1. Огляд рециркуляційних систем аквакультури (RAS)
(1) Характеристики рециркуляційних систем аквакультури
Рециркуляційні системи аквакультури (RAS) — це нова модель аквакультури, розроблена на основі інтенсивної аквакультури, яка характеризується рециркуляцією та повторним використанням культурної води. На додаток до переваг традиційної інтенсивної аквакультури, RAS пропонує значні переваги в очищенні стічних вод, зменшенні споживання води та мінімізації скиду стоків. Завдяки оптимізованому дизайну системи водопостачання та злагодженій роботі багатьох установок і пристроїв RAS дають змогу багаторазово оборотно використовувати весь об’єм культурної води. Порівняно з традиційною інтенсивною аквакультурою вони перевершують енергоефективність для контролю температури, пом’якшення забруднення навколишнього середовища, а також профілактики та контролю захворювань.
РАС вимагають комплексного використання комплексного комплексу очисних і водоочисних споруд. Їхнє проектування процесів передбачає застосування багатьох дисциплін і промислових технологій, включаючи механіку рідини, біологію, машинобудування, електроніку, хімію та інформаційні технології автоматизації. Добре-спроектований RAS може забезпечити повний контроль параметрів якості води, таких як температура, розчинений кисень і поживні речовини, і за будь-яких обставин більше 90% води в системі можна використовувати повторно через рециркуляцію.
(2)Сутність і переваги РАС
Суть рециркуляційних систем аквакультури (RAS) полягає в підтримці та оптимізації виробництва аквакультури за допомогою промислових і модернізованих підходів. Забезпечуючи повне-регулювання процесу водного середовища, RAS може частково подолати зовнішні обмеження, такі як температура, доступність води та простір, досягаючи таким чином -цілорічного, багато-безперервного виробництва. Це дозволяє вести-несезонне землеробство та поступово виходити на ринок, забезпечуючи виробникам конкурентну перевагу та вищі економічні прибутки.
(3) Ефективність виробництва та використання ресурсів
Відмінні виробничі характеристики RAS тісно пов’язані з його висококерованими та ресурс{0}}ефективними характеристиками. У розрахунку на-одиницю-води вихід водних продуктів у RAS у 3–5 разів вищий, ніж традиційний потік-через інтенсивну аквакультуру, і у 8–10 разів вищий, ніж у ставковій аквакультурі, тоді як показники виживання збільшуються більш ніж на 10%. Крім того, майже на 60% скорочено використання ветеринарних препаратів і хімікатів. Ці комплексні покращення показників ефективності забезпечують як економічні, так і екологічні переваги RAS.
(4) Очищення води та системна інтеграція
У RAS культурна вода проходить серію обробок, включаючи фізичну фільтрацію, біологічне очищення, стерилізацію та дезінфекцію, дегазацію та оксигенацію, що дозволяє повністю або частково повторно використовувати воду. У той же час оптимізацію культурного середовища можна інтегрувати за допомогою автоматизованого обладнання, наприклад автоматичних годівниць, що забезпечує певну автоматизацію та інтелектуальне управління.
(5) Технологічні основи та ключові характеристики
RAS інтегрує передові технології рибного господарства, механічне обладнання, нові екологічні -матеріали, мікроекологічне регулювання та цифрове управління. Завдяки повністю контрольованому виробничому середовищу, на яке мінімально впливають зовнішні умови, RAS демонструє значні переваги, включаючи збереження води та землі, знижену потребу в енергії для регулювання температури, стабільні умови вирощування, прискорені темпи росту, високу щільність поголів’я та виробництво екологічно-нешкідливих-продуктів. Таким чином, RAS вважаються «найбільш багатообіцяючою моделлю аквакультури та інвестиційним напрямком 21 століття».
(6) Розробка та застосування в Китаї
На сьогоднішній день у Китаї спроектовано та побудовано понад 900 великомасштабних- RAS, які охоплюють основні прибережні провінції, а також внутрішні регіони, поширюючись навіть на Сіньцзян. Ці системи, що охоплюють як морські, так і прісноводні програми, були успішно комерціалізовані, досягаючи очікуваних цілей виробництва та демонструючи відмінні експлуатаційні характеристики. Виробнича практика підтверджує, що RAS не тільки забезпечує високу продуктивність і екологічні переваги, але й значно нижчі виробничі витрати на одиницю врожаю порівняно з іншими моделями аквакультури.
2. Ключові процеси та технології рециркуляційних систем аквакультури (RAS)
Рециркуляційні системи аквакультури (RAS) широко використовують промислове інженерне обладнання та технології. Як правило, вони складаються з технологічних установок і установок для видалення твердих часток; видалення зважених часток і розчинної органіки; усунення токсичних і шкідливих розчинних неорганічних солей, таких як аміак і нітрит; боротьба з патогенами; видалення вуглекислого газу з метаболізму культивованих організмів і мікроорганізмів; підживлення киснем; і регулювання температури. Технічні процеси включають теплоізоляцію та контроль температури, видалення твердих частинок, видалення розчинного неорганічного азоту та фосфору, дезінфекцію та стерилізацію, а також оксигенацію.
(1) Характеристики індустріалізованого та інтенсивного виробництва
RAS ще більше покращує інтенсивні характеристики промислової аквакультури, пропонуючи високу ефективність виробництва та невелику зайнятість землі, одночасно подолавши обмеження земельних і водних ресурсів. Як модель сільського господарства з високим-входом, високим-виходом, високою-щільністю та-ефективністю, RAS узгоджується з головними цілями Китаю щодо екологічної цивілізації та стратегій сталого розвитку.
(2) Екологічне та стратегічне значення
Завдяки інтенсивним, ефективним, енергозберігаючим,-зменшеним-викидам і екологічним характеристикам RAS став важливим напрямком трансформації та модернізації аквакультури в Китаї в напрямку низько-вуглецевого та екологічного розвитку. Кілька років поспіль Міністерство сільського господарства та сільських справ Китаю включало RAS до списку основних рекомендованих технологій аквакультури.
(3) Поточний розвиток і тенденції
В даний час ця модель отримала широке визнання як в академічних колах, так і в промисловості Китаю. Масштаб будівництва нової системи та загальна потужність фермерського господарства неухильно зростали в останні роки, що зробило RAS одним із ключових майбутніх напрямків розвитку аквакультурної промисловості Китаю.
3. Огляд досліджень та індустріалізації рециркуляційних систем аквакультури (RAS)
(1) Міжнародні дослідження та індустріалізація
Ранні дослідження та розробки
Найперша рециркуляційна система аквакультури (RAS) з’явилася в Японії в 1950-х роках. Згодом багато країн почали дослідження технологій водопідготовки та аквакультури для РАН. Спочатку ці дослідження базувалися на процесах очищення муніципальних стічних вод і системах-акваріумного типу (з щільністю культур лише 0,16–0,48 кг/м³). Однак такі підходи не враховували унікальні вимоги комерційної аквакультури-зокрема щодо витрат на систему, використання ресурсів, співвідношення між об’ємом культуральної та очисної води та пропускної здатності системи (зазвичай 50–300 кг/м³). У результаті дослідницькі зусилля наштовхувалися на численні невдачі, споживали велику кількість ресурсів і просувалися повільно.
Розпізнавання динамічних характеристик
Ранні дослідження також не помічали важливу характеристику RAS: її динамічний характер. Швидкість виробництва та деградації метаболічних відходів риби повинна досягти динамічної рівноваги, щоб система залишалася стабільною та здоровою. До середини-1980-х із зростанням розуміння параметрів якості води-, таких як рН, розчинений кисень (DO), загальний азот (TN), нітрати (NO₃⁻), біохімічна потреба в кисні (BPK) і хімічна потреба в кисні (COD) — і моделі їх варіацій у воді для аквакультури, ці динамічні зміни поступово інтегрувалися в проект системи. Наприклад, дефіцит кисню можна швидко виправити за допомогою аерації, але реакція нітрифікуючих бактерій на підвищення концентрації аміаку часто значно відстає. Таким чином, глибше знання взаємодіючих обмежуючих факторів ставало все більш важливим для ефективного проектування та експлуатації системи.
Проблеми в ранніх практиках
Багато практиків аквакультури мали досвід роботи-з інтенсивними системами, але їм бракувало знань про роботу RAS. Як наслідок, вони часто не могли належним чином контролювати щільність поголів’я, кількість годівлі, частоту годівлі та управління якістю води, що призводило до дисбалансу в системі потоку води та кругообігу матеріалів і, зрештою, спричиняло збої в роботі. Цей брак наукового розуміння та досвіду управління відобразився на рівнях щільності культури: лабораторний-масштаб RAS зазвичай досягав лише 10–42 кг/м³, тоді як ранній комерційний-масштаб RAS підтримувався лише на рівні 6,7–7,9 кг/м³. Після понад півстоліття технологічного прогресу-включаючи оптимізацію процесів, аерацію та оксигенацію (наприклад, використання рідкого кисню), автоматизоване годування та вибір відповідних видів-сучасні RAS подолали багато обмежувальних факторів і тепер можуть підтримувати високу щільність культури 50–300 кг/м³.
Промислове зростання та технологічні інновації
Оскільки традиційна ставкова аквакультура зіткнулася зі стагнацією через конкуренцію на землю та тиск на навколишнє середовище, RAS у Європі та Північній Америці зазнали швидкого зростання між 1980-ми та 1990-ми роками. Ця промислова експансія супроводжувалася технологічними вдосконаленнями, зокрема використанням фільтрів під тиском і без{3}}під тиском для великих зважених твердих речовин, озонуванням для дезінфекції та розкладання органічних речовин, а також розробкою багатьох біологічних фільтрів, таких як занурені фільтри, крапельні фільтри, поршневі фільтри, обертові біологічні контактори, барабанні біофільтри та реактори з киплячим шаром, а також анаеробні установки денітрифікації. Завдяки цим досягненням RAS поступово дозрівав і почав комерційне застосування.
Випадок Сполучених Штатів
Сполучені Штати зберегли лідируючі позиції як у фундаментальних, так і в прикладних дослідженнях RAS, охоплюючи такі галузі, як харчування та фізіологія видів, які інтенсивно вирощуються, профілактика захворювань і технології очищення води. Ключовою особливістю US RAS є високий ступінь автоматизації та механізації контролю якості води. Комп’ютерні -системи автоматично регулюють рівень розчиненого кисню, рН, електропровідність, каламутність і рівні аміаку, а також такі умови навколишнього середовища, як температура, вологість та інтенсивність світла. Використовуючи свою розвинену промислову базу, США широко впровадили високо-технологічне обладнання для оксигенації, біологічного очищення, видалення твердих речовин, сортування та збору врожаю. Наприклад, експериментальний RAS, розроблений Центром морської біотехнології Університету Меріленда, включає анаеробні процеси очищення, дуже схожі на системи, розроблені Aquatec-Solutions у Данії.
4. Проблеми та контрзаходи для розвитку індустріалізованих рециркуляційних систем аквакультури (RAS)
(1) Недостатня інтеграція засобів і обладнання
Незважаючи на те, що китайське обладнання для очищення води, автоматичної подачі, дезінфекції та аерації поступово наблизилося до міжнародного передового рівня, загальна інтеграція системи залишається недостатньою. Відсутність великих-підприємств, здатних виробляти повні комплекти обладнання RAS, збільшила вартість і складність будівництва, тим самим перешкоджаючи швидкому розвитку вітчизняного обладнання.
(2) Необхідність оптимізації спеціалізованих комбікормів
На даний момент корми для аквакормів у Китаї дуже однорідні та не містять спеціалізованих кормів, розроблених для RAS та конкретних культивованих видів. Це збільшує експлуатаційне навантаження на системи очищення води та впливає на продуктивність сільського господарства. Необхідно розробити видово-специфічні RAS-корми з добре-збалансованим харчуванням, низьким рівнем вимивання та сприятливим коефіцієнтом конверсії корму.
(3) Профілактика захворювань і контроль вимагають більшої точності
Висока-щільність і висока-ефективність землеробства підвищують ризик спалахів захворювань, коли виникають системні дисбаланси, а патогени важко знищити в закритих системах. Слід посилити оптимізацію системи, щоб покращити буферну здатність, а дослідження мають зосередитися на фізіології риб, реакції на стрес, ранніх індикаторах захворювання та ефективних-механізмах попередження про захворювання.
(4) Значний тиск енергоспоживання та скорочення витрат
Високі початкові інвестиції в будівництво та споживання енергії є неминучими викликами RAS. Енергозберігаючі-заходи мають бути впроваджені як на рівні обладнання, так і на рівні системи, включаючи розробку-фільтрів із низьким{2}}енергоспоживанням, пристроїв для видалення CO₂, технологій очищення хвостової води та застосування відновлюваної енергії, як-от сонячні, вітрові та водяні-теплові насоси.
(5) Відсутність стандартизації в експлуатації та управлінні
В даний час в Китаї немає єдиних технічних стандартів або норм для RAS. Як наслідок, дизайн системи, методи управління та ефективність ведення сільського господарства значно відрізняються, а збої в роботі є звичайним явищем. Важливо створити стандартизовану технічну основу для здорової аквакультури, покращити стандарти процесу та управління, а також просувати демонстраційні проекти для стандартизованого виробництва.
(6) Необхідність посилення фундаментальних досліджень
Наукове розуміння кількох аспектів залишається недостатнім, зокрема стану здоров’я культивованих видів за умов високої-щільності та специфічної якості води, структурних змін біоплівки під час роботи системи, механізмів кругообігу поживних речовин та оптимальних методів видалення та нешкідливого очищення твердих частинок. Ці прогалини заважають подальшому розвитку відповідних технологій та обладнання.
(7) Тенденції та можливості майбутнього розвитку
Незважаючи на ці проблеми, RAS пропонує значні переваги в ефективності виробництва, екологічній стійкості та добробуті тварин. Будучи зеленою, екологічною, циклічною та ефективною моделлю сільського господарства, вона відповідає світовим тенденціям розвитку з низьким-викидом вуглецю. Очікується, що з модернізацією рибальства Китаю, розвитком екологічної цивілізації та прискоренням досягнення вуглецевої нейтральності RAS увійде в нову фазу швидкого розвитку.