Przemysłowy system akwakultury z recyrkulacją (RAS), jako wschodząca technologia akwakultury oparta na krajowej polityce rybołówstwa obiektowego, osiąga intensyfikację, wysoką wydajność i zrównoważenie środowiskowe w akwakulturze poprzez integrację sprzętu inżynierii przemysłowej i technologii kontroli środowiska. Jegopodstawowe zaletywłączać:recykling wody oszczędność ponad 90% wody, niezależność od ograniczeń regionalnych i sezonowych, precyzyjna regulacja kluczowych czynników środowiskowych, takich jak temperatura wody i rozpuszczony tlen, znaczna poprawa produktywności gruntów i współczynników wykorzystania paszy. Uznawana jest za kluczowy kierunek zrównoważonego rozwoju akwakultury. Charakteryzuje się „wysokimi inwestycjami, dużą gęstością i wysoką wydajnością”, a jego powszechne przyjęcie jest ograniczone takimi czynnikami, jak wysokie inwestycje początkowe (koszty obiektów i sprzętu) oraz wysokie bariery techniczne (aklimatyzacja nasion i zarządzanie jakością wody).
Mandarynka (Siniperca chuatsi), jako-wartościowy gatunek akwakultury słodkowodnej, w tradycyjnym rolnictwie stawia czoła wyzwaniom, takim jak częste choroby, trudności w kontroli jakości wody i niestabilne plony. Obecnie rezerwy techniczne na przemysłowe RAS ryb mandarynek pozostają niewystarczające, szczególnie brakuje im systematycznej praktyki w takich obszarach, jak optymalizacja procesów hodowlanych, projektowanie dedykowanego sprzętu i procesy oczyszczania wody. Badania te skupiają się na efektywnym recyklingu i wykorzystaniu zasobów wodnych, a ich celem jest zbudowanie systemu urządzeń procesowych dla-lądowej akwakultury przemysłowej ryb mandarynek. Poprzez optymalizację urządzeń do odprowadzania ścieków o niskim-zakłóceniu i integrację technologii łączenia sprzętu, prowadzone są badania eksperymentalne nad kluczowymi wskaźnikami, takimi jak skuteczność oczyszczania wody i-ładowność biologiczna. Celem jest opracowanie powtarzalnego rozwiązania technicznego, które wspiera-wysokiej jakości rozwój branży hodowli ryb mandaryńskich.
1. Przebieg procesu akwakultury przemysłowej z recyrkulacją
Istotą przemysłowego systemu RAS jest osiągnięcie dynamicznej równowagi wodnej i recykling w procesie-zamkniętej pętli „filtracja fizyczna - oczyszczanie biologiczne - dezynfekcja i natlenianie". "Hodowla ryb zaczyna się od podniesienia wody"; parametry takie jak prędkość przepływu wody, temperatura, pH, stężenie azotu amoniakalnego i poziom rozpuszczonego tlenu bezpośrednio wpływają na środowisko wzrostu ryb mandarynek. Konstrukcja tego systemu jest zgodna z zasadą „małych systemów, wielu jednostek”. Jego podstawowa logika jest następująca: większe prędkości przepływu mogą poprawić wydajność przetwarzania systemu, zmniejszyć pękanie dużych cząstek stałych i niższe zużycie energii w późniejszym przetwarzaniu; usuwanie zanieczyszczeń odbywa się według sekwencji „ciało stałe → ciecz → gaz”, przetwarzanie odpadów stałych jest klasyfikowane według „dużego rozmiaru cząstek → małego rozmiaru cząstek”, a filtracja i procesy dezynfekcji są połączone sekwencyjnie.
Jak pokazano wRysunek 1przepływ w systemie jest następujący: drenaż ze zbiornika hodowlanego poddawany jest wstępnej obróbce w celu usunięcia dużych cząstek stałych, przechodzi do etapów filtracji zgrubnej i dokładnej w celu usunięcia drobnych zawieszonych cząstek stałych, następnie przechodzi przez biofiltr w celu rozkładu szkodliwych substancji, takich jak azot amonowy, i na koniec, po dezynfekcji i natlenianiu, wraca do zbiornika hodowlanego, zapewniając kontrolowaną jakość wody i jej recykling w całym procesie.
2. Projektowanie i badania obiektów i sprzętu do akwakultury mandarynek
Tradycyjny projekt obiektu akwakultury często opiera się na doświadczeniu, co łatwo prowadzi do niewydajnego sprzętu i marnowania kosztów. Jak pokazano wRysunek 2w badaniu tym, w oparciu o zasadę bilansu masy, konstruowano model maksymalnej nośności biomasy ryby mandaryńskiej. Obliczając maksymalną szybkość podawania, całkowitą ilość odpadów i produkcję azotu amonowego, dokonuje się wyboru sprzętu naukowego. Wykorzystując przedsiębiorstwo zajmujące się hodowlą ryb mandaryńskich w Jiangxi jako studium przypadku, skupiono się na optymalizacji urządzenia do odprowadzania ścieków o niskim-zakłóceniach oraz systemu łączenia sprzętu. Układ warsztatu pokazany jest wRysunek 3. Układ lądowego-przemysłowego RAS dla ryb mandaryńskich pokazano na rysunkuRysunek 4.
2.1 Projekt parametrów recyrkulacji wody hodowlanej
Stopień recyrkulacji jest kluczem do wydajnego działania systemu i należy go kompleksowo określić w oparciu o gęstość obsady ryb mandaryńskich, objętość wody i zdolność uzdatniania wody.
Wzór na obliczenie objętości recyrkulacji wody:Q = V × N
Gdzie: Q to objętość recyrkulacji wody (m³/h);
V to objętość wody hodowlanej (m³);
N to liczba recyrkulacji dziennie (razy/d).
Projekt zbiornika hodowlanego: średnica pojedynczego zbiornika 6 m, wysokość 1,2 m, wysokość dna stożka 0,3 m.
Obliczona objętość to π×3²×1.2 + 1/3×π×3²×0,3 ≈ 33,91 m3, rzeczywista objętość wody hodowlanej wynosi około 30 m3. W jednym warsztacie znajduje się 10 zbiorników hodowlanych, całkowita objętość wody 300 m³.
Parametry operacyjne: Stopień recyrkulacji N jest ustawiony na 3-5 razy/d; Cyrkulacja wody uzupełniającej wynosi 10% całkowitej objętości wody (w celu kompensacji strat spowodowanych parowaniem i wypływem), korygowana w czasie rzeczywistym poprzez monitorowanie online.
2.2 Projekt zbiornika na kulturę i urządzenia do usuwania ścieków
Jak pokazano wRysunek 5zbiornik hodowlany został zaprojektowany z myślą o „szybkim odprowadzaniu ścieków i równomiernej dystrybucji wody” przy użyciu okrągłego korpusu zbiornika połączonego ze stożkową konstrukcją dna. Na dole zainstalowano „toaletę rybną”, aby zapewnić-zakłócanie odprowadzania ścieków. Toaleta rybna została zoptymalizowana w następujący sposób:
- Średnica rury wlotowej/wylotowej znormalizowana do 200 mm w celu zwiększenia prędkości przepływu.
- Płyta pokrywy ma obrotową, opływową konstrukcję, która poprawia efekt rotacyjnego płukania osadów dennych i poprawia zdolność-samooczyszczania.
3. Projektowanie i badania procesu oczyszczania cząstek stałych
Cząstki stałe są poddawane obróbce według klasyfikacji wielkości przy użyciu-trzyetapowego procesu „obróbki wstępnej - filtracji zgrubnej - filtracji dokładnej”. Konkretne parametry są pokazane wTabela 1.
3.1 Proces obróbki wstępnej
Wykorzystuje osadnik z przepływem pionowym połączony z bocznym-odpływem i dolnym-systemem odpływu zbiornika hodowlanego, wykorzystując separację grawitacyjną do usuwania cząstek większych lub równych 100 μm. Osadnik jest bezpośrednio podłączony do zbiornika hodowlanego, co pozwala ograniczyć straty w transporcie rurociągiem i zmniejszyć obciążenie kolejnych etapów filtracji.
3.2 Proces filtracji zgrubnej
Jak pokazano wRysunek 6, proces filtracji zgrubnej koncentruje się na filtrze bębnowym z mikrositem. Zasady projektowania obejmują: umiejscowienie sprzętu w pobliżu zbiorników hodowlanych, aby skrócić długość rurociągu i zmniejszyć zużycie energii.
Wykorzystanie systemu sterowania PLC do automatycznego płukania wstecznego (4-6 razy/d), skoordynowanego z monitorowaniem jakości wody online w celu regulacji parametrów w czasie rzeczywistym.
Wykorzystanie konstrukcji z przepływem grawitacyjnym w celu zmniejszenia zużycia energii pompy i obniżenia kosztów eksploatacji.
3.3 Proces dokładnej filtracji
Jak pokazano wRysunek 7proces dokładnej filtracji dodatkowo oczyszcza jakość wody poprzez synergiczne działanie biofiltra i sprzętu do dezynfekcji.
- Biofiltr: Wybiera media o-właściwej-powierzchni-, czas retencji hydraulicznej 1-2 godz., utrzymuje rozpuszczony tlen na poziomie większym lub równym 5 mg/l, rozkłada azot amonowy i azotyny.
- Sprzęt do dezynfekcji: Sterylizator ultrafioletowy (dawka 3-5 × 10⁴ μW·s/cm²) lub generator ozonu (stężenie 0,1-0,3 mg/L, czas kontaktu 10-15 min) w celu zabicia mikroorganizmów chorobotwórczych.
- Układ dotleniający: Dotleniacz czystego tlenu stosowany w połączeniu z aeratorami w celu zapewnienia stabilnego poziomu rozpuszczonego tlenu.
4. Układ rurociągów i system sterowania
4.1 Projekt układu rurociągu
Rurociągi są podzielone według funkcji na cztery typy: zaopatrzenie w wodę, recyrkulacja, odprowadzanie ścieków i woda uzupełniająca. Zasady projektowania: Zoptymalizuj układ skupiony wokół zbiorników hodowlanych, zmniejsz kolanka i długość rurociągu, aby zminimalizować straty ciśnienia; zapewnić zrównoważony dopływ i odpływ w celu utrzymania stabilnego poziomu wody w zbiornikach hodowlanych; rury odprowadzające ścieki mają nachylenie (większe lub równe 3%), aby ułatwić-samodzielny przepływ odpadów.
4.2 Projekt systemu sterowania
W systemie zastosowano architekturę-zamkniętej pętli „Czujniki - Kontroler - Siłowniki”, jak pokazano na rysunkuRysunek 8. Podstawowe funkcje obejmują:
- Monitorowanie jakości wody-w czasie rzeczywistym: Zbieranie danych online za pomocą czujników rozpuszczonego tlenu, pH i azotu amonowego.
- Sterowanie połączeniem sprzętu: Automatyczna regulacja płukania wstecznego mikrosita, mocy natleniacza i czasu pracy sprzętu do dezynfekcji w oparciu o parametry jakości wody.
- Wada ostrzeżenie: Alarmy dźwiękowe i wizualne wyzwalane przez nieprawidłowe parametry, przesyłane do terminali zarządzania za pośrednictwem sieci Ethernet lub komunikacji bezprzewodowej.
5. Analiza danych z testów wydajności sprzętu
Jak pokazano wRysunek 9w bazie hodowli ryb mandaryńskich w Jiangxi przeprowadzono sześciomiesięczne-działanie próbne. W systemie nie zaobserwowano żadnych nieprawidłowości w procesie uzdatniania wody, a system monitorowania i wczesnego ostrzegania działał stabilnie.
Podczas stosowania nie stwierdzono nieprawidłowości w uzdatnianiu wody, system monitorowania, wczesnego ostrzegania i kontroli działał stabilnie. Napowietrzanie w zbiornikach hodowlanych zastosowano w połączeniu z kontrolą rozpuszczonego tlenu podczas procesu hodowli. Ocena wydajności głównego sprzętu jest pokazana wTabela 2.
Podczas badania gęstość obsady osiągnęła 50–60 ryb/m3, wskaźnik przeżywalności był większy lub równy 90%, tempo wzrostu wzrosło o 20% w porównaniu z tradycyjnym rolnictwem, a stopień recyklingu wody osiągnął 92%, osiągając cele w zakresie oszczędności energii i redukcji emisji.
6. Podsumowanie
Lądowy-przemysłowy system RAS dla ryb mandarynek osiąga cele akwakultury, takie jak „oszczędność wody, wysoka wydajność i ochrona środowiska” poprzez integrację inżynierii,-opartych na obiektach i-cyfrowych inteligentnych technologiach. Innowacje wynikające z tych badań polegają na: optymalizacji doboru sprzętu w oparciu o model nośności biomasy w celu poprawy dopasowania systemu; ulepszenie urządzenia do usuwania odpadów o niskim-zakłóceniu w celu zwiększenia wydajności usuwania odpadów; zbudowanie systemu sterowania sprzężeniem sprzętu w celu osiągnięcia precyzyjnej regulacji jakości wody.
System ten można promować i stosować w innych hodowlach ryb słodkowodnych, zapewniając odniesienie techniczne dla transformacji polegającej na intensyfikacji akwakultury. Przyszłe prace muszą jeszcze bardziej obniżyć koszty sprzętu i zoptymalizować działanie czujników, aby zwiększyć stopień penetracji technologii.