Litopenaeus vannamei, běžně známý jako pacifická bílá kreveta, je euryhalinní druh ceněný pro svou vysokou výtěžnost masa, silnou toleranci vůči stresu a rychlý růst. Je to jeden z nejdůležitějších druhů krevet chovaných v Číně. V současné době mezi primární modely hospodaření L. vannamei v Číně patří venkovní jezírka, malá skleníková jezírka a jezírka s vysokou-úrovní. Domácí produkce však stále nemůže uspokojit tržní poptávku, což vyžaduje značné dovozy. Rychlá expanze modelů, jako je malé skleníkové zemědělství, navíc odhalila problémy, jako je neúplný technický rámec, časté propuknutí onemocnění a problémy při čištění odpadních vod. Na pozadí obhajoby zachování zdrojů a udržitelného rozvoje si v posledních letech v tomto odvětví získal širokou pozornost recirkulační akvakulturní systém (RAS), uznávaný jako intenzivní, efektivní a ekologický model hospodaření.
RAS využívá průmyslové metody k aktivní regulaci vodního prostředí. Vyznačuje se nízkou spotřebou vody, malým půdorysem, minimálním znečištěním životního prostředí a poskytuje vysoce kvalitní-bezpečné produkty s menším počtem chorob a vyšší hustotou osazení. Jeho produkce je do značné míry geograficky nebo klimaticky neomezená. Tento model se může pochlubit vysokou účinností využití zdrojů a vyznačuje se vysokými investicemi a vysokým výkonem, což představuje zásadní cestu k udržitelnému rozvoji odvětví akvakultury. V současné době se domácí chov L. vannamei soustřeďuje v pobřežních oblastech, primárně využívá přirozenou mořskou vodu. Vnitrozemské regiony, omezené dostupností vodních zdrojů a ekologickými předpisy, čelí značnému nesouladu mezi nabídkou a poptávkou spotřebitelů. Průzkum RAS pomocí umělé mořské vody ve vnitrozemských oblastech má velký význam pro zásobování místních trhů a podporu regionálního hospodářského rozvoje. Tento experiment úspěšně zkonstruoval vnitřní RAS pro L. vannamei ve vnitrozemském prostředí a provedl úspěšný kultivační cyklus. Metody a údaje týkající se výstavby systému, umělé přípravy mořské vody a řízení farem mohou sloužit jako reference pro vnitrozemské hospodaření L. vannamei.
1. Materiály a metody
1.1 Materiály
Zkouška byla provedena na původní chovatelské farmě Leiocassis longirostris v provincii Sichuan. Post-larva L. vannamei (stupeň P5) pocházela ze základny Huanghua společnosti Qingdao Hainen Aquatic Seed Industry Technology Co., Ltd. a byla v dobrém zdravotním stavu. Použité krmivo bylo značky "Xia Gan Qiang" od Tongwei Group Co., Ltd. Jeho hlavní složky byly: hrubý protein větší nebo roven 44,00 %, hrubý tuk větší nebo rovný 6,00 %, hrubá vláknina menší nebo rovna 5,00 % a hrubý popel menší nebo rovný 16,00 %.
1.2 Umělá příprava mořské vody
Jako zdrojová voda byla použita podzemní voda ze studny. Před použitím pro umělou přípravu mořské vody byla následně ošetřena dezinfekcí (bělicí prášek 30 mg/l, provzdušňována po dobu 72 hodin), odstraněním zbytkového chloru (thiosíran sodný, 15 mg/l) a detoxikací [kyselina ethylendiamintetraoctová (EDTA), 10–30 mg/l.
Umělá mořská voda se slaností 8 byla připravena za použití krystalů mořské soli jako hlavní složky; jeho primární složky jsou uvedeny vTabulka 1. Potravinářský CaCl₂, MgSO₄ a KCl byly použity k doplnění prvků Ca, Mg a K. Po přípravě byl použit NaHCO3 potravinářské kvality k úpravě celkové alkality na 250 mg/l (jako CaCO3) a NaHCO3 spolu s monohydrátem kyseliny citrónové k úpravě pH na 8,2–8,4.
1.3 Konstrukce RAS
1.3.1 Celková koncepce designu
Kombinací nezávislého designu s integrovanou aplikací byl RAS pro L. vannamei zkonstruován s využitím vícestupňového fyzikálního ošetření a biofiltrace. Odpovídající operační strategie systému, protokoly pro úpravu kvality vody a vědecké strategie krmení byly implementovány podle požadavků na růst krevet v různých fázích s cílem zajistit stabilní provoz, ekonomický vstup a efektivní výstup.
1.3.2 Hlavní procesní tok a technické parametry
Stávající kontejnerový-systém chovu ryb byl upraven tak, aby vytvořil L. vannamei RAS, skládající se z kultivačních nádrží, kompozitního zařízení pro sběr pláště/částic (tří-odvodnění), biofiltru, oběhových čerpadel atd. Průběh procesu je znázorněn naObrázek 1.
Celkový projektovaný objem vody systému byl 750 m³, s objemem systému úpravy vody 150 m³ a efektivním objemem kultury 600 m³. Navrhované zatížení kultury bylo 7 kg/m³. Klíčové technické parametry jsou uvedeny vTabulka 2.
1.3.3 Návrh konstrukce
Šest osmihranných kultivačních nádrží bylo uspořádáno ve dvou řadách. S ohledem na pohodlí při správě, ekologickou stabilitu a investiční náklady byla hlavní konstrukce nádrží zděná-betonová. Rozměry byly: délka 10,0 m, šířka 10,0 m, hloubka 1,2 m, s řeznými hranami 3,0 m. Efektivní objem vody na nádrž byl 100 m³. Dno nádrže mělo sklon (16 %) směrem k centrálnímu odtoku (Obrázek 2).
Tří{0}}cestné odvodňovací zařízení sestávalo z centrálního sběrače (pro mrtvé krevety, lastury a velké částice), vertikálního průtokového sběrače (pro rozbité lastury, střední částice, výkaly) a bočního sifonu-odtokového sběrného boxu (pro jemné krunýře a malé-až{3}}střední částice) (Obrázek 2).
Jedna strana upravovací nádrže obsahovala plastový rám kartáčového média pro shromažďování a odstraňování skořápek a částic z vypouštění nádrže. V této nádrži lze provádět úpravy vápníku, hořčíku, celkové alkality a pH. Objem nádrže byl 20 m³ s hydraulickým retenčním časem 0,13 h.
Oběhové čerpadlo bylo umístěno na druhé straně klimatizační nádrže a využívalo jednostupňové{0}}čerpadlo pro energetickou účinnost. Na základě ekologie garnátů a zatížení byla rychlost recirkulace navržena na 2–6krát denně. Průtok čerpadla byl 150 m³/h, dopravní výška 10 m, výkon 5,5 kW.
Kartáčový filtr byl vybaven několika filtračními sáčky. Sáčky byly připojeny přes potrubní armatury ke vstupu filtru, zajištěné svorkami. Odpadní voda se do pytlů dostávala potrubím. Sáčky byly vyrobeny z polypropylenu (PP), naplněné plastovým kartáčovým médiem, účinně zachycujícím částice větší než 0,125 mm. Nádrž na elastická média se skládala z těla nádrže (pravoúhlé, hloubka 2 m), mřížkových rámů (rovnoběžně s povrchem) a elastických médií instalovaných na rámech (Obrázek 3). Médium sestávalo z mnoha dvou-kruhových plastových kroužků s polyesterovými vlákny, které tvořily svazky vláken rozmístěné po celé nádrži. Jeho pracovní princip zahrnoval vytvoření pomalého-usazovacího efektu prostřednictvím zachycení média a využití biofilmu vytvořeného na jeho povrchu k absorpci, rozkladu a transformaci anorganického dusíku a fosforu.
Biofiltr zahrnoval tělo nádrže (obdélníkové, hloubka 2 m), provzdušňovací komponenty a bio-média (Obrázek 4). Součástí provzdušňovací sestavy byly rozvody vzduchu. Vzduch vstupoval shora a byl vypouštěn zespodu, čímž se vytvořil zcela smíšený proudový vzor. Nádrž byla naplněna médiem Moving Bed Biofilm Reactor (MBBR). Cíleným vylepšením nitrifikátoru a úpravou alkality se na médium přichytí velké množství nitrifikačních bakterií, které spotřebovávají organickou hmotu a dosahují odstranění čpavku a dusitanů, čímž se zkonstruuje nitrifikační biofiltr. Vstupní a výstupní potrubí bylo na opačných stranách, s výstupní clonou na vnitřní stěně. V této studii byl účinný objem biofiltru nastaven na 25 % objemu systémové kultury, s poměrem plnění média 30 %, za použití média K5.
Systém provzdušňování kombinuje mechanické a čisté kyslíkové metody. Když byl rozpuštěný kyslík (DO) vysoký, bylo primární mechanické provzdušňování: použití vysokotlakého vírového dmychadla a vysoce{2}}kvalitních mikroporézních trubic jako difuzorů k maximalizaci účinnosti přenosu O₂ a snížení hluku. Když bylo DO nízké, doplnilo se provzdušňování čistým kyslíkem: pomocí generátoru kyslíku + mikro-bublinkové vodní vrtule. Výstupní koncentrace kyslíku O₂ vyšší než 90 %, rozptýlená prostřednictvím nano-keramického disku ve vrtuli. Při vysoké zátěži sloužila kombinace generátoru kyslíku a kyslíkového kužele jako pomocné provzdušňování pomocí pomocného čerpadla k vytvoření kyslíkové-přesycené vody v kuželu.
1.4 Měření kvality vody
Koncentrace amoniaku a dusitanů (jako N) byly měřeny pomocí multi{0}}parametrového analyzátoru vody Aokedan. Celkové suspendované pevné látky (TSS) byly měřeny pomocí multiparametrového analyzátoru Hach DR 900-.
1.5 Řízení farmy a provoz systému
Soud začal 8. srpna 2022 a trval 74 dní. Všech šest nádrží bylo naskladněno. Velikost osazení byla 961 jedinců/kg, hustota přibližně 403 jedinců/m³, celkem 241 800 post-larev. Frekvence krmení byla 6krát denně, přičemž denní dávka klesala z přibližně 7,0 % (brzy) na 2,5 % (pozdní) odhadované biomasy.
Cirkulace systému začala 3 dny po-naskladnění, zpočátku ve 2 cyklech/den, později se zvýšila na 4 cykly/den. Na začátku pokusu docházelo k každodennímu vypouštění, pouze k doplňování vody ztracené při odvodnění a odpařování. Později následovalo vypouštění po každém krmení (1 hodinu poté), přičemž denní výměna vody byla pod 10 % objemu doplňování v rané fázi-.
Zpočátku se používalo mechanické provzdušňování (vírové dmychadlo). Kvůli pozdějšímu zvýšenému zatížení systému byla použita kombinace mechanického provzdušňování, generátor kyslíku + nano{2}}keramický disk a generátor kyslíku + kyslíkový kužel.
Pravidelně byly měřeny DO, teplota, pH, amoniak a dusitany v nádržích. Byl pozorován a zaznamenán růst a krmení krevet.
1.6 Zpracování a analýza dat
Data byla organizována pomocí WPS Office Excel. Grafy byly vytvořeny pomocí Origin 2021.
Následující vzorce byly použity pro výpočet rychlosti výměny vody (R), poměru konverze krmiva (FČR) a míru přežití (RS):
R = 100% × V₁ / (V × t) ... (1)
FČR = W / (Wₜ − W₀) ... (2)
RS = 100% × S / N ... (3)
Kde: R je denní směnný kurz vody (%/d); V1 je celkový objem vyměněné vody (m³); V je celkový objem vody v systému (m³); t jsou dny kultury (d). FČRje poměr konverze krmiva; W je celkový příkon krmiva (kg); Wₜ a W₀ jsou hmotnost konečné sklizně a hmotnost počátečního osazení (kg). RSje míra přežití (%); S je celkový počet sklizených (jednotlivců); N je celkový počet zásob (jednotlivců).
2. Výsledky
2.1 Výměna vody
Během pokusu byla celková výměna vody 1 000 m³ s průměrným denním směnným kurzem 1,8 %.
2.2 Amoniak a dusitany
Koncentrace amoniaku v nádržích zůstala pod 1,3 mg/l (kromě 5. dne) a koncentrace dusitanů zůstala pod 1,6 mg/l, obě na relativně stabilních úrovních (Obrázek 5).
V rané fázi (prvních 15 dnů) se amoniak v nádrži rychle snižoval, zatímco dusitany rychle stoupaly, což ukazuje na usazování biofilmu v biofiltru a konverzi amoniaku na dusitany. Ve středním-stadiu (15–50 dní) se zvýšeným krmením zůstaly koncentrace amoniaku a dusitanů stabilní, což ukazuje na synchronizovanou oxidaci amoniaku a dusitanů v biofiltru a stabilní provoz systému. Po 50. dni vykazovaly amoniak i dusitany klesající trend, což možná ukazuje na zvýšenou nitrifikační kapacitu a vyzrálejší systém. Toto nebylo možné dále potvrdit, protože soud skončil.
Obrázek 6ukazuje, že trendy amoniaku na vstupu a výstupu biofiltru byly podobné, ale mezera mezi křivkami se postupně zvětšovala, což ukazuje na zlepšení odstraňování amoniaku. Křivky dusitanů pro vstup a výstup se téměř překrývaly a nevykazovaly celkový rostoucí trend, což naznačuje, že si systém udržoval kapacitu oxidace dusitanů až do konce.
2.3 Rozpuštěný kyslík a celková alkalita
Jak je uvedeno vObrázek 7i přes zvyšující se zatížení systému udržovaly kombinované metody provzdušňování DO v nádrži nad 6 mg/l. Navíc přidáním NaHCO3 byla celková alkalita udržována mezi 175–260 mg/l.
2.4 Celkové nerozpuštěné látky
Trendy koncentrace TSS v klíčových bodech systému jsou uvedeny vObrázek 8. TSS na přítoku do vertikálního průtokového sběrače sedimentů a bočního boxu sifonu (součást tří{1}}kanálového odvodnění) odrážely trendy TSS v nádržích. Celkový TSS se postupně zvyšoval, stabilizoval se během středně-pozdních stadií (po 35. dni) a vykazoval klesající trend v po sobě jdoucích fázích léčby.
2.5 Výsledky hospodaření
Celkové osazení bylo 241 800 post-larev o průměrné velikosti 0,52 g v 6 nádržích s průměrnou hustotou 403 jedinců/m³. Po 74 dnech byla celková sklizeň 3 012,2 kg, průměrná velikost 15,82 g, průměrné přežití 78,75 %, průměrný výnos 5,02 kg/m³. Celkový vstup krmiva byl 3 386,51 kg, FČR1.18. Vypočítané náklady (osivo, krmivo, zdravotnické produkty, elektřina, umělá mořská voda, dezinfekce) činily 155 870,6 CNY. Tržby z prodeje krevet byly 192 780,8 CNY, což vedlo k zisku 36 910,2 CNY za cyklus.
3. Diskuse
V posledních letech se RAS stal velmi slibným směrem pro chov L. vannamei. Tento pokus zkonstruoval RAS včetně kultivačních nádrží, kompozitního sběru skořápky/částic, kartáčového filtru, biofiltru a provzdušňovacího zařízení a úspěšně provedl jeden cyklus vnitrozemského vnitřního zemědělství.
Ve srovnání s tradičním RAS je tento systém jednodušší. Strukturálně vynechal zařízení jako bubnové filtry a proteinové skimmery, které mají relativně vyšší fixní náklady a náklady na údržbu. Místo toho použila jednodušší zařízení na úpravu vody k vytvoření více-kompozitní úpravy pro částice a rozpuštěné znečišťující látky, čímž dosáhla dobré kontroly kvality vody s jednoduššími procesy a nižšími náklady.
Použitím různých metod řízení kvality vody přizpůsobených různým růstovým stádiím a zatížením systému udržoval systém obsah amoniaku a dusitanu pod 1,3 a 1,6 mg/l a DO nad 6 mg/l, což nakonec dosáhlo výnosu 5,02 kg/m³. To je blízko výsledkům Yang Jing et al. Kromě toho systém úpravy vody řídil průměrný denní směnný kurz na 1,8 %, plně využil svou kapacitu úpravy a výrazně snížil náklady.
RAS nabízí výhody pro životní prostředí, bezpečnost produktů a méně nemocí. Vzhledem k dopravním omezením má L. vannamei velký tržní potenciál ve vnitrozemí. Provádění RAS pro L. vannamei ve vnitrozemí je v souladu s průmyslovými trendy. Současný vnitrozemský chov krevet je primárně sladkovodní, s výnosem a kvalitou zaostává za mořským chovem. Použití umělé mořské vody v tomto pokusu tuto mezeru částečně vyřešilo. Současné vysoké náklady na umělou mořskou vodu však vyžadují optimalizaci procesů RAS pro odstraňování dusíku a fosforu, aby bylo možné vodu znovu použít, což je účinný způsob, jak snížit náklady a mělo by být klíčovým výzkumným zaměřením pro vnitrozemský L. vannamei RAS.
FČRje důležitým ukazatelem výkonnosti RAS. Finále FČR1,18 v tomto pokusu je srovnatelné s tradičním intenzivním zemědělstvím. Výhoda RAS jako uzavřeného systému spočívá v opětovném použití vstupu. Na základě zvýšení kapacity úpravy vody, formulování přesných strategií krmení pro snížení FČRby měl být dalším zaměřením na optimalizaci.