Industrijski recirkulacijski ribogojni sistem (RAS), kot nastajajoča akvakulturna tehnologija, ki jo poganjajo nacionalne ribiške politike, dosega intenzifikacijo, visoko učinkovitost in okoljsko trajnost v akvakulturi z integracijo industrijske inženirske opreme in tehnologij za nadzor okolja. Njegovoosnovne prednostivključujejo:recikliranje vode, ki prihrani več kot 90 % vode, neodvisnost od regionalnih in sezonskih omejitev, natančna regulacija ključnih okoljskih dejavnikov, kot sta temperatura vode in raztopljeni kisik, znatno izboljšanje produktivnosti zemlje in stopenj pretvorbe krme. Priznana je kot ključna usmeritev za trajnostni razvoj ribogojstva. Zanj so značilne "visoke naložbe, visoka gostota in visoka proizvodnja", njegovo splošno sprejetje pa omejujejo dejavniki, kot so visoke začetne naložbe (stroški objektov in opreme) in visoke tehnične ovire (privajanje semen in upravljanje kakovosti vode).
Ribe mandarine (Siniperca chuatsi), kot sladkovodna ribogojna vrsta z visoko-vrednostjo, se v tradicionalnem gojenju sooča z izzivi, kot so pogoste bolezni, težave pri nadzoru kakovosti vode in nestabilen donos. Trenutno so tehnične rezerve za industrijske RAS rib mandarine še vedno nezadostne, zlasti zaradi pomanjkanja sistematične prakse na področjih, kot so optimizacija proizvodnih procesov, načrtovanje posebne opreme in postopki čiščenja vode. Ta raziskava se osredotoča na učinkovito recikliranje in uporabo vodnih virov, njen cilj pa je zgraditi sistem procesne opreme za-industrijsko ribogojstvo mandarin na kopnem. Z optimizacijo naprav za odvajanje odpadkov z nizko-motenjem in integracijo tehnologije povezovanja opreme se izvajajo eksperimentalne raziskave o ključnih indikatorjih, kot sta učinkovitost čiščenja vode in zmogljivost biološke-obremenitve. Cilj je razviti ponovljivo tehnično rešitev za podporo visoko-kakovostnega razvoja industrije gojenja mandarin.
1. Tok industrijskega recirkulacijskega ribogojnega procesa
Jedro industrijskega RAS je doseganje dinamičnega vodnega ravnovesja in recikliranja prek procesa zaprte-zanke "fizična filtracija - biološko čiščenje - dezinfekcija in oksigenacija". "Vzreja rib se začne z vzrejo vode"; parametri, kot so hitrost pretoka vode, temperatura, pH, koncentracija dušika v amoniaku in raven raztopljenega kisika, neposredno vplivajo na rastno okolje rib Mandarin. Ta zasnova sistema sledi načelu "majhni sistemi, več enot". Njegova osnovna logika je: hitrejši pretoki lahko izboljšajo učinkovitost obdelave sistema, zmanjšajo lomljenje velikih odpadnih delcev in zmanjšajo kasnejšo porabo energije pri obdelavi; odstranjevanje onesnaževal sledi zaporedju "trdno → tekoče → plin". obdelava trdnih odpadkov je razvrščena po »velikost delcev → majhna velikost«, zaporedno pa sta povezana procesa filtracije in dezinfekcije.
Kot je prikazano vSlika 1sistemski tok je: drenaža iz rezervoarja za kulturo je podvržena predobdelavi, da se odstranijo veliki odpadni delci, vstopi v stopnje grobe in fine filtracije, da se odstranijo fine suspendirane trdne snovi, nato gre skozi biofilter za razgradnjo škodljivih snovi, kot je dušik iz amoniaka, in se končno, po dezinfekciji in oksigenaciji, vrne v rezervoar za kulturo, pri čemer se doseže nadzorovana kakovost vode in recikliranje vode skozi celoten proces.
2. Načrtovanje in raziskave objektov in opreme za ribogojstvo mandarin
Tradicionalna zasnova ribogojnih objektov se pogosto opira na izkušnje, kar zlahka privede do neučinkovite opreme in izgube stroškov. Kot je prikazano vSlika 2, ta študija, ki temelji na načelu masne bilance, konstruira model za največjo nosilnost biomase rib mandarin. Z izračunom največje hitrosti hranjenja, skupnih odpadkov in proizvodnje dušika iz amonijaka se doseže izbor znanstvene opreme. Z uporabo podjetja za gojenje rib Mandarin Fish v Jiangxi kot študije primera je bil poudarek na optimizaciji naprave za odvajanje odpadkov z nizko-motenjem in sistema povezovanja opreme. Postavitev delavnice je prikazana vSlika 3. Postavitev kopenskega-industrijskega sistema RAS za ribe Mandarin Fish je prikazana vSlika 4.
2.1 Zasnova parametrov recirkulacije vode kulture
Stopnja recirkulacije je ključna za učinkovito delovanje sistema in jo je treba celovito določiti na podlagi gostote naselitve rib mandarin, količine vode in zmogljivosti čiščenja vode.
Formula za izračun količine recirkulacije vode:Q = V × N
Kjer je: Q prostornina kroženja vode (m³/h);
V je prostornina vode za kulturo (m³);
N je število recirkulacij na dan (krat/d).
Zasnova rezervoarja za kulture: premer posameznega rezervoarja 6 m, višina 1,2 m, višina dna stožca 0,3 m.
Izračunana prostornina je π×3²×1.2 + 1/3×π×3²×0,3 ≈ 33,91 m³, dejanska prostornina vode kulture je približno 30 m³. Posamezna delavnica vsebuje 10 rezervoarjev kulture, skupna prostornina vode 300 m³.
Delovni parametri: Stopnja recirkulacije N je nastavljena na 3-5-krat/d; kroženje dopolnjevalne vode je 10 % skupne prostornine vode (za kompenzacijo izhlapevanja in izpustov), prilagojeno v realnem času s spletnim spremljanjem.
2.2 Zasnova posode za kulturo in naprave za praznjenje odpadkov
Kot je prikazano vSlika 5, je rezervoar za kulturo zasnovan s ciljem "hitrega odvajanja odpadkov in enakomerne porazdelitve vode," z uporabo krožnega telesa rezervoarja v kombinaciji s stožčasto strukturo dna. Naprava za "ribje stranišče" je nameščena na dnu, da se doseže nizko{1}}moteče odvajanje odpadkov. Ribje stranišče je bilo optimizirano na naslednji način:
- Premer dovodne/izstopne cevi je standardiziran na 200 mm za povečanje hitrosti pretoka.
- Pokrivna plošča ima rotacijsko poenostavljeno zasnovo za izboljšanje rotacijskega učinka splakovanja na usedline na dnu in izboljšanje samo{0}}zmožnosti čiščenja.
3. Oblikovanje in raziskave postopka obdelave trdnih delcev
Trdni delci so obdelani glede na velikostno klasifikacijo s tri-stopenjskim postopkom "predhodne obdelave - groba filtracija - fina filtracija". Posebni parametri so prikazani vTabela 1.
3.1 Postopek predobdelave
Uporablja usedalnik z navpičnim tokom, povezan s stranskim-odtočnim in spodnjim-odtočnim sistemom rezervoarja za kulturo, z uporabo gravitacijskega ločevanja za odstranjevanje delcev, večjih ali enakih 100 μm. Usedalnik je neposredno povezan z rezervoarjem kulture, da se zmanjšajo izgube pri transportu po cevovodu in zmanjša obremenitev na naslednjih stopnjah filtracije.
3.2 Postopek grobe filtracije
Kot je prikazano vSlika 6, se postopek grobe filtracije osredotoča na bobnasti filter z mikro zaslonom. Načela načrtovanja vključujejo: namestitev opreme blizu rezervoarjev za kulturo, da se skrajša dolžina cevovoda in zmanjša poraba energije.
Uporaba krmilnega sistema PLC za doseganje samodejnega povratnega izpiranja (4-6-krat/dan), usklajenega s spletnim spremljanjem kakovosti vode za prilagajanje parametrov v realnem času.
Uporaba zasnove gravitacijskega toka za zmanjšanje porabe energije črpalke in znižanje obratovalnih stroškov.
3.3 Postopek fine filtracije
Kot je prikazano vSlika 7, postopek fine filtracije dodatno očisti kakovost vode s sinergijskim delovanjem biofiltra in opreme za dezinfekcijo.
- Biofilter: Izbere medije z visoko-specifično-površino-območij, hidravlični zadrževalni čas 1-2 uri, vzdržuje raztopljeni kisik večji ali enak 5 mg/L, razgradi amonijev dušik in nitrit.
- Oprema za dezinfekcijo: Ultravijolični sterilizator (doza 3-5 × 10⁴ μW·s/cm²) ali generator ozona (koncentracija 0,1-0,3 mg/L, kontaktni čas 10-15 min) za ubijanje patogenih mikroorganizmov.
- Sistem za oksigenacijo: Oksigenator s čistim kisikom, ki se uporablja v povezavi z aeratorji za zagotavljanje stabilnih ravni raztopljenega kisika.
4. Postavitev cevovoda in nadzorni sistem
4.1 Načrt postavitve cevovoda
Cevovodi so glede na funkcijo razvrščeni v štiri vrste: oskrba z vodo, recirkulacija, izpust odpadkov in dopolnilna voda. Načela oblikovanja: Optimizirajte postavitev, osredotočeno na posode s kulturo, zmanjšajte kolena in dolžino cevovoda, da zmanjšate izgubo glave; zagotoviti uravnotežen dotok in odtok za vzdrževanje stabilne ravni vode v rezervoarjih za gojenje; cevi za izpust odpadkov imajo naklon (večji ali enak 3 %), da olajšajo samo{2}}zbiranje odpadkov.
4.2 Zasnova krmilnega sistema
Sistem sprejme arhitekturo zaprte zanke »Senzorji - krmilnik - aktuatorji«, kot je prikazano vSlika 8. Glavne funkcije vključujejo:
- Spremljanje-kakovosti vode v realnem času: Spletno zbiranje podatkov prek senzorjev za raztopljeni kisik, pH in dušik v amoniaku.
- Nadzor povezav opreme: Samodejna prilagoditev povratnega izpiranja mikrosikla, moči oksigenatorja in časa delovanja opreme za dezinfekcijo na podlagi parametrov kakovosti vode.
- Napaka opozorilo: Zvočni in vizualni alarmi, ki jih sprožijo neobičajni parametri, potisnjeni na upravljalne terminale prek Etherneta ali brezžične komunikacije.
5. Analiza podatkov o preskusu zmogljivosti opreme
Kot je prikazano vSlika 9, je bilo izvedeno šest-mesečno poskusno delovanje v bazi za gojenje rib Mandarin Fish v Jiangxi. Sistem ni imel nobenih nepravilnosti pri čiščenju vode, sistem za spremljanje in zgodnje opozarjanje pa je deloval stabilno.
Med nanašanjem niso bile ugotovljene nepravilnosti pri čiščenju vode, sistem za spremljanje, zgodnje opozarjanje in nadzor je deloval stabilno. Prezračevanje v posodah za gojenje je bilo uporabljeno v kombinaciji z nadzorom raztopljenega kisika med procesom kmetovanja. Ocena delovanja glavne opreme je prikazana vTabela 2.
Med poskusom je gostota naseljenosti dosegla 50–60 rib/m³, stopnja preživetja večja ali enaka 90 %, stopnja rasti se je povečala za 20 % v primerjavi s tradicionalnim kmetovanjem, stopnja recikliranja vode pa je dosegla 92 %, kar je doseglo cilje glede varčevanja z energijo in zmanjšanja emisij.
6. Povzetek
Kopenski-industrijski RAS za Mandarin Fish dosega ribogojne cilje "varčevanja z vodo, visoke učinkovitosti in varstva okolja" z integracijo inženirskih,-osnovanih in digitalnih-inteligentnih tehnologij. Novosti te raziskave so v: optimizaciji izbire opreme na podlagi modela nosilne zmogljivosti biomase za izboljšanje ujemanja sistema; izboljšanje-naprave za odvajanje odpadkov z nizkimi motnjami za povečanje učinkovitosti odstranjevanja odpadkov; izdelava sistema za nadzor povezave opreme za doseganje natančne regulacije kakovosti vode.
Ta sistem je mogoče spodbujati in uporabiti pri drugem sladkovodnem ribogojstvu, kar zagotavlja tehnično referenco za intenzifikacijsko preobrazbo ribogojstva. Prihodnje delo mora dodatno zmanjšati stroške opreme in optimizirati delovanje senzorjev, da se poveča stopnja prodora tehnologije.