1. A recirkulációs akvakultúra-rendszerek (RAS) áttekintése
(1) Recirkulációs akvakultúra-rendszerek jellemzői
A recirkulációs akvakultúra rendszerek (RAS) egy újszerű akvakultúra-modell, amelyet az intenzív akvakultúra alapján fejlesztettek ki, és amelyet a tenyészvíz recirkulációja és újrafelhasználása jellemez. A hagyományos intenzív akvakultúra előnyei mellett a RAS jelentős előnyöket kínál a szennyvízkezelésben, a vízfogyasztás csökkentésében és a szennyvízkibocsátás minimalizálásában. A vízellátó rendszer optimalizált tervezése és több létesítmény és eszköz összehangolt működése révén a RAS lehetővé teszi a teljes kultúrvízmennyiség ismételt újrahasznosítását. A hagyományos intenzív akvakultúrával összehasonlítva energiahatékonyságukat tekintve jobbak a hőmérséklet szabályozásában, a környezetszennyezés mérséklésében, valamint a betegségek megelőzésében és leküzdésében.
A RAS átfogó víztisztító és -kezelő létesítmények integrált használatát igényli. Folyamattervezésük több tudományág és ipari technológia alkalmazását foglalja magában, beleértve a folyadékmechanikát, a biológiát, a gépészetet, az elektronikát, a kémiát és az automatizálási információtechnológiát. Egy jól-megtervezett RAS képes elérni a vízminőségi paraméterek, például a hőmérséklet, az oldott oxigén és a tápanyagok teljes ellenőrzését, és bármilyen körülmények között a rendszerben lévő víz több mint 90%-a újra felhasználható recirkulációval.
(2) A RAS lényege és előnyei
A recirkulációs akvakultúra rendszerek (RAS) lényege az akvakultúra-termelés támogatása és optimalizálása iparosított és modernizált megközelítéseken keresztül. A vízi környezet teljes körű-folyamatszabályozásának lehetővé tételével a RAS részben leküzdheti a külső korlátokat, például a hőmérsékletet, a víz rendelkezésre állását és a helyet, és ezáltal elérheti az egész éven át tartó, több-tételes gyártást. Ez lehetővé teszi a-szezonon kívüli gazdálkodást és a lépcsőzetes piacra lépést, versenyelőnyt és magasabb gazdasági megtérülést biztosítva a termelőknek.
(3) A termelés hatékonysága és az erőforrások felhasználása
A RAS kiváló gyártási teljesítménye szorosan összefügg a jól irányítható és erőforrás-{0}}hatékony jellemzőivel. Vízre vonatkoztatva a vízi termékek hozama a RAS-ben 3-5-szöröse az intenzív akvakultúrán keresztül történő hagyományos áramlási-hozamnak, és 8-10-szer magasabb, mint a tavi akvakultúráé, miközben a túlélési arány több mint 10%-kal nő. Továbbá az állatgyógyászati készítmények és vegyszerek használata közel 60%-kal csökken. A teljesítménymutatók átfogó fejlesztései biztosítják a RAS gazdasági és ökológiai előnyeit egyaránt.
(4) Vízkezelés és rendszerintegráció
A RAS-ban a kultúrvizet számos kezelésnek vetik alá, beleértve a fizikai szűrést, a biológiai tisztítást, a sterilizálást és fertőtlenítést, a gáztalanítást és az oxigénezést, lehetővé téve a víz teljes vagy részleges újrafelhasználását. Ugyanakkor a kultúrkörnyezet optimalizálása integrálható automatizált berendezésekkel, például automata adagolókkal, ami bizonyos fokú automatizálást és intelligens kezelést tesz lehetővé.
(5) Technológiai alapok és legfontosabb jellemzők
A RAS integrálja a halászati mérnöki technológiát, a gépészeti berendezéseket, az új környezetbarát anyagokat, a mikroökológiai szabályozást és a digitális menedzsmentet. A teljesen ellenőrzött termelési környezetnek köszönhetően, amelyet a külső körülmények minimálisan befolyásolnak, a RAS jelentős előnyökkel rendelkezik, beleértve a víz- és talajmegőrzést, a hőmérséklet-szabályozás csökkentett energiaigényét, a stabil tenyésztési feltételeket, a felgyorsult növekedési ütemet, a nagy állománysűrűséget és a környezetbarát, környezetszennyezés-mentes termékek előállítását. Mint ilyen, a RAS-t "a 21. század legígéretesebb akvakultúra-modelljének és befektetési irányának" tekintik.
(6) Fejlesztés és alkalmazás Kínában
Napjainkig több mint 900 nagy-méretű RAS-t terveztek és építettek meg Kínában, amelyek kiterjednek a jelentősebb tengerparti tartományokra, valamint a szárazföldi régiókra, egészen Hszincsiangig. Ezeket a tengeri és édesvízi alkalmazásokat egyaránt magában foglaló rendszereket sikeresen kereskedelmi forgalomba hozták, teljesítik a várt termelési célokat, és kiváló működési teljesítményt mutatnak. A termelési gyakorlatok megerősítik, hogy a RAS nemcsak kiváló termelékenységet és környezetvédelmi előnyöket biztosít, hanem lényegesen alacsonyabb termelési költséget is elér az egységnyi hozamra vetítve, összehasonlítva más akvakultúra-modellekkel.
2. A recirkulációs akvakultúra-rendszerek (RAS) kulcsfontosságú folyamatai és technológiái
A recirkulációs akvakultúra rendszerek (RAS) széles körben alkalmazzák az ipari mérnöki berendezéseket és technológiákat. Jellemzően folyamategységekből és szilárd részecskék eltávolítására szolgáló berendezésekből állnak; a lebegő részecskék és az oldható szerves anyagok eltávolítása; mérgező és káros oldható szervetlen sók, például ammónia és nitrit eltávolítása; kórokozók elleni védekezés; szén-dioxid eltávolítása a tenyésztett szervezetek és mikroorganizmusok anyagcseréjéből; oxigénpótlás; és a hőmérséklet szabályozása. A technikai folyamatok közé tartozik a hőszigetelés és a hőmérséklet szabályozás, a szilárd részecskék eltávolítása, az oldható szervetlen nitrogén és foszfor eltávolítása, a fertőtlenítés és sterilizálás, valamint az oxigénezés.
(1) Ipari és intenzív termelési jellemzők
A RAS tovább fokozza az ipari akvakultúra intenzív jellemzőit, magas termelési hatékonyságot és kis területfoglalást kínál, miközben legyőzi a föld- és vízkészletek korlátait. Magas-input, nagy{2}}kimenet, nagy-sűrűségű és nagy-hatékonyságú gazdálkodási modellként a RAS összhangban van Kína átfogó céljaival az ökológiai civilizáció és a fenntartható fejlődési stratégiák terén.
(2) Ökológiai és stratégiai jelentősége
Intenzív, hatékony, energia--takarékos, kibocsátás-csökkentő- és környezetbarát funkcióival a RAS a kínai akvakultúra átalakítása és korszerűsítése fontos irányává vált az alacsony-szén-dioxid-kibocsátású és zöld fejlesztés felé. A Kínai Mezőgazdasági és Vidéki Ügyek Minisztériuma több egymást követő évben a RAS-t a fő ajánlott akvakultúra-technológia közé sorolta.
(3) Jelenlegi fejlődés és trendek
Jelenleg ez a modell széles körű elismerést kapott Kínában mind a tudományos élet, mind az ipar részéről. Az új rendszerek kiépítésének mértéke és az általános gazdálkodási kapacitás folyamatosan növekszik az elmúlt években, így a RAS a kínai akvakultúra-ipar egyik legfontosabb jövőbeli fejlesztési irányzata.
3. A recirkulációs akvakultúra-rendszerek (RAS) kutatásának és iparosításának áttekintése
(1)Nemzetközi kutatás és iparosítás
Korai kutatás és fejlesztés
A legkorábbi recirkulációs akvakultúra rendszer (RAS) Japánban jelent meg az 1950-es években. Ezt követően sok országban megkezdték a vízkezelési és akvakultúra-technológiák kutatását a RAS számára. Kezdetben ezek a vizsgálatok a települési szennyvízkezelési eljárásokon és akváriumszerű rendszereken alapultak (mindössze 0,16–0,48 kg/m³ tenyésztési sűrűséggel). Az ilyen megközelítések azonban nem vették figyelembe a kereskedelmi akvakultúra egyedi követelményeit,{7}}különösen a rendszerköltségeket, az erőforrás-felhasználást, a tenyésztési és tisztítóvíz-mennyiségek arányát, valamint a rendszer teherbíró képességét (általában 50–300 kg/m³). Ennek eredményeként a kutatási erőfeszítések sok kudarcba ütköztek, nagy mennyiségű erőforrást emésztettek fel, és lassan haladtak előre.
Dinamikus jellemzők felismerése
A korai tanulmányok figyelmen kívül hagyták a RAS egy fontos jellemzőjét is: dinamikus természetét. A halak anyagcsere-hulladékainak termelésének és lebomlási sebességének dinamikus egyensúlyt kell elérnie ahhoz, hogy a rendszer stabil és egészséges maradjon. Az 1980-as évek közepére a vízminőségi paraméterek, például a pH, az oldott oxigén (DO), az összes nitrogén (TN), a nitrát (NO₃⁻), a biokémiai oxigénigény (BOD) és a kémiai oxigénigény (KOI) – és ezek változási mintái az akvakultúra-vízben – egyre jobban megértették ezeket a dinamikus változásokat a rendszertervezésben. Például az oxigénhiány gyorsan korrigálható levegőztetéssel, de a nitrifikáló baktériumok válasza a növekvő ammóniakoncentrációra gyakran jelentősen elmarad. Így a kölcsönhatásban lévő korlátozó tényezők mélyebb ismerete egyre fontosabbá vált a hatékony rendszertervezés és -működés szempontjából.
Kihívások a korai gyakorlatokban
Sok akvakultúrával foglalkozó szakembernek volt tapasztalata az intenzív rendszereken keresztül történő áramlással{0}}, de nem volt ismerete a RAS működéséről. Ennek eredményeként gyakran elmulasztották megfelelően szabályozni az állománysűrűséget, a takarmányozási mennyiséget, az etetés gyakoriságát és a vízminőség-szabályozást, ami a rendszer vízáramlásának és anyagciklusának kiegyensúlyozatlanságához vezetett, és végül működési hibákhoz vezetett. A tudományos ismeretek és a kezelési tapasztalatok hiánya a tenyészet sűrűségében is megmutatkozott: a laboratóriumi-méretű RAS általában csak 10–42 kg/m³-t ért el, míg a korai, kereskedelmi -léptékű RAS 6,7–7,9 kg/m³-t is elért. Több mint fél évszázados technológiai fejlődés után,{10}}beleértve a folyamatok optimalizálását, a levegőztetést és az oxigénellátást (pl. folyékony oxigén felhasználását), az automatizált takarmányozást és a megfelelő fajok kiválasztását,{13}}a modern RAS számos korlátozó tényezőt leküzdött, és már képes támogatni a nagy, 50–300 kg/m³ tenyésztési sűrűséget.
Ipari növekedés és technológiai innovációk
Mivel a hagyományos tavi akvakultúra a talajverseny és a környezeti nyomás miatt stagnál, a RAS Európában és Észak-Amerikában az 1980-as és 1990-es évek között gyorsan növekedett. Ezt az ipari terjeszkedést technológiai fejlesztések kísérték, beleértve a nyomás alatti és nem túlnyomásos szűrők alkalmazását nagy lebegő szilárd anyagokhoz, az ózonozást a fertőtlenítéshez és a szerves anyagok lebontásához, valamint többféle biológiai szűrő kifejlesztését, mint például a merülő szűrők, csepegtető szűrők, dugattyús szűrők, forgó biológiai folyadékágyas kontaktorok, biofilter kontaktorok, drum és biofilter kontaktorok. denitrifikációs egységek. Ezekkel a fejlesztésekkel a RAS fokozatosan érett, és kereskedelmi alkalmazásba került.
Az Egyesült Államok esete
Az Egyesült Államok megőrizte vezető pozícióját mind a fundamentális, mind az alkalmazott RAS-kutatásban, olyan területeken, mint az intenzíven tenyésztett fajok táplálkozása és élettana, betegségmegelőzés és vízkezelési technológiák. Az US RAS egyik legfontosabb jellemzője a vízminőség-ellenőrzés magas fokú automatizálása és gépesítése. A számítógépes-rendszerek automatikusan szabályozzák az oldott oxigén, a pH, a vezetőképesség, a zavarosság és az ammónia szintjét, valamint a környezeti feltételeket, például a hőmérsékletet, a páratartalmat és a fényintenzitást. Fejlett ipari bázisát kihasználva az Egyesült Államok széles körben alkalmaz csúcstechnológiás-berendezéseket az oxigénellátáshoz, biológiai tisztításhoz, szilárdanyag-eltávolításhoz, osztályozáshoz és betakarításhoz. Például a Marylandi Egyetem Tengeri Biotechnológiai Központja által kifejlesztett kísérleti RAS anaerob kezelési eljárásokat tartalmaz, amelyek nagyon hasonlítanak a dán Aquatec{10}}Solutions által tervezett rendszerekhez.
4. Kihívások és ellenintézkedések az iparosított recirkulációs akvakultúra-rendszerek (RAS) fejlesztésével kapcsolatban
(1) A létesítmények és berendezések nem megfelelő integrációja
Noha a kínai vízkezelő, automatikus adagoló, fertőtlenítő és levegőztető berendezések fokozatosan megközelítették a nemzetközi haladó szintet, az általános rendszerintegráció továbbra sem megfelelő. A RAS-berendezések teljes készletét gyártani képes nagyméretű-vállalkozások hiánya megnövelte az építési költségeket és bonyolultabbá tette, így hátráltatja a hazai berendezések gyors fejlődését.
(2) A speciális összetett takarmány optimalizálásának szükségessége
Jelenleg Kínában az aquafeed tápszerek nagyon homogének, és nem tartalmaznak speciális takarmányt, amelyet RAS-hoz és meghatározott tenyésztett fajokhoz terveztek. Ez növeli a vízkezelő rendszerek működési terheit, és befolyásolja a gazdálkodás teljesítményét. Kiegyensúlyozott táplálkozású, alacsony kimosódási arányú és kedvező takarmánykonverziós arányú, fajspecifikus-RAS takarmányok kifejlesztése szükséges.
(3) A betegségek megelőzése és leküzdése nagyobb pontosságot igényel
A nagy-sűrűségű és nagy-hatékonyságú gazdálkodás növeli a betegségek kitörésének kockázatát, amint a rendszer egyensúlyhiánya következik be, és a kórokozókat nehéz eltávolítani zárt rendszerekben. A pufferkapacitás javítása érdekében javítani kell a rendszer optimalizálását, míg a kutatásnak a halak fiziológiájára, a stresszre adott válaszokra, a betegség korai mutatóira és a hatékony betegség-figyelmeztető mechanizmusokra kell összpontosítania.
(4) Az energiafogyasztás és a költségcsökkentés jelentős nyomása
A magas kezdeti építési beruházás és az energiafogyasztás elkerülhetetlen kihívást jelent a RAS számára. Energiatakarékossági intézkedéseket kell bevezetni mind a berendezések, mind a rendszer szintjén, beleértve az alacsony energiafelhasználású szűrőket, a CO₂-eltávolító eszközöket, a szennyvízkezelési technológiákat és a megújuló energiaforrásokat, például a nap-, szél- és vízhőszivattyúkat.
(5) A szabványosítás hiánya az üzemeltetésben és irányításban
Jelenleg Kínában nincsenek egységes műszaki szabványok vagy normák a RAS számára. Ennek eredményeként a rendszertervezés, az irányítási gyakorlatok és a gazdálkodási teljesítmény nagyon eltérő, és gyakoriak a működési hibák. Alapvető fontosságú az egészséges akvakultúra szabványosított műszaki keretének létrehozása, a folyamat- és gazdálkodási szabványok javítása, valamint a szabványosított termelés demonstrációs projektjeinek előmozdítása.
(6) Megerősített alapkutatás szükségessége
Számos szempont tudományos ismerete továbbra is elégtelen, ideértve a tenyésztett fajok egészségi állapotát nagy-sűrűség és specifikus vízminőségi körülmények között, a biofilm szerkezeti változásait a rendszer működése során, a tápanyag-ciklus mechanizmusait, valamint a szilárd részecskék eltávolításának és ártalmatlan kezelésének optimális módszereit. Ezek a hiányosságok hátráltatják a releváns technológiák és berendezések továbbfejlesztését.
(7) Jövőbeli fejlődési trendek és lehetőségek
E kihívások ellenére a RAS jelentős előnyöket kínál a termelés hatékonysága, a környezeti fenntarthatóság és az állatjólét terén. Zöld, ökológiai, körkörös és hatékony gazdálkodási modellként igazodik az alacsony szén-dioxid-kibocsátású{1}}fejlesztés globális trendjéhez. A kínai halászat modernizációjával, az ökológiai civilizáció fejlődésével és a szénsemlegességi célok felgyorsulásával a RAS a gyors fejlődés új szakaszába lép.