Gėlavandenių žuvų augimo efektyvumo ir vandens kokybės kontrolės technologija recirkuliacinėje akvakultūros sistemoje
Nuolat tobulėjant akvakultūros pramonei ir vis griežtėjant aplinkos apsaugos reikalavimams, tradiciniai akvakultūros modeliai susiduria su daugybe problemų, tokių kaip aplinkos tarša, vandens išteklių švaistymas ir prastėjanti produktų kokybė. Recirkuliacinė akvakultūros sistema (RAS), kaip naujo tipo akvakultūros metodas, turi pranašumų, įskaitant vandens išsaugojimą, žemės taupymą, didelį gyvulių tankumą, aplinkos valdymą ir sumažintą nuotekų išmetimą. Jis atitinka dabartinius nacionalinius strateginius žiedinės ekonomikos ir energijos taupymo bei išmetamųjų teršalų mažinimo reikalavimus, o tai yra svarbi akvakultūros pramonės pertvarkos ir plėtros kryptis ir tapo itin svarbiu tvarios šiuolaikinės žuvininkystės plėtros modeliu. RAS akvakultūros vanduo recirkuliuojamas po fizinio filtravimo, biologinio valymo, vėdinimo, dezinfekcijos ir kitų apdorojimų, dėl kurių sistema turi nuolat palaikyti žuvims augti tinkamas vandens kokybės sąlygas. Kaip tiesioginė žuvų išlikimo aplinka, įvairių vandens kokybės parametrų svyravimai tiesiogiai veikia žuvų fiziologines funkcijas, medžiagų apykaitos efektyvumą ir atsparumą ligoms, galiausiai pasireiškiančiais augimo našumo skirtumais. Todėl nuodugniai tyrinėjant esminį ryšį tarp vandens kokybės kontrolės ir gėlavandenių žuvų augimo rodiklių RAS, yra didelė teorinė ir praktinė svarba gerinant akvakultūros efektyvumą ir skatinant sveiką pramonės plėtrą.
1 Recirkuliacinės akvakultūros sistemos apžvalga
Recirkuliacinės akvakultūros modelis yra ūkininkavimo būdas, kai kultūrinis vanduo yra recirkuliuojamas po apdorojimo per fizikinius, cheminius ir biologinius filtravimo procesus. Recirkuliacinės akvakultūros technologijos tyrimai pradėti anksčiau užsienyje. 1960-aisiais tokios šalys kaip JAV, Nyderlandai ir Danija pradėjo atitinkamus tyrimus. JAV daugiausia naudojo jį vaivorykštinių upėtakių, dryžuotųjų ešerių ir juodųjų jūros ešerių auginimui; Nyderlandai jį daugiausia naudojo europiniams unguriams ir afrikiniams šamams; Danijos recirkuliacinė akvakultūros proceso sistema buvo lauko pusiau{4}}uždara sistema, daugiausia naudojama vaivorykštiniams upėtakiams auginti.
Kinija devintajame dešimtmetyje pristatė užsienio recirkuliacinės akvakultūros technologijas ir įrenginius. Dėl didelių investicijų ir eksploatacijos kaštų dauguma pristatytų objektų buvo greitai apleisti. 1988 m. Kinijos žuvininkystės mokslų akademijos Žuvininkystės mašinų ir prietaisų tyrimų institutas, remdamasis Vakarų Vokietijos technologijomis, suprojektavo ir pastatė pirmąjį Kinijoje recirkuliacinės akvakultūros gamybos cechą. Pastaraisiais metais Kinijos mokslininkai, tokie kaip Qu Kemingas, pasiūlė aukšto, vidutinio ir žemo lygio recirkuliacinės akvakultūros technologijų modelius, pagrįstus skirtingais įvairių tipų akvakultūros įmonių poreikiais, ir reklamavo juos pakrantės zonose; Liu Bo iš Heilongdziango provincijos žuvininkystės technologijų išplėtimo stoties pasiūlė „konteinerių“ recirkuliacinės akvakultūros technologiją ir modelius; Profesorius He Xugang iš Huazhongo žemės ūkio universiteto pasiūlė tvenkinio „nulinės iškrovos“ ekologišką ir veiksmingą „nelaisvės“ akvakultūros modelį.
Recirkuliaciniai akvakultūros modeliai daugiausia skirstomi į tokius tipus kaip „lenktynių takas“, „konteineris“ ir „nelaisvė“. Kaip pavyzdį paėmus akvakultūros „lenktynės“ modelį, jį sudaro srautas-per rezervuarą, atliekų surinkimo zona, vėdinimo įrenginiai, nukreipimo įrenginiai, valymo zona, pelkė ir kiti komponentai. Mažą-vandens-vandens telkinio-stūmimo akvakultūros plotą sudaro stačiakampiai rezervuarai, užimantys 2–5 % tvenkinio ploto. Pastaraisiais metais vidaus srautas-per rezervuarą paprastai yra 20 m ilgio, 4 m pločio ir 2,5 m aukščio, o 1–2 rezervuarai įrengti 6670 m² vandens telkinio. Pagrindinis komponentas yra vandens{17}}stūmimo aeravimo įranga. Ankstyvosiose versijose buvo naudojami sparnuotės įtaisai vandens stūmimui ir vėdinimo įrenginiai deguoniui prisotinti, tačiau dabar dauguma naudoja oro kėlimo įrangą, kurią sudaro orapūtės, mikroporiniai aeravimo vamzdeliai ir pertvaros. Paprastai kiekvienam trims rezervuarams statomi du tarpusavyje sujungti 10 m³ povandeniniai atliekų surinkimo rezervuarai, išdėstyti galiniame srauto -per rezervuarus, skirtus atliekoms surinkti iš kultūros teritorijos, gale. Didelė-vandens-vandens telkinio ekologinio valymo zona užima 95–98 % tvenkinio ploto, su nukreipimo pylimais ir vandens gyliu virš 2 m. Šioje srityje daugiausia auginamos filtruojamos{30}}maitinančios žuvys, o vandens augalų aprėptis kontroliuojama 20–30 % valymo ploto. Jame sumontuoti irkliniai aeratoriai, sparnuotės aeratoriai, bangų -darymo mašinos ir kt., o jei reikia, pridedami mikrobų preparatai.
2 Recirkuliacinės akvakultūros modelio įtaka gėlavandenių žuvų augimo rezultatams
2.1 Augimo tempas
Recirkuliacinės akvakultūros modelis gali užtikrinti gana stabilią gėlavandenių žuvų augimo aplinką, o tai padeda pagerinti augimo tempus. Tradicinėje tvenkinių akvakultūroje vandens kokybei didelę įtaką daro išoriniai aplinkos veiksniai, tokie kaip temperatūra ir krituliai, kurie gali lengvai sukelti vandens kokybės svyravimus ir turėti įtakos žuvų augimui. Recirkuliacinės akvakultūros modelyje vandens kokybės kontrolės sistema gali palaikyti santykinai stabilius vandens kokybės parametrus, tokius kaip vandens temperatūra, ištirpęs deguonis ir pH vertė, sukurdama tinkamas augimo sąlygas žuvims. Pavyzdžiui, akvakultūros modelyje „lenktynių tako“ vandens srauto greitis sraute-per rezervuarą gali būti reguliuojamas naudojant vandens-stūmimo aeravimo įrangą. Tinkamas srauto greitis gali paskatinti žuvų judėjimą, pagerinti fizinį pasirengimą, padidinti pašarų suvartojimą ir paspartinti augimą.
2.2 Pašarų panaudojimo rodiklis
Recirkuliacinės akvakultūros modelis gali pagerinti gėlavandenių žuvų pašarų panaudojimo greitį. Tradicinėje akvakultūroje, išdalinus pašarus, kai kurie pašarai nugrimzta į dugną nesuvartodami ir sukelia atliekų. Tuo tarpu į dugną nugrimzdęs pašaras suyra ir gamina kenksmingas medžiagas, kurios turi įtakos vandens kokybei. Recirkuliaciniame akvakultūros modelyje dėl vandens tėkmės poveikio pašarai gali geriau pasiskirstyti vandenyje, todėl žuvys lengviau suvartoja, todėl sumažėja pašarų atliekų. Be to, valymo įrenginiai, tokie kaip biofiltrai recirkuliacinėje akvakultūros sistemoje, gali pašalinti organines medžiagas, pvz., pašarų likučius ir išmatas, iš kultūros vandens, taip sumažinant kenksmingų medžiagų, tokių kaip amoniakinis azotas ir nitritinis azotas, kiekį vandenyje. Tai sumažina šių kenksmingų medžiagų poveikį žuvų virškinimo ir pasisavinimo funkcijoms, todėl pagerėja pašaro panaudojimo greitis.
2.3 Produkto kokybė
Recirkuliacinis akvakultūros modelis padeda pagerinti gėlavandenių žuvų produktų kokybę. Tradicinėje akvakultūroje žuvys yra jautrios patogenams, pvz., parazitams ir bakterijoms, užkrėsti, o tai lemia ligų atsiradimą ir kenkia produktų kokybei. Recirkuliacinės akvakultūros modelyje tokios priemonės kaip vandens kokybės kontrolė ir dezinfekcija gali veiksmingai sumažinti patogenų skaičių vandenyje ir sumažinti žuvų ligų riziką. Tuo pačiu metu santykinai švari žuvų augimo aplinka recirkuliaciniame akvakultūros modelyje sumažina nepageidaujamų kvapų, tokių kaip purvo kvapas, susidarymą, todėl pagerėja produkto skonis ir kokybė.
3 Pagrindiniai vandens kokybės kontrolės parametrai ir metodai recirkuliacinės akvakultūros modelyje
3.1 Pagrindiniai parametrai
3.1.1 Ištirpęs deguonis
Ištirpęs deguonis yra vienas iš svarbių vandens kokybės parametrų, turinčių įtakos žuvų augimui. Žuvims augimo metu reikia pakankamai deguonies kvėpuoti. Nepakankamas ištirpusio deguonies kiekis gali sukelti lėtą augimą, susilpninti imunitetą ir net mirtį. Paprastai ištirpusio deguonies kiekis recirkuliacinėse akvakultūros sistemose turėtų būti didesnis nei 5 mg/l.
3.1.2 Amoniakinis azotas
Amoniakinis azotas yra vienas iš pagrindinių akvakultūros vandens teršalų, daugiausia atsirandantis dėl žuvų ekskrementų ir pašarų likučių irimo. Amoniakinis azotas yra labai toksiškas žuvims, pažeidžia žiaunų audinį, nervų sistemą ir imuninę sistemą, turi įtakos augimui ir išgyvenimui. Amoniako azoto koncentracija recirkuliacinėse akvakultūros sistemose turi būti kontroliuojama mažesnė nei 0,5 mg/l.
3.1.3 Nitritinis azotas
Nitritinis azotas yra tarpinis produktas, susidarantis nitrifikuojant amoniakinį azotą ir turi tam tikrą toksiškumą. Nitritinis azotas žuvų kraujyje jungiasi su hemoglobinu, sumažindamas žuvų deguonies -nešiojimą ir sukeldamas žuvų hipoksiją bei uždusimą. Nitrito azoto koncentracija recirkuliacinėse akvakultūros sistemose turi būti kontroliuojama žemiau 0,1 mg/l.
3.1.4 pH vertė
pH vertė yra svarbus rodiklis, atspindintis vandens rūgštingumą ar šarmingumą ir turi reikšmingos įtakos žuvų augimui bei fiziologinėms funkcijoms. Recirkuliacinėse akvakultūros sistemose pH vertė turi būti nuo 7,0 iki 8,5.
3.2 Vandens kokybės kontrolės metodai
3.2.1 Fizinė kontrolė
Fizinė kontrolė daugiausia apima tokias priemones kaip filtravimas, sedimentacija ir aeracija. Filtravimas yra veiksmingas būdas pašalinti iš vandens kietąsias medžiagas ir kietąsias daleles. Dažniausiai naudojama filtravimo įranga apima mikroekranius ir smėlio filtrus. Sedimentacija naudoja gravitaciją, kad vandenyje esančios kietosios dalelės nusėstų į dugną ir taip išvaloma vandens kokybė. Aeracija yra svarbi vandenyje ištirpusio deguonies kiekio didinimo priemonė. Dažniausiai naudojama vėdinimo įranga apima orapūtes, irklinius aeratorius ir sparnuotės aeratorius.
3.2.2 Cheminė kontrolė
Cheminė kontrolė daugiausia apima cheminių medžiagų įdėjimą į vandenį vandens kokybei reguliuoti. Pavyzdžiui, kai amoniakinio azoto ir nitrito azoto koncentracija vandenyje yra per didelė, gali būti pridedami nitrifikacinių bakterijų preparatai, skatinantys nitrifikacijos reakcijas ir sumažinti amoniakinio azoto bei nitrito azoto kiekį; kai vandens pH vertė per žema, pH vertei pakelti galima naudoti negesintas kalkes.
3.2.3 Biologinė kontrolė
Biologinei kontrolei vandens kokybei išvalyti naudojami mikroorganizmai, vandens augalai ir kiti organizmai. Mikroorganizmai gali skaidyti vandenyje esančias organines medžiagas, kenksmingas medžiagas, tokias kaip amoniakinis ir nitritinis azotas, paversdami nekenksmingomis medžiagomis. Dažniausiai naudojami mikrobų preparatai yra fotosintetinės bakterijos, Bacillus ir nitrifikuojančios bakterijos. Vandens augalai gali iš vandens pasisavinti maistines medžiagas, tokias kaip azotas ir fosforas, taip sumažindami eutrofikaciją, taip pat suteikdami buveines ir šešėlį žuvims. Įprasti vandens augalai yra vandens hiacintas, aligatorius ir elodėja.
4 Koreliacija tarp gėlavandenių žuvų augimo ir vandens kokybės kontrolės recirkuliacinės akvakultūros modelyje
4.1 Ištirpęs deguonis ir augimo efektyvumas
Kai vandenyje pakanka ištirpusio deguonies, žuvų kvėpavimas funkcionuoja normaliai, medžiagų apykaita energinga, didėja pašarų suvartojimas, spartėja augimo tempai. Ir atvirkščiai, sulėtėja medžiagų apykaita, o augimo greitis mažėja. Recirkuliacinės akvakultūros modelyje pagrįstos aeracijos priemonės palaiko stabilų ištirpusio deguonies kiekį vandenyje, užtikrina gerą kvėpavimo aplinką žuvims ir skatina jų augimą bei vystymąsi.
4.2 Amoniakinis azotas, nitritinis azotas ir augimo efektyvumas
Amoniakinis azotas ir nitritinis azotas yra akvakultūros vandenyje esančios toksiškos medžiagos, kurios labai kenkia žuvų augimui ir išlikimui. Didelė amoniakinio azoto koncentracija pažeidžia žuvų žiaunų audinį, paveikia kvėpavimo funkciją; jie taip pat pažeidžia žuvų nervų ir imuninę sistemą, mažina jų atsparumą ligoms. Recirkuliaciniame akvakultūros modelyje valymo įrenginiai, tokie kaip biofiltrai, gali greitai pašalinti iš vandens amoniakinį azotą ir nitritinį azotą, sumažinant jų toksinį poveikį žuvims ir užtikrinant sveiką žuvų augimą.
4.3 pH vertė ir augimo efektyvumas
PH vertė turi didelę įtaką žuvų augimui ir fiziologinėms funkcijoms. Skirtingos žuvų rūšys turi skirtingus prisitaikymo pH intervalus. Recirkuliacinės akvakultūros modelyje reguliariai tikrinama vandens pH vertė, o remiantis bandymų rezultatais imamasi atitinkamų koregavimo priemonių.
5 Recirkuliacinės akvakultūros modelio plėtros tendencijos ir iššūkiai
5.1 Pažangios ir tikslios plėtros kryptis
Tobulėjant daiktų internetui, dideliems duomenims ir dirbtinio intelekto technologijoms, recirkuliacinės akvakultūros modelis vystosi link intelekto ir tikslumo. Integruojant tokias sistemas kaip vandens kokybės stebėjimas internetu, automatinis šėrimas ir įrangos valdymas, galima reguliuoti kultūrinę aplinką realiuoju laiku ir automatizuoti gamybos proceso valdymą.
5.2 Mažai-anglies dioksido išskiriančių aplinkos apsaugos ir tvaraus vystymosi kelias
Recirkuliacinės akvakultūros modelis atitinka mažai anglies dioksido į aplinką išskiriančios aplinkos apsaugos ir tvaraus vystymosi reikalavimus taupant vandenį, taupant energiją ir mažinant taršą. Ateityje reikia dėti pastangas toliau optimizuoti vandens valymo procesus, sumažinti energijos suvartojimą ir sąnaudas bei pagerinti sistemos stabilumą ir veikimą. Pavyzdžiui, atsinaujinantys energijos šaltiniai, tokie kaip saulės ir vėjo energija, gali būti naudojami elektros energijai tiekti, sumažinant anglies dvideginio išmetimą; mikrobų kuro elementų technologija gali būti naudojama organinių medžiagų panaudojimui energijai pasiekti nuotekose, kuriant integruotą „akvakultūros-energijos-aplinkos apsaugos“ sistemą.
5.3 Iššūkiai ir atsakomosios priemonės
Dabartinis recirkuliacinės akvakultūros modelis vis dar susiduria su tokiais iššūkiais kaip didelės investicijos, techninis sudėtingumas ir aukšti valdymo reikalavimai. Būtina stiprinti technologinius tyrimus ir plėtrą bei integruotas inovacijas, kad būtų sumažintos sistemos statybos ir eksploatavimo išlaidos; tobulinti standartinę sistemą ir veiklos specifikacijas siekiant pagerinti ūkininkų techninį lygį; ir stiprinti politikos paramą bei finansines investicijas, skatinančias recirkuliacinės akvakultūros modelių taikymą kaimo vietovėse.
6 Išvada ir perspektyva
Recirkuliacinis akvakultūros modelis, taikant pagrįstą vandens kokybės kontrolę, palaiko stabilius pagrindinių vandens kokybės parametrų, tokių kaip ištirpusio deguonies, amoniakinio azoto, nitrito azoto ir pH vertės, lygius. Tai sukuria gerą gėlavandenių žuvų augimo aplinką, pagerina jų augimo greitį, pašarų panaudojimą ir produktų kokybę. Šiuo metu praktiškai taikant recirkuliacinį akvakultūros modelį, vis dar iškyla problemų, tokių kaip prastas atliekų surinkimo efektyvumas dėl kultūros rezervuaro struktūros įtakos hidrodinaminėms charakteristikoms, nestabilus biofiltrų apdorojimo efektyvumas. Būsimi tyrimai turėtų dar labiau optimizuoti kultūros rezervuaro struktūrą, kad būtų pagerintas atliekų surinkimo efektyvumas; stiprinti bioplėvelės augimo reguliavimo ir vandens cirkuliacijos optimizavimo tyrimus, siekiant pagerinti biofiltrų valymo efektyvumą; tuo pačiu metu sujunkite pažangias technologijas, kad realiuoju laiku būtų galima stebėti ir automatiškai valdyti vandens kokybės parametrus, toliau tobulinti mokslinį ir tikslų recirkuliacinės akvakultūros modelio pobūdį ir skatinti tvarią gėlavandenių žuvų akvakultūros pramonės plėtrą.