Recirkulācijas akvakultūras sistēmu (RAS) analīze akvakultūras efektivitātes uzlabošanai
*Nacionālajā zivsaimniecības attīstības plānā 14. piecgades-gada plāna periodam* ir nepārprotami aicināts attīstīt gudru zivsaimniecību, veicināt akvakultūras aprīkojuma modernizāciju un uzlabot audzēšanas efektivitāti un resursu izmantošanas līmeni. Tradicionālie dīķu akvakultūras modeļi saskaras ar tādām problēmām kā augsts ūdens patēriņš, ievērojama zemes aizņemšana un ietekme uz vidi, kas apgrūtina mūsdienu akvakultūras attīstības prasību izpildi. Recirkulācijas akvakultūras sistēma (RAS) kā jauns intensīvās lauksaimniecības modelis izmanto ūdens attīrīšanas un otrreizējās pārstrādes tehnoloģijas, lai panāktu augsta-ūdens organismu blīvuma kultivēšanu relatīvi slēgtā vidē, piedāvājot izteiktas tehniskas priekšrocības.
1. Pārskats par recirkulācijas akvakultūras sistēmām
1.1. Pamatjēdzieni un strukturālie komponenti
Recirkulācijas akvakultūras sistēma (RAS) ir ļoti intensīvs moderns akvakultūras modelis, kas nodrošina augsta{0}}ūdens organismu blīvuma kultivēšanu relatīvi slēgtā vidē, izmantojot ūdens attīrīšanas un pārstrādes tehnoloģijas. RAS galvenokārt sastāv no trim funkcionālajiem moduļiem: kultūras bloka, ūdens attīrīšanas bloka un ūdens kvalitātes uzraudzības un kontroles bloka.
1.2. Darbības princips
The operation of RAS is based on the principle of water purification and recycling. During the culture process, pollutants such as suspended solids and ammonia nitrogen produced by metabolism are first removed via mechanical filtration for particulate matter. The water then enters a biofilter where nitrifying bacteria convert toxic ammonia nitrogen into nitrite, which is further oxidized to nitrate. A protein skimmer removes dissolved organic matter through bubble adsorption, and a UV device eliminates pathogenic microorganisms. The multi-stage treated water is re-oxygenated, temperature-adjusted, and recirculated back into the culture tanks. During system operation, online monitoring equipment continuously tracks key parameters like pH (6.5–8.0), dissolved oxygen (>5 mg/l) un amonjaka slāpekli (<0.5 mg/L), which are regulated via automated control devices to maintain the optimal culture environment
2. RAS ražošanas efektivitātes analīze
2.1. Ūdens vides kontroles spēja
RAS ūdens vides kontroles spēja galvenokārt izpaužas precīzā ūdens kvalitātes parametru regulēšanā un ātrā reaģēšanā uz vides stresa faktoriem. Šajā pētījumā, kas tika veikts liela mēroga-RAS bāzē ar trim paralēlām izmēģinājumu sistēmām (katra 50 m³ tilpums, ganāmpulka blīvums 25 kg/m³), tika nepārtraukti uzraudzīti dati 180 dienas, sniedzot rezultātus1. tabula.
Dati liecina, ka RAS īpaši labi darbojas izšķīdušā skābekļa regulēšanā. Pat maksimālā skābekļa patēriņa laikā naktī ideāls līmenis tiek uzturēts, pateicoties mainīgas frekvences piedziņas (VFD) sūkņu un mikroporainās aerācijas sinerģiskajam efektam. pH regulēšana, izmantojot tiešsaistes uzraudzību kopā ar automātisku sārmu dozēšanas sistēmu, uzrādīja labu stabilitāti nepārtrauktas uzraudzības rezultātos. Amonjaka slāpekļa atdalīšanai biofiltra nitrifikācijas efektivitāte standarta apstākļos tika ievērojami uzlabota salīdzinājumā ar parastajām metodēm.
Temperatūras kontrole, kas panākta, izmantojot titāna cauruļu siltummaiņus ar PID kontroles algoritmiem, saglabāja ūdens temperatūru stabilu pat pie ievērojamām apkārtējās temperatūras svārstībām.
180 nepārtrauktas darbības dienu laikā tika ievērojami uzlabota visu sistēmā esošo ūdens kvalitātes rādītāju atbilstības pakāpe un stabilitāte salīdzinājumā ar tradicionālās kultūras modeļiem, pilnībā demonstrējot RAS tehniskās priekšrocības un pielietojuma vērtību ūdens vides kontrolē. Turklāt galveno ūdens kvalitātes rādītāju atbilstības līmenis sasniedza 98,5%, un galveno rādītāju, piemēram, izšķīdušā skābekļa, pH un amonjaka slāpekļa, stabilitāte bija par 47% augstāka nekā tradicionālajā kultūrā.
2.2. Bioloģiskās izaugsmes rādītāji
Šajā pētījumā tika izvēlēta saldūdens zivju amūra karpa (Ctenopharyngodon idella), lai salīdzinātu augšanas veiktspējas atšķirības starp RAS un tradicionālo dīķu kultūru. Izmēģinājuma grupa sastāvēja no trim 50 m³ RAS vienībām, savukārt kontroles grupa izmantoja trīs 500 m² standarta kultūras dīķus, abi 180 dienu ciklā (dati parādīti2. tabula).
Rezultāti parādīja, ka precīza vides kontrole un barošanas vadība RAS būtiski uzlaboja amūru augšanas rādītājus. Pastāvīgā temperatūras ietekme un ūdens kvalitātes stabilitāte veicināja barošanas aktivitāti un uzlaboja barības konversijas efektivitāti.
2.3. Iekārtu un iekārtu darbības efektivitāte
RAS darbības efektivitāti galvenokārt novērtē, izmantojot visaptverošo enerģijas patēriņa indeksu (IEC), ko aprēķina šādi:
IEC=(P × T × η) / (V × Y)
Kur:
IEC=Visaptverošais enerģijas patēriņa indekss (kW·h/kg)
P=Kopējā instalētās sistēmas jauda (kW)
T=Darbības laiks (h)
η=Iekārtas slodzes koeficients
V=Kultūras ūdens tilpums (m³)
J=Iznākums uz ūdens tilpuma vienību (kg/m³)
Ekspluatācijas datu analīze parādīja šādus galvenos RAS iekārtu darbības galvenos parametrus: sūkņu sistēmas darbības efektivitāte sasniedza 85%, kas ir par 18% uzlabojums salīdzinājumā ar tradicionālajiem sūkņiem; biofiltra amonjaka slāpekļa apstrādes slodze bija 0,8 kg/m³·d, kas ir par 40% vairāk, salīdzinot ar parastajiem biofiltriem; un UV dezinfekcijas iekārta saglabāja sterilizācijas efektivitāti virs 99,9%.
Sistēmas aprīkojumā tiek izmantota inteliģenta savienojuma kontrole, kas automātiski pielāgo darbības jaudu un darbības laiku, pamatojoties uz ūdens kvalitātes parametriem. Piemēram, temperatūras kontroles iekārtas var darboties ar samazinātu slodzi (piemēram, 30%) stabilas temperatūras periodos, un aerācijas sistēmas var darboties enerģijas taupīšanas mainīgas frekvences režīmā zema skābekļa patēriņa periodos naktī. Izmantojot šo viedo iekārtu vadību, sistēmas vidējais visaptverošais enerģijas patēriņa indekss bija 2,1 kW·h/kg, kas ir par 45% zemāks nekā tradicionālās kultūras modeļiem.
3. RAS visaptverošo priekšrocību kvantitatīva noteikšana
3.1. Kvantitatīvie ražošanas ieguvumu rādītāji
Šis pētījums izveidoja RAS ražošanas ieguvumu kvantitatīvās novērtēšanas sistēmu, kas aptver trīs dimensijas: ieguvums no produkcijas, kvalitātes ieguvums un laika ieguvums. Balstoties uz datu analīzi no desmit liela mēroga RAS bāzēm, sistēmas visaptverošais ražošanas ieguvumu indekss sasniedza 0,85, kas ir par 56% uzlabojums salīdzinājumā ar tradicionālās kultūras modeļiem.
Izlaides ieguvumu novērtējumā tiek ņemta vērā arī pievienotā vērtība{0}}, ko nodrošina uzlabota produktu kvalitāte. Ūdens produkti no RAS uzrādīja būtiskus uzlabojumus sensoros rādītājos, piemēram, mīkstuma tekstūrā un intramuskulāro tauku saturā, salīdzinot ar tradicionālo kultūru, sasniedzot 15–20% tirgus piemaksu. Kvalitātes ieguvuma ziņā precīza barošana un vides kontrole sistēmā radīja vienmērīgāku produkta izmēru un ievērojamu augstākās kvalitātes produktu likmes pieaugumu. Vēlākos kultūras posmos produktu izmēru viendabīgums sasniedza vairāk nekā 92%, veicinot standartizētu apstrādi un liela mēroga{7}}pārdošanu.
3.2. Resursu patēriņa novērtējums
Lai kvantitatīvi noteiktu resursu patēriņu sistēmas darbības laikā, tika izmantota dzīves cikla novērtēšanas (LCA) metode. Galvenie novērtējuma rādītāji ietvēra saldūdens patēriņu, elektroenerģijas patēriņu un barības ievadi (dati parādīti3. tabula).
Resursu izmantošanas efektivitātes analīze parādīja, ka sistēma nodrošina augstu efektivitāti un resursu saglabāšanu, izmantojot ūdens attīrīšanas un pārstrādes tehnoloģijas, ar vislielāko ietaupījumu ūdens un zemes resursos. Ietekmes uz vidi novērtējuma rezultāti liecināja, ka sistēmas oglekļa emisiju intensitāte bija par 52% zemāka nekā tradicionālajai kultūrai.
Sistēmas priekšrocības resursu saglabāšanā ir redzamas arī uzlabotā barības izmantošanas efektivitātē. Izmantojot viedās barošanas sistēmas apvienojumā ar ūdens kvalitātes monitoringa datiem, tika nodrošināta precīza, kvantitatīva barošana, ievērojami samazinot barības atkritumus. Pētījumi liecina, ka barības konversijas koeficients RAS uzlabojas par 25–30%, salīdzinot ar tradicionālo kultūru. Attiecībā uz cilvēkresursu izmantošanu, izmantojot automatizāciju un viedo uzraudzību, darba stundas uz tonnu produkta samazinājās no 0,48 stundām tradicionālajā kultūrā līdz 0,15 stundām, būtiski samazinot darbaspēka ieguldījumu, vienlaikus uzlabojot arī darba vidi.
3.3. Ekonomiskās iespējamības analīze
Ekonomiskā iespējamība tika novērtēta, izmantojot neto pašreizējās vērtības (NPV) un atmaksāšanās perioda metodes. Sākotnējās investīcijas ietver inženierbūvniecību, aprīkojuma iegādi, uzstādīšanu un nodošanu ekspluatācijā. Ekspluatācijas izmaksas ietver enerģiju, darbaspēku, barību un apkopi. Ieņēmumu avoti ietver ūdens produktu pārdošanu un ieguvumus no ūdens resursu taupīšanas.
EK= Σ [ (Ct - Ot) / (1 + r)^t ] - I0
Kur:
NPV=neto pašreizējā vērtība (10 000 CNY)
I0=Sākotnējais ieguldījums (10 000 CNY)
Ct=Naudas plūsma t gadā (10 000 CNY/gadā)
Ot=Naudas aizplūde gadā t (10 000 CNY/gadā)
r=Atlaides likme (%)
t=Aprēķina periods (gadi)
Aprēķinot 500 tonnu gada ražošanas apjomu, sistēmai ir nepieciešami sākotnējie ieguldījumi 8,5 miljonu CNY, ikgadējās darbības izmaksas 4,2 miljoni CNY un gada pārdošanas ieņēmumi 7,5 miljonu CNY apmērā. Izmantojot etalona diskonta likmi 8%, atmaksāšanās periods ir 3,2 gadi, un finanšu iekšējā atdeves likme (IRR) ir 28,5%. Jutīguma analīze parāda, ka projekts saglabā labu riska noturību pat ar produkta cenu svārstībām ±20%.
4. Secinājums
Recirkulējošās akvakultūras sistēmas (RAS) ievērojami pārspēj tradicionālās kultūras modeļus ūdens vides kontroles, bioloģiskās augšanas veiktspējas un aprīkojuma darbības efektivitātes ziņā. Turpmākajos pētījumos galvenā uzmanība jāpievērš sistēmas inteliģences līmeņa uzlabošanai, aprīkojuma darbības efektivitātes optimizēšanai un liela mēroga{1}}reklāmas modeļu izpētei, lai vēl vairāk uzlabotu recirkulācijas akvakultūras priekšrocības.