1. Pārskats par recirkulācijas akvakultūras sistēmām (RAS)
(1) Recirkulācijas akvakultūras sistēmu raksturojums
Recirkulējošās akvakultūras sistēmas (RAS) ir jauns akvakultūras modelis, kas izstrādāts, pamatojoties uz intensīvu akvakultūru un kam raksturīga kultūras ūdens recirkulācija un atkārtota izmantošana. Papildus tradicionālās intensīvās akvakultūras priekšrocībām, RAS piedāvā ievērojamas priekšrocības notekūdeņu attīrīšanā, ūdens patēriņa samazināšanā un notekūdeņu izplūdes samazināšanā. Pateicoties optimizētai ūdens apgādes sistēmas konstrukcijai un vairāku iekārtu un ierīču koordinētai darbībai, RAS nodrošina visa kultūras ūdens daudzuma atkārtotu pārstrādi. Salīdzinot ar tradicionālo intensīvo akvakultūru, tie ir pārāki energoefektivitātes ziņā temperatūras kontrolei, vides piesārņojuma mazināšanai, kā arī slimību profilaksei un kontrolei.
RAS ir nepieciešams integrēti izmantot visaptverošu ūdens attīrīšanas un attīrīšanas iekārtu komplektu. To procesu projektēšana ietver vairāku disciplīnu un rūpniecisko tehnoloģiju pielietošanu, tostarp šķidrumu mehāniku, bioloģiju, mašīnbūvi, elektroniku, ķīmiju un automatizācijas informācijas tehnoloģiju. Labi-izstrādāta RAS var pilnībā kontrolēt ūdens kvalitātes parametrus, piemēram, temperatūru, izšķīdušo skābekli un barības vielas, un jebkuros apstākļos vairāk nekā 90% sistēmas ūdens var izmantot atkārtoti, izmantojot recirkulāciju.
(2) RAS būtība un priekšrocības
Recirkulācijas akvakultūras sistēmu (RAS) būtība ir atbalstīt un optimizēt akvakultūras ražošanu, izmantojot industrializētas un modernizētas pieejas. Iespējojot pilnu-ūdens vides procesa regulēšanu, RAS var daļēji pārvarēt ārējos ierobežojumus, piemēram, temperatūru, ūdens pieejamību un telpu, tādējādi nodrošinot nepārtrauktu -visu-sēriju ražošanu. Tas nodrošina lauksaimniecību ārpus-sezonas un pakāpenisku ienākšanu tirgū, nodrošinot ražotājiem konkurences priekšrocības un lielāku ekonomisko atdevi.
(3) Ražošanas efektivitāte un resursu izmantošana
RAS lieliskā ražošanas veiktspēja ir cieši saistīta ar tās augsti kontrolējamām un resursefektīvām{0}}īpašībām. Rēķinot uz vienu -vienību-ūdens, ūdens produktu raža RAS ir 3–5 reizes lielāka nekā tradicionālā plūsma-intensīvā akvakultūrā un 8–10 reizes augstāka nekā dīķu akvakultūrā, savukārt izdzīvošanas rādītāji palielinās par vairāk nekā 10%. Turklāt veterināro zāļu un ķīmisko vielu lietošana ir samazināta par gandrīz 60%. Šie visaptverošie darbības rādītāju uzlabojumi nodrošina gan RAS ekonomiskos, gan ekoloģiskos ieguvumus.
(4) Ūdens attīrīšana un sistēmu integrācija
RAS sistēmā kultūras ūdenim tiek veikta virkne apstrādi, tostarp fiziska filtrēšana, bioloģiska attīrīšana, sterilizācija un dezinfekcija, degazēšana un skābekļa padeve, kas ļauj pilnībā vai daļēji atkārtoti izmantot ūdeni. Tajā pašā laikā kultūras vides optimizāciju var integrēt ar automatizētām iekārtām, piemēram, automātiskajām padevējām, nodrošinot zināmu automatizācijas pakāpi un inteliģentu pārvaldību.
(5) Tehnoloģiskie pamati un galvenās iezīmes
RAS ir integrētas progresīvas tehnoloģijas no zivsaimniecības inženierijas, mehāniskās iekārtas, jauni videi draudzīgi materiāli, mikroekoloģiskais regulējums un digitālā pārvaldība. Pateicoties pilnībā kontrolētajai ražošanas videi, kuru ārējie apstākļi ietekmē minimāli, RAS demonstrē būtiskas priekšrocības, tostarp ūdens un zemes saglabāšanu, samazinātu enerģijas pieprasījumu temperatūras regulēšanai, stabilus audzēšanas apstākļus, paātrinātu augšanas ātrumu, augstu ganāmpulka blīvumu un videi draudzīgu, piesārņojumu{{3} nevainošu produktu ražošanu. Tādējādi RAS tiek uzskatītas par "daudzsološāko akvakultūras modeli un investīciju virzienu 21. gadsimtā".
(6) Izstrāde un pielietošana Ķīnā
Līdz šim Ķīnā ir projektētas un uzbūvētas vairāk nekā 900 liela mēroga -RAS, kas aptver galvenās piekrastes provinces, kā arī iekšzemes reģionus, sniedzot pat Sjiņdzjanu. Šīs sistēmas, kas ietver gan jūras, gan saldūdens lietojumus, ir veiksmīgi komercializētas, sasniedzot paredzētos ražošanas mērķus un demonstrējot izcilu darbības veiktspēju. Ražošanas prakse apstiprina, ka RAS ne tikai nodrošina izcilu produktivitāti un vides priekšrocības, bet arī nodrošina ievērojami zemākas ražošanas izmaksas uz vienu ražas vienību salīdzinājumā ar citiem akvakultūras modeļiem.
2. Galvenie recirkulācijas akvakultūras sistēmu (RAS) procesi un tehnoloģijas
Recirkulācijas akvakultūras sistēmās (RAS) plaši tiek izmantotas rūpnieciskās inženierijas iekārtas un tehnoloģijas. Parasti tās sastāv no procesa vienībām un iekārtām cieto daļiņu noņemšanai; suspendēto daļiņu un šķīstošo organisko vielu noņemšana; toksisko un kaitīgo šķīstošo neorganisko sāļu, piemēram, amonjaka un nitrītu, likvidēšana; patogēnu kontrole; oglekļa dioksīda atdalīšana no kultivēto organismu un mikroorganismu metabolisma; skābekļa papildināšana; un temperatūras regulēšana. Iesaistītie tehniskie procesi ietver siltumizolāciju un temperatūras kontroli, cieto daļiņu atdalīšanu, šķīstošā neorganiskā slāpekļa un fosfora atdalīšanu, dezinfekciju un sterilizāciju, kā arī oksigenāciju.
(1) Industrializētas un intensīvas ražošanas funkcijas
RAS vēl vairāk uzlabo rūpnieciskās akvakultūras intensīvās īpašības, piedāvājot augstu ražošanas efektivitāti un nelielu zemes aizņemšanu, vienlaikus pārvarot zemes un ūdens resursu ierobežojumus. Kā augstas-ievades, augstas-izlaides, augsta-blīvuma un augstas-efektivitātes lauksaimniecības modelis RAS atbilst Ķīnas vispārējiem mērķiem attiecībā uz ekoloģisko civilizāciju un ilgtspējīgas attīstības stratēģijām.
(2)Ekoloģiskā un stratēģiskā nozīme
Pateicoties intensīvajām, efektīvajām, enerģijas-taupīšanas, emisijas-samazinošajām un videi draudzīgajām funkcijām, RAS ir kļuvusi par svarīgu virzienu Ķīnas akvakultūras pārveidošanai un uzlabošanai, lai panāktu zemu-oglekļa un videi draudzīgu attīstību. Vairākus gadus pēc kārtas Ķīnas Lauksaimniecības un lauku lietu ministrija ir iekļāvusi RAS kā galveno ieteicamo akvakultūras tehnoloģiju.
(3) Pašreizējā attīstība un tendences
Šobrīd šis modelis ir guvis plašu atzinību gan no akadēmiskajām aprindām, gan no Ķīnas nozares. Jaunu sistēmu izveides mērogs un kopējā lauksaimniecības jauda pēdējos gados ir nepārtraukti pieaugusi, padarot RAS par vienu no Ķīnas akvakultūras nozares galvenajām nākotnes attīstības tendencēm.
3. Pārskats par recirkulācijas akvakultūras sistēmu (RAS) izpēti un industrializāciju
(1)Starptautiskā pētniecība un industrializācija
Agrīna pētniecība un attīstība
Agrākā recirkulācijas akvakultūras sistēma (RAS) parādījās Japānā 1950. gados. Pēc tam daudzas valstis sāka pētīt RAS ūdens attīrīšanas un akvakultūras tehnoloģijas. Sākotnēji šo pētījumu pamatā bija sadzīves notekūdeņu attīrīšanas procesi un akvārija stila sistēmas (ar kultivēšanas blīvumu tikai 0,16–0,48 kg/m³). Tomēr šādas pieejas neņēma vērā komerciālās akvakultūras unikālās prasības,{7}}jo īpaši attiecībā uz sistēmas izmaksām, resursu izmantošanu, kultūras un attīrīšanas ūdens tilpumu attiecību un sistēmas kravnesību (parasti 50–300 kg/m³). Rezultātā pētniecības centieni saskārās ar daudzām neveiksmēm, patērēja lielus resursus un progresēja lēni.
Dinamisko īpašību atpazīšana
Agrīnajos pētījumos netika ņemta vērā arī svarīga RAS īpašība: tās dinamiskais raksturs. Zivju vielmaiņas atkritumu ražošanas un noārdīšanās ātrumam jāsasniedz dinamisks līdzsvars, lai sistēma paliktu stabila un veselīga. Līdz -80. gadu vidum, pieaugot izpratnei par ūdens kvalitātes parametriem,{4}}tādiem kā pH, izšķīdušais skābeklis (DO), kopējais slāpeklis (TN), nitrāti (NO₃⁻), bioķīmiskais skābekļa patēriņš (BOD) un ķīmiskais skābekļa patēriņš (ĶSP) un to izmaiņu modeļi akvakultūras ūdenī, šīs sistēmas dinamiskās izmaiņas pakāpeniski tika integrētas. Piemēram, skābekļa deficītu var ātri koriģēt ar aerāciju, bet nitrificējošo baktēriju reakcija uz pieaugošo amonjaka koncentrāciju bieži vien ievērojami atpaliek. Tādējādi efektīvai sistēmas projektēšanai un darbībai arvien svarīgākas kļuva dziļākas zināšanas par mijiedarbīgiem ierobežojošiem faktoriem.
Agrīnās prakses izaicinājumi
Daudziem akvakultūras speciālistiem bija pieredze ar plūsmu{0}}caur intensīvām sistēmām, taču viņiem trūka zināšanu par RAS darbību. Rezultātā viņi bieži nespēja pareizi kontrolēt ganāmpulka blīvumu, barošanas daudzumu, barošanas biežumu un ūdens kvalitātes pārvaldību, izraisot sistēmas ūdens plūsmas un materiālu cikla nelīdzsvarotību un galu galā izraisot darbības kļūmes. Šis zinātniskās izpratnes un pārvaldības pieredzes trūkums atspoguļojās kultūras blīvuma līmeņos: laboratorijas-mēroga RAS parasti sasniedza tikai 10–42 kg/m³, savukārt agrīnā komerciālā- mēroga RAS saglabājās tikai 6,7–7,9 kg/m³. Pēc vairāk nekā pusgadsimtu ilgas tehnoloģiskās attīstības,{10}}ieskaitot procesa optimizāciju, aerāciju un skābekļa padevi (piemēram, šķidrā skābekļa izmantošanu), automatizētu barošanu un piemērotu sugu atlasi, mūsdienu RAS ir pārvarējušas daudzus ierobežojošus faktorus un tagad var atbalstīt augstu kultivēšanas blīvumu 50–300 kg/m³.
Rūpniecības izaugsme un tehnoloģiskās inovācijas
Tā kā tradicionālā dīķu akvakultūra saskārās ar stagnāciju zemes konkurences un vides spiediena dēļ, RAS Eiropā un Ziemeļamerikā no 1980. līdz 1990. gadiem piedzīvoja strauju izaugsmi. Šī rūpnieciskā paplašināšanās tika papildināta ar tehnoloģiskiem uzlabojumiem, tostarp zemspiediena un bezspiediena filtru izmantošanu lielām suspendētajām cietajām vielām, ozonēšanu dezinfekcijai un organisko vielu noārdīšanai, kā arī vairāku bioloģisko filtru, piemēram, iegremdēto filtru, sūcošo filtru, virzuļfiltru, rotējošu bioloģisko šķidruma slāņa filtru, cilindru, biofiltru kontaktoru, cilindru un biofiltra kontaktoru izstrādi. denitrifikācijas vienības. Ar šiem sasniegumiem RAS pakāpeniski nobriest un sāka komerciālu izmantošanu.
Amerikas Savienoto Valstu gadījums
Amerikas Savienotās Valstis ir saglabājušas vadošās pozīcijas gan fundamentālajos, gan lietišķajos RAS pētījumos, aptverot tādas jomas kā intensīvi audzētu sugu uzturs un fizioloģija, slimību profilakse un ūdens attīrīšanas tehnoloģijas. Galvenā US RAS iezīme ir to augstā automatizācijas un mehanizācijas pakāpe ūdens kvalitātes kontrolē. Datora atbalstītās sistēmas automātiski regulē izšķīdušā skābekļa, pH, vadītspēju, duļķainību un amonjaka līmeni, kā arī vides apstākļus, piemēram, temperatūru, mitrumu un gaismas intensitāti. Izmantojot savu progresīvo rūpniecisko bāzi, ASV ir plaši izmantotas augsto{8}tehnoloģiju iekārtas skābekļa padevei, bioloģiskai attīrīšanai, cieto vielu noņemšanai, šķirošanai un ražas novākšanai. Piemēram, eksperimentālajā RAS, ko izstrādājis Merilendas Universitātes Jūras biotehnoloģijas centrs, ir iekļauti anaerobās apstrādes procesi, kas ļoti atgādina sistēmas, ko izstrādājis uzņēmums Aquatec{10}}Solutions Dānijā.
4. Izaicinājumi un pretpasākumi rūpniecisko recirkulācijas akvakultūras sistēmu (RAS) attīstībai
(1) Nepietiekama telpu un aprīkojuma integrācija
Lai gan Ķīnas ūdens attīrīšanas, automātiskās padeves, dezinfekcijas un aerācijas iekārtas ir pakāpeniski pietuvojušās starptautiskajam progresīvajam līmenim, kopējā sistēmas integrācija joprojām ir nepietiekama. Lielu-uzņēmumu trūkums, kas spētu ražot pilnu RAS aprīkojuma komplektu, ir palielinājis būvniecības izmaksas un sarežģītību, tādējādi kavējot mājas iekārtu strauju attīstību.
(2) Nepieciešamība optimizēt specializēto kombinēto barību
Pašlaik Ķīnas ūdens barības maisījumi ir ļoti viendabīgi, un tiem trūkst specializētas barības, kas paredzēta RAS un noteiktām kultivētām sugām. Tas palielina ūdens attīrīšanas sistēmu darbības slogu un ietekmē lauksaimniecības veiktspēju. Ir nepieciešams izstrādāt sugām -specifiskas RAS barības ar labi-līdzsvarotu uzturu, zemu izskalošanās ātrumu un labvēlīgu barības konversijas koeficientu.
(3) Slimību profilaksei un kontrolei ir nepieciešama lielāka precizitāte
Augsta-blīvuma un augstas-efektivitātes lauksaimniecība palielina slimību uzliesmojumu risku, tiklīdz rodas sistēmas nelīdzsvarotība, un slēgtās sistēmās ir grūti likvidēt patogēnus. Sistēmas optimizācija ir jāuzlabo, lai uzlabotu buferizācijas kapacitāti, savukārt pētniecībai jākoncentrējas uz zivju fizioloģiju, reakciju uz stresu, agrīniem slimību indikatoriem un efektīviem slimību brīdināšanas mehānismiem.
(4) Ievērojams enerģijas patēriņa spiediens un izmaksu samazināšana
Lielas sākotnējās investīcijas būvniecībā un enerģijas patēriņš ir neizbēgami RAS izaicinājumi. Enerģijas taupīšanas pasākumi ir jāievieš gan aprīkojuma, gan sistēmas līmenī, tostarp zema enerģijas patēriņa filtru, CO₂ noņemšanas ierīču, notekūdeņu attīrīšanas tehnoloģiju un atjaunojamās enerģijas lietojumu, piemēram, saules, vēja un ūdens siltumsūkņu, izstrāde.
(5) Darbības un pārvaldības standartizācijas trūkums
Pašlaik Ķīnā nav vienotu RAS tehnisko standartu vai normu. Tā rezultātā sistēmas dizains, pārvaldības prakse un lauksaimniecības veiktspēja ir ļoti atšķirīga, un darbības kļūmes ir izplatītas. Ir svarīgi izveidot standartizētu tehnisko sistēmu veselīgai akvakultūrai, uzlabot procesu un pārvaldības standartus un veicināt standartizētas ražošanas demonstrējumu projektus.
(6) Nepieciešamība pēc pastiprinātiem pamata pētījumiem
Zinātniskā izpratne par vairākiem aspektiem joprojām ir nepietiekama, tostarp par kultivēto sugu veselības stāvokli augsta-blīvuma un specifiskos ūdens kvalitātes apstākļos, bioplēves struktūras izmaiņām sistēmas darbības laikā, barības vielu aprites mehānismiem un optimālām metodēm cieto daļiņu noņemšanai un nekaitīgai apstrādei. Šīs nepilnības kavē attiecīgo tehnoloģiju un iekārtu tālāku attīstību.
(7) Nākotnes attīstības tendences un iespējas
Neskatoties uz šiem izaicinājumiem, RAS piedāvā ievērojamas priekšrocības ražošanas efektivitātes, vides ilgtspējības un dzīvnieku labturības jomā. Tā kā tas ir zaļš, ekoloģisks, apļveida un efektīvs lauksaimniecības modelis, tas atbilst globālajām tendencēm uz zemu{1}}oglekļa attīstību. Paredzams, ka līdz ar Ķīnas zivsaimniecības modernizāciju, ekoloģiskās civilizācijas attīstību un oglekļa neitralitātes mērķu paātrināšanu RAS ieies jaunā straujas attīstības fāzē.