1. Recirkuliuojančių akvakultūros sistemų (RAS) apžvalga
(1) Recirkuliacinių akvakultūros sistemų charakteristikos
Recirkuliacinės akvakultūros sistemos (RAS) – tai naujas akvakultūros modelis, sukurtas remiantis intensyvia akvakultūra, kuriam būdinga kultūrinio vandens recirkuliacija ir pakartotinis naudojimas. Be įprastos intensyvios akvakultūros pranašumų, RAS suteikia didelę naudą valant nuotekas, sumažinant vandens suvartojimą ir sumažinant nuotekų išleidimą. Dėl optimizuoto vandens tiekimo sistemos dizaino ir suderinto kelių įrenginių bei įrenginių veikimo RAS leidžia pakartotinai perdirbti visą kultūros vandens kiekį. Palyginti su tradicine intensyvia akvakultūra, jie yra pranašesni energijos vartojimo efektyvumu kontroliuojant temperatūrą, mažinant aplinkos taršą, užkertant kelią ir kontroliuojant ligas.
RAS reikia integruotai naudoti visapusišką vandens valymo ir valymo įrenginių rinkinį. Jų procesų projektavimas apima kelių disciplinų ir pramonės technologijų taikymą, įskaitant skysčių mechaniką, biologiją, mechaninę inžineriją, elektroniką, chemiją ir automatikos informacines technologijas. Gerai -suprojektuota RAS gali visiškai kontroliuoti vandens kokybės parametrus, tokius kaip temperatūra, ištirpęs deguonis ir maistinės medžiagos, ir bet kokiomis aplinkybėmis daugiau nei 90 % sistemos vandens gali būti pakartotinai panaudota naudojant recirkuliaciją.
(2) RAS esmė ir privalumai
Recirkuliacinių akvakultūros sistemų (RAS) esmė yra palaikyti ir optimizuoti akvakultūros gamybą taikant pramoninius ir modernizuotus metodus. Įgalinusi visišką-vandens aplinkos procesų reguliavimą, RAS gali iš dalies įveikti išorinius suvaržymus, tokius kaip temperatūra, vandens prieinamumas ir erdvė, ir taip pasiekti -visus metus, kelių serijų{3}}nepertraukiamą gamybą. Tai leidžia ūkininkauti ne-sezoniniu laikotarpiu ir palaipsniui patekti į rinką, suteikiant gamintojams konkurencinį pranašumą ir didesnę ekonominę grąžą.
(3) Gamybos efektyvumas ir išteklių naudojimas
Puikus RAS gamybos našumas yra glaudžiai susijęs su labai kontroliuojamomis ir{0}}efektyviai išteklius naudojančiomis savybėmis. Vertinant pagal vandens-vienetą-, vandens produktų derlius RAS yra 3–5 kartus didesnis nei tradicinio srauto-per intensyvią akvakultūrą ir 8–10 kartų didesnis nei tvenkinių akvakultūros, o išgyvenamumas padidėja daugiau nei 10%. Be to, veterinarinių vaistų ir cheminių medžiagų naudojimas sumažėjo beveik 60%. Šie visapusiški veiklos rodiklių patobulinimai užtikrina tiek ekonominę, tiek ekologinę RAS naudą.
(4) Vandens valymas ir sistemos integravimas
Naudojant RAS, kultūrinis vanduo yra apdorojamas įvairiais būdais, įskaitant fizinį filtravimą, biologinį valymą, sterilizavimą ir dezinfekciją, degazavimą ir deguonies prisotinimą, leidžiantį visiškai arba iš dalies pakartotinai panaudoti vandenį. Tuo pačiu metu kultūros aplinkos optimizavimas gali būti integruotas su automatizuota įranga, tokia kaip automatiniai tiektuvai, leidžiantys tam tikrą automatizavimo ir protingo valdymo laipsnį.
(5) Technologiniai pagrindai ir pagrindinės savybės
RAS integruoja pažangias žuvininkystės inžinerijos, mechaninės įrangos, naujų ekologiškų medžiagų, mikroekologinio reguliavimo ir skaitmeninio valdymo technologijas. Dėl visiškai kontroliuojamos gamybos aplinkos, kurią išorės sąlygos veikia minimaliai, RAS turi didelių pranašumų, įskaitant vandens ir žemės išsaugojimą, sumažintą energijos poreikį reguliuojant temperatūrą, stabilias auginimo sąlygas, greitesnį augimo tempą, didelį gyvulių tankumą ir ekologiškų, neteršiančių- produktų gamybą. Taigi RAS yra laikomos „perspektyviausiu XXI amžiaus akvakultūros modeliu ir investicijų kryptimi“.
(6) Kūrimas ir taikymas Kinijoje
Iki šiol Kinijoje buvo suprojektuota ir pagaminta daugiau nei 900{1}}didelio masto RAS, apimančių pagrindines pakrantės provincijas ir vidaus regionus, net iki Sindziango. Šios sistemos, apimančios tiek jūrų, tiek gėlo vandens pritaikymą, buvo sėkmingai komercializuotos, atitinka numatytus gamybos tikslus ir demonstruoja puikias eksploatacines savybes. Gamybos praktika patvirtina, kad RAS ne tik užtikrina didesnį produktyvumą ir aplinkosauginį pranašumą, bet ir žymiai sumažina gamybos sąnaudas vienam derliaus vienetui, palyginti su kitais akvakultūros modeliais.
2. Pagrindiniai recirkuliuojančių akvakultūros sistemų (RAS) procesai ir technologijos
Recirkuliacinėse akvakultūros sistemose (RAS) plačiai naudojama pramoninė inžinerinė įranga ir technologijos. Paprastai juos sudaro proceso blokai ir kietųjų dalelių šalinimo įrenginiai; suspenduotų dalelių ir tirpių organinių medžiagų pašalinimas; toksiškų ir kenksmingų tirpių neorganinių druskų, tokių kaip amoniakas ir nitritas, pašalinimas; patogenų kontrolė; anglies dioksido pašalinimas iš kultivuojamų organizmų ir mikroorganizmų metabolizmo; deguonies papildymas; ir temperatūros reguliavimas. Techniniai procesai apima šilumos izoliaciją ir temperatūros kontrolę, kietųjų dalelių šalinimą, tirpaus neorganinio azoto ir fosforo pašalinimą, dezinfekciją ir sterilizavimą, taip pat deguonies prisotinimą.
(1) Industrializuota ir intensyvi gamyba
RAS dar labiau sustiprina intensyvias pramoninės akvakultūros ypatybes, siūlydama aukštą gamybos efektyvumą ir mažą žemės užimtumą, kartu įveikdama žemės ir vandens išteklių suvaržymus. Kaip didelės-sąnaudos, didelės-produkcijos, didelio-tankio ir didelio-efektyvumo ūkininkavimo modelis, RAS atitinka pagrindinius Kinijos ekologinės civilizacijos ir tvaraus vystymosi strategijų tikslus.
(2) Ekologinė ir strateginė reikšmė
Intensyvios, efektyvios, energiją taupančios, išmetimą-mažinančios ir aplinkai nekenksmingos funkcijos RAS tapo svarbia Kinijos akvakultūros transformavimo ir tobulinimo link mažo-anglies išmetimo ir ekologiškos plėtros kryptimi. Jau keletą metų iš eilės Kinijos žemės ūkio ir kaimo reikalų ministerija RAS įtraukė į sąrašą kaip pagrindinė rekomenduojama akvakultūros technologija.
(3) Dabartinė raida ir tendencijos
Šiuo metu šis modelis sulaukė didelio Kinijos akademinės ir pramonės pripažinimo. Pastaraisiais metais naujos sistemos kūrimo mastas ir bendras ūkininkavimo pajėgumas nuolat auga, todėl RAS yra viena iš pagrindinių Kinijos akvakultūros pramonės ateities plėtros tendencijų.
3. Recirkuliuojančių akvakultūros sistemų (RAS) tyrimų ir industrializacijos apžvalga
(1) Tarptautiniai tyrimai ir industrializacija
Ankstyvieji tyrimai ir plėtra
Ankstyviausia recirkuliacinė akvakultūros sistema (RAS) atsirado Japonijoje šeštajame dešimtmetyje. Vėliau daugelis šalių pradėjo tyrinėti RAS vandens valymo ir akvakultūros technologijas. Iš pradžių šie tyrimai buvo pagrįsti komunalinių nuotekų valymo procesais ir akvariumo sistemomis (kurių kultūros tankis buvo tik 0,16–0,48 kg/m³). Tačiau taikant tokius metodus nebuvo atsižvelgta į unikalius komercinės akvakultūros reikalavimus,{7}}ypač sistemos sąnaudas, išteklių naudojimą, kultūros ir valymo vandens tūrių santykį ir sistemos keliamąją galią (paprastai 50–300 kg/m³). Dėl to tyrimų pastangos patyrė daug nesėkmių, sunaudojo daug išteklių ir progresavo lėtai.
Dinaminių charakteristikų atpažinimas
Ankstyvieji tyrimai taip pat nepastebėjo svarbios RAS savybės: jos dinamiškumo. Žuvų medžiagų apykaitos atliekų susidarymo ir skilimo greitis turi pasiekti dinaminę pusiausvyrą, kad sistema išliktų stabili ir sveika. Devintojo dešimtmečio viduryje, vis labiau supratus vandens kokybės parametrus,{4}}pvz., pH, ištirpusio deguonies (DO), bendro azoto (TN), nitratų (NO₃⁻), biocheminio deguonies poreikio (BOD) ir cheminio deguonies poreikio (CDS) – ir jų kitimo modelius akvakultūros vandenyje, šie dinaminiai pokyčiai buvo palaipsniui integruoti į sistemos dizainą. Pavyzdžiui, deguonies trūkumą galima greitai ištaisyti aeruojant, tačiau nitrifikuojančių bakterijų reakcija į didėjančią amoniako koncentraciją dažnai gerokai atsilieka. Taigi, gilesnės žinios apie sąveikaujančius ribojančius veiksnius tapo vis svarbesnės efektyviam sistemos projektavimui ir veikimui.
Ankstyvosios praktikos iššūkiai
Daugelis akvakultūros specialistų turėjo patirties su srautu{0}}per intensyvias sistemas, bet neturėjo žinių apie RAS veikimą. Dėl to jie dažnai nesugebėjo tinkamai kontroliuoti gyvulių tankumo, šėrimo kiekio, šėrimo dažnumo ir vandens kokybės valdymo, o tai lėmė sistemos vandens srauto ir medžiagų ciklo disbalansą ir galiausiai sukeldavo veiklos gedimus. Šis mokslinio supratimo ir valdymo patirties trūkumas atsispindėjo kultūros tankio lygiuose: laboratorinio-masto RAS paprastai pasiekdavo tik 10–42 kg/m³, o ankstyvojo komercinio- masto RAS išlikdavo tik 6,7–7,9 kg/m³. Po daugiau nei pusę amžiaus trukusios technologinės pažangos{10}}įskaitant proceso optimizavimą, aeraciją ir prisotinimą deguonimi (pvz., skysto deguonies naudojimą), automatizuotą šėrimą ir tinkamų rūšių parinkimą-šiuolaikinės RAS įveikė daugybę ribojančių veiksnių ir dabar gali palaikyti didelį 50–300 kg/m³ auginimo tankį.
Pramonės augimas ir technologinės naujovės
Kadangi tradicinė tvenkinių akvakultūra patyrė sąstingį dėl žemės konkurencijos ir aplinkos spaudimo, devintajame ir dešimtajame dešimtmečiuose RAS Europoje ir Šiaurės Amerikoje sparčiai augo. Šią pramonės plėtrą lydėjo technologiniai patobulinimai, įskaitant suslėgtų ir neslėginių filtrų naudojimą didelėms suspenduotoms dalelėms, ozonavimą dezinfekcijai ir organinėms medžiagoms skaidyti, taip pat daugelio biologinių filtrų, tokių kaip povandeniniai filtrai, lašeliniai filtrai, grįžtamieji filtrai, besisukantys biologiniai filtrai, biofiltrų kontaktoriai, būgnai ir biofiltrų kontaktoriai, kūrimas. denitrifikacijos vienetai. Su šiais pasiekimais RAS palaipsniui subrendo ir pradėjo taikyti komercinę veiklą.
Jungtinių Valstijų atvejis
JAV išlaikė lyderio pozicijas tiek fundamentinių, tiek taikomųjų RAS tyrimų srityje, apimančiose tokias sritis kaip intensyviai auginamų rūšių mityba ir fiziologija, ligų prevencija ir vandens valymo technologijos. Pagrindinis US RAS bruožas yra aukštas vandens kokybės kontrolės automatizavimo ir mechanizacijos laipsnis. Kompiuterinės-sistemos automatiškai reguliuoja ištirpusio deguonies, pH, laidumo, drumstumo ir amoniako lygį, taip pat aplinkos sąlygas, pvz., temperatūrą, drėgmę ir šviesos intensyvumą. Išnaudodamos savo pažangią pramoninę bazę, JAV plačiai pritaikė aukštųjų -technologijų įrangą, skirtą prisotinti deguonimi, biologinį valymą, kietųjų dalelių šalinimą, rūšiavimą ir derliaus nuėmimą. Pavyzdžiui, Merilendo universiteto Jūrų biotechnologijų centro sukurta eksperimentinė RAS apima anaerobinius apdorojimo procesus, labai panašius į Danijos „Aquatec{10}}Solutions“ sukurtas sistemas.
4. Industrializuotų recirkuliacinių akvakultūros sistemų (RAS) kūrimo iššūkiai ir atsakomosios priemonės
(1) Nepakankamas įrenginių ir įrangos integravimas
Nors Kinijos vandens valymo, automatinio tiekimo, dezinfekavimo ir vėdinimo įranga pamažu pasiekė tarptautinį pažangų lygį, bendra sistemos integracija tebėra nepakankama. Dėl didelių įmonių, galinčių pagaminti visus RAS įrangos rinkinius, trūkumas padidino statybos sąnaudas ir sudėtingumą, todėl trukdo sparčiai tobulėti buitinė įranga.
(2) Specializuotų kombinuotųjų pašarų optimizavimo poreikis
Šiuo metu Kinijoje vandens pašarų mišiniai yra labai homogeniški ir trūksta specializuotų pašarų, skirtų RAS ir konkrečioms auginamoms rūšims. Tai padidina vandens valymo sistemų eksploatacinę naštą ir daro įtaką ūkininkavimo rezultatams. Būtina sukurti rūšiai -specifinius RAS pašarus su gerai-subalansuota mityba, mažu išplovimo greičiu ir palankiais pašarų konversijos santykiais.
(3) Ligų prevencijai ir kontrolei reikia didesnio tikslumo
Didelio-tankumo ir didelio-efektyvumo ūkininkavimas padidina ligų protrūkių riziką, kai atsiranda sistemos disbalansas, o patogenus sunku pašalinti uždarose sistemose. Sistemos optimizavimas turėtų būti patobulintas, kad būtų pagerintas buferio pajėgumas, o moksliniai tyrimai turėtų būti sutelkti į žuvų fiziologiją, reakciją į stresą, ankstyvus ligų rodiklius ir veiksmingus įspėjimo apie ligas mechanizmus.
(4) Didelis energijos suvartojimo ir sąnaudų mažinimo spaudimas
Didelės pradinės statybos investicijos ir energijos sąnaudos yra neišvengiami RAS iššūkiai. Energijos{1}}taupymo priemonės turėtų būti įgyvendintos tiek įrangos, tiek sistemos lygiu, įskaitant mažos
(5) Eksploatavimo ir valdymo standartizacijos trūkumas
Šiuo metu Kinijoje nėra vieningų RAS techninių standartų ar normų. Dėl to sistemos projektavimas, valdymo praktika ir ūkininkavimo našumas labai skiriasi, o veikimo gedimai yra dažni. Labai svarbu sukurti standartizuotą techninę sveikos akvakultūros sistemą, tobulinti proceso ir valdymo standartus ir skatinti demonstracinius standartizuotos produkcijos projektus.
(6) Būtinybė sustiprinti pagrindinius tyrimus
Mokslinio supratimo apie kelis aspektus vis dar nepakanka, įskaitant kultivuojamų rūšių sveikatos būklę esant dideliam-tankiui ir specifinėms vandens kokybės sąlygoms, bioplėvelės struktūrinius pokyčius sistemos veikimo metu, maistinių medžiagų ciklo mechanizmus ir optimalius kietųjų dalelių pašalinimo ir nekenksmingo apdorojimo metodus. Šios spragos trukdo toliau plėtoti atitinkamas technologijas ir įrangą.
(7) Ateities plėtros tendencijos ir galimybės
Nepaisant šių iššūkių, RAS suteikia didelių pranašumų gamybos efektyvumo, aplinkos tvarumo ir gyvūnų gerovės srityse. Kaip ekologiškas, ekologiškas, žiedinis ir efektyvus ūkininkavimo modelis atitinka pasaulines mažo{1}} anglies dioksido kiekio technologijų plėtros tendencijas. Tikimasi, kad modernizavus Kinijos žuvininkystę, tobulėjant ekologinei civilizacijai ir spartėjant anglies neutralumo tikslams, RAS pradės naują spartaus vystymosi etapą.