Analiza sistemelor de acvacultură cu recirculare (RAS) în creșterea eficienței acvaculturii
*Planul național de dezvoltare a pescuitului pentru cea de-a 14-a perioadă a planului cinci-anual* solicită în mod explicit dezvoltarea pescuitului inteligent, promovarea modernizării echipamentelor de acvacultură și îmbunătățirea eficienței reproducerii și a nivelurilor de utilizare a resurselor. Modelele tradiționale de acvacultură din iazuri se confruntă cu provocări precum utilizarea ridicată a apei, ocuparea semnificativă a terenurilor și impactul asupra mediului, ceea ce face dificilă satisfacerea cerințelor dezvoltării acvaculturii moderne. Sistemul de acvacultură cu recirculare (RAS), ca un nou model de agricultură intensivă, utilizează tehnologii de tratare și reciclare a apei pentru a obține o cultură de înaltă-densitate a organismelor acvatice într-un mediu relativ închis, oferind avantaje tehnice distincte.
1. Prezentare generală a sistemelor de acvacultură cu recirculare
1.1 Concepte de bază și componente structurale
Un sistem de acvacultură cu recirculare (RAS) este un model modern de acvacultură extrem de intensiv, care realizează cultivarea cu densitate mare a organismelor acvatice într-un mediu relativ închis, prin tehnologii de tratare și reciclare a apei. RAS constă în principal din trei module funcționale: unitatea de cultură, unitatea de tratare a apei și unitatea de monitorizare și control al calității apei.
1.2 Principiul de lucru
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) și azot amoniac (<0.5 mg/L), which are regulated via automated control devices to maintain the optimal culture environment
2. Analiza eficienței producției în RAS
2.1 Capacitatea de control al mediului apei
Capacitatea de control al mediului apei a RAS se reflectă în principal în reglarea precisă a parametrilor de calitate a apei și răspunsul rapid la factorii de stres de mediu. Acest studiu, desfășurat la o bază-la scară largă RAS cu trei sisteme de testare paralele (fiecare volum de 50 m³, densitate de stocare 25 kg/m³), a monitorizat datele continuu timp de 180 de zile, dând rezultate înTabelul 1.
Datele indică faptul că RAS funcționează excepțional de bine în reglarea oxigenului dizolvat. Chiar și în timpul consumului maxim de oxigen pe timp de noapte, nivelurile ideale sunt menținute prin efectul sinergic al pompelor cu variație de frecvență (VFD) și aerarea microporoasă. Reglarea pH-ului, folosind monitorizarea online cuplată cu un sistem automat de dozare alcaline, a arătat o bună stabilitate în rezultatele monitorizării continue. Pentru îndepărtarea azotului de amoniac, eficiența de nitrificare a biofiltrului în condiții standard a fost îmbunătățită semnificativ în comparație cu metodele convenționale.
Controlul temperaturii, realizat folosind schimbătoare de căldură cu tub de titan cu algoritmi de control PID, a menținut temperatura apei stabilă chiar și în cazul unor fluctuații semnificative ale temperaturii ambientale.
Prin 180 de zile de funcționare continuă, rata de conformitate și stabilitatea tuturor indicatorilor de calitate a apei din sistem au fost îmbunătățite semnificativ în comparație cu modelele tradiționale de cultură, demonstrând pe deplin avantajele tehnice și valoarea de aplicare a RAS în controlul mediului apei. În plus, rata de conformitate pentru indicatorii cheie de calitate a apei a atins 98,5%, stabilitatea indicatorilor de bază precum oxigenul dizolvat, pH-ul și azotul amoniac fiind cu 47% mai mare decât în cultura tradițională.
2.2 Performanța creșterii biologice
Acest studiu a selectat crapul de iarbă de pește de apă dulce (Ctenopharyngodon idella) ca subiect pentru a compara diferențele de performanță de creștere dintre RAS și cultura tradițională de iaz. Grupul de testare a constat din trei unități RAS de 50 m³, în timp ce grupul de control a folosit trei iazuri de cultură standard de 500 m², ambele pe un ciclu de 180 de zile (date prezentate înTabelul 2).
Rezultatele au arătat că controlul precis al mediului și gestionarea hrănirii în RAS au îmbunătățit semnificativ performanța de creștere a crapului ierb. Efectul constant de temperatură și stabilitatea calității apei au promovat activitatea de hrănire și a îmbunătățit eficiența conversiei furajelor.
2.3 Eficiența operațională a instalațiilor și echipamentelor
Eficiența operațională a RAS este evaluată în primul rând prin intermediul indicelui global de consum de energie (IEC), calculat după cum urmează:
IEC=(P × T × η) / (V × Y)
Unde:
IEC=Indicele cuprinzător al consumului de energie (kW·h/kg)
P=Puterea totală instalată a sistemului (kW)
T=Timp de funcționare (h)
η=Factor de încărcare a echipamentului
V=Volumul apei de cultură (m³)
Y=Randament pe unitate de volum de apă (kg/m³)
Analiza datelor operaționale a arătat următorii parametri cheie de performanță pentru echipamentele majore RAS: eficiența de funcționare a sistemului de pompe a atins 85%, o îmbunătățire cu 18% față de pompele tradiționale; sarcina de tratare cu azot amoniac a biofiltrului a fost de 0,8 kg/m³·d, o creștere cu 40% față de biofiltrele convenționale; iar unitatea de dezinfecție UV a menținut o eficiență de sterilizare peste 99,9%.
Echipamentul sistemului folosește un control inteligent al legăturii, ajustând automat puterea de funcționare și durata de funcționare pe baza parametrilor de calitate a apei. De exemplu, echipamentele de control al temperaturii pot funcționa cu o sarcină redusă (de exemplu, 30%) în perioadele de temperatură stabilă, iar sistemele de aerare pot funcționa în modul de frecvență variabilă de economisire a energiei-în perioadele cu consum redus de oxigen pe timp de noapte. Prin acest control inteligent al echipamentului, indicele mediu de consum de energie cuprinzător al sistemului a fost de 2,1 kW·h/kg, cu 45% mai mic decât modelele tradiționale de cultură.
3. Cuantificarea beneficiilor globale ale RAS
3.1 Indicatori cantitativi ai beneficiului producției
Acest studiu a stabilit un sistem de evaluare cantitativă a beneficiilor producției RAS, acoperind trei dimensiuni: beneficiu de producție, beneficiu de calitate și beneficiu de timp. Pe baza analizei datelor din zece baze RAS-la scară largă, indicele cuprinzător al beneficiilor de producție a sistemului a ajuns la 0,85, o îmbunătățire cu 56% față de modelele tradiționale de cultură.
Evaluarea beneficiilor rezultatelor ia în considerare și valoarea adăugată-din calitatea îmbunătățită a produsului. Produsele acvatice de la RAS au prezentat îmbunătățiri semnificative ale indicatorilor senzoriali, cum ar fi textura cărnii și conținutul de grăsime intramusculară, comparativ cu cultura tradițională, atingând o rată a primei de piață de 15%-20%. În ceea ce privește beneficiul calității, hrănirea precisă și controlul mediului în sistem au dus la o dimensiune mai uniformă a produsului și o creștere notabilă a ratei produsului premium. În etapele ulterioare ale culturii, uniformitatea dimensiunii produsului a atins peste 92%, facilitând procesarea standardizată și vânzările la scară largă-.
3.2 Evaluarea consumului de resurse
A fost utilizată o metodă de evaluare a ciclului de viață (LCA) pentru a cuantifica consumul de resurse în timpul funcționării sistemului. Indicatorii cheie de evaluare au inclus consumul de apă dulce, consumul de energie electrică și intrarea în furaje (date afișate înTabelul 3).
Analiza eficienței utilizării resurselor a arătat că sistemul realizează o eficiență ridicată și conservarea resurselor prin tehnologiile de tratare și reciclare a apei, cu cele mai semnificative economii observate în resursele de apă și terenuri. Rezultatele evaluării impactului asupra mediului au indicat că intensitatea emisiilor de carbon a sistemului a fost cu 52% mai mică decât cultura tradițională.
Avantajele sistemului în conservarea resurselor sunt evidente și în eficiența îmbunătățită a utilizării furajelor. Utilizarea sistemelor inteligente de hrănire combinată cu datele de monitorizare a calității apei a permis o hrănire precisă, cantitativă, reducând semnificativ risipa de furaj. Cercetările indică faptul că raportul de conversie a furajelor în RAS se îmbunătățește cu 25%-30% în comparație cu cultura tradițională. În ceea ce privește utilizarea resurselor umane, prin automatizare și monitorizare inteligentă, orele de muncă pe tonă de produs au scăzut de la 0,48 ore în cultura tradițională la 0,15 ore, reducând substanțial aportul de muncă și îmbunătățind și mediul de lucru.
3.3 Analiza de fezabilitate economică
Fezabilitatea economică a fost evaluată utilizând metodele Valoarei actuale nete (VAN) și perioada de rambursare. Investiția inițială include inginerie civilă, achiziționarea de echipamente, instalarea și punerea în funcțiune. Costurile de exploatare includ energia, forța de muncă, furajele și întreținerea. Sursele de venit includ vânzările de produse acvatice și beneficiile din economisirea resurselor de apă.
EC= Σ [ (Ct - Ot) / (1 + r)^t ] - I0
Unde:
VAN=Valoarea actuală netă (10.000 CNY)
I0=Investiție inițială (10.000 CNY)
Ct=Intrare de numerar în anul t (10.000 CNY/an)
Ot=Ieșiri de numerar în anul t (10.000 CNY/an)
r=Rata de reducere (%)
t=Perioada de calcul (ani)
Calculat pentru o scară de producție anuală de 500 de tone, sistemul necesită o investiție inițială de 8,5 milioane CNY, costuri anuale de operare de 4,2 milioane CNY și venituri anuale din vânzări de 7,5 milioane CNY. Folosind o rată de actualizare de referință de 8%, perioada de rambursare este de 3,2 ani, iar rata de rentabilitate internă financiară (IRR) este de 28,5%. Analiza de sensibilitate arată că proiectul menține o rezistență bună la risc chiar și cu fluctuații ale prețului produsului de ±20%.
4. Concluzie
Sistemele de acvacultură cu recirculare (RAS) depășesc semnificativ modelele tradiționale de cultură în ceea ce privește controlul mediului apei, performanța creșterii biologice și eficiența operațională a echipamentelor. Cercetările viitoare ar trebui să se concentreze pe îmbunătățirea nivelurilor de inteligență a sistemului, pe optimizarea eficienței operaționale a echipamentelor și pe explorarea modelelor de promovare-la scară largă pentru a îmbunătăți în continuare beneficiile cuprinzătoare ale acvaculturii recirculate.