Pramoninė recirkuliacinė akvakultūros sistema (RAS), kaip besiformuojanti akvakultūros technologija, kurią skatina nacionalinės žuvininkystės politikos kryptys, užtikrina akvakultūros intensyvumą, didelį efektyvumą ir aplinkos tvarumą integruojant pramoninę inžinerinę įrangą ir aplinkos kontrolės technologijas. Jopagrindiniai privalumaiapima:vandens perdirbimas sutaupo daugiau nei 90 % vandens, nepriklausomybė nuo regioninių ir sezoninių apribojimų, tikslus pagrindinių aplinkos veiksnių, tokių kaip vandens temperatūra ir ištirpęs deguonis, reguliavimas, žymiai pagerinantis žemės produktyvumą ir pašarų konversijos greitį.. Ji pripažįstama kaip esminė tvarios akvakultūros plėtros kryptis. Jam būdingos „didelės investicijos, didelis tankis ir didelė produkcija“, platų jo naudojimą riboja tokie veiksniai kaip didelės pradinės investicijos (įrenginių ir įrangos sąnaudos) ir didelės techninės kliūtys (sėklų aklimatizacija ir vandens kokybės valdymas).
Mandarinų žuvis (Siniperca chuatsi), kaip didelės-vertės gėlavandenių akvakultūros rūšių, tradicinio ūkininkavimo iššūkiai, pvz., dažnos ligos, vandens kokybės kontrolės sunkumai ir nestabilus derlius. Šiuo metu pramoninių mandarinų žuvų RAS techninių atsargų vis dar nepakanka, ypač trūksta sistemingos praktikos tokiose srityse kaip auginimo procesų optimizavimas, specialios įrangos projektavimas ir vandens valymo procesai. Šiame tyrime pagrindinis dėmesys skiriamas efektyviam vandens išteklių perdirbimui ir naudojimui, siekiant sukurti proceso įrangos sistemą, skirtą pramoninei mandarinų žuvų{3}}akvakultūrai. Optimizuojant mažo-trikdymo atliekų išleidimo įrenginius ir integruojant įrangos sujungimo technologiją, atliekami eksperimentiniai pagrindinių rodiklių, pvz., vandens valymo efektyvumo ir biologinės{6} apkrovos pajėgumo, tyrimai. Tikslas – sukurti pakartojamą techninį sprendimą, kuris padėtų aukštos kokybės-mandarinų žuvų auginimo pramonės plėtrai.
1. Pramoninės recirkuliacinės akvakultūros proceso eiga
Pramoninės RAS esmė – pasiekti dinamišką vandens balansą ir perdirbti naudojant uždarą{0}}ciklo procesąfizinis filtravimas - biologinis valymas - dezinfekcija ir prisotinimas deguonimi". "Žuvies auginimas prasideda nuo vandens auginimo"; tokie parametrai kaip vandens srauto greitis, temperatūra, pH, amoniako azoto koncentracija ir ištirpusio deguonies lygis tiesiogiai veikia mandarinų žuvų augimo aplinką. Šios sistemos dizainas atitinka "mažų sistemų, kelių vienetų" principą. Jos pagrindinė logika yra tokia: greitesnis srautas gali pagerinti sistemos apdorojimo efektyvumą, sumažinti didelių kietųjų dalelių atliekų suskaidymą ir mažesnę apdorojimo seką "skysčių valymo" seka → teršalų šalinimas seka energijos suvartojimą → „didelis dalelių dydis → mažas dalelių dydis“, o filtravimo ir dezinfekcijos procesai yra sujungti nuosekliai.
Kaip parodyta1 pav, sistemos srautas yra toks: drenažas iš kultivavimo rezervuaro yra apdorojamas, kad būtų pašalintos didelės kietųjų dalelių atliekos, patenka į stambios ir smulkios filtravimo stadijas, kad būtų pašalintos smulkios skendinčios kietosios dalelės, tada praeina per biofiltrą, kad suskaidytų kenksmingas medžiagas, tokias kaip amoniakinis azotas, ir galiausiai, po dezinfekcijos ir prisotinimo deguonimi, grįžta į kultūrų baką, užtikrinant kontroliuojamą vandens kokybę ir vandens perdirbimą viso proceso metu.
2. Mandarinų žuvų akvakultūros įrenginių ir įrangos projektavimas ir tyrimai
Tradicinis akvakultūros objektų projektavimas dažnai priklauso nuo patirties, todėl lengvai atsiranda neveiksminga įranga ir išlaidos. Kaip parodyta2 pav, šis tyrimas, pagrįstas masės balanso principu, sukuria didžiausios mandarinų žuvies biomasės keliamosios galios modelį. Apskaičiuojant didžiausią šėrimo normą, bendrąsias atliekas ir amoniakinio azoto gamybą, pasiekiamas mokslinės įrangos pasirinkimas. Kaip atvejo tyrimą naudojant Mandarin žuvų auginimo įmonę Dziangsi mieste, daugiausia dėmesio buvo skirta mažo-trikdymo atliekų išleidimo įrenginio ir įrangos jungčių sistemos optimizavimui. Dirbtuvių išdėstymas parodytas3 pav. Mandarinų žuvims skirtos sausumos -pramoninės RAS išdėstymas parodytas4 pav.
2.1 Kultūros vandens recirkuliacijos parametrų projektavimas
Recirkuliacijos greitis yra veiksmingo sistemos veikimo pagrindas ir turi būti visapusiškai nustatytas atsižvelgiant į mandarinų žuvų tankumą, vandens tūrį ir vandens valymo pajėgumus.
Vandens recirkuliacijos tūrio skaičiavimo formulė:Q = V × N
Čia: Q yra vandens recirkuliacijos tūris (m³/h);
V – kultūros vandens tūris (m³);
N – recirkuliacijų skaičius per dieną (kartai per dieną).
Kultūros rezervuaro dizainas: Vieno bako skersmuo 6 m, aukštis 1,2 m, kūgio dugno aukštis 0,3 m.
Apskaičiuotas tūris π×3²×1.2 + 1/3×π×3²×0,3 ≈ 33,91 m³, faktinis kultūros vandens tūris yra apie 30 m³. Viename ceche yra 10 kultūrinių rezervuarų, bendras vandens tūris 300 m³.
Veikimo parametrai: Recirkuliacijos greitis N nustatytas 3-5 kartus per dieną; makiažo vandens cirkuliacija yra 10% viso vandens tūrio (siekiant kompensuoti išgaravimo ir išleidimo nuostolius), koreguojama realiuoju laiku naudojant internetinį stebėjimą.
2.2 Kultūros rezervuaro ir atliekų išleidimo įrenginio dizainas
Kaip parodyta5 pav, kultūros bakas sukurtas siekiant „greito atliekų išleidimo ir vienodo vandens paskirstymo“, naudojant apvalų bako korpusą kartu su kūgio dugno konstrukcija. Apačioje sumontuotas „Žuvies tualeto“ įrenginys, kad būtų išleidžiamos mažai-trukdymo atliekos. Žuvies tualetas buvo optimizuotas taip:
- Įleidimo / išleidimo vamzdžio skersmuo standartizuotas iki 200 mm, kad padidėtų srauto greitis.
- Dengiamoji plokštė turi besisukantį supaprastintą dizainą, kad padidėtų sukamasis dugno nuosėdų praplovimo efektas ir pagerintų savaiminio{0}}valymosi galimybes.
3. Kietųjų dalelių apdorojimo proceso projektavimas ir tyrimai
Kietosios dalelės apdorojamos pagal dydį klasifikuojant, naudojant trijų{0}}pakopų „išankstinio apdorojimo - šiurkščiavilnių filtravimo - smulkų filtravimą“ procesą. Konkretūs parametrai nurodyti1 lentelė.
3.1 Pirminio apdorojimo procesas
Naudoja vertikalaus srauto nusodintuvą, susietą su kultivavimo bako šoninėmis-nuleidimo ir apatinėmis-nuleidimo sistemomis, naudojant gravitacinį atskyrimą, kad pašalintų daleles, kurių dydis yra didesnis nei 100 μm. Nusodintuvas yra tiesiogiai prijungtas prie kultivavimo rezervuaro, kad sumažintų transportavimo vamzdynu nuostolius ir sumažintų tolesnių filtravimo etapų apkrovą.
3.2 Grubus filtravimo procesas
Kaip parodyta6 pav, stambaus filtravimo proceso centras yra mikroekrano būgniniame filtre. Projektavimo principai apima: įrangos išdėstymą šalia kultivavimo rezervuarų, kad sutrumpėtų dujotiekio ilgis ir sumažėtų energijos sąnaudos.
Naudojant PLC valdymo sistemą automatiniam atgaliniam plovimui pasiekti (4-6 kartus per dieną), suderinta su vandens kokybės stebėjimu internetu, kad būtų galima reguliuoti parametrus realiuoju laiku.
Naudojant gravitacijos srauto konstrukciją, siekiant sumažinti siurblio energijos suvartojimą ir sumažinti eksploatavimo išlaidas.
3.3 Smulkaus filtravimo procesas
Kaip parodyta7 pav, smulkaus filtravimo procesas dar labiau išvalo vandens kokybę per sinergetinį biofiltro ir dezinfekavimo įrangos veikimą.
- Biofiltras: pasirenka didelės-specifinės-paviršiaus-terpes, hidraulinio sulaikymo laikas 1–2 val., palaiko ištirpusio deguonies koncentraciją daugiau nei 5 mg/L, skaido amoniakinį azotą ir nitritus.
- Dezinfekcijos įranga: Ultravioletinis sterilizatorius (dozė 3–5 × 10⁴ μW·s/cm²) arba ozono generatorius (koncentracija 0,1–0,3 mg/L, sąlyčio laikas 10–15 min.) patogeniniams mikroorganizmams naikinti.
- Deguonies tiekimo sistema: grynas oksigenatorius, naudojamas kartu su aeratoriais, kad būtų užtikrintas stabilus ištirpusio deguonies lygis.
4. Vamzdynų išdėstymas ir valdymo sistema
4.1 Dujotiekio išdėstymo dizainas
Vamzdynai pagal funkcijas skirstomi į keturis tipus: vandens tiekimas, recirkuliacija, atliekų išleidimas ir papildomas vanduo. Projektavimo principai: optimizuokite išdėstymą, sutelktą aplink kultūros bakus, sumažinkite alkūnes ir vamzdyno ilgį, kad sumažintumėte galvos praradimą; užtikrinti subalansuotą įtekėjimą ir ištekėjimą, kad būtų išlaikytas stabilus vandens lygis kultūros rezervuaruose; atliekų išleidimo vamzdžiai turi nuolydį (didesnis arba lygus 3%), kad būtų lengviau surinkti atliekas savarankiškai.
4.2 Valdymo sistemos projektavimas
Sistema taiko uždaro{0}}ciklo architektūrą „Sensors - Controller - Actuators“, kaip parodyta8 pav. Pagrindinės funkcijos apima:
- Vandens kokybės stebėjimas realiuoju laiku-: duomenų rinkimas internetu naudojant ištirpusio deguonies, pH ir amoniakinio azoto jutiklius.
- Įrangos sujungimo valdymas: Automatinis mikroekrano atgalinio plovimo, oksigenatoriaus galios ir dezinfekavimo įrangos veikimo trukmės reguliavimas pagal vandens kokybės parametrus.
- Gedimas įspėjimas: garsiniai ir vaizdiniai pavojaus signalai, suaktyvinti dėl neįprastų parametrų, nusiunčiami į valdymo terminalus per Ethernet arba belaidį ryšį.
5. Įrangos veikimo bandymo duomenų analizė
Kaip parodyta9 pav, šešių mėnesių{0}}bandomoji operacija buvo atlikta Mandarinų žuvų auginimo bazėje Jiangxi mieste. Sistema nepatyrė jokių vandens valymo sutrikimų, o stebėjimo ir išankstinio įspėjimo sistema veikė stabiliai.
Taikymo metu vandens valymo sutrikimų nenustatyta, stebėjimo, išankstinio įspėjimo ir kontrolės sistema veikė stabiliai. Aeracija kultūros rezervuaruose buvo naudojama kartu su ištirpusio deguonies kontrole ūkininkavimo proceso metu. Pagrindinės įrangos veikimo įvertinimas parodytas2 lentelė.
Bandymo metu gyvulių tankumas siekė 50-60 žuvų/m³, išgyvenamumas didesnis arba lygus 90%, augimo tempas, lyginant su tradiciniu ūkininkavimu, padidėjo 20%, o vandens perdirbimo lygis siekė 92%, todėl buvo pasiekti energijos taupymo ir emisijų mažinimo tikslai.
6. Santrauka
Sausumos -pramoninis RAS, skirtas Mandarin Fish, pasiekia akvakultūros tikslus: „vandens taupymą, didelį efektyvumą ir aplinkos apsaugą“, integruodama inžinerines, įrenginių{1}}ir skaitmenines{2}}išmaniąsias technologijas. Šio tyrimo naujovės slypi: optimizuojant įrangos pasirinkimą remiantis biomasės talpos modeliu, siekiant pagerinti sistemos suderinimą; mažo-trikdymo atliekų išleidimo įrenginio tobulinimas, siekiant padidinti atliekų šalinimo efektyvumą; įrangos sujungimo valdymo sistemos sukūrimas, siekiant tiksliai reguliuoti vandens kokybę.
Šią sistemą galima propaguoti ir pritaikyti kitiems gėlavandenių žuvų augintojams, suteikiant techninę atskaitą intensyvinant akvakultūros transformaciją. Ateityje reikia dar labiau sumažinti įrangos sąnaudas ir optimizuoti jutiklių veikimą, kad būtų padidintas technologijos skverbties greitis.