1. Prezentare generală a sistemelor de acvacultură cu recirculare (RAS)
(1) Caracteristicile sistemelor de acvacultură cu recirculare
Sistemele de acvacultură cu recirculare (RAS) sunt un model nou de acvacultură dezvoltat pe baza acvaculturii intensive, caracterizat prin recirculare și reutilizare a apei de cultură. Pe lângă avantajele acvaculturii intensive convenționale, RAS oferă beneficii semnificative în tratarea apelor uzate, reducerea consumului de apă și minimizarea deversării efluenților. Prin proiectarea optimizată a sistemului de alimentare cu apă și funcționarea coordonată a mai multor instalații și dispozitive, RAS permite reciclarea repetată a întregului volum de apă de cultură. În comparație cu acvacultura intensivă tradițională, acestea sunt superioare în ceea ce privește eficiența energetică pentru controlul temperaturii, atenuarea poluării mediului și prevenirea și controlul bolilor.
RAS necesită utilizarea integrată a unui set cuprinzător de instalații de purificare și tratare a apei. Proiectarea proceselor lor implică aplicarea mai multor discipline și tehnologii industriale, inclusiv mecanica fluidelor, biologie, inginerie mecanică, electronică, chimie și tehnologia informației de automatizare. Un RAS bine proiectat-poate atinge controlul complet al parametrilor de calitate a apei, cum ar fi temperatura, oxigenul dizolvat și nutrienții și, în orice circumstanțe, mai mult de 90% din apa din sistem poate fi reutilizată prin recirculare.
(2) Esența și avantajele RAS
Esența sistemelor de acvacultură cu recirculare (RAS) constă în sprijinirea și optimizarea producției de acvacultură prin abordări industrializate și modernizate. Permițând reglarea completă-procesului a mediului acvatic, RAS poate depăși parțial constrângerile externe, cum ar fi temperatura, disponibilitatea apei și spațiul, realizând astfel o producție continuă pe tot parcursul-anului, în mai multe loturi. Acest lucru permite agricultura în afara-sezonului și intrarea eșalonată pe piață, oferind producătorilor un avantaj competitiv și profituri economice mai mari.
(3) Eficiența producției și utilizarea resurselor
Performanța excelentă de producție a RAS este strâns legată de caracteristicile sale extrem de controlabile și eficiente de resurse{0}}. Pe -unitate-apă, randamentul produselor acvatice în RAS este de 3-5 ori mai mare decât cel al fluxului tradițional-prin acvacultura intensivă și de 8-10 ori mai mare decât cel al acvaculturii din iaz, în timp ce ratele de supraviețuire cresc cu peste 10%. În plus, utilizarea medicamentelor veterinare și a agenților chimici este redusă cu aproape 60%. Aceste îmbunătățiri cuprinzătoare ale indicatorilor de performanță asigură atât beneficiile economice, cât și ecologice ale RAS.
(4) Tratarea apei și integrarea sistemelor
În RAS, apa de cultură suferă o serie de tratamente, inclusiv filtrare fizică, purificare biologică, sterilizare și dezinfecție, degazare și oxigenare, permițând reutilizarea totală sau parțială a apei. În același timp, optimizarea mediului de cultură poate fi integrată cu echipamente automate precum alimentatoarele automate, permițând un grad de automatizare și management inteligent.
(5) Fundamente tehnologice și caracteristici cheie
RAS integrează tehnologii avansate din ingineria piscicolă, echipamente mecanice, noi materiale ecologice-, reglementări microecologice și management digital. Datorită mediului de producție pe deplin controlat, care este afectat minim de condițiile externe, RAS demonstrează avantaje semnificative, inclusiv conservarea apei și a terenurilor, cererea redusă de energie pentru reglarea temperaturii, condiții stabile de creștere, rate de creștere accelerate, densități mari de stocare și producția de produse ecologice, lipsite de poluare{{3}. Ca atare, RAS sunt privite drept „cel mai promițător model de acvacultură și direcție de investiții din secolul 21”.
(6) Dezvoltare și aplicare în China
Până în prezent, peste 900 de RAS-la scară largă au fost proiectate și construite în China, care acoperă provincii mari de coastă, precum și regiunile interioare, extinzându-se chiar și până în Xinjiang. Aceste sisteme, cuprinzând atât aplicații marine, cât și aplicații de apă dulce, au fost comercializate cu succes, îndeplinind obiectivele de producție așteptate și demonstrând performanțe operaționale excelente. Practicile de producție confirmă faptul că RAS nu numai că oferă o productivitate superioară și avantaje de mediu, dar realizează și costuri de producție semnificativ mai mici pe randament unitar în comparație cu alte modele de acvacultură.
2. Procese și tehnologii cheie ale sistemelor de acvacultură cu recirculare (RAS)
Sistemele de acvacultură cu recirculare (RAS) folosesc pe scară largă echipamentele și tehnologiile de inginerie industrială. De obicei, acestea constau din unități de proces și instalații pentru îndepărtarea particulelor solide; îndepărtarea particulelor în suspensie și a materiei organice solubile; eliminarea sărurilor anorganice solubile toxice și nocive, cum ar fi amoniacul și nitriții; controlul patogenilor; eliminarea dioxidului de carbon din metabolismul organismelor și microorganismelor de cultură; suplimentarea cu oxigen; si reglarea temperaturii. Procesele tehnice implicate includ izolarea termică și controlul temperaturii, îndepărtarea particulelor solide, îndepărtarea azotului și fosforului anorganic solubil, dezinfecția și sterilizarea, precum și oxigenarea.
(1) Caracteristici de producție industrializate și intensive
RAS îmbunătățește și mai mult caracteristicile intensive ale acvaculturii industriale, oferind o eficiență ridicată a producției și o ocupare redusă a terenului, depășind în același timp constrângerile resurselor de pământ și apă. Ca model de agricultură-input,-înaltă, densitate-înaltă și eficiență ridicată-, RAS se aliniază cu obiectivele globale ale Chinei pentru civilizația ecologică și strategiile de dezvoltare durabilă.
(2) Semnificația ecologică și strategică
Cu caracteristicile sale intensive, eficiente, de{0}}economisire a energiei, de reducere a-emisiilor și ecologice, RAS a devenit o direcție importantă pentru transformarea și modernizarea acvaculturii din China către o dezvoltare cu emisii scăzute de-carbon și verde. Timp de câțiva ani consecutiv, RAS a fost listat de Ministerul Agriculturii și Afacerilor Rurale din China drept o tehnologie majoră recomandată pentru acvacultură.
(3) Dezvoltarea curentă și tendințele
În prezent, acest model a câștigat o recunoaștere pe scară largă atât din partea mediului academic, cât și din partea industriei din China. Amploarea construcției de noi sisteme și capacitatea generală de agricultură au crescut constant în ultimii ani, făcând RAS una dintre tendințele cheie de dezvoltare viitoare ale industriei acvaculturii din China.
3. Prezentare generală a cercetării și industrializării sistemelor de acvacultură cu recirculare (RAS)
(1) Cercetare și industrializare internațională
Cercetare și dezvoltare timpurie
Cel mai vechi sistem de acvacultură cu recirculare (RAS) a apărut în Japonia în anii 1950. Ulterior, multe țări au început cercetările privind tratarea apei și tehnologiile de acvacultură pentru RAS. Inițial, aceste studii s-au bazat pe procese de tratare a apelor uzate municipale și pe sisteme de tip acvariu-(cu densități de cultură de numai 0,16–0,48 kg/m³). Cu toate acestea, astfel de abordări nu au luat în considerare cerințele unice ale acvaculturii comerciale-în special în ceea ce privește costurile sistemului, utilizarea resurselor, raportul dintre volumele de apă de cultură și de purificare și capacitatea de transport a sistemului (de obicei 50-300 kg/m³). Drept urmare, eforturile de cercetare au întâmpinat multe eșecuri, au consumat cantități mari de resurse și au progresat lent.
Recunoașterea caracteristicilor dinamice
Studiile timpurii au trecut cu vederea și o caracteristică importantă a RAS: natura sa dinamică. Ratele de producție și degradare a deșeurilor metabolice ale peștilor trebuie să atingă un echilibru dinamic pentru ca sistemul să rămână stabil și sănătos. Până la mijlocul-1980, odată cu înțelegerea din ce în ce mai mare a parametrilor calității apei-cum ar fi pH-ul, oxigenul dizolvat (DO), azotul total (TN), nitrații (NO₃⁻), cererea biochimică de oxigen (BOD) și cererea chimică de oxigen (COD) și modelele de variație ale acestora în apa de acvacultură au fost integrate treptat în designul sistemului de acvacultură. De exemplu, deficiența de oxigen poate fi corectată rapid prin aerare, dar răspunsul bacteriilor nitrificatoare la creșterea concentrațiilor de amoniac rămâne adesea semnificativ în urmă. Astfel, cunoașterea mai profundă a factorilor limitatori care interacționează a devenit din ce în ce mai importantă pentru proiectarea și funcționarea eficientă a sistemului.
Provocări în practicile timpurii
Mulți practicieni în acvacultură aveau experiență cu fluxul-prin sisteme intensive, dar nu aveau cunoștințe despre funcționarea RAS. Drept urmare, adesea nu au reușit să controleze în mod corespunzător densitatea stocului, cantitățile de hrănire, frecvența de hrănire și managementul calității apei, ceea ce duce la dezechilibre în fluxul de apă din sistem și ciclul materialului și, în cele din urmă, provoacă defecțiuni operaționale. Această lipsă de înțelegere științifică și experiență de management s-a reflectat în nivelurile de densitate a culturii: RAS la scară de laborator a atins de obicei doar 10-42 kg/m³, în timp ce RAS la scară comercială timpurie s-a menținut până la 6,7-7,9 kg/m³. După mai mult de jumătate de secol de progres tehnologic-incluzând optimizarea procesului, aerarea și oxigenarea (de exemplu, utilizarea oxigenului lichid), alimentarea automată și selectarea speciilor adecvate-RAS modern a depășit mulți factori limitatori și poate suporta acum densități mari de cultură de 50-300 kg/m³.
Creștere industrială și inovații tehnologice
Pe măsură ce acvacultura tradițională din iaz s-a confruntat cu stagnarea din cauza concurenței pe teren și a presiunilor de mediu, RAS în Europa și America de Nord a cunoscut o creștere rapidă între anii 1980 și 1990. Această expansiune industrială a fost însoțită de îmbunătățiri tehnologice, inclusiv utilizarea de filtre presurizate și ne-presurizate pentru solide în suspensie mari, ozonare pentru dezinfecție și degradare a materiei organice și dezvoltarea de filtre biologice multiple, cum ar fi filtre submerse, filtre cu scurgere, filtre cu piston, contactori biologici rotativi, reactoare cu pat bine denitizat și reactoare de biofiltre cu tambur, precum și reactoare cu pat bine denitizat. unitati. Odată cu aceste progrese, RAS sa maturizat treptat și a intrat în aplicare comercială.
Cazul Statelor Unite
Statele Unite și-au menținut o poziție de lider atât în cercetarea RAS fundamentală, cât și în cea aplicată, acoperind domenii precum nutriția și fiziologia speciilor cultivate intensiv, prevenirea bolilor și tehnologiile de tratare a apei. O caracteristică cheie a US RAS este gradul lor ridicat de automatizare și mecanizare în controlul calității apei. Sistemele asistate de computer-reglează automat oxigenul dizolvat, pH-ul, conductibilitatea, turbiditatea și nivelurile de amoniac, precum și condițiile de mediu, cum ar fi temperatura, umiditatea și intensitatea luminii. Folosindu-și baza industrială avansată, SUA au adoptat pe scară largă echipamente-de înaltă tehnologie pentru oxigenare, purificare biologică, îndepărtarea solidelor, clasificare și recoltare. De exemplu, RAS experimental dezvoltat de Centrul de Biotehnologie Marină de la Universitatea din Maryland încorporează procese de tratare anaerobă, care seamănă foarte mult cu sistemele concepute de Aquatec-Solutions din Danemarca.
4.Provocări și contramăsuri pentru dezvoltarea sistemelor industrializate de acvacultură cu recirculare (RAS)
(1) Integrarea insuficientă a instalațiilor și echipamentelor
Deși echipamentele de tratare a apei, alimentare automată, dezinfectare și aerare din China s-au apropiat treptat de nivelul avansat internațional, integrarea generală a sistemului rămâne inadecvată. Lipsa unor întreprinderi-la scară mare capabile să producă seturi complete de echipamente RAS a crescut costurile de construcție și complexitatea, împiedicând astfel progresul rapid al echipamentelor casnice.
(2) Nevoia de optimizare a furajelor compuse specializate
În prezent, formulele pentru hrana acvatică din China sunt foarte omogene și lipsesc furajele specializate concepute pentru RAS și speciile de cultură specifice. Acest lucru crește sarcina operațională a sistemelor de tratare a apei și afectează performanța agriculturii. Este necesar să se dezvolte furaje RAS specifice-speciilor, cu o nutriție bine-echilibrată, rate scăzute de leșiere și rate favorabile de conversie a furajelor.
(3) Prevenirea și controlul bolilor necesită o precizie mai mare
Agricultura cu densitate ridicată-și cu eficiență-înaltă crește riscul de apariție a bolilor odată ce apar dezechilibre ale sistemului, iar agenții patogeni sunt dificil de eliminat în sistemele închise. Optimizarea sistemului ar trebui îmbunătățită pentru a îmbunătăți capacitatea de tamponare, în timp ce cercetarea ar trebui să se concentreze pe fiziologia peștilor, răspunsurile la stres, indicatorii timpurii ai bolii și mecanismele eficiente de-avertizare a bolii.
(4) Presiunea semnificativă a consumului de energie și reducerea costurilor
Investițiile inițiale ridicate în construcție și consumul de energie sunt provocări inevitabile ale RAS. Măsurile de-economisire a energiei ar trebui implementate atât la nivel de echipament, cât și la nivel de sistem, inclusiv dezvoltarea de filtre cu energie redusă-, dispozitive de eliminare a CO₂, tehnologii de tratare a apei reziduale și aplicații de energie regenerabilă, cum ar fi pompele de căldură solare, eoliene și de apă-.
(5) Lipsa standardizării în operare și management
În prezent, nu există standarde sau norme tehnice unificate pentru RAS în China. Ca urmare, proiectarea sistemului, practicile de management și performanța agriculturii variază foarte mult, iar eșecurile operaționale sunt frecvente. Este esențial să se stabilească un cadru tehnic standardizat pentru o acvacultură sănătoasă, să se îmbunătățească standardele de proces și de management și să se promoveze proiecte demonstrative pentru producția standardizată.
(6) Necesitatea unei cercetări de bază consolidate
Înțelegerea științifică a mai multor aspecte rămâne insuficientă, inclusiv starea de sănătate a speciilor de cultură în condiții de densitate mare și de calitate a apei specifice, modificările structurale ale biofilmului în timpul funcționării sistemului, mecanismele de ciclu al nutrienților și metodele optime pentru îndepărtarea și tratarea inofensivă a particulelor solide. Aceste lacune împiedică dezvoltarea în continuare a tehnologiilor și echipamentelor relevante.
(7) Tendințe și oportunități de dezvoltare viitoare
În ciuda acestor provocări, RAS oferă avantaje semnificative în ceea ce privește eficiența producției, durabilitatea mediului și bunăstarea animalelor. Ca model de agricultură ecologică, ecologică, circulară și eficientă, se aliniază tendințelor globale de dezvoltare cu emisii reduse de-carbon. Odată cu modernizarea pescuitului din China, progresul civilizației ecologice și accelerarea obiectivelor de neutralitate a carbonului, RAS este de așteptat să intre într-o nouă fază de dezvoltare rapidă.