Tehnologija kontrole učinka i kvalitete vode slatkovodnih riba u recirkulirajućem sustavu akvakulture
Uz kontinuirano poboljšanje intenziviranja u industriji akvakulture i sve strožih zahtjeva za zaštitu okoliša, tradicionalni modeli akvakulture suočavaju se s brojnim problemima kao što su onečišćenje okoliša, rasipanje vodnih resursa i opadanje kvalitete proizvoda. Recirkulacijski sustav akvakulture (RAS), kao nova vrsta metode akvakulture, ima prednosti uključujući očuvanje vode, uštedu zemljišta, visoku gustoću naseljenosti, mogućnost kontrole okoliša i smanjeno ispuštanje otpadne vode. Usklađuje se s trenutačnim nacionalnim strateškim zahtjevima za kružnim gospodarstvom i očuvanjem energije te smanjenjem emisija, predstavljajući važan smjer za transformaciju i razvoj industrije akvakulture te je postao ključni model za održivi razvoj modernog ribarstva. U RAS-u voda iz akvakulture ponovno cirkulira nakon fizičke filtracije, biološkog pročišćavanja, prozračivanja, dezinfekcije i drugih tretmana, zahtijevajući da sustav kontinuirano održava uvjete kvalitete vode pogodne za rast riba. Kao izravno okruženje za preživljavanje riba, fluktuacije u različitim parametrima kvalitete vode izravno utječu na fiziološke funkcije, metaboličku učinkovitost i otpornost riba na bolesti, što se u konačnici manifestira kao razlike u učinku rasta. Stoga,-dubinsko istraživanje intrinzičnog odnosa između kontrole kvalitete vode i rasta slatkovodne ribe u RAS-u ima značajnu teorijsku i praktičnu važnost za poboljšanje učinkovitosti akvakulture i promicanje zdravog razvoja industrije.
1 Pregled recirkulirajućeg sustava akvakulture
Model recirkulirajuće akvakulture metoda je uzgoja u kojoj se voda iz kulture recirkulira nakon obrade kroz fizičke, kemijske i biološke procese filtriranja. Istraživanje tehnologije recirkulacijske akvakulture počelo je ranije u inozemstvu. Šezdesetih godina prošlog stoljeća zemlje poput Sjedinjenih Država, Nizozemske i Danske pokrenule su relevantna istraživanja. Sjedinjene Države su ga prvenstveno koristile za uzgoj kalifornijske pastrve, prugastog brancina i brancina; Nizozemska ga je uglavnom koristila za europsku jegulju i afričkog soma; Danski recirkulacijski procesni sustav akvakulture bio je vanjski polu-zatvoreni sustav koji se uglavnom koristio za proizvodnju kalifornijske pastrve.
Kina je uvela stranu recirkulirajuću tehnologiju i objekte za akvakulturu 1980-ih. Zbog visokih investicijskih i operativnih troškova, većina uvedenih objekata brzo je napuštena. Godine 1988. Institut za istraživanje ribarskih strojeva i instrumenata Kineske akademije znanosti o ribarstvu, oslanjajući se na tehnologiju Zapadne Njemačke, dizajnirao je i izgradio prvu kinesku radionicu za recirkulirajuću akvakulturu. Posljednjih su godina kineski znanstvenici poput Qu Keminga predložili visoke, srednje i niske-tehnološke modele recirkulirajuće akvakulture na temelju različitih potreba različitih vrsta poduzeća akvakulture i promovirali ih u obalnim područjima; Liu Bo iz Heilongjiang Provincial Fisheries Technology Extension Station predložio je "kontejnersku" recirkulirajuću tehnologiju i modele akvakulture; Profesor He Xugang s Poljoprivrednog sveučilišta Huazhong predložio je zeleni i učinkovit model akvakulture "zarobljenog" u ribnjaku "bez-pražnjenja".
Recirkulirajući modeli akvakulture uglavnom se dijele na vrste kao što su "staza", "kontejner" i "zarobljeni". Uzimajući model akvakulture "staze" kao primjer, on se sastoji od protočnog-spremnika, područja za prikupljanje otpada, objekata za prozračivanje, objekata za preusmjeravanje, područja za pročišćavanje, močvare i drugih komponenti. Malo{3}}vodeno-tjelesno vodeno-područje akvakulture sastoji se od pravokutnih spremnika koji zauzimaju 2%–5% površine ribnjaka. Posljednjih godina, domaći protok-kroz specifikacije spremnika općenito su 20 m dugi, 4 m široki i 2,5 m visoki, s 1-2 postavljena spremnika na 6670 m² vodenog tijela. Glavna komponenta je oprema za-aeraciju koja potiskuje vodu. Rane verzije koristile su uređaje s impelerima za potiskivanje vode i uređaje za prozračivanje za oksigenaciju, ali sada većina koristi opremu za-podizanje zraka sastavljenu od puhala, mikroporoznih cijevi za prozračivanje i pregrada. Općenito, dva međusobno povezana potopljena spremnika za prikupljanje otpada s volumenom od 10 m³ izgrađuju se za svaka tri spremnika, postavljena na stražnjem kraju protočnog-spremnika za prikupljanje otpada s područja kulture. Veliko-vodeno-područje za ekološko pročišćavanje tijela zauzima 95%–98% površine ribnjaka, s derivacijskim nasipima i dubinom vode iznad 2 m. Ovo područje primarno uzgaja ribu koja se hrani-filterom, a pokrivenost vodenim biljkama kontrolirana je na 20%–30% područja za pročišćavanje. Opremljen je aeratorima s lopaticama, aeratorima s impelerima, strojevima za-stvaranje valova itd., a po potrebi se dodaju i mikrobni pripravci.
2 Učinci modela recirkulirajuće akvakulture na učinak rasta slatkovodnih riba
2.1 Stopa rasta
Model recirkulirajuće akvakulture može pružiti relativno stabilno okruženje za rast slatkovodne ribe, što pomaže u poboljšanju stope rasta. U tradicionalnoj ribnjačkoj akvakulturi na kvalitetu vode uvelike utječu vanjski čimbenici okoliša kao što su temperatura i oborine, što lako može uzrokovati fluktuacije kvalitete vode i utjecati na rast riba. U modelu recirkulirajuće akvakulture, sustav kontrole kvalitete vode može održavati relativno stabilne parametre kvalitete vode kao što su temperatura vode, otopljeni kisik i pH vrijednost, stvarajući pogodne uvjete za rast riba. Na primjer, u modelu akvakulture "raceway", brzina protoka vode u protoku-kroz spremnik može se prilagoditi pomoću-opreme za prozračivanje koja potiskuje vodu. Odgovarajuća brzina protoka može potaknuti kretanje riba, poboljšati fizičku spremnost, povećati unos hrane i ubrzati rast.
2.2 Stopa iskorištenja hrane
Model recirkulirajuće akvakulture može poboljšati stopu iskorištenja hrane za slatkovodne ribe. U tradicionalnoj akvakulturi, nakon izdavanja hrane, dio hrane tone na dno bez da se potroši, uzrokujući otpad. U međuvremenu, hrana koja tone na dno razgrađuje se i proizvodi štetne tvari, što utječe na kvalitetu vode. U modelu recirkulirajuće akvakulture, zbog učinka protoka vode, hrana se može bolje raspršiti u vodi, što ribama olakšava konzumaciju, čime se smanjuje otpad hrane. Dodatno, jedinice za obradu kao što su biofilteri u recirkulirajućem sustavu akvakulture mogu ukloniti organske tvari poput ostataka hrane i izmeta iz vode za uzgoj, smanjujući sadržaj štetnih tvari kao što su amonijačni dušik i nitritni dušik u vodi. Time se smanjuje utjecaj ovih štetnih tvari na probavne i apsorpcijske funkcije riba, čime se poboljšava iskorištenost hrane.
2.3 Kvaliteta proizvoda
Model recirkulirajuće akvakulture pomaže u poboljšanju kvalitete proizvoda slatkovodne ribe. U tradicionalnoj akvakulturi ribe su osjetljive na infekcije patogenima kao što su paraziti i bakterije, što dovodi do pojave bolesti i utječe na kvalitetu proizvoda. U modelu recirkulirajuće akvakulture, mjere kao što su kontrola kvalitete vode i dezinfekcija mogu učinkovito smanjiti broj patogena u vodi, smanjujući rizik od bolesti riba. U isto vrijeme, relativno čisto okruženje za rast riba u modelu recirkulirajuće akvakulture smanjuje proizvodnju nepoželjnih mirisa poput mutnog mirisa, poboljšavajući okus i kvalitetu proizvoda.
3 ključna parametra i metode kontrole kvalitete vode u modelu recirkulirajuće akvakulture
3.1 Ključni parametri
3.1.1 Otopljeni kisik
Otopljeni kisik jedan je od važnih parametara kvalitete vode koji utječu na rast riba. Ribe zahtijevaju dovoljno kisika za disanje tijekom rasta. Nedovoljna količina otopljenog kisika može dovesti do sporog rasta, smanjenog imuniteta, pa čak i smrti. Općenito, otopljeni kisik u recirkulacijskim sustavima akvakulture treba održavati iznad 5 mg/L.
3.1.2 Amonijačni dušik
Dušik iz amonijaka jedan je od glavnih zagađivača vode u akvakulturi, uglavnom potječe iz ribljeg izmeta i razgradnje ostataka hrane. Dušik iz amonijaka vrlo je toksičan za ribe, oštećuje tkivo škrga, živčani sustav i imunološki sustav, utječući na rast i preživljavanje. Koncentraciju dušika u amonijaku u sustavima recirkulirajuće akvakulture treba kontrolirati ispod 0,5 mg/L.
3.1.3 Nitritni dušik
Nitritni dušik je međuprodukt koji nastaje tijekom nitrifikacije amonijačnog dušika i ima određenu toksičnost. Nitritni dušik spaja se s hemoglobinom u ribljoj krvi, smanjujući njezin-kapacitet prijenosa kisika i uzrokujući hipoksiju i gušenje kod riba. Koncentracija nitritnog dušika u recirkulacijskim sustavima akvakulture treba se kontrolirati ispod 0,1 mg/L.
3.1.4 pH vrijednost
pH vrijednost je važan pokazatelj koji odražava kiselost ili alkalnost vode i ima značajan učinak na rast i fiziološke funkcije riba. pH vrijednost u recirkulacijskim sustavima akvakulture trebala bi se kontrolirati između 7,0 i 8,5.
3.2 Metode kontrole kvalitete vode
3.2.1 Fizička kontrola
Fizička kontrola uglavnom uključuje mjere kao što su filtracija, sedimentacija i prozračivanje. Filtriranje je učinkovita metoda za uklanjanje suspendiranih krutih tvari i čestica iz vode. Često korištena oprema za filtriranje uključuje filtere s mikroskrinom i pješčane filtere. Sedimentacija koristi gravitaciju za taloženje krutih čestica u vodi na dno, čime se pročišćava kvaliteta vode. Prozračivanje je važno sredstvo povećanja otopljenog kisika u vodi. Često korištena oprema za prozračivanje uključuje puhala, prozračivače s lopaticama i prozračivače s rotorom.
3.2.2 Kemijska kontrola
Kemijska kontrola uglavnom uključuje dodavanje kemijskih sredstava u vodu radi reguliranja kvalitete vode. Na primjer, kada su koncentracije amonijačnog dušika i nitritnog dušika u vodi previsoke, mogu se dodati preparati nitrifikacijskih bakterija za poticanje reakcija nitrifikacije i smanjenje sadržaja amonijačnog dušika i nitritnog dušika; kada je pH vrijednost vode preniska, može se nanijeti živo vapno za podizanje pH vrijednosti.
3.2.3 Biološka kontrola
Biološka kontrola koristi mikroorganizme, vodene biljke i druge organizme za pročišćavanje kvalitete vode. Mikroorganizmi mogu razgraditi organsku tvar u vodi, pretvarajući štetne tvari kao što su amonijačni dušik i nitritni dušik u bezopasne tvari. Uobičajeno korišteni mikrobni pripravci uključuju fotosintetske bakterije, Bacillus i nitrifikacijske bakterije. Vodene biljke mogu apsorbirati hranjive tvari kao što su dušik i fosfor iz vode, smanjujući pojavu eutrofikacije, a istovremeno osiguravajući staništa i zasjenu za ribe. Uobičajene vodene biljke uključuju vodeni zumbul, aligatorsku travu i elodeju.
4 Korelacija između učinka rasta slatkovodne ribe i kontrole kvalitete vode u modelu recirkulirajuće akvakulture
4.1 Otopljeni kisik i učinak rasta
Kada je u vodi dovoljno otopljenog kisika, disanje riba funkcionira normalno, metabolizam je snažan, povećava se unos hrane i ubrzava se stopa rasta. Suprotno tome, metabolizam se usporava, a stopa rasta opada. U modelu recirkulirajuće akvakulture, razumne mjere prozračivanja održavaju stabilne razine otopljenog kisika u vodi, osiguravajući dobro respiratorno okruženje za ribe i promičući njihov rast i razvoj.
4.2 Amonijačni dušik, nitritni dušik i učinak rasta
Amonijačni dušik i nitritni dušik su otrovne tvari u vodi za akvakulturu koje ozbiljno štete rastu i preživljavanju riba. Visoke koncentracije amonijskog dušika oštećuju tkivo ribljih škrga, utječući na respiratornu funkciju; oni također oštećuju živčani sustav i imunološki sustav riba, smanjujući njihovu otpornost na bolesti. U modelu recirkulirajuće akvakulture, jedinice za obradu kao što su biofiltri mogu odmah ukloniti amonijačni dušik i nitritni dušik iz vode, smanjujući njihove toksične učinke na ribe i osiguravajući zdrav rast riba.
4.3 pH vrijednost i učinak rasta
pH vrijednost ima važan utjecaj na rast i fiziološke funkcije riba. Različite vrste riba imaju različite raspone prilagodbe pH vrijednosti. U modelu recirkulirajuće akvakulture redovito se ispituje pH vrijednost vode, a na temelju rezultata ispitivanja poduzimaju se odgovarajuće mjere prilagodbe.
5 Razvojni trendovi i izazovi modela recirkulirajuće akvakulture
5.1 Inteligentni i precizni smjer razvoja
S razvojem Interneta stvari, velikih podataka i tehnologija umjetne inteligencije, model recirkulirajuće akvakulture razvija se prema inteligenciji i preciznosti. Integracijom sustava kao što su online praćenje kvalitete vode, automatsko hranjenje i kontrola opreme, može se postići-regulacija kulturnog okruženja u stvarnom vremenu i automatizirano upravljanje proizvodnim procesom.
5.2 Zaštita okoliša s niskim-ugljikom i put održivog razvoja
Model recirkulirajuće akvakulture ispunjava zahtjeve zaštite okoliša s-niskom ugljikom i održivog razvoja kroz očuvanje vode, uštedu energije i smanjenje onečišćenja. Budući napori trebaju dodatno optimizirati procese obrade vode, smanjiti potrošnju energije i troškove te poboljšati stabilnost i operativnost sustava. Na primjer, obnovljivi izvori energije kao što su solarna energija i energija vjetra mogu se koristiti za opskrbu električnom energijom, čime se smanjuju emisije ugljika; tehnologija mikrobnih gorivih ćelija može se koristiti za postizanje energetske iskoristivosti organske tvari u otpadnoj vodi, gradeći integrirani sustav "akvakulture-energije-zaštite okoliša".
5.3 Izazovi i protumjere
Trenutačni recirkulirajući model akvakulture i dalje se suočava s izazovima kao što su velika ulaganja, tehnička složenost i visoki zahtjevi upravljanja. Potrebno je ojačati tehnološka istraživanja i razvoj te integrirane inovacije kako bi se smanjili troškovi izgradnje i rada sustava; poboljšati standardni sustav i radne specifikacije kako bi se poboljšala tehnička razina poljoprivrednika; te ojačati političku potporu i financijska ulaganja za promicanje primjene recirkulirajućih modela akvakulture u ruralnim područjima.
6 Zaključak i perspektiva
Model recirkulirajuće akvakulture, kroz razumnu kontrolu kvalitete vode, održava stabilne razine ključnih parametara kvalitete vode kao što su otopljeni kisik, amonijačni dušik, nitritni dušik i pH vrijednost. Ovo pruža dobro okruženje za rast slatkovodnih riba, poboljšavajući njihovu stopu rasta, stopu iskorištenja hrane i kvalitetu proizvoda. Trenutačno, u praktičnim primjenama recirkulirajućeg modela akvakulture, još uvijek postoje problemi kao što su slaba učinkovitost prikupljanja otpada zbog utjecaja strukture spremnika kulture na hidrodinamičke karakteristike i nestabilna učinkovitost tretmana biofiltera. Buduća istraživanja trebala bi dodatno optimizirati strukturu spremnika s kulturom kako bi se poboljšala učinkovitost prikupljanja otpada; ojačati istraživanje o regulaciji rasta biofilma i optimizaciji cirkulacije vode kako bi se poboljšala učinkovitost tretmana biofiltera; istovremeno, kombinirati inteligentne tehnologije za postizanje-praćenja i automatske kontrole parametara kvalitete vode u stvarnom vremenu, dodatno poboljšavajući znanstvenu i preciznu prirodu modela recirkulirajuće akvakulture i promičući održivi razvoj industrije akvakulture slatkovodne ribe.