Rūpnieciskās recirkulācijas akvakultūras sistēma (RAS), kā jauna akvakultūras tehnoloģija, ko virza valsts iekārtu zivsaimniecības politika, panāk akvakultūras intensifikāciju, augstu efektivitāti un vides ilgtspējību, integrējot rūpnieciskās inženierijas iekārtas un vides kontroles tehnoloģijas. Tāsgalvenās priekšrocībasietver:ūdens otrreizēja izmantošana ietaupa vairāk nekā 90% ūdens, neatkarība no reģionāliem un sezonāliem ierobežojumiem, precīza galveno vides faktoru, piemēram, ūdens temperatūras un izšķīdušā skābekļa, regulēšana, ievērojami uzlabojot zemes produktivitāti un barības konversijas ātrumu. Tas ir atzīts par būtisku virzienu ilgtspējīgai akvakultūras attīstībai. To raksturo "lielas investīcijas, liels blīvums un liela produkcija", tā plašo ieviešanu ierobežo tādi faktori kā lieli sākotnējie ieguldījumi (iekārtu un aprīkojuma izmaksas) un augsti tehniski šķēršļi (sēklu aklimatizācija un ūdens kvalitātes pārvaldība).
Mandarīnu zivs (Siniperca chuatsi), kā{0}}augstvērtīga saldūdens akvakultūras suga, saskaras ar problēmām tradicionālajā lauksaimniecībā, piemēram, biežas slimības, grūtības ar ūdens kvalitātes kontroli un nestabilas ražas. Pašlaik tehniskās rezerves mandarīnu zivju rūpnieciskajai RAS joprojām ir nepietiekamas, jo īpaši trūkst sistemātiskas prakses tādās jomās kā lauksaimniecības procesa optimizācija, īpašu iekārtu projektēšana un ūdens attīrīšanas procesi. Šis pētījums ir vērsts uz efektīvu ūdens resursu pārstrādi un izmantošanu, lai izveidotu procesa iekārtu sistēmu mandarīnu zivju rūpnieciskajai akvakultūrai uz sauszemes. Optimizējot zemu-traucējumu atkritumu izvadīšanas ierīces un integrējot iekārtu savienošanas tehnoloģiju, tiek veikti eksperimentāli pētījumi par galvenajiem rādītājiem, piemēram, ūdens attīrīšanas efektivitāti un bio-slodzes ietilpību. Mērķis ir izstrādāt atkārtojamu tehnisko risinājumu, lai atbalstītu kvalitatīvu Mandarin Fish audzēšanas nozares attīstību.
1. Rūpnieciskās recirkulācijas akvakultūras procesa plūsma
Rūpnieciskās RAS būtība ir dinamiska ūdens bilances sasniegšana un otrreizēja pārstrāde, izmantojot slēgta cikla "fiziskā filtrēšana - bioloģiskā attīrīšana - dezinfekcija un skābekļa padeve". "Zivju audzēšana sākas ar ūdens audzēšanu"; tādi parametri kā ūdens plūsmas ātrums, temperatūra, pH, amonjaka slāpekļa koncentrācija un izšķīdinātā skābekļa līmenis tieši ietekmē Mandarin Fish augšanas vidi. Šīs sistēmas dizains atbilst principam "mazas sistēmas, vairākas vienības". Tās galvenā loģika ir: ātrāki plūsmas ātrumi var uzlabot sistēmas apstrādes efektivitāti, samazināt lielu daļiņu atkritumu sadalīšanos un samazinātu cieto daļiņu attīrīšanas secību, piesārņojošo vielu attīrīšanas secība → piesārņojuma pakāpe → "liels daļiņu izmērs → mazs daļiņu izmērs", un filtrēšanas un dezinfekcijas procesi ir secīgi saistīti.
Kā parādīts1. attēls, sistēmas plūsma ir šāda: drenāža no kultivēšanas tvertnes tiek pakļauta pirmapstrādei, lai noņemtu lielas daļiņas, nonāk rupjās un smalkās filtrēšanas stadijās, lai noņemtu smalkas suspendētās cietās daļiņas, pēc tam iziet cauri biofiltram, lai noārdītu kaitīgās vielas, piemēram, amonjaka slāpekli, un, visbeidzot, pēc dezinfekcijas un skābekļa padeves atgriežas kultivēšanas tvertnē, panākot kontrolētu ūdens kvalitāti un ūdens pārstrādi visā procesā.
2. Mandarīnu zivju akvakultūras iekārtu un aprīkojuma projektēšana un izpēte
Tradicionālā akvakultūras objektu projektēšana bieži vien ir balstīta uz pieredzi, kas viegli noved pie neefektīva aprīkojuma un izmaksu izšķērdēšanas. Kā parādīts2. attēls, šajā pētījumā, pamatojoties uz masas bilances principu, ir izveidots mandarīnu zivju maksimālās biomasas nestspējas modelis. Aprēķinot maksimālo padeves ātrumu, kopējo atkritumu daudzumu un amonjaka slāpekļa ražošanu, tiek panākta zinātniskā aprīkojuma izvēle. Izmantojot Mandarin Fish audzēšanas uzņēmumu Dzjansji kā gadījuma izpēti, galvenā uzmanība tika pievērsta zemu-traucējumu atkritumu izvadīšanas ierīces un aprīkojuma savienošanas sistēmas optimizēšanai. Darbnīcas izkārtojums ir parādīts3. attēls. Uz zemes -bāzētās rūpnieciskās RAS izkārtojums mandarīnu zivīm ir parādīts4. attēls.
2.1. Kultūras ūdens recirkulācijas parametru projektēšana
Recirkulācijas ātrums ir galvenais, lai sistēma darbotos efektīvi, un tā ir vispusīgi jānosaka, pamatojoties uz mandarīnu zivju krājuma blīvumu, ūdens daudzumu un ūdens attīrīšanas jaudu.
Ūdens recirkulācijas tilpuma aprēķināšanas formula:Q = V × N
Kur: Q ir ūdens recirkulācijas tilpums (m³/h);
V ir kultūras ūdens tilpums (m³);
N ir recirkulāciju skaits dienā (reizes/d).
Kultūras tvertnes dizains: vienas tvertnes diametrs 6 m, augstums 1,2 m, konusa dibena augstums 0,3 m.
Aprēķinātais tilpums ir π×3²×1.2 + 1/3×π×3²×0,3 ≈ 33,91 m³, faktiskais kultūras ūdens tilpums ir aptuveni 30 m³. Vienā cehā ir 10 kultūras tvertnes, kopējais ūdens tilpums 300 m³.
Darbības parametri: Recirkulācijas ātrums N ir iestatīts uz 3-5 reizes dienā; dekoratīvā ūdens cirkulācija ir 10% no kopējā ūdens tilpuma (lai kompensētu iztvaikošanas un izplūdes zudumus), kas tiek pielāgota reāllaikā, izmantojot tiešsaistes uzraudzību.
2.2. Kultūras tvertnes un atkritumu izvadīšanas ierīces dizains
Kā parādīts5. attēls, kultivēšanas tvertne ir izstrādāta ar mērķi "ātru atkritumu izvadīšanu un vienmērīgu ūdens sadali", izmantojot apļveida tvertnes korpusu, kas apvienots ar konusa dibena struktūru. Apakšā ir uzstādīta ierīce "Zivju tualete", lai nodrošinātu zemu-traucējumu atkritumu izvadīšanu. Zivju tualete tika optimizēta šādi:
- Ieplūdes/izplūdes caurules diametrs standartizēts līdz 200 mm, lai palielinātu plūsmas ātrumu.
- Pārseguma plāksnei ir rotējošs, racionalizēts dizains, lai uzlabotu rotācijas skalošanas efektu uz grunts nogulumiem un uzlabotu pašattīrīšanās spēju-.
3. Cieto daļiņu apstrādes procesa izstrāde un izpēte
Cietās daļiņas tiek apstrādātas pēc lieluma klasifikācijas, izmantojot trīs{0}}pakāpju procesu "priekšapstrāde - rupjā filtrācija - smalkā filtrācija". Konkrēti parametri ir parādīti1. tabula.
3.1. Priekšapstrādes process
Izmanto vertikālās plūsmas nostādītāju, kas savienots ar kultūras tvertnes sānu-noteces un apakšējo-notekas sistēmām, izmantojot gravitācijas atdalīšanu, lai noņemtu daļiņas, kuru izmērs ir lielāks par 100 μm vai vienāds ar to. Nostādinātājs ir tieši savienots ar kultūras tvertni, lai samazinātu cauruļvada transportēšanas zudumus un samazinātu slodzi turpmākajos filtrēšanas posmos.
3.2. Rupjās filtrēšanas process
Kā parādīts6. attēls, rupjās filtrēšanas process koncentrējas uz mikroekrāna cilindra filtru. Projektēšanas principi ietver: iekārtu izvietošanu kultūras tvertņu tuvumā, lai saīsinātu cauruļvada garumu un samazinātu enerģijas patēriņu.
Izmantojot PLC vadības sistēmu, lai panāktu automātisku atpakaļskalošanu (4-6 reizes dienā), kas saskaņota ar tiešsaistes ūdens kvalitātes uzraudzību parametru pielāgošanai reāllaikā.
Gravitācijas plūsmas dizaina izmantošana, lai samazinātu sūkņa enerģijas patēriņu un darbības izmaksas.
3.3. Smalkās filtrēšanas process
Kā parādīts7. attēls, smalkās filtrēšanas process vēl vairāk attīra ūdens kvalitāti, izmantojot biofiltra un dezinfekcijas aprīkojuma sinerģisko darbību.
- Biofiltrs: atlasa augstas-specifiskās-virsmas-platības vidi, hidrauliskās aiztures laiks 1-2h, uztur izšķīdušā skābekļa daudzumu, kas lielāks par vai vienāds ar 5 mg/L, noārda amonjaka slāpekli un nitrītu.
- Dezinfekcijas aprīkojums: Ultravioletais sterilizators (deva 3–5 × 10⁴ μW·s/cm²) vai ozona ģenerators (koncentrācija 0,1–0,3 mg/L, saskares laiks 10–15 min), lai iznīcinātu patogēnos mikroorganismus.
- Skābekļa sistēma: Tīrs oksigenators, ko izmanto kopā ar aeratoriem, lai nodrošinātu stabilu izšķīdušā skābekļa līmeni.
4. Cauruļvadu izkārtojums un vadības sistēma
4.1. Cauruļvada izkārtojuma dizains
Cauruļvadi pēc funkcijas ir iedalīti četros veidos: ūdens apgāde, recirkulācija, atkritumu novadīšana un papildu ūdens. Dizaina principi: optimizējiet izkārtojumu, kas centrēts ap kultūras tvertnēm, samaziniet līkumus un cauruļvada garumu, lai samazinātu galvas zudumu; nodrošināt līdzsvarotu pieplūdi un aizplūšanu, lai uzturētu stabilu ūdens līmeni kultūras tvertnēs; atkritumu izvadīšanas caurulēm ir slīpums (lielāks vai vienāds ar 3%), lai atvieglotu pašplūsmas atkritumu savākšanu.
4.2. Vadības sistēmas projektēšana
Sistēma izmanto slēgtas -cilpas arhitektūru "Sensors - Controller - Actuators", kā parādīts8. attēls. Galvenās funkcijas ietver:
- Ūdens kvalitātes{0}}uzraudzība reāllaikā: tiešsaistes datu vākšana, izmantojot izšķīdušā skābekļa, pH un amonjaka slāpekļa sensorus.
- Iekārtu savienojuma kontrole: Automātiska mikroekrāna skalošanas, oksigenatora jaudas un dezinfekcijas aprīkojuma darbības laika regulēšana, pamatojoties uz ūdens kvalitātes parametriem.
- Vaina brīdinājums: skaņas un vizuālie trauksmes signāli, ko izraisa neparasti parametri, kas tiek nosūtīti uz vadības termināļiem, izmantojot Ethernet vai bezvadu sakarus.
5. Iekārtas veiktspējas pārbaudes datu analīze
Kā parādīts9. attēls, sešu{0}}mēnešu izmēģinājuma operācija tika veikta Mandarin Fish audzēšanas bāzē Dzjansji. Sistēmā nebija nekādu ūdens attīrīšanas traucējumu, un uzraudzības un agrīnās brīdināšanas sistēma darbojās stabili.
Uzklāšanas laikā netika konstatēti ūdens attīrīšanas traucējumi, uzraudzības, agrīnās brīdināšanas un kontroles sistēma darbojās stabili. Aerācija kultūras tvertnēs tika izmantota kombinācijā ar izšķīdušā skābekļa kontroli lauksaimniecības procesā. Galvenā aprīkojuma veiktspējas novērtējums ir parādīts2. tabula.
Izmēģinājuma laikā ganāmpulka blīvums sasniedza 50-60 zivis/m³, izdzīvošanas rādītājs ir lielāks vai vienāds ar 90%, pieauguma temps palielinājās par 20%, salīdzinot ar tradicionālo lauksaimniecību, un ūdens pārstrādes līmenis sasniedza 92%, sasniedzot enerģijas taupīšanas un emisiju samazināšanas mērķus.
6. Kopsavilkums
Sauszemes rūpnieciskā RAS, kas paredzēta Mandarin Fish, sasniedz ūdens taupīšanas, augstas efektivitātes un vides aizsardzības akvakultūras mērķus, integrējot inženiertehniskās, objektos balstītās un digitālās{2}}gudrās tehnoloģijas. Šī pētījuma inovācijas ir šādas: iekārtu izvēles optimizēšana, pamatojoties uz biomasas nestspējas modeli, lai uzlabotu sistēmu saskaņošanu; zemu-traucējumu atkritumu izvadīšanas ierīces uzlabošana, lai uzlabotu atkritumu izvešanas efektivitāti; iekārtu savienojuma kontroles sistēmas izbūve, lai panāktu precīzu ūdens kvalitātes regulēšanu.
Šo sistēmu var popularizēt un izmantot citās saldūdens zivju audzēšanā, nodrošinot tehnisko atsauci akvakultūras transformācijas intensifikācijai. Turpmākajam darbam ir vēl vairāk jāsamazina aprīkojuma izmaksas un jāoptimizē sensoru veiktspēja, lai palielinātu tehnoloģiju izplatības līmeni.