Ipari recirkulációs akvakultúra rendszer (RAS), mint egy feltörekvő akvakultúra-technológia, amelyet a nemzeti létesítményekkel kapcsolatos halászati politikák vezérelnek, az ipari mérnöki berendezések és a környezetvédelmi szabályozási technológiák integrálása révén intenzifikációt, nagy hatékonyságot és környezeti fenntarthatóságot ér el az akvakultúrában. Azalapvető előnyeitartalmazza:a víz újrahasznosítása több mint 90%-os vízmegtakarítás, függetlenség a regionális és szezonális korlátoktól, a kulcsfontosságú környezeti tényezők, például a víz hőmérséklete és az oldott oxigén pontos szabályozása, jelentősen javítja a talaj termőképességét és a takarmányátalakítási arányt. Elismerten az akvakultúra fenntartható fejlődésének kulcsfontosságú iránya. A „nagy befektetés, nagy sűrűség és nagy teljesítmény” jellemzi, széles körű elterjedését olyan tényezők korlátozzák, mint a magas kezdeti beruházás (létesítmények és berendezések költségei) és a magas műszaki akadályok (a magvak akklimatizálása és a vízminőség-kezelés).
Mandarin hal (Siniperca chuatsi), mint nagy értékű édesvízi akvakultúra-faj, olyan kihívásokkal néz szembe a hagyományos gazdálkodásban, mint például a gyakori betegségek, a vízminőség-ellenőrzés nehézségei és az instabil hozamok. Jelenleg a mandarinhal ipari RAS számára továbbra sem állnak rendelkezésre technikai tartalékok, különösen hiányoznak a szisztematikus gyakorlatok olyan területeken, mint a tenyésztési folyamatok optimalizálása, a speciális berendezések tervezése és a víztisztítási eljárások. Ez a kutatás a vízkészletek hatékony újrahasznosítására és hasznosítására összpontosít, és célja a folyamatberendezés-rendszer kiépítése a Mandarin Fish szárazföldi alapú ipari akvakultúrájához. Az alacsony-zavarú hulladékkibocsátó eszközök optimalizálása és a berendezések összekapcsolási technológiájának integrálása révén kísérleti kutatásokat végeznek olyan kulcsmutatókkal kapcsolatban, mint a víztisztítási hatékonyság és a bio-terhelési kapacitás. A cél egy reprodukálható műszaki megoldás kifejlesztése a mandarin haltenyésztési ágazat magas színvonalú-fejlesztésének támogatására.
1. Ipari recirkulációs akvakultúra folyamatfolyamata
Az ipari RAS lényege a dinamikus vízegyensúly elérése és az újrahasznosítás egy zárt{0}}hurkú folyamaton keresztül.fizikai szűrés - biológiai tisztítás - fertőtlenítés és oxigénellátás". "A halnevelés a víz felemelésével kezdődik"; olyan paraméterek, mint a víz áramlási sebessége, hőmérséklet, pH, ammónia nitrogén koncentrációja és oldott oxigén szintje közvetlenül befolyásolják a Mandarin Fish növekedési környezetét. Ez a rendszer kialakítása a "kis rendszerek, több egységek" elvét követi. Alapvető logikája: a nagyobb áramlási sebesség javítja a rendszer feldolgozási hatékonyságát, csökkenti a nagy szemcsés hulladék törését, és alacsonyabb feldolgozási folyamat a folyékony hulladékok eltávolítása révén → a szennyezőanyag-eltávolítási sorrendet követi → a szennyezőanyag-eltávolítás energiafogyasztása → "nagy részecskeméret → kis szemcseméret", valamint a szűrési és fertőtlenítési folyamatok egymás után kapcsolódnak egymáshoz.
Ahogy az ábrán látható1. ábra, a rendszer áramlása a következő: a tenyésztőtartályból előkezelésen esik át a nagy szemcsés hulladék eltávolítása érdekében, durva és finom szűrési fázisba kerül a finom lebegő szilárd anyagok eltávolítására, majd bioszűrőn halad át a káros anyagok, például az ammónia-nitrogén lebontására, végül fertőtlenítés és oxigénellátás után visszatér a tenyésztőtartályba, így a folyamat során szabályozott vízminőséget és vízciklust biztosítanak.
2. Mandarinhal-akvakultúra létesítmények és berendezések tervezése és kutatása
A hagyományos akvakultúra-létesítmények tervezése gyakran a tapasztalatokra támaszkodik, ami könnyen nem hatékony berendezésekhez és költségpazarláshoz vezet. Ahogy az ábrán látható2. ábra, ez a tanulmány a tömegmérleg elve alapján modellt konstruál a mandarinhal maximális biomassza teherbíró képességére vonatkozóan. A maximális betáplálási sebesség, az összes hulladék és az ammónia-nitrogén termelés kiszámításával megvalósul a tudományos berendezések kiválasztása. Esettanulmányként egy Jiangxi-i Mandarin haltenyésztő vállalkozást használtunk, és a hangsúly az alacsony-zavarású hulladéklerakó eszköz és a berendezések összekapcsolási rendszerének optimalizálására irányult. A műhely elrendezése a képen látható3. ábra. A Mandarin Fish szárazföldi-alapú ipari RAS-jának elrendezése itt látható4. ábra.
2.1 Kultúra vízvisszavezetési paraméterek tervezése
A recirkulációs sebesség kulcsfontosságú a rendszer hatékony működéséhez, és átfogóan kell meghatározni a mandarinhal állománysűrűsége, vízmennyisége és vízkezelési kapacitása alapján.
A vízvisszavezetési térfogat számítási képlete:Q = V × N
ahol: Q a víz visszakeringetett térfogata (m³/h);
V a kultúrvíz térfogata (m³);
N a napi keringtetések száma (szor/d).
Kultúratartály kialakítása: Egyetlen tartály átmérője 6 m, magassága 1,2 m, kúp alsó magassága 0,3 m.
A számított térfogat π×3²×1.2 + 1/3×π×3²×0,3 ≈ 33,91 m³, a tényleges kultúrvíz térfogata körülbelül 30 m³. Egy műhelyben 10 tenyésztőtartály található, összesen 300 m³ víztérfogattal.
Működési paraméterek: Az N recirkuláció sebessége 3-5-ször/nap; A pótvíz cirkulációja a teljes vízmennyiség 10%-a (a párolgási és kibocsátási veszteségek kompenzálására), valós időben igazítva az online monitorozás révén.
2.2 Kultúratartály és hulladékürítő berendezés kialakítása
Ahogy az ábrán látható5. ábra, a tenyésztőtartályt a "gyors hulladékkibocsátás és egyenletes vízelosztás" céljával tervezték, kör alakú tartálytesttel kombinálva egy kúpos fenékszerkezettel. Az alján egy „halmosó” eszköz található az alacsony-zavaró hulladékkibocsátás érdekében. A Fish WC a következőképpen lett optimalizálva:
- A bemeneti/kimeneti cső átmérője 200 mm-re szabványosítva az áramlási sebesség növelése érdekében.
- A fedőlemez forgó, áramvonalas kialakítást kapott, hogy fokozza a forgó öblítő hatást a fenéküledékeken, és javítsa az öntisztulási képességet{0}}.
3. Szilárd részecskekezelési folyamat tervezése és kutatása
A szilárd részecskéket méret szerinti osztályozással kezelik egy három-lépcsős „előkezelési - durva szűrés - finomszűrés” eljárásával. A konkrét paraméterek a következőben jelennek meg1. táblázat.
3.1 Előkezelési folyamat
Függőleges áramlású ülepítőt használ, amely a tenyésztartály oldalsó-lefolyó- és alsó-lefolyórendszeréhez kapcsolódik, gravitációs elválasztást használva a 100 μm-nél nagyobb vagy azzal egyenlő részecskék eltávolítására. Az ülepítő közvetlenül a tenyésztőtartályhoz csatlakozik, hogy csökkentse a csővezetékes szállítási veszteségeket és csökkentse a következő szűrési szakaszok terhelését.
3.2 Durva szűrési eljárás
Ahogy az ábrán látható6. ábra, a durva szűrési folyamat középpontjában egy mikroszűrő dobszűrő áll. A tervezési alapelvek a következők: a berendezést a tenyésztőtartályok közelében kell elhelyezni a csővezeték hosszának lerövidítése és az energiafogyasztás csökkentése érdekében.
PLC vezérlőrendszer használata az automatikus visszamosás eléréséhez (4-6 alkalom/nap), online vízminőség-figyeléssel összehangolva a valós idejű paraméter-beállításhoz.
A gravitációs áramlás kialakítása a szivattyú energiafogyasztásának csökkentése és az üzemeltetési költségek csökkentése érdekében.
3.3 Finomszűrési folyamat
Ahogy az ábrán látható7. ábra, a finomszűrési folyamat tovább tisztítja a vízminőséget a bioszűrő és a fertőtlenítő berendezés szinergikus hatásának köszönhetően.
- Biofilter: Kiválasztja a nagy-specifikus-felületi közeget-, hidraulikus retenciós idő 1-2 óra, fenntartja az oldott oxigént 5 mg/L-nél nagyobb vagy azzal egyenlő, lebontja az ammónia-nitrogént és a nitritet.
- Fertőtlenítő berendezések: Ultraibolya sterilizátor (dózis 3-5 × 10⁴ μW·s/cm²) vagy ózongenerátor (koncentráció 0,1-0,3 mg/L, érintkezési idő 10-15 perc) a kórokozó mikroorganizmusok elpusztítására.
- Oxigén rendszer: Tiszta oxigenátor a levegőztetőkkel együtt a stabil oldott oxigénszint biztosítása érdekében.
4. Csővezeték-elrendezés és vezérlőrendszer
4.1 Csővezeték-elrendezés tervezése
A csővezetékek funkció szerint négy típusba sorolhatók: vízellátás, recirkuláció, hulladékelvezetés és pótvíz. Tervezési alapelvek: Optimalizálja a tenyésztőtartályok körüli elrendezést, csökkentse a könyököket és a csővezeték hosszát a fejveszteség minimalizálása érdekében; kiegyensúlyozott be- és kiáramlás biztosítása a tenyésztartályok stabil vízszintjének fenntartása érdekében; a hulladéklevezető csövek lejtősek (3%-nál nagyobb vagy egyenlő), hogy megkönnyítsék a hulladékok ön-gyűjtését.
4.2 Vezérlőrendszer tervezése
A rendszer a „Sensors - Controller - Actuators” zárt-hurkú architektúráját alkalmazza, amint az itt látható8. ábra. Az alapvető funkciók a következők:
- Valós idejű-vízminőség-figyelés: Online adatgyűjtés oldott oxigén, pH és ammónia nitrogén érzékelőkkel.
- Berendezés kapcsolódási vezérlés: A mikroképernyő visszamosásának, az oxigenátor teljesítményének és a fertőtlenítő berendezés üzemidejének automatikus beállítása a vízminőségi paraméterek alapján.
- Hiba figyelmeztetés: Rendellenes paraméterek által kiváltott hangos és vizuális riasztások, Etherneten vagy vezeték nélküli kommunikáción keresztül a felügyeleti terminálokhoz.
5. A berendezések teljesítményének vizsgálati adatainak elemzése
Ahogy az ábrán látható9. ábra, egy hat hónapos{0}}próbaműveletet végeztek egy Mandarin Fish tenyésztő bázison Jiangxi-ban. A rendszer vízkezelési rendellenességet nem tapasztalt, a megfigyelő és korai figyelmeztető rendszer stabilan működött.
A kijuttatás során vízkezelési rendellenességet nem találtak, a megfigyelő, korai figyelmeztető és ellenőrző rendszer stabilan működött. A tenyésztési tartályokban a levegőztetést oldott oxigén szabályozással kombinálva alkalmaztuk a tenyésztési folyamat során. A fő berendezések teljesítményértékelése a következőben látható2. táblázat.
A kísérlet során az állománysűrűség elérte az 50-60 hal/m³ értéket, a túlélési arány 90%-ot vagy annál nagyobb, a növekedési ráta 20%-kal nőtt a hagyományos gazdálkodáshoz képest, a víz-újrahasznosítási arány pedig elérte a 92%-ot, amivel elérte az energia-megtakarítási és kibocsátás-csökkentési célokat.
6. Összegzés
A Mandarin Fish szárazföldi-ipari ipari RAS-ja mérnöki, létesítmény{1}}alapú és digitális-intelligens technológiák integrálásával éri el a „víztakarékosság, nagy hatékonyság és környezetvédelem” akvakultúra-céljait. A kutatás újításai a következőkben rejlenek: a berendezések kiválasztásának optimalizálása a biomassza teherbíró képesség modellje alapján a rendszerillesztés javítása érdekében; az alacsony-zavarú hulladéklerakó eszköz fejlesztése a hulladékeltávolítás hatékonyságának növelése érdekében; berendezés kapcsolódási ellenőrző rendszer kiépítése a vízminőség precíz szabályozása érdekében.
Ez a rendszer más édesvízi haltenyésztésben is népszerűsíthető és alkalmazható, technikai referenciát biztosítva az akvakultúra intenzívebb átalakításához. A jövőbeni munkának tovább kell csökkentenie a berendezések költségeit, és optimalizálnia kell az érzékelők teljesítményét a technológiai penetráció növelése érdekében.