca na dno rozkłada się, wytwarzając szkodliwe substancje wpływające na jakość wody. W modelu akwakultury z recyrkulacją, dzięki efektowi przepływu wody, pasza może być lepiej rozproszona w wodzie, co ułatwia rybom spożycie, a tym samym ogranicza marnowanie paszy. Ponadto jednostki oczyszczające, takie jak biofiltry w recyrkulacyjnym systemie akwakultury, mogą usuwać materię organiczną, taką jak resztki paszy i odchody, z wody hodowlanej, zmniejszając zawartość szkodliwych substancji, takich jak azot amonowy i azot azotynowy w wodzie. Zmniejsza to wpływ tych szkodliwych substancji na funkcje trawienne i wchłaniające ryb, poprawiając w ten sposób stopień wykorzystania paszy.
2.3 Jakość produktu
Model akwakultury z recyrkulacją pomaga poprawić jakość produktów ryb słodkowodnych. W tradycyjnej akwakulturze ryby są podatne na infekcję patogenami, takimi jak pasożyty i bakterie, co prowadzi do wystąpienia chorób i wpływa na jakość produktu. W modelu akwakultury z recyrkulacją środki takie jak kontrola jakości wody i dezynfekcja mogą skutecznie zmniejszyć liczbę patogenów w wodzie, zmniejszając ryzyko chorób ryb. Jednocześnie stosunkowo czyste środowisko wzrostu ryb w modelu akwakultury z recyrkulacją ogranicza wytwarzanie niepożądanych zapachów, takich jak zapach błota, poprawiając smak i jakość produktu.
3 Kluczowe parametry i metody kontroli jakości wody w modelu akwakultury z recyrkulacją
3.1 Kluczowe parametry
3.1.1 Rozpuszczony tlen
Rozpuszczony tlen jest jednym z ważnych parametrów jakości wody wpływających na wzrost ryb. Ryby potrzebują wystarczającej ilości tlenu do oddychania podczas wzrostu. Niewystarczająca ilość rozpuszczonego tlenu może prowadzić do spowolnienia wzrostu, obniżenia odporności, a nawet śmierci. Ogólnie rzecz biorąc, zawartość rozpuszczonego tlenu w systemach akwakultury z recyrkulacją powinna być utrzymywana na poziomie powyżej 5 mg/l.
3.1.2 Azot amonowy
Azot amonowy jest jedną z głównych substancji zanieczyszczających wodę w akwakulturze, pochodzącą głównie z odchodów ryb i rozkładu resztek paszy. Azot amonowy jest wysoce toksyczny dla ryb, uszkadza tkankę skrzelową, układ nerwowy i układ odpornościowy, wpływając na wzrost i przeżycie. Stężenie azotu amonowego w systemach akwakultury z recyrkulacją powinno być kontrolowane poniżej 0,5 mg/l.
3.1.3 Azot azotynowy
Azot azotynowy jest produktem pośrednim powstającym podczas nitryfikacji azotu amonowego i ma pewną toksyczność. Azot azotynowy łączy się z hemoglobiną we krwi ryb, zmniejszając jej zdolność przenoszenia tlenu-i powodując niedotlenienie i uduszenie ryb. Stężenie azotynów w systemach akwakultury z recyrkulacją powinno być kontrolowane poniżej 0,1 mg/l.
3.1.4 Wartość pH
Wartość pH jest ważnym wskaźnikiem odzwierciedlającym kwasowość lub zasadowość wody i ma znaczący wpływ na wzrost ryb i funkcje fizjologiczne. Wartość pH w systemach akwakultury z recyrkulacją powinna być kontrolowana w zakresie od 7,0 do 8,5.
3.2 Metody kontroli jakości wody
3.2.1 Kontrola fizyczna
Kontrola fizyczna obejmuje głównie środki takie jak filtracja, sedymentacja i napowietrzanie. Filtracja jest skuteczną metodą usuwania zawiesin i cząstek stałych z wody. Do powszechnie stosowanych urządzeń filtracyjnych należą filtry mikrositowe i filtry piaskowe. Sedymentacja wykorzystuje grawitację do osadzania cząstek stałych w wodzie na dnie, oczyszczając w ten sposób jakość wody. Napowietrzanie jest ważnym sposobem na zwiększenie zawartości rozpuszczonego tlenu w wodzie. Powszechnie stosowane urządzenia napowietrzające obejmują dmuchawy, aeratory łopatkowe i aeratory wirnikowe.
3.2.2 Kontrola chemiczna
Kontrola chemiczna polega głównie na dodawaniu do wody środków chemicznych w celu regulacji jakości wody. Na przykład, gdy stężenie azotu amonowego i azotynu w wodzie jest zbyt wysokie, można dodać preparaty bakterii nitryfikacyjnych w celu przyspieszenia reakcji nitryfikacji i zmniejszenia zawartości azotu amonowego i azotynu azotynowego; gdy wartość pH wody jest zbyt niska, w celu podniesienia wartości pH można zastosować wapno palone.
3.2.3 Kontrola biologiczna
Kontrola biologiczna wykorzystuje mikroorganizmy, rośliny wodne i inne organizmy do oczyszczania jakości wody. Mikroorganizmy mogą rozkładać materię organiczną w wodzie, przekształcając szkodliwe substancje, takie jak azot amonowy i azot azotynowy, w substancje nieszkodliwe. Powszechnie stosowane preparaty mikrobiologiczne obejmują bakterie fotosyntetyczne, Bacillus i bakterie nitryfikacyjne. Rośliny wodne mogą wchłaniać z wody składniki odżywcze, takie jak azot i fosfor, ograniczając występowanie eutrofizacji, a jednocześnie zapewniając siedliska i cień dla ryb. Typowe rośliny wodne obejmują hiacynt wodny, chwast aligatora i elodeę.
4 Korelacja między wydajnością wzrostu ryb słodkowodnych a kontrolą jakości wody w modelu akwakultury recyrkulacyjnej
4.1 Rozpuszczony tlen i wydajność wzrostu
Gdy rozpuszczony w wodzie tlen jest wystarczający, oddychanie ryb przebiega normalnie, metabolizm jest energiczny, zwiększa się spożycie paszy i przyspiesza tempo wzrostu. I odwrotnie, metabolizm zwalnia, a tempo wzrostu spada. W modelu akwakultury z recyrkulacją rozsądne środki napowietrzania utrzymują stabilny poziom rozpuszczonego tlenu w wodzie, zapewniając rybom dobre środowisko do oddychania oraz promując ich wzrost i rozwój.
4.2 Azot amonowy, azot azotynowy i wydajność wzrostu
Azot amonowy i azot azotynowy to substancje toksyczne występujące w wodzie akwakultury, które poważnie szkodzą wzrostowi i przeżywaniu ryb. Wysokie stężenia azotu amonowego uszkadzają tkankę skrzelową ryb, wpływając na funkcje oddechowe; uszkadzają także układ nerwowy i układ odpornościowy ryb, zmniejszając ich odporność na choroby. W modelu akwakultury z recyrkulacją jednostki oczyszczania, takie jak biofiltry, mogą szybko usunąć z wody azot amonowy i azotynowy, zmniejszając ich toksyczne działanie na ryby i zapewniając zdrowy wzrost ryb.
4.3 Wartość pH i wydajność wzrostu
Wartość pH ma istotny wpływ na wzrost ryb i funkcje fizjologiczne. Różne gatunki ryb mają różne zakresy adaptacyjne wartości pH. W modelu akwakultury z recyrkulacją wartość pH wody jest regularnie testowana i na podstawie wyników testów podejmowane są odpowiednie działania korygujące.
5 Trendy rozwojowe i wyzwania modelu akwakultury recyrkulacyjnej
5.1 Inteligentny i precyzyjny kierunek rozwoju
Wraz z rozwojem Internetu rzeczy, dużych zbiorów danych i technologii sztucznej inteligencji model akwakultury z recyrkulacją ewoluuje w kierunku inteligencji i precyzji. Integrując systemy, takie jak monitorowanie jakości wody online, automatyczne podawanie i kontrola sprzętu, można osiągnąć-regulację środowiska hodowli w czasie rzeczywistym i zautomatyzowane zarządzanie procesem produkcyjnym.
5.2 Niskoemisyjna-ścieżka ochrony środowiska i zrównoważonego rozwoju
Model akwakultury z recyrkulacją spełnia wymogi niskoemisyjnej-ochrony środowiska i zrównoważonego rozwoju poprzez oszczędzanie wody, oszczędzanie energii i redukcję zanieczyszczeń. Przyszłe wysiłki wymagają dalszej optymalizacji procesów uzdatniania wody, zmniejszenia zużycia energii i kosztów oraz poprawy stabilności i funkcjonalności systemu. Na przykład odnawialne źródła energii, takie jak energia słoneczna i wiatrowa, można wykorzystać do dostarczania energii elektrycznej, redukując emisję dwutlenku węgla; Technologię mikrobiologicznych ogniw paliwowych można wykorzystać do energetycznego wykorzystania materii organicznej zawartej w ściekach, tworząc zintegrowany system „-energii-akwakultury i ochrony środowiska”.
5.3 Wyzwania i środki zaradcze
Obecny model akwakultury recyrkulacyjnej nadal stoi przed wyzwaniami, takimi jak wysokie inwestycje, złożoność techniczna i wysokie wymagania w zakresie zarządzania. Konieczne jest wzmocnienie badań i rozwoju technologicznego oraz zintegrowanych innowacji w celu zmniejszenia kosztów budowy i eksploatacji systemów; udoskonalić standardowy system i specyfikacje operacyjne w celu podniesienia poziomu technicznego rolników; oraz wzmocnić wsparcie polityczne i inwestycje finansowe w celu promowania stosowania modeli akwakultury obiegowej na obszarach wiejskich.
6 Wnioski i perspektywy
Model akwakultury z recyrkulacją, poprzez rozsądną kontrolę jakości wody, utrzymuje stabilny poziom kluczowych parametrów jakości wody, takich jak tlen rozpuszczony, azot amonowy, azot azotynowy i wartość pH. Zapewnia to dobre środowisko wzrostu rybom słodkowodnym, poprawiając ich tempo wzrostu, stopień wykorzystania paszy i jakość produktu. Obecnie w praktycznych zastosowaniach modelu akwakultury z recyrkulacją nadal występują problemy, takie jak słaba skuteczność zbierania odpadów wynikająca z wpływu konstrukcji zbiornika hodowlanego na charakterystykę hydrodynamiczną oraz niestabilna skuteczność oczyszczania biofiltrów. Przyszłe badania powinny w dalszym ciągu optymalizować konstrukcję zbiornika hodowlanego, aby poprawić efektywność zbierania odpadów; zintensyfikować badania nad regulacją wzrostu biofilmu i optymalizacją obiegu wody w celu poprawy efektywności oczyszczania biofiltrów; jednocześnie połączyć inteligentne technologie, aby uzyskać monitorowanie-w czasie rzeczywistym i automatyczną kontrolę parametrów jakości wody, jeszcze bardziej wzmacniając naukowy i precyzyjny charakter modelu akwakultury z recyrkulacją oraz promując zrównoważony rozwój branży akwakultury ryb słodkowodnych.