Tehnologija za nadzor učinkovitosti rasti in kakovosti vode sladkovodnih rib v sistemu recirkulacije ribogojstva
Z nenehnim izboljševanjem intenzifikacije v ribogojni industriji in vedno strožjimi zahtevami glede varstva okolja se tradicionalni modeli ribogojstva soočajo s številnimi težavami, kot so onesnaževanje okolja, odpadki vodnih virov in padajoča kakovost izdelkov. Recirkulacijski ribogojni sistem (RAS) kot nova vrsta ribogojne metode ima prednosti, vključno z ohranjanjem vode, prihrankom zemljišč, visoko gostoto naseljenosti, nadzorom okolja in zmanjšanim izpustom repne vode. Usklajuje se z aktualnimi nacionalnimi strateškimi zahtevami po krožnem gospodarstvu ter varčevanju z energijo in zmanjševanju emisij, predstavlja pomembno usmeritev za transformacijo in razvoj ribogojne industrije in je postal ključni model za trajnostni razvoj sodobnega ribištva. V sistemu RAS voda iz ribogojstva ponovno kroži po fizični filtraciji, biološkem čiščenju, prezračevanju, dezinfekciji in drugih obdelavah, ki zahtevajo, da sistem nenehno vzdržuje pogoje kakovosti vode, primerne za rast rib. Kot neposredno okolje za preživetje rib, nihanja različnih parametrov kakovosti vode neposredno vplivajo na fiziološke funkcije, presnovno učinkovitost in odpornost rib na bolezni, kar se na koncu kaže kot razlike v uspešnosti rasti. Zato ima-poglobljeno raziskovanje notranje povezave med nadzorom kakovosti vode in rastjo sladkovodnih rib v RAS velik teoretični in praktični pomen za izboljšanje učinkovitosti ribogojstva in spodbujanje zdravega razvoja industrije.
1 Pregled recirkulacijskega ribogojnega sistema
Recirkulacijski model akvakulture je metoda gojenja, pri kateri se voda iz kulture ponovno kroži po obdelavi s fizikalnimi, kemičnimi in biološkimi filtrirnimi postopki. V tujini so se raziskave o tehnologiji recirkulacijskega ribogojstva začele že prej. V šestdesetih letih prejšnjega stoletja so države, kot so ZDA, Nizozemska in Danska, začele ustrezne študije. Združene države so ga uporabljale predvsem za gojenje šarenke, črtastega brancina in črnega morskega brancina; na Nizozemskem so ga uporabljali predvsem za jeguljo in afriškega soma; Danski recirkulacijski sistem ribogojstva je bil zunanji pol-zaprt sistem, ki se je večinoma uporabljal za proizvodnjo šarenke.
Kitajska je tujo recirkulacijsko ribogojno tehnologijo in objekte uvedla v osemdesetih letih prejšnjega stoletja. Zaradi visokih investicijskih in obratovalnih stroškov je bila večina uvedenih objektov hitro opuščena. Leta 1988 je Raziskovalni inštitut za ribiške stroje in instrumente Kitajske akademije ribiških znanosti, ki se opira na zahodnonemško tehnologijo, zasnoval in zgradil prvo delavnico za recirkulacijo ribogojstva na Kitajskem. V zadnjih letih so kitajski učenjaki, kot je Qu Keming, na podlagi različnih potreb različnih vrst ribogojnih podjetij predlagali visoko, srednje in nizko-tehnološke modele ribogojne tehnologije in jih promovirali na obalnih območjih; Liu Bo iz postaje za razširitev ribiške tehnologije province Heilongjiang je predlagal tehnologijo in modele ribogojstva s kroženjem v "zabojnikih"; Profesor He Xugang s kmetijske univerze Huazhong je predlagal zeleni in učinkovit model ribogojstva "brez-izpusta" ribnika.
Recirkulacijski ribogojni modeli so v glavnem razdeljeni na tipe, kot so "raceway", "container" in "captive". Če za primer vzamemo model ribogojstva »raceway«, ga sestavljajo pretok-skozi rezervoar, območje za zbiranje odpadkov, naprave za prezračevanje, naprave za preusmerjanje, čistilno območje, mokrišče in druge komponente. Majhno-vodno-telesno vodno-območje ribogojstva je sestavljeno iz pravokotnih rezervoarjev, ki zavzemajo 2 %–5 % površine ribnika. V zadnjih letih so specifikacije rezervoarjev-skozi domači pretok običajno dolge 20 m, široke 4 m in visoke 2,5 m, z 1–2 rezervoarjema na 6670 m² vodnega telesa. Osrednja komponenta je oprema za-prezračevanje vode. Zgodnje različice so uporabljale rotorje za potiskanje vode in prezračevalne naprave za oksigenacijo, zdaj pa večina uporablja zračno{19}}dvižno opremo, sestavljeno iz puhal, mikroporoznih prezračevalnih cevi in loput. Na splošno sta za vsake tri rezervoarje zgrajena dva med seboj povezana potopljena rezervoarja za zbiranje odpadkov s prostornino 10 m³, nameščena na zadnji strani pretočnih- rezervoarjev za zbiranje odpadkov s kulturnega območja. Veliko-vodno-območje ekološkega čiščenja telesa zavzema 95 %–98 % površine ribnika z obvodnimi nasipi in globino vode nad 2 m. Na tem območju gojijo predvsem ribe,-ki se hranijo s filtri, pri čemer je pokritost z vodnimi rastlinami nadzorovana na 20 %–30 % čistilnega območja. Opremljen je z aeratorji z lopaticami, aeratorji z impelerji, stroji-za izdelavo valov itd., po potrebi pa so dodani mikrobni pripravki.
2 Učinki krožečega ribogojnega modela na rast sladkovodnih rib
2.1 Stopnja rasti
Model recirkulacijskega ribogojstva lahko zagotovi razmeroma stabilno rastno okolje za sladkovodne ribe, kar pomaga izboljšati stopnje rasti. V tradicionalnem ribogojstvu v ribnikih na kakovost vode močno vplivajo zunanji okoljski dejavniki, kot sta temperatura in padavine, ki zlahka povzročijo nihanje kakovosti vode in vplivajo na rast rib. V modelu recirkulacijskega ribogojstva lahko sistem za nadzor kakovosti vode vzdržuje razmeroma stabilne parametre kakovosti vode, kot so temperatura vode, raztopljeni kisik in vrednost pH, kar ustvarja primerne pogoje za rast rib. Na primer, v modelu ribogojstva "raceway" se lahko hitrost pretoka vode v rezervoarju za pretok-skozi rezervoar prilagodi z-opremo za prezračevanje vode. Ustrezna hitrost pretoka lahko spodbuja gibanje rib, izboljša telesno pripravljenost, poveča vnos krme in pospeši rast.
2.2 Stopnja izkoriščenosti krme
Model recirkulacijskega ribogojstva lahko izboljša stopnjo izkoriščenosti krme sladkovodnih rib. V tradicionalnem ribogojstvu nekaj krme po izdaji krme potone na dno, ne da bi bilo zaužito, kar povzroča odpadke. Medtem se krma, ki potone na dno, razgradi in proizvede škodljive snovi, ki vplivajo na kakovost vode. V modelu recirkulacijskega ribogojstva je lahko krma zaradi učinka pretoka vode bolje razpršena v vodi, kar olajša uživanje rib, s čimer se zmanjša količina odpadne krme. Poleg tega lahko čistilne enote, kot so biofiltri v recirkulacijskem ribogojnem sistemu, iz vode za gojenje odstranijo organske snovi, kot so ostanki krme in iztrebki, ter zmanjšajo vsebnost škodljivih snovi, kot sta amonijakov dušik in nitritni dušik v vodi. S tem se zmanjša vpliv teh škodljivih snovi na prebavne in absorpcijske funkcije rib, s čimer se izboljša stopnja izkoriščenosti krme.
2.3 Kakovost izdelka
Recirkulacijski model akvakulture pomaga izboljšati kakovost sladkovodnih rib. V tradicionalnem ribogojstvu so ribe dovzetne za okužbe s patogeni, kot so paraziti in bakterije, kar povzroči pojav bolezni in vpliva na kakovost proizvoda. V modelu recirkulacijskega ribogojstva lahko ukrepi, kot sta nadzor kakovosti vode in dezinfekcija, učinkovito zmanjšajo število patogenov v vodi in s tem zmanjšajo tveganje za bolezni rib. Hkrati razmeroma čisto okolje rasti rib v krožečem ribogojnem modelu zmanjša nastajanje neželenih vonjav, kot je vonj po blatu, ter izboljša okus in kakovost proizvoda.
3 ključni parametri in metode nadzora kakovosti vode v modelu recirkulacije ribogojstva
3.1 Ključni parametri
3.1.1 Raztopljeni kisik
Raztopljeni kisik je eden od pomembnih parametrov kakovosti vode, ki vpliva na rast rib. Ribe potrebujejo dovolj kisika za dihanje med rastjo. Nezadostna količina raztopljenega kisika lahko povzroči počasno rast, zmanjšano imunost in celo smrt. Na splošno je treba raztopljeni kisik v recirkulacijskih ribogojnih sistemih vzdrževati nad 5 mg/l.
3.1.2 Amonijev dušik
Dušik iz amonijaka je eno glavnih onesnaževal v vodi iz ribogojstva, ki izvira predvsem iz ribjih iztrebkov in razgradnje ostankov krme. Dušik iz amonijaka je zelo strupen za ribe, poškoduje tkivo škrg, živčni sistem in imunski sistem ter vpliva na rast in preživetje. Koncentracijo dušika v amoniaku v sistemih za recirkulacijo ribogojstva je treba nadzorovati pod 0,5 mg/L.
3.1.3 Nitritni dušik
Nitritni dušik je vmesni produkt, ki nastane med nitrifikacijo amonijevega dušika in ima določeno toksičnost. Nitritni dušik se združuje s hemoglobinom v ribji krvi, zmanjša njeno-prenosno zmogljivost kisika in povzroči hipoksijo in zadušitev rib. Koncentracijo nitritnega dušika v recirkulacijskih ribogojnih sistemih je treba nadzorovati pod 0,1 mg/L.
3.1.4 pH vrednost
pH vrednost je pomemben indikator, ki odraža kislost ali alkalnost vode in pomembno vpliva na rast in fiziološke funkcije rib. Vrednost pH v recirkulacijskih ribogojnih sistemih je treba nadzorovati med 7,0 in 8,5.
3.2 Metode nadzora kakovosti vode
3.2.1 Fizični nadzor
Fizični nadzor vključuje predvsem ukrepe, kot so filtracija, sedimentacija in prezračevanje. Filtracija je učinkovita metoda za odstranjevanje suspendiranih trdnih snovi in delcev iz vode. Običajno uporabljena filtrirna oprema vključuje filtre z mikro zasloni in peščene filtre. Sedimentacija uporablja gravitacijo, da se trdni delci v vodi usedejo na dno in s tem očistijo kakovost vode. Prezračevanje je pomembno sredstvo za povečanje raztopljenega kisika v vodi. Običajno uporabljena prezračevalna oprema vključuje puhala, aeratorje z lopatastimi kolesi in aeratorje z impelerji.
3.2.2 Kemični nadzor
Kemični nadzor v glavnem vključuje dodajanje kemičnih sredstev vodi za uravnavanje kakovosti vode. Na primer, ko so koncentracije amonijevega dušika in nitritnega dušika v vodi previsoke, se lahko dodajo pripravki nitrifikacijskih bakterij za spodbujanje nitrifikacijskih reakcij in zmanjšanje vsebnosti amonijevega dušika in nitritnega dušika; ko je pH-vrednost vode prenizka, lahko za dvig pH-vrednosti uporabimo živo apno.
3.2.3 Biološki nadzor
Biološki nadzor uporablja mikroorganizme, vodne rastline in druge organizme za čiščenje kakovosti vode. Mikroorganizmi lahko razgradijo organske snovi v vodi in pretvarjajo škodljive snovi, kot sta amonijev dušik in nitritni dušik, v neškodljive snovi. Pogosto uporabljeni mikrobni pripravki vključujejo fotosintetske bakterije, Bacillus in nitrifikacijske bakterije. Vodne rastline lahko iz vode absorbirajo hranila, kot sta dušik in fosfor, s čimer zmanjšajo pojav evtrofikacije, hkrati pa zagotavljajo habitate in senco za ribe. Običajne vodne rastline vključujejo vodno hijacinto, aligatorjev plevel in elodejo.
4 Korelacija med rastjo sladkovodnih rib in nadzorom kakovosti vode v modelu recirkulacije ribogojstva
4.1 Raztopljeni kisik in rast
Ko je v vodi dovolj raztopljenega kisika, ribje dihanje deluje normalno, presnova je živahna, vnos krme se poveča in stopnja rasti pospeši. Nasprotno pa se presnova upočasni in stopnja rasti se zmanjša. V modelu recirkulacijskega ribogojstva razumni ukrepi prezračevanja ohranjajo stabilne ravni raztopljenega kisika v vodi, kar zagotavlja dobro dihalno okolje za ribe in spodbuja njihovo rast in razvoj.
4.2 Amonijakov dušik, nitritni dušik in rast
Amonijakov dušik in nitritni dušik sta strupeni snovi v ribogojni vodi, ki resno škodujeta rasti in preživetju rib. Visoke koncentracije amonijevega dušika poškodujejo tkivo ribjih škrg, kar vpliva na dihalno funkcijo; poškodujejo tudi živčni sistem in imunski sistem rib, kar zmanjša njihovo odpornost proti boleznim. V modelu recirkulacijskega ribogojstva lahko čistilne enote, kot so biofiltri, takoj odstranijo amonijakov dušik in nitritni dušik iz vode, s čimer zmanjšajo njune toksične učinke na ribe in zagotovijo zdravo rast rib.
4.3 pH vrednost in rast
pH vrednost pomembno vpliva na rast in fiziološke funkcije rib. Različne vrste rib imajo različna prilagoditvena območja za pH vrednost. V modelu recirkulacijskega ribogojstva se pH-vrednost vode redno testira, na podlagi rezultatov testiranja pa se izvajajo ustrezni prilagoditveni ukrepi.
5 Razvojni trendi in izzivi modela recirkulacijskega ribogojstva
5.1 Inteligentna in natančna smer razvoja
Z razvojem interneta stvari, velikih podatkov in tehnologij umetne inteligence se model recirkulacijskega ribogojstva razvija v smeri inteligence in natančnosti. Z integracijo sistemov, kot so spletno spremljanje kakovosti vode, samodejno hranjenje in nadzor opreme, je mogoče doseči-regulacijo kulturnega okolja v realnem času in avtomatizirano upravljanje proizvodnega procesa.
5.2 Nizko{1}}ogljično varstvo okolja in trajnostni razvoj
Recirkulacijski model ribogojstva izpolnjuje zahteve nizko-ogljičnega varstva okolja in trajnostnega razvoja z ohranjanjem vode, varčevanjem z energijo in zmanjšanjem onesnaževanja. Prihodnja prizadevanja morajo dodatno optimizirati procese čiščenja vode, zmanjšati porabo energije in stroške ter izboljšati stabilnost in delovanje sistema. Na primer, obnovljive vire energije, kot sta sončna in vetrna energija, je mogoče uporabiti za oskrbo z električno energijo, kar zmanjša emisije ogljika; tehnologijo mikrobnih gorivnih celic je mogoče uporabiti za doseganje energetske izrabe organskih snovi v odpadnih vodah, s čimer se zgradi celostni sistem za "-energijo-varstva okolja v ribogojstvu".
5.3 Izzivi in protiukrepi
Trenutni model recirkulacijskega ribogojstva se še vedno sooča z izzivi, kot so visoke naložbe, tehnična zapletenost in visoke zahteve glede upravljanja. Okrepiti je treba tehnološke raziskave in razvoj ter integrirane inovacije, da se zmanjšajo stroški gradnje in obratovanja sistema; izboljšati standardne sisteme in operativne specifikacije za izboljšanje tehnične ravni kmetov; ter okrepiti politično podporo in finančne naložbe za spodbujanje uporabe recirkulacijskih modelov akvakulture na podeželju.
6 Zaključek in obeti
Recirkulacijski ribogojni model z razumnim nadzorom kakovosti vode vzdržuje stabilne ravni ključnih parametrov kakovosti vode, kot so raztopljeni kisik, amonijev dušik, nitritni dušik in pH vrednost. To zagotavlja dobro rastno okolje za sladkovodne ribe, izboljša njihovo stopnjo rasti, stopnjo izkoriščenosti krme in kakovost izdelkov. Trenutno pri praktični uporabi modela recirkulacijskega ribogojstva še vedno obstajajo težave, kot je slaba učinkovitost zbiranja odpadkov zaradi vpliva strukture posode za gojenje na hidrodinamične značilnosti in nestabilna učinkovitost čiščenja biofiltrov. Prihodnje raziskave bi morale dodatno optimizirati strukturo rezervoarja za kulturo, da bi izboljšali učinkovitost zbiranja odpadkov; okrepiti raziskave o regulaciji rasti biofilma in optimizaciji kroženja vode za izboljšanje učinkovitosti čiščenja biofiltrov; hkrati združite inteligentne tehnologije za doseganje-spremljanja v realnem času in samodejnega nadzora parametrov kakovosti vode, s čimer še izboljšate znanstveno in natančno naravo modela recirkulacijskega ribogojstva ter spodbujate trajnostni razvoj industrije ribogojstva sladkovodnih rib.