Litopenaeus vannamei, powszechnie znana jako krewetka biała z Pacyfiku, to gatunek euryhalinowy ceniony za wysoką wydajność mięsa, dużą tolerancję na stres i szybki wzrost. Jest to jeden z najważniejszych gatunków krewetek hodowanych w Chinach. Obecnie podstawowe modele hodowli L. vannamei w Chinach obejmują stawy zewnętrzne, małe stawy szklarniowe i stawy-wysokopoziomowe. Jednak produkcja krajowa w dalszym ciągu nie jest w stanie zaspokoić popytu rynkowego, co powoduje konieczność znacznego importu. Co więcej, szybki rozwój modeli takich jak małe uprawy szklarniowe ujawnił problemy, takie jak niekompletne ramy techniczne, częste epidemie chorób i wyzwania związane z oczyszczaniem ścieków. W kontekście propagowania ochrony zasobów i zrównoważonego rozwoju, w ostatnich latach szerokie zainteresowanie w branży zyskał system akwakultury z recyrkulacją (RAS), uznawany za intensywny, wydajny i przyjazny dla środowiska model rolnictwa.
RAS wykorzystuje metody przemysłowe do aktywnej regulacji środowiska wodnego. Charakteryzuje się niskim zużyciem wody, niewielką powierzchnią, minimalnym zanieczyszczeniem środowiska i pozwala uzyskać-bezpieczne produkty wysokiej jakości, charakteryzujące się mniejszą liczbą chorób i większym zagęszczeniem hodowli. Jego produkcja jest w dużej mierze nieograniczona geograficznie i klimatycznie. Model ten charakteryzuje się wysoką wydajnością wykorzystania zasobów i wysokimi inwestycjami oraz wysoką wydajnością, co stanowi kluczową drogę do zrównoważonego rozwoju branży akwakultury. Obecnie krajowe rolnictwo L. vannamei koncentruje się na obszarach przybrzeżnych i wykorzystuje głównie naturalną wodę morską. Regiony śródlądowe, ograniczone dostępnością źródeł wody i przepisami środowiskowymi, borykają się ze znacznym rozbieżnością między podażą a popytem konsumentów. Eksploracja RAS przy wykorzystaniu sztucznej wody morskiej na obszarach śródlądowych ma ogromne znaczenie dla zaopatrzenia rynków lokalnych i promowania regionalnego rozwoju gospodarczego. W ramach tego eksperymentu z powodzeniem skonstruowano kryty RAS dla L. vannamei w środowisku śródlądowym i przeprowadzono pomyślny cykl uprawy. Metody i dane dotyczące budowy systemów, sztucznego przygotowania wody morskiej i zarządzania gospodarstwem mogą służyć jako punkt odniesienia dla śródlądowej hodowli L. vannamei.
1. Materiały i metody
1.1 Materiały
Doświadczenie przeprowadzono w oryginalnej farmie hodowlanej Leiocassis longirostris w prowincji Syczuan. Post-larwalne L. vannamei (stadium P5) pochodziły z bazy Huanghua firmy Qingdao Hainen Aquatic Seed Industry Technology Co., Ltd. i były w dobrym zdrowiu. Zastosowaną paszą była marka „Xia Gan Qiang” firmy Tongwei Group Co., Ltd. Jej głównymi składnikami były: białko surowe większe lub równe 44,00%, tłuszcz surowy większe lub równe 6,00%, włókno surowe mniejsze lub równe 5,00% i popiół surowy mniejsze lub równe 16,00%.
1.2 Przygotowanie sztucznej wody morskiej
Jako wodę źródłową wykorzystano wodę gruntową ze studni. Został on kolejno poddany dezynfekcji (proszek wybielający 30 mg/l, napowietrzany przez 72 h), usunięciu pozostałości chloru (tiosiarczan sodu, 15 mg/l) i detoksykacji [kwas etylenodiaminotetraoctowy (EDTA), 10–30 mg/l] przed użyciem do sztucznego przygotowania wody morskiej.
Przygotowano sztuczną wodę morską o zasoleniu 8, wykorzystując kryształy soli morskiej jako główny składnik; jego główne elementy są wymienione wTabela 1. Do uzupełnienia pierwiastków Ca, Mg i K użyto CaCl₂, MgSO₄ i KCl o jakości spożywczej. Po przygotowaniu zastosowano-spożywczy NaHCO₃ w celu dostosowania całkowitej zasadowości do 250 mg/l (jako CaCO₃), a NaHCO₃ wraz z monohydratem kwasu cytrynowego w celu dostosowania pH do 8,2–8,4.
1.3 Konstrukcja RAS
1.3.1 Ogólna koncepcja projektowa
Łącząc niezależny projekt ze zintegrowaną aplikacją, skonstruowano RAS dla L. vannamei, wykorzystując-wieloetapowe oczyszczanie fizyczne i biofiltrację. Wdrożono odpowiednie strategie działania systemu, protokoły regulacji jakości wody i naukowe strategie żywienia zgodnie z wymaganiami dotyczącymi wzrostu krewetek na różnych etapach, mając na celu stabilne działanie, ekonomiczny wkład i wydajną wydajność.
1.3.2 Główny przebieg procesu i parametry techniczne
Istniejący system hodowli ryb oparty-na kontenerach został zmodyfikowany w celu utworzenia RAS L. vannamei, składającego się ze zbiorników hodowlanych, kompozytowego urządzenia do zbierania skorup/cząstek stałych (drenaż trójdrożny), biofiltra, pomp obiegowych itp. Przebieg procesu pokazano na rysunkuRysunek 1.
Całkowita zaprojektowana objętość wody w systemie wynosiła 750 m3, przy czym objętość systemu uzdatniania wody wynosiła 150 m3, a efektywna objętość hodowli wynosiła 600 m3. Zaprojektowany wsad kultury wynosił 7 kg/m3. Kluczowe parametry techniczne są wymienione wTabela 2.
1.3.3 Projekt konstrukcyjny
Sześć ośmiokątnych zbiorników hodowlanych ustawiono w dwóch rzędach. Biorąc pod uwagę wygodę zarządzania, stabilność środowiskową i koszty inwestycji, główną konstrukcję zbiorników wykonano z-ceglanego betonu. Wymiary: długość 10,0 m, szerokość 10,0 m, głębokość 1,2 m, przy krawędziach ciętych 3,0 m. Efektywna objętość wody na zbiornik wynosiła 100 m3. Dno zbiornika miało spadek (16%) w stronę spustu centralnego (Rysunek 2).
Trójdrożne urządzenie drenażowe składało się z kolektora centralnego (na martwe krewetki, muszle i duże cząstki), kolektora sedymentacyjnego o przepływie pionowym (na potłuczone muszle, średnie cząstki, odchody) i bocznego-syfonu pojemnika zbierającego (na drobne muszle i małe-do-średnich cząstek) (Rysunek 2).
Jedna strona zbiornika kondycjonującego zawierała plastikową ramę ze szczotkami do zbierania i usuwania skorup i cząstek z wylotu zbiornika. W tym zbiorniku można dokonać regulacji zawartości wapnia, magnezu, całkowitej zasadowości i pH. Objętość zbiornika wynosiła 20 m3, a czas retencji hydraulicznej 0,13 h.
Pompę obiegową umieszczono po drugiej stronie zbiornika kondycjonującego i zastosowano pompę jednostopniową-w celu zapewnienia efektywności energetycznej. W oparciu o ekologię krewetek i obciążenie, szybkość recyrkulacji została zaprojektowana na 2–6 razy dziennie. Wydajność pompy wynosiła 150 m3/h, wysokość podnoszenia 10 m, moc 5,5 kW.
Filtr szczotkowy został wyposażony w kilka worków filtracyjnych. Worki łączono za pomocą złączek rurowych z wlotem filtra, zabezpieczając obejmami. Ścieki przedostawały się do worków rurami. Worki zostały wykonane z polipropylenu (PP), wypełnione plastikowymi środkami szczotkowymi, skutecznie wychwytującymi cząstki większe niż 0,125 mm. Zbiornik na media elastyczne składał się z korpusu zbiornika (prostokątny, głębokość 2 m), ram kratowych (równoległych do powierzchni) oraz mediów elastycznych zamontowanych na ramach (Rysunek 3). Medium składało się z licznych podwójnych-plastikowych pierścieni z włóknami poliestrowymi, tworzących wiązki włókien rozmieszczone w całym zbiorniku. Zasada działania polega na wytworzeniu efektu sedymentacji o powolnym-przepływie poprzez przechwytywanie ośrodka i wykorzystanie biofilmu utworzonego na jego powierzchni do absorpcji, rozkładu i transformacji nieorganicznego azotu i fosforu.
Biofiltr obejmował korpus zbiornika (prostokątny, głębokość 2 m), elementy napowietrzające i bio-media (Rysunek 4). Zespół napowietrzający obejmował rury rozprowadzające powietrze. Powietrze wchodziło od góry i było uwalniane od dołu, tworząc całkowicie mieszany wzór przepływu. Zbiornik napełniono reaktorem biofilmu z ruchomym złożem (MBBR). Poprzez ukierunkowane wzmocnienie nitryfikatora i regulację zasadowości, duża liczba bakterii nitryfikacyjnych przyłącza się do mediów, zużywając materię organiczną i usuwając amoniak i azotyny, tworząc w ten sposób biofiltr nitryfikacyjny. Rury wlotowe i wylotowe znajdowały się po przeciwnych stronach, z ekranem wylotowym na wewnętrznej ścianie. W tej próbie efektywną objętość biofiltra ustalono na 25% objętości hodowli systemu, przy współczynniku wypełnienia pożywką wynoszącym 30%, przy użyciu pożywki K5.
Napowietrzanie systemu łączy w sobie metody mechaniczne i czysty tlen. Gdy zawartość rozpuszczonego tlenu (DO) była wysoka, głównym zadaniem było napowietrzanie mechaniczne: zastosowanie-wysokociśnieniowej dmuchawy wirowej i wysokiej-jakości mikroporowatych rurek jako dyfuzorów, aby zmaksymalizować wydajność przenoszenia O₂ i zmniejszyć hałas. Gdy DO był niski, uzupełniano napowietrzanie czystym tlenem: za pomocą generatora tlenu + mikro-śmigła do wody bąbelkowej. Stężenie O₂ na wyjściu generatora tlenu przekracza 90%, rozproszone poprzez nano-tarczę ceramiczną w śmigle. Przy dużym obciążeniu jako pomocnicze napowietrzanie służyła kombinacja generatora tlenu i stożka tlenowego, wykorzystująca pompę wspomagającą do wytworzenia-wody przesyconej tlenem w stożku.
1.4 Pomiar jakości wody
Stężenia amoniaku i azotynów (w postaci N) mierzono za pomocą wieloparametrowego analizatora wody Aokedan. Całkowitą zawartość zawieszonych substancji stałych (TSS) mierzono przy użyciu wieloparametrowego analizatora Hach DR 900 DR 900.
1.5 Zarządzanie gospodarstwem i obsługa systemu
Proces rozpoczął się 8 sierpnia 2022 roku i trwał 74 dni. Wszystkie sześć czołgów było zaopatrzonych. Liczebność obsady wynosiła 961 osobników/kg, zagęszczenie około 403 osobników/m3, w sumie 241 800 słupków-larw. Częstotliwość karmienia wynosiła 6 razy dziennie, przy czym dzienna racja pokarmowa zmniejszała się z około 7,0% (wczesna) do 2,5% (późna) szacowanej biomasy.
Cyrkulacja w systemie rozpoczęła się 3 dni-po założeniu pończoch, początkowo przy 2 cyklach dziennie, później zwiększając się do 4 cykli dziennie. Na początku badania występowało codzienne drenaż, uzupełniając jedynie wodę utraconą w wyniku drenażu i parowania. Później po każdym karmieniu (1 godzinę później) następowało odwadnianie, przy codziennej wymianie wody poniżej 10% objętości uzupełniania na wczesnym-etapie.
Początkowo stosowano napowietrzanie mechaniczne (dmuchawa wirowa). Ze względu na późniejsze zwiększone obciążenie systemu zastosowano kombinację napowietrzania mechanicznego, generatora tlenu + dysku nano-ceramicznego oraz generatora tlenu + stożka tlenowego.
Regularnie mierzono DO, temperaturę, pH, amoniak i azotyny w zbiornikach. Obserwowano i rejestrowano wzrost i żerowanie krewetek.
1.6 Przetwarzanie i analiza danych
Dane zorganizowano przy użyciu programu WPS Office Excel. Wykresy powstały przy użyciu Origin 2021.
Do obliczenia współczynnika wymiany wody (R), współczynnika wykorzystania paszy (FCR) i współczynnik przeżycia (RS):
R = 100% × V₁ / (V × t) ... (1)
FCR = W / (Wₜ − W₀) ... (2)
RS = 100% × S / N ... (3)
Gdzie: R to dzienny kurs wymiany wody (%/d); V₁ to całkowita wymieniona objętość wody (m³); V to całkowita objętość wody w systemie (m³); t to dni kultury (d). FCRto współczynnik wykorzystania paszy; W to całkowity wsad paszy (kg); Wₜ i W₀ to ostateczna masa zbioru i początkowa masa obsady (kg). RSto wskaźnik przeżycia (%); S to całkowita liczba zebranych sztuk (osobniki); N to całkowita liczba zapasów (pojedyncze osoby).
2. Wyniki
2.1 Wymiana wody
Podczas próby całkowita wymiana wody wyniosła 1000 m3, przy średnim dziennym kursie wymiany wynoszącym 1,8%.
2.2 Amoniak i azotyn
Stężenie amoniaku w zbiornikach utrzymywało się poniżej 1,3 mg/L (z wyjątkiem dnia 5), a stężenie azotynów poniżej 1,6 mg/L, oba na stosunkowo stabilnych poziomach (Rysunek 5).
Na wczesnym etapie (pierwsze 15 dni) poziom amoniaku w zbiorniku gwałtownie spadał, podczas gdy azotynów gwałtownie wzrastał, co wskazuje na tworzenie się biofilmu w biofiltrze i konwersję amoniaku do azotynów. W połowie-etapu (15–50 dni), przy zwiększonym zasilaniu, stężenia amoniaku i azotynów pozostały stabilne, co wskazuje na zsynchronizowane utlenianie amoniaku i azotynów w biofiltrze oraz stabilną pracę systemu. Po 50 dniu zarówno amoniak, jak i azotyny wykazywały tendencję spadkową, co prawdopodobnie wskazywało na zwiększoną zdolność nitryfikacji i bardziej dojrzały system. Ze względu na zakończenie procesu nie udało się tego potwierdzić.
Rysunek 6pokazuje, że trendy amoniaku na wlocie i wylocie biofiltra były podobne, ale różnica między krzywymi stopniowo się zwiększała, co wskazuje na poprawę usuwania amoniaku. Krzywe azotynów dla wlotu i wylotu prawie się pokrywały i nie wykazywały ogólnego trendu wzrostowego, co sugeruje, że system zachował zdolność utleniania azotynów do końca.
2.3 Rozpuszczony tlen i całkowita zasadowość
Jak pokazano wRysunek 7pomimo rosnącego obciążenia systemu, połączone metody napowietrzania pozwoliły utrzymać DO w zbiorniku na poziomie powyżej 6 mg/l. Ponadto po dodaniu NaHCO₃ całkowita zasadowość została utrzymana na poziomie 175–260 mg/l.
2.4 Całkowita zawartość zawiesiny
Trendy stężenia TSS w kluczowych punktach systemu przedstawiono wRysunek 8. TSS na dopływie do kolektora osadów o przepływie pionowym i bocznej skrzynki syfonu (część-odwadniania trójdrogowego) odzwierciedlał trendy TSS w zbiornikach. Ogółem TSS wzrastało stopniowo, stabilizując się w średnio-późnych stadiach (po 35. dniu) i wykazywało tendencję spadkową w kolejnych etapach leczenia.
2.5 Wyniki hodowli
Całkowite zarybienie liczyło 241 800 post-larw o średniej wielkości 0,52 g, w 6 zbiornikach, przy średnim zagęszczeniu 403 osobników/m3. Po 74 dniach zbiory ogółem wyniosły 3012,2 kg, średnia wielkość 15,82 g, średnia przeżywalność 78,75%, średni plon 5,02 kg/m3. Całkowity wsad paszy wyniósł 3386,51 kg, FCR1.18. Obliczone koszty (nasiona, pasza, produkty zdrowotne, prąd, sztuczna woda morska, dezynfekcja) wyniosły 155 870,6 CNY. Przychody ze sprzedaży krewetek wyniosły 192 780,8 CNY, co przełożyło się na zysk w cyklu na poziomie 36 910,2 CNY.
3. Dyskusja
W ostatnich latach RAS stał się wysoce obiecującym kierunkiem hodowli L. vannamei. W ramach tej próby skonstruowano system RAS obejmujący zbiorniki hodowlane, kompozytową powłokę/zestaw cząstek stałych, filtr szczotkowy, biofiltr i sprzęt napowietrzający, a także pomyślnie przeprowadzono jeden cykl hodowli śródlądowej w pomieszczeniach zamkniętych.
W porównaniu do tradycyjnego systemu RAS, system ten jest prostszy. Strukturalnie pominięto sprzęt taki jak filtry bębnowe i odpieniacze białkowe, które mają stosunkowo wyższe koszty stałe i koszty utrzymania. Zamiast tego wykorzystano prostsze urządzenia do uzdatniania wody, aby stworzyć wielopoziomowe-zespolone oczyszczanie cząstek i rozpuszczonych substancji zanieczyszczających, uzyskując dobrą kontrolę jakości wody dzięki prostszym procesom i niższym kosztom.
Stosując różne metody zarządzania jakością wody dostosowane do różnych etapów wzrostu i obciążenia systemu, system utrzymywał amoniak i azotyny na poziomie odpowiednio poniżej 1,3 i 1,6 mg/l oraz DO powyżej 6 mg/l, ostatecznie osiągając wydajność na poziomie 5,02 kg/m3. Jest to zbliżone do wyników Yang Jing i in. Ponadto system uzdatniania wody kontrolował średni dzienny kurs wymiany walut do 1,8%, w pełni wykorzystując możliwości oczyszczania i znacznie obniżając koszty.
RAS zapewnia korzyści dla środowiska, bezpieczeństwo produktów i mniej chorób. Ze względu na ograniczenia transportowe L. vannamei ma duży potencjał rynkowy w głębi lądu. Przeprowadzenie RAS dla L. vannamei w głębi lądu jest zgodne z trendami branżowymi. Obecna hodowla krewetek śródlądowych odbywa się głównie w wodach słodkich, a plony i jakość są gorsze od hodowli morskich. Wykorzystanie w tym badaniu sztucznej wody morskiej częściowo wypełniło tę lukę. Jednakże obecne wysokie koszty sztucznej wody morskiej wymagają optymalizacji procesów RAS pod kątem usuwania azotu i fosforu, aby umożliwić ponowne wykorzystanie wody, co jest skutecznym sposobem obniżenia kosztów i powinno stanowić główny przedmiot badań w zakresie śródlądowych RAS L. vannamei.
FCRjest ważnym wskaźnikiem wydajności RAS. Ostatni FCRwynoszący 1,18 w tym badaniu jest porównywalny z tradycyjnym intensywnym rolnictwem. Jako system zamknięty, zaletą RAS jest ponowne wykorzystanie danych wejściowych. Opierając się na zwiększeniu wydajności uzdatniania wody, formułowaniu precyzyjnych strategii żywienia w celu obniżenia poziomu FCRpowinien być kolejnym celem optymalizacji.