1. Pregled recirkulirajućih sustava akvakulture (RAS)
(1) Karakteristike recirkulirajućih sustava akvakulture
Recirkulacijski sustavi akvakulture (RAS) novi su model akvakulture razvijen na temelju intenzivne akvakulture, karakteriziran recirkulacijom i ponovnom upotrebom vode iz kulture. Uz prednosti konvencionalne intenzivne akvakulture, RAS nudi značajne prednosti u pročišćavanju otpadnih voda, smanjenju potrošnje vode i smanjenju ispuštanja otpadnih voda. Optimiziranim projektiranjem vodoopskrbnog sustava i koordiniranim radom više objekata i uređaja, RAS omogućava višekratno recikliranje cjelokupnog volumena vode kulture. U usporedbi s tradicionalnom intenzivnom akvakulturom, oni su superiorniji u smislu energetske učinkovitosti za kontrolu temperature, ublažavanje onečišćenja okoliša te prevenciju i kontrolu bolesti.
RAS zahtijeva integriranu upotrebu opsežnog skupa uređaja za pročišćavanje i obradu vode. Njihov dizajn procesa uključuje primjenu višestrukih disciplina i industrijskih tehnologija, uključujući mehaniku fluida, biologiju, strojarstvo, elektroniku, kemiju i informacijsku tehnologiju automatizacije. Dobro-projektiran RAS može postići potpunu kontrolu parametara kvalitete vode kao što su temperatura, otopljeni kisik i hranjive tvari, a pod bilo kojim okolnostima, više od 90% vode u sustavu može se ponovno upotrijebiti kroz recirkulaciju.
(2) Bit i prednosti RAS-a
Bit recirkulacijskih sustava akvakulture (RAS) leži u podržavanju i optimiziranju proizvodnje akvakulture kroz industrijalizirane i modernizirane pristupe. Omogućujući potpunu-regulaciju procesa vodenog okoliša, RAS može djelomično prevladati vanjska ograničenja kao što su temperatura, dostupnost vode i prostor, čime se postiže-cijelogodišnja, više-serijska kontinuirana proizvodnja. To omogućuje uzgoj izvan-sezonske sezone i postupan ulazak na tržište, pružajući proizvođačima konkurentsku prednost i veće ekonomske povrate.
(3) Učinkovitost proizvodnje i korištenje resursa
Izvrsna proizvodna izvedba RAS-a usko je povezana s njegovim visokokontroliranim karakteristikama-učinkovitim resursima. Na bazi-jedinice-vode, prinos vodenih proizvoda u RAS-u je 3-5 puta veći od tradicionalnog protoka-kroz intenzivnu akvakulturu i 8-10 puta veći od onog akvakulture u ribnjacima, dok se stope preživljavanja povećavaju za više od 10%. Nadalje, upotreba veterinarskih lijekova i kemijskih sredstava smanjena je za gotovo 60%. Ova sveobuhvatna poboljšanja pokazatelja učinka osiguravaju i ekonomske i ekološke prednosti RAS-a.
(4) Pročišćavanje vode i integracija sustava
U RAS-u voda iz kulture prolazi kroz niz tretmana, uključujući fizičku filtraciju, biološko pročišćavanje, sterilizaciju i dezinfekciju, otplinjavanje i oksigenaciju, što omogućuje punu ili djelomičnu ponovnu upotrebu vode. U isto vrijeme, optimizacija kulturnog okruženja može se integrirati s automatiziranom opremom kao što su automatske hranilice, omogućujući određeni stupanj automatizacije i inteligentnog upravljanja.
(5) Tehnološki temelji i ključne značajke
RAS integrira napredne tehnologije iz ribarskog inženjerstva, mehaničke opreme, novih ekoloških -materijala, mikroekološke regulative i digitalnog upravljanja. Zahvaljujući potpuno kontroliranom proizvodnom okruženju, na koje minimalno utječu vanjski uvjeti, RAS pokazuje značajne prednosti uključujući očuvanje vode i zemljišta, smanjenu potrebu za energijom za regulaciju temperature, stabilne uvjete uzgoja, ubrzane stope rasta, veliku gustoću uzgoja i proizvodnju ekološki -proizvoda-bez zagađenja. Kao takav, RAS se smatra "najperspektivnijim modelom akvakulture i smjerom ulaganja u 21. stoljeću."
(6) Razvoj i primjena u Kini
Do danas je u Kini dizajnirano i izgrađeno više od 900 RAS-ova-velikih razmjera, koji obuhvaćaju glavne obalne provincije kao i unutarnje regije, protežući se čak do Xinjianga. Ovi sustavi, koji obuhvaćaju morske i slatkovodne primjene, uspješno su komercijalizirani, ispunjavajući očekivane proizvodne ciljeve i pokazujući izvrsne operativne performanse. Proizvodne prakse potvrđuju da RAS ne samo da pruža vrhunsku produktivnost i ekološke prednosti, već također postiže značajno niže proizvodne troškove po jedinici prinosa u usporedbi s drugim modelima akvakulture.
2. Ključni procesi i tehnologije recirkulirajućih sustava akvakulture (RAS)
Recirkulacijski sustavi akvakulture (RAS) u velikoj mjeri koriste opremu i tehnologije industrijskog inženjeringa. Obično se sastoje od procesnih jedinica i objekata za uklanjanje čvrstih čestica; uklanjanje suspendiranih čestica i topljivih organskih tvari; eliminacija toksičnih i štetnih topljivih anorganskih soli kao što su amonijak i nitrit; kontrola patogena; uklanjanje ugljičnog dioksida iz metabolizma uzgojenih organizama i mikroorganizama; dodatak kisika; i regulacija temperature. Uključeni tehnički procesi uključuju toplinsku izolaciju i kontrolu temperature, uklanjanje čvrstih čestica, uklanjanje topljivog anorganskog dušika i fosfora, dezinfekciju i sterilizaciju, kao i oksigenaciju.
(1) Značajke industrijalizirane i intenzivne proizvodnje
RAS dodatno unaprjeđuje intenzivne karakteristike industrijske akvakulture, nudeći visoku proizvodnu učinkovitost i malo zauzimanje zemljišta, dok nadilazi ograničenja zemljišnih i vodenih resursa. Kao model poljoprivrede s visokim-inputom, visokim-izlazom, velikom-gustoćom i visoko-učinkovitošću, RAS je usklađen s glavnim ciljevima Kine za ekološku civilizaciju i strategije održivog razvoja.
(2) Ekološki i strateški značaj
Sa svojim značajkama intenzivne, učinkovite,-štede energije, smanjenja-emisija i ekološki prihvatljivih značajki, RAS je postao važan smjer za transformaciju i nadogradnju akvakulture u Kini prema nisko-ugljičnom i zelenom razvoju. Nekoliko uzastopnih godina, RAS je bio na popisu Ministarstva poljoprivrede i ruralnih poslova Kine kao glavna preporučena tehnologija akvakulture.
(3) Trenutačni razvoj i trendovi
Trenutno je ovaj model stekao široko priznanje i akademske zajednice i industrije u Kini. Razmjer izgradnje novog sustava i ukupni kapacitet uzgoja u stalnom su porastu posljednjih godina, čineći RAS jednim od ključnih budućih razvojnih trendova kineske industrije akvakulture.
3. Pregled istraživanja i industrijalizacije recirkulirajućih sustava akvakulture (RAS)
(1) Međunarodno istraživanje i industrijalizacija
Rano istraživanje i razvoj
Najraniji recirkulacijski sustav akvakulture (RAS) pojavio se u Japanu tijekom 1950-ih. Nakon toga su mnoge zemlje započele istraživanja o obradi vode i tehnologijama akvakulture za RAS. U početku su se te studije temeljile na procesima pročišćavanja komunalnih otpadnih voda i sustavima-u stilu akvarija (s gustoćom kulture od samo 0,16–0,48 kg/m³). Međutim, takvi pristupi nisu uzeli u obzir jedinstvene zahtjeve komercijalne akvakulture-posebno u pogledu troškova sustava, korištenja resursa, omjera između količine vode za uzgoj i pročišćavanje i nosivosti sustava (obično 50-300 kg/m³). Kao rezultat toga, istraživački napori naišli su na mnoge neuspjehe, potrošili su velike količine resursa i sporo napredovali.
Prepoznavanje dinamičkih karakteristika
Rane studije također su zanemarile važnu karakteristiku RAS-a: njegovu dinamičku prirodu. Proizvodnja i stope razgradnje metaboličkog otpada ribe moraju postići dinamičku ravnotežu kako bi sustav ostao stabilan i zdrav. Do sredine-1980-ih, sa sve većim razumijevanjem parametara kvalitete vode-kao što su pH, otopljeni kisik (DO), ukupni dušik (TN), nitrat (NO₃⁻), biokemijska potreba za kisikom (BPK) i kemijska potražnja za kisikom (COD) - i njihovi obrasci varijacija u vodi za akvakulturu, te su dinamičke promjene postupno integrirane u dizajn sustava. Na primjer, nedostatak kisika može se brzo ispraviti prozračivanjem, ali odgovor nitrificirajućih bakterija na porast koncentracije amonijaka često značajno zaostaje. Stoga je dublje poznavanje međusobno povezanih ograničavajućih čimbenika postalo sve važnije za učinkovito projektiranje i rad sustava.
Izazovi u ranoj praksi
Mnogi praktičari akvakulture imali su iskustva s protokom-kroz intenzivne sustave, ali im je nedostajalo znanje o radu RAS-a. Kao rezultat toga, često nisu uspijevali pravilno kontrolirati gustoću naseljenosti, količine hranjenja, učestalost hranjenja i upravljanje kvalitetom vode, što je dovelo do neravnoteže u protoku vode u sustavu i kruženju materijala i u konačnici uzrokujući operativne kvarove. Ovaj nedostatak znanstvenog razumijevanja i iskustva u upravljanju odrazio se na razine gustoće kulture: RAS u laboratorijskoj-razini obično je postizao samo 10–42 kg/m³, dok je RAS u ranoj komercijalnoj-razini održavao samo 6,7–7,9 kg/m³. Nakon više od pola stoljeća tehnološkog napretka-uključujući optimizaciju procesa, prozračivanje i oksigenaciju (npr. korištenje tekućeg kisika), automatizirano hranjenje i odabir odgovarajućih vrsta-moderni RAS nadvladali su mnoge ograničavajuće čimbenike i sada mogu podržati visoke gustoće kulture od 50-300 kg/m³.
Industrijski rast i tehnološke inovacije
Dok se tradicionalna ribnjačka akvakultura suočavala sa stagnacijom zbog natjecanja na zemljištu i pritisaka na okoliš, RAS u Europi i Sjevernoj Americi doživio je brzi rast između 1980-ih i 1990-ih. Ovu industrijsku ekspanziju pratila su tehnološka poboljšanja, uključujući upotrebu filtara pod tlakom i bez{3}}tlaka za velike suspendirane krutine, ozonizaciju za dezinfekciju i razgradnju organske tvari, te razvoj višestrukih bioloških filtara kao što su potopljeni filtri, kapajući filtri, klipni filtri, rotirajući biološki kontaktori, bubanj biofilteri i reaktori s fluidiziranim slojem, kao i anaerobni jedinice za denitrifikaciju. S ovim napretkom, RAS je postupno sazrijevao i ulazio u komercijalnu primjenu.
Slučaj Sjedinjenih Država
Sjedinjene Države zadržale su vodeću poziciju u temeljnim i primijenjenim RAS istraživanjima, pokrivajući područja kao što su prehrana i fiziologija vrsta koje se intenzivno uzgajaju, prevencija bolesti i tehnologije za obradu vode. Ključna značajka US RAS-a je njihov visok stupanj automatizacije i mehanizacije u kontroli kvalitete vode. Sustavi-potpomognuti računalom automatski reguliraju otopljeni kisik, pH, vodljivost, zamućenost i razine amonijaka, kao i uvjete okoline kao što su temperatura, vlažnost i intenzitet svjetla. Koristeći svoju naprednu industrijsku bazu, SAD je široko usvojio visoko-tehnološku opremu za oksigenaciju, biološko pročišćavanje, uklanjanje krutih tvari, sortiranje i žetvu. Na primjer, eksperimentalni RAS koji je razvio Centar za morsku biotehnologiju na Sveučilištu Maryland uključuje anaerobne procese obrade, vrlo nalik sustavima koje je dizajnirao Aquatec-Solutions u Danskoj.
4. Izazovi i protumjere za razvoj industrijaliziranih recirkulirajućih sustava akvakulture (RAS)
(1) Nedovoljna integracija objekata i opreme
Iako se oprema za obradu vode, automatsko hranjenje, dezinfekciju i prozračivanje u Kini postupno približila međunarodnoj naprednoj razini, ukupna integracija sustava i dalje je neadekvatna. Nedostatak velikih -poduzeća sposobnih za proizvodnju kompletnih kompleta RAS opreme povećao je troškove izgradnje i složenost, čime je ometao brzi napredak domaće opreme.
(2) Potreba za optimizacijom specijalizirane krmne smjese
Trenutačno su formule aquafeed u Kini vrlo homogene i nemaju specijaliziranu hranu namijenjenu za RAS i specifične uzgojene vrste. To povećava operativni teret sustava za pročišćavanje vode i utječe na učinak poljoprivrede. Potrebno je razviti -specifičnu RAS hranu za vrste s dobro-uravnoteženom prehranom, niskim stopama ispiranja i povoljnim omjerima konverzije hrane.
(3) Prevencija i kontrola bolesti zahtijevaju veću preciznost
Uzgoj velike-gustoće i visoke-učinkovitosti povećava rizik od izbijanja bolesti kada dođe do neravnoteže sustava, a patogene je teško eliminirati u zatvorenim sustavima. Optimizacija sustava trebala bi se poboljšati kako bi se poboljšao kapacitet međuspremnika, dok bi se istraživanja trebala usredotočiti na fiziologiju riba, reakcije na stres, rane pokazatelje bolesti i učinkovite-mehanizme upozorenja na bolesti.
(4) Značajan pritisak potrošnje energije i smanjenja troškova
Visoka početna ulaganja u izgradnju i potrošnja energije nezaobilazni su izazovi RAS-a. Mjere-uštede energije trebale bi se implementirati i na razini opreme i na razini sustava, uključujući razvoj nisko{2}}energetskih filtara, uređaja za uklanjanje CO₂, tehnologija za obradu otpadne vode i primjene obnovljive energije kao što su solarne, vjetra i-vodene toplinske pumpe.
(5) Nedostatak standardizacije u radu i upravljanju
Trenutno ne postoje jedinstveni tehnički standardi ili norme za RAS u Kini. Kao rezultat toga, dizajn sustava, prakse upravljanja i učinak uzgoja uvelike variraju, a operativni kvarovi su česti. Ključno je uspostaviti standardizirani tehnički okvir za zdravu akvakulturu, poboljšati standarde procesa i upravljanja te promicati demonstracijske projekte za standardiziranu proizvodnju.
(6) Potreba za pojačanim temeljnim istraživanjem
Znanstveno razumijevanje nekoliko aspekata i dalje je nedostatno, uključujući zdravstveni status uzgojenih vrsta u uvjetima visoke-gustoće i specifične kvalitete vode, strukturne promjene biofilma tijekom rada sustava, mehanizme kruženja hranjivih tvari i optimalne metode za uklanjanje i neškodljiv tretman čvrstih čestica. Ove praznine koče daljnji razvoj relevantnih tehnologija i opreme.
(7) Budući razvojni trendovi i mogućnosti
Unatoč tim izazovima, RAS nudi značajne prednosti u učinkovitosti proizvodnje, ekološkoj održivosti i dobrobiti životinja. Kao zeleni, ekološki, kružni i učinkovit model poljoprivrede, on je u skladu s globalnim trendovima prema razvoju s niskim-ugljikom. S modernizacijom kineskog ribarstva, napretkom ekološke civilizacije i ubrzanjem ciljeva ugljične neutralnosti, očekuje se da će RAS ući u novu fazu brzog razvoja.