Recirkuliacinių akvakultūros sistemų (RAS) analizė siekiant padidinti akvakultūros efektyvumą
*Nacionaliniame žuvininkystės plėtros plane 14-ajam penkerių{1}}metų plano laikotarpiui* aiškiai raginama plėtoti išmaniąją žuvininkystę, skatinti akvakultūros įrangos modernizavimą ir didinti veisimo efektyvumą bei išteklių naudojimo lygį. Tradiciniai tvenkinių akvakultūros modeliai susiduria su tokiais iššūkiais kaip didelis vandens naudojimas, didelis žemės užėmimas ir poveikis aplinkai, todėl sunku patenkinti šiuolaikinės akvakultūros plėtros poreikius. Recirkuliacinė akvakultūros sistema (RAS), kaip naujas intensyvaus ūkininkavimo modelis, naudoja vandens valymo ir perdirbimo technologijas, kad būtų pasiektas didelio-tankio vandens organizmų auginimas santykinai uždaroje aplinkoje, o tai suteikia aiškių techninių pranašumų.
1. Recirkuliacinių akvakultūros sistemų apžvalga
1.1 Pagrindinės sąvokos ir struktūriniai komponentai
Recirkuliacinė akvakultūros sistema (RAS) – tai labai intensyvus modernus akvakultūros modelis, kuriuo vandens organizmai auginami dideliu{0}}tankiu santykinai uždaroje aplinkoje naudojant vandens valymo ir perdirbimo technologijas. RAS pirmiausia susideda iš trijų funkcinių modulių: kultūros bloko, vandens valymo įrenginio ir vandens kokybės stebėjimo ir kontrolės bloko.
1.2 Darbo principas
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) ir amoniakinis azotas (<0.5 mg/L), which are regulated via automated control devices to maintain the optimal culture environment
2. RAS gamybos efektyvumo analizė
2.1 Vandens aplinkos kontrolės pajėgumas
RAS vandens aplinkos kontrolės galimybes daugiausia atspindi tikslus vandens kokybės parametrų reguliavimas ir greitas reagavimas į aplinkos veiksnius. Šis tyrimas, atliktas didelės apimties RAS bazėje su trimis lygiagrečiomis bandymų sistemomis (kiekviena po 50 m³, gyvulių tankis 25 kg/m³), 180 dienų nepertraukiamai stebėjo duomenis, o rezultatai buvo1 lentelė.
Duomenys rodo, kad RAS ypač gerai reguliuoja ištirpusio deguonies reguliavimą. Net esant didžiausiam deguonies suvartojimui naktį, idealus lygis palaikomas dėl sinerginio kintamo dažnio pavaros (VFD) siurblių ir mikroporinės aeracijos poveikio. pH reguliavimas, naudojant internetinį stebėjimą kartu su automatine šarmų dozavimo sistema, parodė gerą nuolatinio stebėjimo rezultatų stabilumą. Amoniakiniam azotui šalinti biofiltro nitrifikacijos efektyvumas standartinėmis sąlygomis buvo žymiai pagerintas lyginant su įprastais metodais.
Temperatūros valdymas, pasiektas naudojant titano vamzdinius šilumokaičius su PID valdymo algoritmais, išlaikė vandens temperatūrą stabilią net esant dideliems aplinkos temperatūros svyravimams.
Per 180 dienų nepertraukiamo veikimo, visų sistemos vandens kokybės rodiklių atitikties laipsnis ir stabilumas buvo žymiai pagerintas, palyginti su tradicinės kultūros modeliais, visapusiškai įrodant techninius RAS pranašumus ir taikymo vertę vandens aplinkos kontrolėje. Be to, pagrindinių vandens kokybės rodiklių atitikties rodiklis siekė 98,5%, o pagrindinių rodiklių, tokių kaip ištirpęs deguonis, pH ir amoniakinis azotas, stabilumas buvo 47% didesnis nei tradicinėje kultūroje.
2.2 Biologinio augimo efektyvumas
Šiame tyrime buvo pasirinktas gėlavandenis amūras (Ctenopharyngodon idella), siekiant palyginti augimo efektyvumo skirtumus tarp RAS ir tradicinės tvenkinių kultūros. Bandomąją grupę sudarė trys 50 m³ RAS įrenginiai, o kontrolinė grupė naudojo tris 500 m² standartinius kultūros tvenkinius, abu per 180 dienų ciklą (duomenys pateikti2 lentelė).
Rezultatai parodė, kad tiksli aplinkos kontrolė ir šėrimo valdymas RAS žymiai pagerino amūrų augimo rezultatus. Nuolatinis temperatūros poveikis ir vandens kokybės stabilumas skatino šėrimo aktyvumą ir pagerino pašarų konversijos efektyvumą.
2.3 Priemonės ir įrangos eksploatavimo efektyvumas
RAS veikimo efektyvumas visų pirma vertinamas pagal visapusį energijos suvartojimo indeksą (IEC), kuris apskaičiuojamas taip:
IEC=(P × T × η) / (V × Y)
Kur:
IEC=Bendrasis energijos suvartojimo indeksas (kW·h/kg)
P=Bendra įdiegtos sistemos galia (kW)
T=Veikimo laikas (h)
η=Įrangos apkrovos koeficientas
V=Kultūrinio vandens tūris (m³)
Y=Vandens tūrio vieneto išeiga (kg/m³)
Eksploatacinių duomenų analizė parodė šiuos pagrindinius pagrindinių RAS įrangos veikimo parametrus: siurblių sistemos veikimo efektyvumas pasiekė 85%, 18% pagerėjimas, palyginti su tradiciniais siurbliais; biofiltro apdorojimo amoniakiniu azotu apkrova buvo 0,8 kg/m³·d, 40% daugiau nei įprastiniais biofiltrais; o UV dezinfekavimo blokas išlaikė daugiau nei 99,9% sterilizavimo efektyvumą.
Sistemos įrangoje naudojamas išmanusis jungčių valdymas, automatiškai reguliuojantis darbinę galią ir veikimo laiką pagal vandens kokybės parametrus. Pavyzdžiui, temperatūros reguliavimo įranga gali veikti sumažinta apkrova (pvz., 30 %) esant stabiliai temperatūrai, o aeracijos sistemos gali veikti energiją taupančiu kintamo dažnio režimu, kai naktį sunaudojama mažai deguonies. Naudojant šį išmanųjį įrangos valdymą, sistemos vidutinis visapusis energijos suvartojimo indeksas buvo 2,1 kW·h/kg, ty 45 % mažesnis nei tradicinės kultūros modeliai.
3. Išsamios RAS naudos kiekybinis įvertinimas
3.1 Kiekybiniai gamybos naudos rodikliai
Šis tyrimas sukūrė kiekybinę RAS gamybos naudos vertinimo sistemą, apimančią tris dimensijas: produkcijos naudą, naudą kokybei ir laiko naudą. Remiantis dešimties didelio masto RAS bazių duomenų analize, sistemos išsamus gamybos naudos indeksas pasiekė 0,85, ty 56 % pagerėjimas, palyginti su tradicinės kultūros modeliais.
Vertinant produkcijos naudą taip pat atsižvelgiama į pridėtinę vertę{0}}, kurią suteikia geresnė produkto kokybė. Vandens produktai iš RAS, palyginti su tradicine kultūra, žymiai pagerino jutimo rodiklius, pvz., minkštimo tekstūrą ir raumenis, ir pasiekė 15–20 % rinkos priemoką. Kalbant apie naudą kokybei, tikslus šėrimas ir aplinkos kontrolė sistemoje lėmė vienodesnį produkto dydį ir pastebimai padidintą aukščiausios kokybės produktų kainą. Vėlesniuose kultūros etapuose produkto dydžio vienodumas siekė daugiau nei 92 %, todėl buvo lengviau standartizuotai apdoroti ir parduoti didelius- mastus.
3.2 Išteklių suvartojimo vertinimas
Išteklių suvartojimui sistemos veikimo metu įvertinti buvo naudojamas gyvavimo ciklo vertinimo (LCA) metodas. Pagrindiniai vertinimo rodikliai apėmė gėlo vandens suvartojimą, elektros suvartojimą ir pašarų sąnaudas (duomenys pateikti3 lentelė).
Išteklių panaudojimo efektyvumo analizė parodė, kad naudojant vandens valymo ir perdirbimo technologijas sistema pasiekia aukštą efektyvumą ir taupo išteklius, o didžiausias vandens ir žemės išteklių taupymas. Poveikio aplinkai vertinimo rezultatai parodė, kad sistemos anglies emisijos intensyvumas buvo 52% mažesnis nei tradicinės kultūros.
Sistemos pranašumai taupant išteklius taip pat akivaizdūs dėl geresnio pašarų panaudojimo efektyvumo. Naudojant išmaniąsias šėrimo sistemas kartu su vandens kokybės stebėjimo duomenimis, buvo galima tiksliai, kiekybiškai šerti, žymiai sumažinant pašarų atliekas. Tyrimai rodo, kad pašarų konversijos koeficientas RAS pagerėja 25–30%, palyginti su tradicine kultūra. Kalbant apie žmogiškųjų išteklių panaudojimą, taikant automatizavimą ir pažangią stebėseną, darbo valandos vienai tonai produkto sumažėjo nuo 0,48 val tradicinėje kultūroje iki 0,15 val., o tai iš esmės sumažino darbo sąnaudas ir pagerino darbo aplinką.
3.3 Ekonominių galimybių analizė
Ekonominis pagrįstumas buvo įvertintas naudojant grynosios dabartinės vertės (NPV) ir atsipirkimo laikotarpio metodus. Pradinės investicijos apima civilinę inžineriją, įrangos pirkimą, montavimą ir paleidimą. Eksploatacinės išlaidos apima energiją, darbą, pašarus ir priežiūrą. Pajamų šaltiniai apima vandens produktų pardavimą ir vandens išteklių taupymo naudą.
EB= Σ [ (Ct - Ot) / (1 + r)^t ] - I0
Kur:
NPV=grynoji dabartinė vertė (10 000 CNY)
I0=Pradinė investicija (10 000 CNY)
Ct=Grynųjų pinigų įplaukos t metais (10 000 CNY per metus)
Ot=Grynųjų pinigų srautas t metais (10 000 CNY per metus)
r=Nuolaidos norma (%)
t=Skaičiavimo laikotarpis (metai)
Skaičiuojant metiniam 500 tonų gamybos mastui, sistemai reikia pradinių 8,5 mln. CNY investicijų, 4,2 mln. CNY metinių veiklos sąnaudų ir 7,5 mln. CNY metinių pardavimo pajamų. Naudojant lyginamąją 8 % diskonto normą, atsipirkimo laikotarpis yra 3,2 metų, o finansinė vidinė grąžos norma (IRR) – 28,5 %. Jautrumo analizė rodo, kad projektas išlaiko gerą atsparumą rizikai net ir esant ±20% produkto kainų svyravimams.
4. Išvada
Recirkuliacinės akvakultūros sistemos (RAS) žymiai lenkia tradicinius kultūros modelius vandens aplinkos kontrolės, biologinio augimo našumo ir įrangos veikimo efektyvumo požiūriu. Būsimi tyrimai turėtų būti sutelkti į sistemos intelekto lygio gerinimą, įrangos veikimo efektyvumo optimizavimą ir didelio masto reklamavimo modelių tyrinėjimą, siekiant dar labiau pagerinti visapusę recirkuliacinės akvakultūros naudą.