Industrijski recirkulacijski sustav akvakulture (RAS), kao tehnologija akvakulture u nastajanju vođena nacionalnom ribarskom politikom, postiže intenziviranje, visoku učinkovitost i ekološku održivost u akvakulturi kroz integraciju industrijske inženjerske opreme i tehnologija kontrole okoliša. Njegovoosnovne prednostiuključuju:recikliranje vode uz uštedu preko 90% vode, neovisnost o regionalnim i sezonskim ograničenjima, precizna regulacija ključnih čimbenika okoliša kao što su temperatura vode i otopljeni kisik, značajno poboljšanje produktivnosti zemljišta i stope konverzije hrane. Prepoznat je kao ključni smjer za održivi razvoj akvakulture. Obilježen "velikim ulaganjima, velikom gustoćom i visokim učinkom", njegovo široko usvajanje ograničeno je čimbenicima kao što su visoka početna ulaganja (troškovi objekata i opreme) i visoke tehničke prepreke (privikavanje sjemena i upravljanje kvalitetom vode).
Riba mandarina (Siniperca chuatsi), kao visoko{0}}vrijedna vrsta slatkovodne akvakulture, suočava se s izazovima u tradicionalnom uzgoju kao što su česte bolesti, poteškoće u kontroli kvalitete vode i nestabilni prinosi. Trenutačno su tehničke rezerve za industrijske RAS ribe mandarine i dalje nedostatne, posebice zbog nedostatka sustavne prakse u područjima kao što su optimizacija procesa uzgoja, projektiranje namjenske opreme i procesi pročišćavanja vode. Ovo istraživanje usmjereno je na učinkovito recikliranje i korištenje vodnih resursa, s ciljem izgradnje sustava procesne opreme za-industrijsku akvakulturu mandarinskih riba na kopnu. Optimizacijom uređaja za ispuštanje otpada s niskim-ometanjima i integracijom tehnologije povezivanja opreme provode se eksperimentalna istraživanja ključnih pokazatelja kao što su učinkovitost pročišćavanja vode i bio-kapacitet opterećenja. Cilj je razviti replicirano tehničko rješenje za podršku visoko-kvalitetnog razvoja industrije uzgoja Mandarin Fish.
1. Tijek industrijskog recirkulacijskog procesa akvakulture
Srž industrijskog RAS-a je postizanje dinamičke ravnoteže vode i recikliranje kroz proces zatvorene-petlje "fizička filtracija - biološko pročišćavanje - dezinfekcija i oksigenacija". "Uzgoj ribe počinje uzgojem vode"; parametri kao što su brzina protoka vode, temperatura, pH, koncentracija dušika u amonijaku i razina otopljenog kisika izravno utječu na okruženje rasta Mandarin Fish. Ovaj dizajn sustava slijedi načelo "mali sustavi, više jedinica". Njegova temeljna logika je: brže brzine protoka mogu poboljšati učinkovitost obrade sustava, smanjiti lomljenje krupnog čestičnog otpada i smanjiti kasniju potrošnju energije za obradu; uklanjanje onečišćivača slijedi slijed "kruto → tekuće → plin". obrada krutog otpada je stupnjevana prema "veličina čestica → mala veličina čestica", a procesi filtracije i dezinfekcije su sekvencijalno povezani.
Kao što je prikazano uSlika 1, tok sustava je: drenaža iz spremnika kulture prolazi prethodnu obradu kako bi se uklonio veliki čestični otpad, ulazi u stupnjeve grube i fine filtracije kako bi se uklonile fine suspendirane krute tvari, zatim prolazi kroz biofilter za razgradnju štetnih tvari kao što je amonijačni dušik, i konačno, nakon dezinfekcije i oksigenacije, vraća se u spremnik kulture, postižući kontroliranu kvalitetu vode i recikliranje vode tijekom cijelog procesa.
2. Projektiranje i istraživanje objekata i opreme za akvakulturu mandarina
Dizajn tradicionalnih objekata za akvakulturu često se oslanja na iskustvo, što lako dovodi do neučinkovite opreme i gubitka troškova. Kao što je prikazano uSlika 2, ova studija, temeljena na načelu ravnoteže mase, konstruira model za maksimalnu nosivost biomase Mandarin Fish. Izračunom maksimalne brzine hranjenja, ukupnog otpada i proizvodnje amonijačnog dušika postiže se znanstveni odabir opreme. Korištenjem poduzeća za uzgoj Mandarin Fish u Jiangxiu kao studije slučaja, fokus je bio na optimizaciji uređaja za pražnjenje otpada s niskim-ometanjima i sustava povezivanja opreme. Izgled radionice prikazan je naSlika 3. Prikaz kopnenog-industrijskog RAS-a za Mandarinsku ribu prikazan je uSlika 4.
2.1 Projektiranje parametara recirkulacije vode kulture
Stopa recirkulacije ključna je za učinkovit rad sustava i treba je sveobuhvatno odrediti na temelju gustoće naseljenosti Mandarin Fish, količine vode i kapaciteta obrade vode.
Formula za izračun volumena recirkulacije vode:Q = V × N
Gdje je: Q volumen recirkulacije vode (m³/h);
V je volumen vode kulture (m³);
N je broj recirkulacija po danu (puta/d).
Dizajn spremnika za kulturu: promjer jednog spremnika 6 m, visina 1,2 m, visina konusnog dna 0,3 m.
Izračunati volumen je π×3²×1.2 + 1/3×π×3²×0,3 ≈ 33,91 m³, stvarni volumen vode kulture je oko 30 m³. Jedna radionica sadrži 10 spremnika kulture, ukupne zapremine vode 300 m³.
Radni parametri: Stopa recirkulacije N postavljena je na 3-5 puta/d; cirkulacija dopunske vode je 10% ukupnog volumena vode (kako bi se nadoknadili gubici isparavanjem i ispuštanjem), prilagođeno u stvarnom vremenu putem online praćenja.
2.2 Dizajn spremnika za kulturu i uređaja za pražnjenje otpada
Kao što je prikazano uSlika 5, spremnik za kulturu dizajniran je s ciljem "brzog pražnjenja otpada i ravnomjerne distribucije vode", koristeći kružno tijelo spremnika u kombinaciji s konusnom strukturom dna. Uređaj "Riblji zahod" postavljen je na dnu kako bi se postiglo -nisko ometanje ispuštanja otpada. WC za ribe optimiziran je na sljedeći način:
- Promjer ulazne/izlazne cijevi standardiziran na 200 mm za povećanje brzine protoka.
- Poklopna ploča ima rotirajući aerodinamični dizajn kako bi poboljšala učinak rotacijskog ispiranja sedimenata na dnu i poboljšala sposobnost samo{0}}čišćenja.
3. Dizajn i istraživanje procesa obrade krutih čestica
Čvrste čestice obrađuju se prema klasifikaciji veličine pomoću tro-postupka "prethodne obrade - gruba filtracija - fina filtracija". Specifični parametri prikazani su uTablica 1.
3.1 Proces prethodne obrade
Koristi taložnik okomitog protoka povezan s bočnim-drenažnim i donjim-drenažnim sustavima spremnika s kulturom, koristeći gravitacijsko odvajanje za uklanjanje čestica većih ili jednakih 100 μm. Taložnik je izravno povezan sa spremnikom kulture kako bi se smanjili gubici u transportu cjevovodom i smanjilo opterećenje na sljedećim stupnjevima filtracije.
3.2 Proces grube filtracije
Kao što je prikazano uSlika 6, postupak grube filtracije usredotočen je na filtar bubnja s mikroskrinom. Načela dizajna uključuju: smještaj opreme u blizini spremnika s kulturom kako bi se skratila duljina cjevovoda i smanjila potrošnja energije.
Korištenje PLC kontrolnog sustava za postizanje automatskog povratnog ispiranja (4-6 puta/d), koordinirano s online praćenjem kvalitete vode za podešavanje parametara u stvarnom vremenu.
Korištenje dizajna gravitacijskog protoka za smanjenje potrošnje energije crpke i niže troškove rada.
3.3 Proces fine filtracije
Kao što je prikazano uSlika 7, proces finog filtriranja dodatno pročišćava kvalitetu vode sinergističkim djelovanjem biofiltera i opreme za dezinfekciju.
- Biofilter: Odabire visoko{0}}specifične-površinske-medije, hidrauličko vrijeme zadržavanja 1-2h, održava otopljeni kisik veći od ili jednak 5 mg/L, razgrađuje amonijačni dušik i nitrit.
- Oprema za dezinfekciju: Ultraljubičasti sterilizator (doza 3-5 × 10⁴ μW·s/cm²) ili generator ozona (koncentracija 0,1-0,3 mg/L, vrijeme kontakta 10-15 min) za ubijanje patogenih mikroorganizama.
- Sustav oksigenacije: Oxygenator čistog kisika koji se koristi zajedno s aeratorima kako bi se osigurale stabilne razine otopljenog kisika.
4. Raspored cjevovoda i sustav upravljanja
4.1 Dizajn rasporeda cjevovoda
Cjevovodi su kategorizirani prema funkciji u četiri vrste: opskrba vodom, recirkulacija, ispuštanje otpada i dopunska voda. Načela dizajna: Optimizirajte raspored usredotočen na spremnike s kulturom, smanjite koljena i duljinu cjevovoda kako biste minimizirali gubitak tlaka; osigurati uravnotežen dotok i odljev za održavanje stabilne razine vode u spremnicima za kulturu; cijevi za odvod otpada imaju nagib (veći ili jednak 3%) kako bi se olakšalo samo-skupljanje otpada.
4.2 Dizajn upravljačkog sustava
Sustav usvaja arhitekturu zatvorene-petlje "Senzori - Kontroler - Pokretači" kao što je prikazano uSlika 8. Osnovne funkcije uključuju:
- Praćenje-kvalitete vode u stvarnom vremenu: Online prikupljanje podataka putem senzora za otopljeni kisik, pH i dušik u amonijaku.
- Kontrola povezivanja opreme: Automatska prilagodba povratnog ispiranja mikrosita, snage oksigenatora i vremena rada opreme za dezinfekciju na temelju parametara kvalitete vode.
- Greška upozorenje: Zvučni i vizualni alarmi pokrenuti abnormalnim parametrima, gurnuti na upravljačke terminale putem Etherneta ili bežične komunikacije.
5. Analiza podataka ispitivanja performansi opreme
Kao što je prikazano uSlika 9, šest{0}}mjesečni probni rad proveden je u bazi za uzgoj Mandarin Fish u Jiangxi. U sustavu nije bilo abnormalnosti u obradi vode, a sustav praćenja i ranog upozoravanja radio je stabilno.
Tijekom primjene nisu pronađene abnormalnosti u pročišćavanju vode, sustav praćenja, ranog upozoravanja i kontrole radio je stabilno. Prozračivanje u spremnicima s kulturom korišteno je u kombinaciji s kontrolom otopljenog kisika tijekom procesa uzgoja. Procjena učinka glavne opreme prikazana je uTablica 2.
Tijekom ispitivanja, gustoća naseljenosti dosegla je 50-60 riba/m³, stopa preživljavanja veća ili jednaka 90%, stopa rasta povećana je za 20% u usporedbi s tradicionalnim uzgojem, a stopa recikliranja vode dosegla je 92%, postižući ciljeve uštede energije i smanjenja emisije.
6. Sažetak
Kopneni-industrijski RAS za Mandarin Fish postiže ciljeve akvakulture "uštede vode, visoke učinkovitosti i zaštite okoliša" integracijom inženjerskih,-temeljenih na postrojenjima i digitalnih-inteligentnih tehnologija. Inovacije ovog istraživanja leže u: optimizaciji odabira opreme na temelju modela nosivosti biomase za poboljšanje usklađenosti sustava; poboljšanje uređaja za pražnjenje otpada-koji stvara niske smetnje kako bi se povećala učinkovitost uklanjanja otpada; izgradnja sustava kontrole povezivanja opreme za postizanje precizne regulacije kvalitete vode.
Ovaj se sustav može promovirati i primijeniti na drugi uzgoj slatkovodne ribe, pružajući tehničku referencu za intenzivniju transformaciju akvakulture. Budući rad treba dodatno smanjiti troškove opreme i optimizirati rad senzora kako bi se povećala stopa prodora tehnologije.