Litopenaeus vannamei, poznatiji kao pacifički bijeli škampi, eurihalinska je vrsta cijenjena zbog visokog prinosa mesa, jake otpornosti na stres i brzog rasta. Jedna je od najvažnijih vrsta račića koje se uzgajaju u Kini. Trenutačno, primarni modeli uzgoja za L. vannamei u Kini uključuju vanjska jezerca, mala staklenička jezerca i visoka -jezerca. Međutim, domaća proizvodnja još uvijek ne može zadovoljiti potražnju tržišta, zbog čega je potreban značajan uvoz. Štoviše, brzo širenje modela poput uzgoja u malim staklenicima razotkrilo je probleme poput nepotpunog tehničkog okvira, čestih izbijanja bolesti i izazova u pročišćavanju otpadnih voda. U kontekstu zagovaranja očuvanja resursa i održivog razvoja, Recirkulacijski sustav akvakulture (RAS), prepoznat kao model intenzivnog, učinkovitog i ekološki prihvatljivog uzgoja, privukao je široku pozornost u industriji posljednjih godina.
RAS koristi industrijske metode za aktivno reguliranje vodenog okoliša. Odlikuje ga niska potrošnja vode, mali otisak, minimalno zagađenje okoliša i proizvodi visoko-kvalitetne, sigurne proizvode s manje bolesti i većom gustoćom uzgoja. Njegova proizvodnja uglavnom nije ograničena zemljopisnim ili klimatskim uvjetima. Ovaj se model može pohvaliti visokom učinkovitošću iskorištenja resursa i karakteriziran visokim ulaganjima i visokim učinkom, što predstavlja ključni put prema održivom razvoju industrije akvakulture. Trenutno je domaći uzgoj L. vannamei koncentriran u obalnim područjima, prvenstveno koristeći prirodnu morsku vodu. Unutarnje regije, ograničene dostupnošću izvora vode i ekološkim propisima, suočavaju se sa značajnom neusklađenošću između ponude i potražnje potrošača. Istraživanje RAS-a korištenjem umjetne morske vode u kopnenim područjima ima veliki značaj za opskrbu lokalnih tržišta i promicanje regionalnog gospodarskog razvoja. Ovim eksperimentom uspješno je konstruiran unutarnji RAS za L. vannamei u kopnenom okruženju i proveden je uspješan ciklus uzgoja. Metode i podaci koji se odnose na izgradnju sustava, umjetnu pripremu morske vode i upravljanje farmama mogu poslužiti kao referenca za uzgoj L. vannamei u unutrašnjosti.
1. Materijali i metode
1.1 Materijali
Ispitivanje je provedeno na farmi za uzgoj Leiocassis longirostris Original u provinciji Sichuan. Post-larve L. vannamei (stadij P5) potječu iz Huanghua baze Qingdao Hainen Aquatic Seed Industry Technology Co., Ltd. i bile su dobrog zdravlja. Korištena hrana za životinje bila je marka "Xia Gan Qiang" tvrtke Tongwei Group Co., Ltd. Njegove glavne komponente bile su: sirovi protein veći ili jednak 44,00%, sirova mast veći ili jednak 6,00%, sirova vlakna manje ili jednak 5,00%, i sirovi pepeo manji ili jednak 16,00%.
1.2 Umjetna priprema morske vode
Kao izvorna voda korištena je podzemna voda iz bunara. Sekvencijalno je tretiran dezinfekcijom (prašak za izbjeljivanje 30 mg/L, prozračen 72 h), uklanjanjem zaostalog klora (natrijev tiosulfat, 15 mg/L) i detoksikacijom [etilendiamintetraoctena kiselina (EDTA), 10–30 mg/L] prije nego što je korišten za pripremu umjetne morske vode.
Umjetna morska voda sa salinitetom 8 pripremljena je koristeći kristale morske soli kao glavni sastojak; njegove primarne komponente navedene su uTablica 1. CaCl₂, MgSO₄ i KCl korišteni su kao dodatak Ca, Mg i K elementima-. Nakon pripreme, korišten je NaHCO₃ za hranu- za podešavanje ukupne alkalnosti na 250 mg/L (kao CaCO3), a NaHCO3 zajedno s monohidratom limunske kiseline korišten je za podešavanje pH na 8,2–8,4.
1.3 Izgradnja RAS-a
1.3.1 Cjelokupni koncept dizajna
Kombinirajući neovisni dizajn s integriranom primjenom, RAS za L. vannamei konstruiran je korištenjem više-stupanjske fizičke obrade i biofiltracije. Odgovarajuće strategije rada sustava, protokoli za prilagodbu kvalitete vode i znanstvene strategije hranjenja implementirani su u skladu sa zahtjevima rasta račića u različitim fazama, s ciljem stabilnog rada, ekonomičnog unosa i učinkovitog izlaza.
1.3.2 Glavni tijek procesa i tehnički parametri
Postojeći sustav-za uzgoj ribe u kontejnerima modificiran je kako bi se uspostavio L. vannamei RAS, koji se sastoji od spremnika za kulturu, kompozitnog uređaja za sakupljanje ljuske/čestica (tro-smjerna drenaža), biofiltera, cirkulacijskih pumpi itd. Tijek procesa prikazan je uSlika 1.
Ukupni projektirani volumen vode u sustavu bio je 750 m³, s volumenom sustava za pročišćavanje vode od 150 m³ i efektivnim volumenom kulture od 600 m³. Projektirano opterećenje kulture bilo je 7 kg/m³. Ključni tehnički parametri navedeni su uTablica 2.
1.3.3 Strukturni dizajn
Šest osmerokutnih spremnika kulture bilo je raspoređeno u dva reda. Uzimajući u obzir praktičnost upravljanja, stabilnost okoliša i troškove ulaganja, glavna konstrukcija spremnika bila je cigla-beton. Dimenzije su bile: dužina 10,0 m, širina 10,0 m, dubina 1,2 m, s odsječenim rubovima 3,0 m. Efektivni volumen vode po spremniku bio je 100 m³. Dno spremnika imalo je nagib (16%) prema središnjem odvodu (Slika 2).
Tro{0}}smjerni drenažni uređaj sastojao se od središnjeg kolektora (za mrtve škampe, ljuske i velike čestice), kolektora za sedimentaciju okomitog toka (za slomljene ljuske, srednje čestice, izmet) i bočne{1}}odvodne kutije za sakupljanje sifona (za fine ljuske i male-do-srednje čestice) (Slika 2).
Jedna strana spremnika za kondicioniranje sadržavala je plastični četkasti okvir medija za prikupljanje i uklanjanje školjki i čestica iz spremnika. Prilagodbe za kalcij, magnezij, ukupnu lužnatost i pH mogu se izvršiti u ovom spremniku. Volumen spremnika bio je 20 m³, s hidrauličkim vremenom zadržavanja od 0,13 h.
Cirkulacijska pumpa bila je smještena s druge strane spremnika za kondicioniranje, koristeći jedno-stupanjsku pumpu za energetsku učinkovitost. Na temelju ekologije račića i opterećenja, stopa recirkulacije je dizajnirana na 2-6 puta dnevno. Protok pumpe bio je 150 m³/h, visina 10 m, snaga 5,5 kW.
Četkasti filtar bio je opremljen s nekoliko filtarskih vrećica. Vrećice su spojene cijevnim spojnicama na ulaz filtera, pričvršćene stezaljkama. Otpadne vode su kroz cijevi ulazile u vreće. Vrećice su bile izrađene od polipropilena (PP), ispunjene plastičnim četkastim medijem, učinkovito presrećući čestice veće od 0,125 mm. Spremnik elastičnog medija sastojao se od tijela spremnika (pravokutnog oblika, dubine 2 m), rešetkastih okvira (paralelno s površinom) i elastičnog medija postavljenog na okvire (Slika 3). Mediji su se sastojali od brojnih dvo-prstenastih plastičnih prstenova s poliesterskim filamentima, koji su tvorili snopove vlakana raspoređene po spremniku. Njegovo načelo rada uključivalo je stvaranje sedimentacijskog učinka sporog-protoka putem presretanja medija i korištenja biofilma formiranog na njegovoj površini za apsorpciju, razgradnju i transformaciju anorganskog dušika i fosfora.
Biofilter je uključivao tijelo spremnika (pravokutno, dubine 2 m), komponente za prozračivanje i bio-medij (Slika 4). Sklop za prozračivanje uključivao je cijevi za distribuciju zraka. Zrak je ulazio s vrha i ispuštao se s dna, stvarajući potpuno mješoviti uzorak strujanja. Spremnik je napunjen medijem reaktora biofilma s pokretnim slojem (MBBR). Ciljanim poboljšanjem nitrifikatora i prilagodbom alkalnosti, velik broj nitrifikacijskih bakterija vezao se za medij, konzumirajući organsku tvar i postižući uklanjanje amonijaka i nitrita, konstruirajući tako nitrifikacijski biofilter. Ulazna i odvodna cijev bile su na suprotnim stranama, s izlaznom rešetkom na unutarnjoj stijenci. U ovom ispitivanju, efektivni volumen biofiltera postavljen je na 25% volumena sistemske kulture, s omjerom punjenja medija od 30%, korištenjem medija K5.
Prozračivanje sustava kombinira mehaničke metode i metode čistog kisika. Kada je otopljeni kisik (DO) bio visok, mehanička aeracija je bila primarna: korištenje visoko{1}}vrtložnog puhala i visoko-kvalitetnih mikroporoznih cijevi kao difuzora za maksimiziranje učinkovitosti prijenosa O₂ i smanjenje buke. Kad je DO bio nizak, dopunjena je aeracija čistim kisikom: pomoću generatora kisika + mikro-vodenog propelera s mjehurićima. Koncentracija O₂ generatora kisika iznad 90%, raspršena preko nano-keramičkog diska u propeleru. Pod velikim opterećenjem, kombinacija generatora kisika i konusa kisika služila je kao pomoćna aeracija, koristeći pumpu za povećanje tlaka za stvaranje kisikom-prezasićene vode u konusu.
1.4 Mjerenje kvalitete vode
Koncentracije amonijaka i nitrita (kao N) mjerene su pomoću Aokedan više{0}}parametarskog analizatora vode. Ukupna suspendirana krutina (TSS) mjerena je pomoću Hach DR 900 više-parametarskog analizatora.
1.5 Upravljanje farmom i rad sustava
Suđenje je počelo 8. kolovoza 2022. i trajalo je 74 dana. Svih šest spremnika je bilo opskrbljeno. Veličina jata bila je 961 jedinka/kg, gustoća približno 403 jedinke/m³, ukupno 241 800 post-ličinki. Učestalost hranjenja bila je 6 puta dnevno, s dnevnim obrokom koji se smanjivao s oko 7,0% (rano) na 2,5% (kasno) procijenjene biomase.
Cirkulacija sustava započela je 3 dana nakon -zaliha, u početku s 2 ciklusa/dan, povećavajući se na 4 ciklusa/dan kasnije. Na početku pokusa dolazilo je do svakodnevnog pražnjenja, samo se nadopunjavala voda izgubljena drenažom i isparavanjem. Kasnije je drenaža uslijedila nakon svakog hranjenja (1 sat nakon), s dnevnom izmjenom vode ispod 10% volumena nadoknade u ranoj-fazi.
U početku se koristila mehanička aeracija (vrtložno puhalo). Zbog kasnijeg povećanog opterećenja sustava korištena je kombinacija mehaničke aeracije, generatora kisika + nano-keramičkog diska i generatora kisika + konusa kisika.
Redovito su mjereni DO, temperatura, pH, amonijak i nitrit u spremnicima. Rast i hranjenje račića su promatrani i zabilježeni.
1.6 Obrada i analiza podataka
Podaci su organizirani pomoću WPS Office Excela. Grafikoni su izrađeni korištenjem Origin 2021.
Sljedeće formule korištene su za izračun brzine izmjene vode (R), omjera konverzije hrane (FCR), i stopa preživljavanja (RS):
R = 100% × V₁ / (V × t) ... (1)
FCR = W / (Wₜ − W₀) ... (2)
RS = 100% × S / N ... (3)
Gdje je: R dnevna izmjena vode (%/d); V₁ ukupni volumen izmijenjene vode (m³); V je ukupni volumen vode u sustavu (m³); t je dani kulture (d). FCRje omjer konverzije hrane; W je ukupni unos hrane (kg); Wₜ i W₀ su konačna masa žetve i početna masa uzgoja (kg). RSje stopa preživljavanja (%); S je ukupan broj požnjevenih jedinki; N je ukupan broj opskrbljenih (jedinki).
2. Rezultati
2.1 Izmjena vode
Tijekom pokusa ukupna izmjena vode bila je 1000 m³, s prosječnom dnevnom stopom izmjene od 1,8%.
2.2 Amonijak i nitrit
Koncentracija amonijaka u spremnicima ostala je ispod 1,3 mg/L (osim 5. dana), a koncentracija nitrita ostala je ispod 1,6 mg/L, obje na relativno stabilnim razinama (Slika 5).
U ranoj fazi (prvih 15 dana), amonijak u spremniku se brzo smanjio, dok se nitrit brzo povećao, što ukazuje na stvaranje biofilma u biofilteru i pretvaranje amonijaka u nitrit. U srednjoj -fazi (15-50 dana), s pojačanim hranjenjem, koncentracije amonijaka i nitrita ostale su stabilne, što ukazuje na sinkroniziranu oksidaciju amonijaka i nitrita u biofilteru i stabilan rad sustava. Nakon 50. dana, i amonijak i nitrit pokazali su silazni trend, što vjerojatno ukazuje na poboljšani kapacitet nitrifikacije i zreliji sustav. Ovo se nije moglo dalje potvrditi nakon završetka suđenja.
Slika 6pokazuje da su trendovi amonijaka na ulazu i izlazu biofiltera bili slični, ali se jaz između krivulja postupno širio, što ukazuje na poboljšanje uklanjanja amonijaka. Krivulje nitrita za ulaz i izlaz gotovo su se preklapale i nisu pokazivale sveukupni trend povećanja, sugerirajući da je sustav zadržao kapacitet oksidacije nitrita do kraja.
2.3 Otopljeni kisik i ukupna lužnatost
Kao što je prikazano uSlika 7, unatoč povećanom opterećenju sustava, kombinirane metode prozračivanja održavale su DO u spremniku iznad 6 mg/L. Nadalje, dodavanjem NaHCO₃ ukupna alkalnost održavana je između 175-260 mg/L.
2.4 Ukupna suspendirana krutina
Trendovi koncentracije TSS-a na ključnim točkama sustava prikazani su uSlika 8. TSS u dotoku kolektora sedimenta vertikalnog toka i bočne kutije sifona (dio tro-odvodnje) odražava TSS trendove u spremnicima. Sveukupni TSS se postupno povećavao, stabilizirajući tijekom srednje-kasnih faza (nakon 35. dana) i pokazao je trend pada kroz uzastopne faze liječenja.
2.5 Rezultati uzgoja
Ukupno naseljeno 241.800 post-ličinki prosječne veličine od 0,52 g, u 6 spremnika s prosječnom gustoćom od 403 jedinke/m³. Nakon 74 dana ukupan urod bio je 3.012,2 kg, prosječna veličina 15,82 g, prosječno preživljavanje 78,75%, prosječni prinos 5,02 kg/m³. Ukupni unos hrane bio je 3.386,51 kg, FCR1.18. Izračunati troškovi (sjeme, stočna hrana, zdravstveni proizvodi, struja, umjetna morska voda, dezinfekcija) ukupno su iznosili 155.870,6 CNY. Prihod od prodaje škampi iznosio je 192.780,8 CNY, što je rezultiralo dobiti od 36.910,2 CNY za ciklus.
3. Rasprava
U posljednjih nekoliko godina, RAS je postao vrlo obećavajući smjer za uzgoj L. vannamei. Ovo ispitivanje je konstruiralo RAS uključujući spremnike za kulturu, skupljanje kompozitnih ljuski/čestica, četkičasti filtar, biofilter i opremu za prozračivanje, te je uspješno proveden jedan ciklus uzgoja u zatvorenom prostoru.
U usporedbi s tradicionalnim RAS-om, ovaj je sustav jednostavniji. Strukturno, izostavljena je oprema poput bubanjskih filtara i skimera proteina, koji imaju relativno veće fiksne troškove i troškove održavanja. Umjesto toga, upotrijebio je jednostavnije uređaje za pročišćavanje vode kako bi stvorio više{2}}kompozitni tretman za čestice i otopljene zagađivače, postižući dobru kontrolu kvalitete vode s jednostavnijim procesima i nižom cijenom.
Korištenjem različitih metoda upravljanja kvalitetom vode prilagođenih različitim fazama rasta i opterećenjima sustava, sustav je održavao amonijak i nitrit ispod 1,3 odnosno 1,6 mg/L, a DO iznad 6 mg/L, u konačnici postigavši prinos od 5,02 kg/m³. Ovo je blizu rezultata Yang Jinga i sur. Nadalje, sustav za pročišćavanje vode kontrolira prosječni dnevni tečaj na 1,8%, u potpunosti iskorištavajući svoj kapacitet za pročišćavanje i značajno smanjujući troškove.
RAS nudi dobrobiti za okoliš, sigurnost proizvoda i manje bolesti. Zbog ograničenja transporta, L. vannamei ima veliki tržišni potencijal u unutrašnjosti. Provođenje RAS-a za L. vannamei u unutrašnjosti usklađeno je s trendovima u industriji. Trenutačni uzgoj škampa u kopnenim vodama prvenstveno je slatkovodni, s prinosom i kvalitetom koji zaostaje za morskim uzgojem. Korištenje umjetne morske vode u ovom ispitivanju djelomično je riješilo ovaj nedostatak. Međutim, trenutna visoka cijena umjetne morske vode zahtijeva optimizaciju RAS procesa za uklanjanje dušika i fosfora kako bi se omogućila ponovna uporaba vode, što je učinkovit način za smanjenje troškova i trebao bi biti ključni fokus istraživanja za L. vannamei RAS u unutrašnjosti.
FCRje važan pokazatelj za učinak RAS-a. Konačni FCRod 1,18 u ovom ispitivanju usporedivo je s tradicionalnim intenzivnim uzgojem. Kao zatvoreni sustav, prednost RAS-a leži u ponovnoj upotrebi ulaza. Na temelju poboljšanja kapaciteta obrade vode, formuliranje preciznih strategija hranjenja za smanjenje FCRtrebao bi biti sljedeći fokus optimizacije.