Sistem industrial de acvacultură cu recirculare (RAS), ca tehnologie de acvacultură emergentă condusă de politicile naționale de pescuit a instalațiilor, realizează intensificarea, eficiența ridicată și durabilitatea mediului în acvacultură prin integrarea echipamentelor de inginerie industrială și a tehnologiilor de control al mediului. Saleavantaje de bazăinclude:reciclarea apei economisind peste 90% din apă, independența față de constrângerile regionale și sezoniere, reglarea precisă a factorilor cheie de mediu, cum ar fi temperatura apei și oxigenul dizolvat, îmbunătățind semnificativ productivitatea terenului și ratele de conversie a furajelor. Este recunoscută ca o direcție crucială pentru dezvoltarea durabilă a acvaculturii. Caracterizat de „investiții mari, densitate mare și producție ridicată”, adoptarea sa pe scară largă este constrânsă de factori precum investiția inițială ridicată (costurile de instalații și echipamente) și bariere tehnice ridicate (aclimatizarea semințelor și managementul calității apei).
Pește mandarină (Siniperca chuatsi), în calitate de specie de acvacultură de apă dulce cu valoare ridicată-, se confruntă cu provocări în agricultura tradițională, cum ar fi boli frecvente, dificultăți în controlul calității apei și producții instabile. În prezent, rezervele tehnice pentru RAS industrial de Mandarin Fish rămân insuficiente, în special lipsesc practica sistematică în domenii precum optimizarea proceselor de creștere, proiectarea echipamentelor dedicate și procesele de purificare a apei. Această cercetare se concentrează pe reciclarea și utilizarea eficientă a resurselor de apă, având ca scop construirea unui sistem de echipamente de proces pentru acvacultura industrială terestru-a peștelui mandarin. Prin optimizarea-dispozitivelor de evacuare a deșeurilor cu perturbări reduse și prin integrarea tehnologiei de conectare a echipamentelor, se efectuează cercetări experimentale asupra indicatorilor cheie, cum ar fi eficiența purificării apei și capacitatea de bio-încărcare. Scopul este de a dezvolta o soluție tehnică replicabilă care să susțină dezvoltarea-de înaltă calitate a industriei de creștere a peștelui Mandarin.
1. Fluxul procesului de acvacultură cu recirculare industrială
Miezul unui RAS industrial este atingerea echilibrului dinamic al apei și reciclarea printr-un proces-în buclă închisă de „filtrare fizică - purificare biologică - dezinfecție și oxigenare". "Creșterea peștilor începe cu creșterea apei"; parametri precum viteza de curgere a apei, temperatura, pH-ul, concentrația de azot amoniac și nivelul de oxigen dizolvat afectează direct mediul de creștere al peștelui Mandarin. Acest sistem de proiectare urmează principiul "sisteme mici, unități multiple". Logica sa de bază este: debitele mai rapide pot îmbunătăți eficiența procesării sistemului, pot reduce spargerea deșeurilor mari de particule și pot reduce consumul de energie ulterioară → procesarea lichidului → secvența lichidului; gaz", tratarea deșeurilor solide este clasificată după „dimensiune mare a particulelor → dimensiune mică a particulei”, iar procesele de filtrare și dezinfecție sunt conectate secvenţial.
După cum se arată înFigura 1, debitul sistemului este: drenajul din rezervorul de cultură este supus pretratării pentru a elimina deșeurile de particule mari, intră în etapele de filtrare grosiere și fine pentru a îndepărta solidele fine în suspensie, apoi trece printr-un biofiltru pentru a degrada substanțele nocive precum azotul amoniac și, în final, după dezinfecție și oxigenare, se întoarce în rezervorul de cultură, obținând o calitate controlată a apei pe tot parcursul procesului.
2. Proiectare și cercetare privind instalațiile și echipamentele pentru acvacultură de pește Mandarin
Designul tradițional al instalațiilor de acvacultură se bazează adesea pe experiență, ceea ce duce cu ușurință la echipamente ineficiente și la risipa de costuri. După cum se arată înFigura 2, acest studiu, bazat pe principiul echilibrului de masă, construiește un model pentru capacitatea maximă de transport a biomasei a Peștelui Mandarin. Prin calcularea ratei maxime de alimentare, a deșeurilor totale și a producției de azot amoniac, se realizează selecția echipamentului științific. Folosind o întreprindere de piscicultură Mandarin din Jiangxi ca studiu de caz, s-a concentrat pe optimizarea dispozitivului de evacuare a deșeurilor cu probleme reduse-și a sistemului de conectare a echipamentelor. Structura atelierului este prezentată înFigura 3. Aspectul RAS industrial-terrestru pentru Mandarin Fish este prezentat înFigura 4.
2.1 Proiectarea parametrilor de recirculare a apei de cultură
Rata de recirculare este esențială pentru funcționarea eficientă a sistemului și trebuie determinată în mod cuprinzător pe baza densității stocului de pește Mandarin, a volumului de apă și a capacității de tratare a apei.
Formula de calcul al volumului de recirculare a apei:Q = V × N
Unde: Q este volumul de recirculare a apei (m³/h);
V este volumul apei de cultură (m³);
N este numărul de recirculare pe zi (ori/zi).
Design rezervor de cultură: diametrul unui singur rezervor 6 m, înălțime 1,2 m, înălțimea fundului conului 0,3 m.
Volumul calculat este π×3²×1.2 + 1/3×π×3²×0,3 ≈ 33,91 m³, volumul real al apei de cultură este de aproximativ 30 m³. Un singur atelier conține 10 rezervoare de cultură, volum total de apă 300 m³.
Parametri de funcționare: Rata de recirculare N este setată la 3-5 ori/zi; Circulația apei de completare reprezintă 10% din volumul total de apă (pentru a compensa pierderile prin evaporare și descărcare), ajustată în timp real prin monitorizare online.
2.2 Proiectarea rezervorului de cultură și a dispozitivului de evacuare a deșeurilor
După cum se arată înFigura 5, rezervorul de cultură este proiectat cu obiectivele de „descărcare rapidă a deșeurilor și distribuție uniformă a apei”, folosind un corp de rezervor circular combinat cu o structură de fund conic. Un dispozitiv „Toaletă cu pești” este instalat în partea de jos pentru a obține-descărcarea deșeurilor cu perturbări reduse. Toaleta cu pește a fost optimizată după cum urmează:
- Diametrul conductei de intrare/ieșire standardizat la 200 mm pentru a crește viteza de curgere.
- Placa de acoperire adoptă un design raționalizat rotativ pentru a îmbunătăți efectul de spălare prin rotație asupra sedimentelor de fund și pentru a îmbunătăți capacitatea de auto-curățare.
3. Proiectarea și cercetarea procesului de tratare a particulelor solide
Particulele solide sunt tratate prin clasificarea mărimii utilizând un proces în trei-etape de „pretratare - filtrare grosieră - filtrare fină”. Parametrii specifici sunt afișați înTabelul 1.
3.1 Procesul de pretratare
Utilizează un decantor vertical legat de sistemele de scurgere laterale-și de scurgere-inferioară ale rezervorului de cultură, folosind separarea gravitațională pentru a îndepărta particulele mai mari sau egale cu 100μm. Decantorul este conectat direct la rezervorul de cultură pentru a reduce pierderile de transport prin conductă și pentru a reduce sarcina în etapele ulterioare de filtrare.
3.2 Procesul de filtrare grosieră
După cum se arată înFigura 6, procesul de filtrare grosieră se concentrează pe un filtru cu tambur microscreen. Principiile de proiectare includ: amplasarea echipamentului în apropierea rezervoarelor de cultură pentru a scurta lungimea conductei și a reduce consumul de energie.
Utilizarea unui sistem de control PLC pentru a realiza o spălare automată în contrasens (de 4-6 ori/zi), coordonată cu monitorizarea online a calității apei pentru ajustarea parametrilor în timp real.
Utilizând designul cu debit gravitațional pentru a reduce consumul de energie al pompei și costurile de operare mai mici.
3.3 Procesul de filtrare fină
După cum se arată înFigura 7, procesul de filtrare fină purifică în continuare calitatea apei prin acțiunea sinergică a biofiltrului și a echipamentului de dezinfecție.
- Biofiltru: Selectează medii cu arie-specifică-de suprafață-înaltă, timp de retenție hidraulică 1-2h, menține oxigenul dizolvat Mai mare sau egal cu 5 mg/L, degradează azotul și nitritul amoniac.
- Echipamente de dezinfecție: Sterilizator cu ultraviolete (doză 3-5 × 10⁴ μW·s/cm²) sau generator de ozon (concentrație 0,1-0,3 mg/L, timp de contact 10-15 min) pentru a ucide microorganismele patogene.
- Sistem de oxigenare: Oxigenator cu oxigen pur utilizat împreună cu aeratoare pentru a asigura niveluri stabile de oxigen dizolvat.
4. Sistemul de amenajare și control al conductelor
4.1 Proiectarea planului conductei
Conductele sunt clasificate în funcție de funcție în patru tipuri: alimentare cu apă, recirculare, evacuare a deșeurilor și apă de completare. Principii de proiectare: Optimizați aspectul centrat în jurul rezervoarelor de cultură, reduceți coturile și lungimea conductei pentru a minimiza pierderea de cap; asigura un flux echilibrat de intrare și ieșire pentru a menține nivelurile stabile ale apei în rezervoarele de cultură; Țevile de evacuare a deșeurilor au o înclinație (mai mare sau egală cu 3%) pentru a facilita colectarea deșeurilor în flux propriu-.
4.2 Proiectarea sistemului de control
Sistemul adoptă o arhitectură în buclă închisă de „Senzori - Controler - Actuatoare” așa cum se arată înFigura 8. Funcțiile de bază includ:
- Monitorizarea-calității apei în timp real: Colectare online de date prin senzori de oxigen dizolvat, pH și azot amoniac.
- Controlul legăturii echipamentelor: Reglarea automată a timpului de funcționare a echipamentului de spălare în contra-microscreen, a puterii oxigenatorului și a dezinfectării pe baza parametrilor de calitate a apei.
- Vina avertizare: Alarme sonore și vizuale declanșate de parametri anormali, împinse către terminalele de management prin Ethernet sau comunicare fără fir.
5. Analiza datelor de testare a performanței echipamentelor
După cum se arată înFigura 9, o operațiune de probă de șase-luni a fost efectuată la o bază de creștere a peștilor Mandarin din Jiangxi. Sistemul nu a prezentat anomalii de tratare a apei, iar sistemul de monitorizare și avertizare timpurie a funcționat stabil.
Nu au fost găsite anomalii de tratare a apei în timpul aplicării, sistemul de monitorizare, avertizare timpurie și control a funcționat stabil. Aerarea în rezervoarele de cultură a fost utilizată în combinație cu controlul oxigenului dizolvat în timpul procesului de creștere. Evaluarea performanței echipamentului principal este prezentată înTabelul 2.
În timpul testului, densitatea populației a atins 50-60 pești/m³, rata de supraviețuire mai mare sau egală cu 90%, rata de creștere a crescut cu 20% față de agricultura tradițională, iar rata de reciclare a apei a ajuns la 92%, atingând obiectivele de economisire a energiei și reducerea emisiilor.
6. Rezumat
RAS industrial-terrestre pentru Mandarin Fish atinge obiectivele de acvacultură de „economisire a apei, eficiență ridicată și protecție a mediului” prin integrarea tehnologiilor de inginerie, bazate pe instalații-și digitale-inteligente. Inovațiile acestei cercetări constau în: optimizarea selecției echipamentelor pe baza modelului de capacitate de transport a biomasei pentru a îmbunătăți potrivirea sistemelor; îmbunătățirea-dispozitivului de evacuare a deșeurilor cu perturbări reduse pentru a spori eficiența eliminării deșeurilor; construirea unui sistem de control al conexiunii echipamentelor pentru a realiza o reglementare precisă a calității apei.
Acest sistem poate fi promovat și aplicat altor pisciculturi de apă dulce, oferind o referință tehnică pentru intensificarea transformării acvaculturii. Lucrările viitoare trebuie să reducă în continuare costurile echipamentelor și să optimizeze performanța senzorilor pentru a crește rata de penetrare a tehnologiei.