Průmyslový recirkulační akvakulturní systém (RAS), jako vznikající technologie akvakultury řízená vnitrostátními politikami pro rybolov v zařízeních, dosahuje v akvakultuře intenzifikace, vysoké účinnosti a environmentální udržitelnosti prostřednictvím integrace zařízení průmyslového inženýrství a technologií kontroly životního prostředí. Jehohlavní výhodyzahrnout:recyklace vody úspora přes 90 % vody, nezávislost na regionálních a sezónních omezeních, přesná regulace klíčových faktorů prostředí, jako je teplota vody a rozpuštěný kyslík, výrazně zlepšuje produktivitu půdy a míru konverze krmiva. Je uznáván jako zásadní směr pro udržitelný rozvoj akvakultury. Vyznačuje se „vysokými investicemi, vysokou hustotou a vysokým výkonem“ a jeho široké přijetí je omezeno faktory, jako jsou vysoké počáteční investice (náklady na zařízení a vybavení) a vysoké technické překážky (aklimatizace semen a management kvality vody).
Mandarinská ryba (Siniperca chuatsi), jakožto vysoce-hodnotný druh sladkovodní akvakultury, čelí v tradičním zemědělství problémům, jako jsou časté choroby, potíže s kontrolou kvality vody a nestabilní výnosy. V současné době zůstávají technické rezervy pro průmyslové RAS mandarinské ryby nedostatečné, zejména chybí systematická praxe v oblastech, jako je optimalizace zemědělských procesů, návrh vyhrazených zařízení a procesy čištění vody. Tento výzkum se zaměřuje na účinnou recyklaci a využití vodních zdrojů s cílem vytvořit systém procesního zařízení pro pozemní-průmyslovou akvakulturu mandarinských ryb. Prostřednictvím optimalizace-zařízení na vypouštění odpadu s nízkým rušením a integrace technologie propojení zařízení se provádí experimentální výzkum klíčových ukazatelů, jako je účinnost čištění vody a kapacita biologického-zátěže. Cílem je vyvinout replikovatelné technické řešení na podporu vysoce-kvalitního rozvoje odvětví chovu mandarinských ryb.
1. Průběh procesu průmyslové recirkulace akvakultury
Jádrem průmyslového RAS je dosažení dynamické vodní bilance a recyklace prostřednictvím uzavřeného-procesu „fyzikální filtrace - biologické čištění - dezinfekce a okysličení". "Chov ryb začíná zvedáním vody"; parametry jako rychlost proudění vody, teplota, pH, koncentrace amoniakálního dusíku a hladina rozpuštěného kyslíku přímo ovlivňují prostředí růstu Mandarin Fish. Tento návrh systému se řídí principem "malých systémů, více jednotek". Jeho základní logika je: rychlejší průtoky mohou zlepšit efektivitu zpracování systému, snížit rozbití velkého odpadu s částicemi a snížit spotřebu energie při následném zpracování; odstranění částic polutantu podle velikosti "pevná látka → velikost kapaliny →" , čištění plynu podle velikosti "pevná látka → kapalina →" filtrační a dezinfekční procesy jsou postupně propojeny.
Jak je uvedeno vObrázek 1Průtok systému je: odvodnění z kultivační nádrže prochází předúpravou, aby se odstranily velké částice odpadu, vstupuje do fází hrubé a jemné filtrace, aby se odstranily jemné nerozpuštěné pevné látky, pak prochází biofiltrem, který degraduje škodlivé látky, jako je čpavkový dusík, a nakonec se po dezinfekci a okysličení vrací do kultivační nádrže, čímž je dosaženo kontrolované kvality vody a recyklace vody v průběhu celého procesu.
2. Návrh a výzkum zařízení a vybavení pro akvakulturu mandarinek
Tradiční design zařízení akvakultury často spoléhá na zkušenosti, což snadno vede k neefektivnímu vybavení a plýtvání náklady. Jak je uvedeno vObrázek 2Tato studie, založená na principu hmotnostní bilance, konstruuje model pro maximální přenosovou kapacitu biomasy u mandarinek. Výpočtem maximální rychlosti podávání, celkového odpadu a produkce amoniakálního dusíku je dosaženo výběru vědeckého vybavení. Jako případovou studii jsme použili podnik na chov ryb Mandarin Fish v Jiangxi a zaměřili jsme se na optimalizaci zařízení na vypouštění odpadu s nízkým-rušením a systému propojení zařízení. Uspořádání dílny je znázorněno naObrázek 3. Rozložení pozemního-průmyslového RAS pro mandarinskou rybu je znázorněno naObrázek 4.
2.1 Návrh parametrů recirkulace kulturní vody
Míra recirkulace je klíčem k efektivnímu provozu systému a musí být stanovena komplexně na základě hustoty obsádky mandarinek, objemu vody a kapacity úpravy vody.
Vzorec pro výpočet objemu recirkulace vody:Q = V × N
Kde: Q je objem recirkulace vody (m³/h);
V je objem kultivační vody (m³);
N je počet recirkulací za den (krát/d).
Provedení kultivační nádrže: Průměr jedné nádrže 6m, výška 1,2m, výška dna kužele 0,3m.
Vypočtený objem je π×3²×1.2 + 1/3×π×3²×0,3 ≈ 33,91 m³, skutečný objem kultivační vody je asi 30 m³. Jedna dílna obsahuje 10 kultivačních nádrží, celkový objem vody 300 m³.
Provozní parametry: Rychlost recirkulace N je nastavena na 3-5krát/d; cirkulace doplňovací vody je 10 % z celkového objemu vody (pro kompenzaci ztrát odpařováním a vypouštěním), upravovaná v reálném čase prostřednictvím online monitorování.
2.2 Konstrukce kultivační nádrže a zařízení pro vypouštění odpadu
Jak je uvedeno vObrázek 5Kultivační nádrž je navržena s cílem „rychlého vypouštění odpadu a rovnoměrné distribuce vody“ pomocí kruhového tělesa nádrže kombinované s konstrukcí kuželového dna. Ve spodní části je instalováno zařízení „Rybí toaleta“, aby bylo dosaženo nízkého-vypouštění odpadu. Rybí toaleta byla optimalizována následovně:
- Průměr vstupní/výstupní trubky standardizovaný na 200 mm pro zvýšení rychlosti proudění.
- Krycí deska má rotační aerodynamický design, který zvyšuje rotační splachovací účinek na usazeniny na dně a zlepšuje samočisticí schopnost-.
3. Návrh a výzkum procesu zpracování pevných částic
Pevné částice se upravují podle velikosti pomocí tří-procesu „předúprava - hrubé filtrace - jemné filtrace“. Konkrétní parametry jsou uvedeny vTabulka 1.
3.1 Proces předúpravy
Využívá usazovák s vertikálním průtokem spojený s bočním-odtokovým a spodním-odtokovým systémem kultivační nádrže, přičemž k odstranění částic větších nebo rovných 100 μm využívá gravitační separaci. Usazovací nádrž je přímo připojena ke kultivační nádrži, aby se snížily ztráty při přepravě potrubí a snížilo se zatížení následných filtračních stupňů.
3.2 Proces hrubé filtrace
Jak je uvedeno vObrázek 6, proces hrubé filtrace se soustředí na mikrosítový bubnový filtr. Principy návrhu zahrnují: umístění zařízení v blízkosti kultivačních nádrží, aby se zkrátila délka potrubí a snížila spotřeba energie.
Použití řídicího systému PLC k dosažení automatického zpětného proplachování (4-6krát/d), koordinovaného s online monitorováním kvality vody pro úpravu parametrů v reálném čase.
Využití konstrukce gravitačního proudění ke snížení spotřeby energie čerpadla a nižších provozních nákladů.
3.3 Proces jemné filtrace
Jak je uvedeno vObrázek 7, proces jemné filtrace dále čistí kvalitu vody prostřednictvím synergického působení biofiltru a dezinfekčního zařízení.
- Biofiltr: Vybírá média s vysokou-specifickou-povrchovou- plochou, hydraulická retenční doba 1–2 hodiny, udržuje rozpuštěný kyslík vyšší nebo roven 5 mg/l, degraduje amoniakální dusík a dusitany.
- Dezinfekční zařízení: Ultrafialový sterilizátor (dávka 3-5 × 10⁴ μW·s/cm²) nebo generátor ozonu (koncentrace 0,1-0,3 mg/l, doba kontaktu 10-15 min) k usmrcení patogenních mikroorganismů.
- Okysličovací systém: Okysličovač čistého kyslíku používaný ve spojení s provzdušňovači k zajištění stabilní hladiny rozpuštěného kyslíku.
4. Uspořádání a řídicí systém potrubí
4.1 Návrh uspořádání potrubí
Potrubí jsou rozdělena podle funkce do čtyř typů: přívod vody, recirkulace, vypouštění odpadu a doplňovací voda. Zásady návrhu: Optimalizujte uspořádání soustředěné kolem kultivačních nádrží, zmenšete kolena a délku potrubí, abyste minimalizovali ztrátu hlavy; zajistit vyvážený přítok a odtok pro udržení stabilní hladiny vody v kultivačních nádržích; odpadní vypouštěcí potrubí má sklon (Větší nebo rovný 3 %), aby se usnadnilo samo{2}}sběr odpadu.
4.2 Návrh řídicího systému
Systém využívá uzavřenou-architekturu „Sensors - Controller - Actuators“, jak je znázorněno naObrázek 8. Mezi základní funkce patří:
- Monitorování kvality vody-v reálném čase: Online sběr dat pomocí senzorů rozpuštěného kyslíku, pH a amoniaku.
- Ovládání spojení zařízení: Automatické nastavení zpětného proplachu mikrosíta, výkonu oxygenátoru a doby chodu dezinfekčního zařízení na základě parametrů kvality vody.
- Chyba varování: Zvukové a vizuální alarmy spouštěné abnormálními parametry, přenášené do řídicích terminálů přes Ethernet nebo bezdrátovou komunikaci.
5. Analýza dat testu výkonnosti zařízení
Jak je uvedeno vObrázek 9na farmě Mandarin Fish v Jiangxi byl proveden šestiměsíční{0}}zkušební provoz. Systém nezaznamenal žádné abnormality v úpravě vody a systém monitorování a včasného varování fungoval stabilně.
Během aplikace nebyly zjištěny žádné abnormality v úpravě vody, systém monitorování, včasného varování a řízení fungoval stabilně. Provzdušňování v kultivačních nádržích bylo použito v kombinaci s kontrolou rozpuštěného kyslíku během procesu hospodaření. Hodnocení výkonu hlavního zařízení je uvedeno vTabulka 2.
Během pokusu dosáhla hustota obsádky 50-60 ryb/m³, míra přežití větší nebo rovna 90 %, rychlost růstu se zvýšila o 20 % ve srovnání s tradičním chovem a míra recyklace vody dosáhla 92 %, čímž bylo dosaženo cílů úspory energie a snížení emisí.
6. Shrnutí
Pozemní-průmyslový RAS pro Mandarin Fish dosahuje cílů akvakultury „úspora vody, vysoká účinnost a ochrana životního prostředí“ prostřednictvím integrace inženýrských,{1}}založených a digitálních-inteligentních technologií. Inovace tohoto výzkumu spočívají v: optimalizaci výběru zařízení na základě modelu nosné kapacity biomasy pro zlepšení přizpůsobení systému; vylepšení zařízení na vypouštění odpadu s nízkým-rušením pro zvýšení účinnosti odstraňování odpadu; konstrukce řídicího systému propojení zařízení pro dosažení přesné regulace kvality vody.
Tento systém lze propagovat a aplikovat na další chovy sladkovodních ryb, přičemž poskytuje technickou referenci pro intenzifikační transformaci akvakultury. Budoucí práce musí dále snižovat náklady na vybavení a optimalizovat výkon senzorů, aby se zvýšila míra pronikání technologií.