Промислова рециркуляційна система аквакультури (RAS), як нова технологія аквакультури, керована національною політикою щодо рибальства, досягає інтенсифікації, високої ефективності та екологічної стійкості в аквакультурі завдяки інтеграції промислового інженерного обладнання та технологій контролю навколишнього середовища. Йогоосновні перевагивключають:рециркуляція води з економією понад 90% води, незалежність від регіональних і сезонних обмежень, точне регулювання ключових факторів навколишнього середовища, таких як температура води та розчинений кисень, суттєве підвищення продуктивності землі та швидкості конверсії корму. Його визнають ключовим напрямком для сталого розвитку аквакультури. Його широке впровадження, що характеризується «високими інвестиціями, високою щільністю та високою продуктивністю», стримується такими факторами, як високі початкові інвестиції (вартість приміщень та обладнання) та високі технічні бар’єри (акліматизація насіння та управління якістю води).
Мандаринка (Siniperca chuatsi), як високо{0}}цінний вид прісноводної аквакультури, стикається з проблемами традиційного землеробства, такими як часті хвороби, труднощі з контролем якості води та нестабільна врожайність. В даний час технічні резерви для промислових RAS Mandarin Fish залишаються недостатніми, особливо бракує системної практики в таких сферах, як оптимізація процесів вирощування, спеціальне проектування обладнання та процеси очищення води. Це дослідження зосереджено на ефективній переробці та використанні водних ресурсів з метою створення системи технологічного обладнання для-наземної промислової аквакультури мандаринової риби. Завдяки оптимізації пристроїв для скидання відходів із низьким-порушенням та інтеграції технології підключення обладнання проводяться експериментальні дослідження ключових показників, таких як ефективність очищення води та біо-ємність навантаження. Мета полягає в тому, щоб розробити технічне рішення, яке можна відтворити, щоб підтримувати високо-розвиток індустрії вирощування Mandarin Fish.
1. Потік промислового рециркуляційного процесу аквакультури
Основою промислового RAS є досягнення динамічного водного балансу та рециркуляція через замкнутий-процес циклу "фізична фільтрація - біологічне очищення - дезінфекція та оксигенація". "Розведення риби починається з підйому води"; такі параметри, як швидкість потоку води, температура, рН, концентрація аміачного азоту та рівень розчиненого кисню безпосередньо впливають на середовище росту мандаринової рибки. Ця конструкція системи дотримується принципу "малі системи, кілька блоків". Її основна логіка така: вищий рівень потоку може підвищити ефективність обробки системи, зменшити руйнування великих твердих відходів і зменшити споживання енергії на подальшу обробку; видалення забруднювачів відбувається за послідовністю "тверда → рідина → газ". очищення твердих відходів класифікується за принципом «великий розмір частинок → малий розмір частинок», а процеси фільтрації та дезінфекції з’єднані послідовно.
Як показано вмалюнок 1, системний потік: дренаж із культурального резервуару проходить попередню обробку для видалення великих частинок відходів, входить на етапи грубої та тонкої фільтрації для видалення дрібних зважених твердих речовин, потім проходить через біофільтр для розкладання шкідливих речовин, таких як аміачний азот, і, нарешті, після дезінфекції та оксигенації повертається в культуральний резервуар, досягаючи контрольованої якості води та повторного використання води протягом усього процесу.
2. Проектування та дослідження аквакультури та обладнання мандаринової риби
Традиційне проектування об’єктів аквакультури часто покладається на досвід, що легко призводить до неефективного обладнання та марнотратства. Як показано вмалюнок 2, це дослідження, засноване на принципі балансу маси, будує модель максимальної здатності перевозити біомасу мандаринової риби. Шляхом розрахунку максимальної швидкості живлення, загального обсягу відходів і виробництва аміачного азоту досягається науковий вибір обладнання. Використовуючи підприємство з розведення риби Mandarin Fish у Цзянсі як приклад, ми зосередилися на оптимізації-пристрою для скидання відходів із низьким рівнем занепокоєння та системи зв’язку обладнання. Схема майстерні показана намалюнок 3. Макет-наземної промислової RAS для Mandarin Fish показано намалюнок 4.
2.1 Розрахунок параметрів рециркуляції культуральної води
Швидкість рециркуляції є ключовою для ефективної роботи системи, і її необхідно визначати комплексно на основі щільності поголів’я мандаринової риби, об’єму води та потужності очищення води.
Формула розрахунку об'єму рециркуляції води:Q = V × N
Де: Q - об'єм рециркуляції води (м³/год);
V – об’єм культуральної води (м³);
N – кількість рециркуляцій на добу (раз/день).
Конструкція резервуара для культури: одинарний резервуар діаметром 6 м, висотою 1,2 м, висотою дна конуса 0,3 м.
Розрахований об’єм становить π×3²×1.2 + 1/3×π×3²×0,3 ≈ 33,91 м³, фактичний об’єм культуральної води становить приблизно 30 м³. Один цех містить 10 культуральних резервуарів, загальний об'єм води 300 м³.
Робочі параметри: Швидкість рециркуляції N встановлена на 3-5 разів/день; циркуляція підживлювальної води становить 10% від загального об’єму води (для компенсації втрат на випаровування та скидання), коригується в режимі реального часу через онлайн-моніторинг.
2.2 Конструкція культурального бака та пристрою для зливу відходів
Як показано вмалюнок 5культуральний резервуар розроблено з метою «швидкого скидання відходів і рівномірного розподілу води» з використанням круглого корпусу резервуара в поєднанні з конусоподібною структурою дна. Пристрій «Риб’ячий туалет» встановлено внизу, щоб забезпечити низький-збурення відходів. Рибний туалет був оптимізований наступним чином:
- Діаметр вхідної/вихідної труби стандартизовано до 200 мм для збільшення швидкості потоку.
- Кришка має обтічний дизайн, що обертається, щоб посилити обертальний ефект промивання донних відкладень і покращити здатність до само{0}}очищення.
3. Проектування та дослідження процесу обробки твердих часток
Тверді частки очищаються за класифікацією розміру за допомогою три-ступеневого процесу «попередньої обробки - грубої фільтрації - тонкої фільтрації». Конкретні параметри наведено вТаблиця 1.
3.1 Процес попередньої обробки
Використовує відстійник вертикального потоку, з’єднаний із бічним-дренажем і нижньою-дренажною системами культурального резервуару, використовуючи гравітаційне відділення для видалення частинок розміром більше 100 мкм або більше. Відстійник безпосередньо з’єднаний з культуральним резервуаром, щоб зменшити втрати при транспортуванні по трубопроводу та зменшити навантаження на наступні етапи фільтрації.
3.2 Процес грубої фільтрації
Як показано вМалюнок 6, процес грубої фільтрації зосереджений на мікросітчастому барабанному фільтрі. Принципи проектування включають: розміщення обладнання поблизу культуральних резервуарів для скорочення довжини трубопроводу та зменшення споживання енергії.
Використання системи керування PLC для досягнення автоматичного зворотного промивання (4-6 разів/день), узгодженого з онлайн-моніторингом якості води для налаштування параметрів у реальному часі.
Використання конструкції самопливу для зменшення споживання енергії насосом і зниження експлуатаційних витрат.
3.3 Процес тонкої фільтрації
Як показано вМалюнок 7, процес тонкої фільтрації додатково очищає якість води завдяки синергічній дії біофільтра та дезінфекційного обладнання.
- Біофільтр: Вибирає середовище з високою-специфічною-поверхнею-, час гідравлічного утримування 1-2 години, підтримує вміст розчиненого кисню більше або дорівнює 5 мг/л, розкладає аміачний азот і нітрит.
- Обладнання для дезінфекції: Ультрафіолетовий стерилізатор (доза 3-5 × 10⁴ мкВт·с/см²) або генератор озону (концентрація 0,1-0,3 мг/л, час контакту 10-15 хв) для знищення патогенних мікроорганізмів.
- Система оксигенації: Оксигенатор чистого кисню, який використовується в поєднанні з аераторами для забезпечення стабільного рівня розчиненого кисню.
4. Схема трубопроводу та система керування
4.1 Розробка схеми трубопроводу
За функціями трубопроводи поділяються на чотири типи: водопостачання, рециркуляція, скидання відходів і підживлення. Принципи проектування: оптимізація компонування зосереджена навколо баків з культурою, зменшення колін і довжини трубопроводу для мінімізації втрати напору; забезпечити збалансований приплив і відтік для підтримки стабільного рівня води в культуральних резервуарах; сміттєзливні труби мають нахил (більше або дорівнює 3%), щоб полегшити само-збір відходів.
4.2 Проектування системи керування
Система використовує архітектуру із замкнутим -контуром «Датчики - Контролер - Виконавчі механізми», як показано наМалюнок 8. Основні функції включають:
- Моніторинг-якості води в реальному часі: онлайн-збір даних за допомогою датчиків розчиненого кисню, рН і аміачного азоту.
- Контроль зв'язку обладнання: автоматичне регулювання зворотного промивання мікросіта, потужності оксигенатора та часу роботи обладнання для дезінфекції на основі параметрів якості води.
- Несправність УВАГА: Звукові та візуальні сигнали тривоги, викликані ненормальними параметрами, передаються на термінали керування через Ethernet або бездротовий зв’язок.
5. Аналіз даних тестування продуктивності обладнання
Як показано вМалюнок 9, шести{0}}місячну пробну експлуатацію було проведено на базі розведення Mandarin Fish у Цзянсі. У системі не спостерігалося жодних порушень очищення води, а система моніторингу та раннього попередження працювала стабільно.
Порушень очищення води під час застосування не виявлено, система моніторингу, раннього оповіщення та контролю працювала стабільно. Аерацію в культуральних резервуарах використовували в поєднанні з контролем розчиненого кисню під час процесу вирощування. Оцінка продуктивності основного обладнання наведена вТаблиця 2.
Під час випробування щільність поголів’я досягла 50-60 особин/м³, рівень виживання більше або дорівнює 90%, швидкість росту зросла на 20% порівняно з традиційним фермерством, а швидкість рециркуляції води досягла 92%, досягнувши цілей енергозбереження та скорочення викидів.
6. Підведення підсумків
Наземний-промисловий RAS для Mandarin Fish досягає цілей аквакультури щодо «економії води, високої ефективності та захисту навколишнього середовища» завдяки інтеграції інженерних,-об’єктів і цифрових-інтелектуальних технологій. Інновації цього дослідження полягають у: оптимізації вибору обладнання на основі моделі пропускної здатності біомаси для покращення відповідності системи; покращення-пристрою скидання відходів із низьким рівнем завад для підвищення ефективності видалення відходів; побудова системи контролю з’єднання обладнання для досягнення точного регулювання якості води.
Цю систему можна просувати та застосовувати до іншого прісноводного рибництва, забезпечуючи технічну довідку для інтенсифікаційної трансформації аквакультури. Майбутня робота потребує подальшого зниження витрат на обладнання та оптимізації продуктивності датчиків, щоб збільшити рівень проникнення технологій.