Технология за контрол на ефективността на растежа и качеството на водата на сладководни риби в рециркулационна система за аквакултури
С непрекъснатото подобряване на интензификацията в индустрията на аквакултурите и все по-строгите изисквания за опазване на околната среда, традиционните модели на аквакултури са изправени пред многобройни проблеми като замърсяване на околната среда, отпадъци от водни ресурси и влошено качество на продуктите. Рециркулиращата система за аквакултура (RAS), като нов тип метод за аквакултура, има предимства, включително опазване на вода, пестене на земя, висока гъстота на отглеждане, контрол върху околната среда и намалено изтичане на долната вода. Той е в съответствие с настоящите национални стратегически изисквания за кръгова икономика и енергоспестяване и намаляване на емисиите, представляващи важна посока за трансформацията и развитието на индустрията на аквакултурата и се превърна в решаващ модел за устойчивото развитие на съвременния риболов. В RAS водата от аквакултури се рециркулира след преминаване през физическа филтрация, биологично пречистване, аериране, дезинфекция и други обработки, изискващи системата непрекъснато да поддържа условия за качество на водата, подходящи за растежа на рибата. Като пряка среда за оцеляване на рибите, колебанията в различните параметри на качеството на водата влияят пряко върху физиологичните функции, метаболитната ефективност и устойчивостта на рибите към болести, което в крайна сметка се проявява като разлики в ефективността на растежа. Следователно,-задълбоченото изследване на присъщата връзка между контрола на качеството на водата и растежа на сладководните риби в RAS има значително теоретично и практическо значение за подобряване на ефективността на аквакултурите и насърчаване на здравословното развитие на индустрията.
1 Преглед на системата за рециркулационна аквакултура
Моделът на рециркулираща аквакултура е метод на отглеждане, при който водата от културата се рециркулира след обработка чрез физични, химични и биологични филтриращи процеси. Изследванията на технологията за рециркулационни аквакултури започнаха по-рано в чужбина. През 60-те години на миналия век страни като Съединените щати, Холандия и Дания започнаха съответните проучвания. Съединените щати са го използвали предимно за отглеждане на дъгова пъстърва, ивичест костур и черноморски костур; Холандия го използва главно за европейска змиорка и африкански сом; Датската рециркулираща система за аквакултура е открита полу-затворена система, използвана главно за производство на дъгова пъстърва.
През 80-те години на миналия век Китай въвежда чуждестранни рециркулационни технологии и съоръжения за аквакултури. Поради високите инвестиционни и експлоатационни разходи, повечето от въведените съоръжения бяха бързо изоставени. През 1988 г. Изследователският институт за риболовни машини и инструменти към Китайската академия на риболовните науки, черпейки от западногерманска технология, проектира и построи първия цех за производство на рециркулиращи аквакултури в Китай. През последните години китайски учени като Qu Keming предложиха високо, средно и ниско-технологични модели за рециркулация на аквакултури въз основа на различните нужди на различни видове предприятия за аквакултури и ги популяризираха в крайбрежните райони; Liu Bo от станцията за разширяване на технологиите за рибарство в провинция Хейлундзян предложи "контейнерна" рециркулираща технология и модели за аквакултура; Професор He Xugang от селскостопанския университет Huazhong предложи езерен „нулев-отводняващ“ зелен и ефективен модел на аквакултура „в плен“.
Рециркулиращите модели за аквакултури се разделят главно на типове като "състезателна пътека", "контейнер" и "затворен". Като вземем за пример модела на аквакултурата „състезателна пътека“, той се състои от поток-през резервоар, зона за събиране на отпадъци, съоръжения за аериране, съоръжения за отклоняване, зона за пречистване, влажна зона и други компоненти. Малката-водна-телесна-водна аквакултурна зона се състои от правоъгълни резервоари, заемащи 2%–5% от площта на езерото. През последните години спецификациите на резервоара-за битов поток обикновено са с дължина 20 m, ширина 4 m и височина 2,5 m, с 1–2 резервоара, поставени на 6670 m² водно тяло. Основният компонент е водо{17}}оборудването за аериране. Ранните версии използваха импелерни устройства за изтласкване на вода и аериращи устройства за насищане с кислород, но сега повечето използват въздушно{19}}оборудване, съставено от вентилатори, микропорести аерационни тръби и прегради. Обикновено се изграждат два взаимосвързани потопени резервоара за събиране на отпадъци с обем 10 m³ за всеки три резервоара, поставени в задния край на потока-през резервоари за събиране на отпадъци от зоната за култура. Голямата-зона-за екологично пречистване на тялото заема 95%–98% от площта на езерото, с отклонителни диги и дълбочина на водата над 2 m. В тази зона се отглежда предимно филтрираща-хранеща се риба, като покритието на водните растения се контролира на 20%–30% от зоната за пречистване. Оборудван е с аератори с лопаткови колела, аератори с перки, машини за-изработване на вълни и т.н. и се добавят микробни препарати, ако е подходящо.
2 Ефекти от модела на рециркулираща аквакултура върху производителността на растежа на сладководни риби
2.1 Темп на растеж
Моделът на рециркулираща аквакултура може да осигури относително стабилна среда за растеж на сладководни риби, което спомага за подобряване на темповете на растеж. В традиционната езерна аквакултура качеството на водата е силно повлияно от външни фактори на околната среда като температура и валежи, които лесно могат да причинят колебания в качеството на водата и да повлияят на растежа на рибата. В модела на рециркулираща аквакултура системата за контрол на качеството на водата може да поддържа относително стабилни параметри на качеството на водата като температура на водата, разтворен кислород и стойност на pH, създавайки подходящи условия за растеж на рибата. Например, в модела на аквакултурата „състезателна пътека“, скоростта на водния поток в потока-през резервоара може да се регулира чрез-водоизтласкващо оборудване за аериране. Подходящата скорост на потока може да насърчи движението на рибата, да подобри физическата годност, да увеличи приема на храна и да ускори растежа.
2.2 Коефициент на използване на фуража
Моделът на рециркулираща аквакултура може да подобри степента на използване на фуража от сладководни риби. В традиционната аквакултура, след като се разпредели фуражът, част от фуража потъва на дъното, без да бъде изконсумиран, причинявайки отпадъци. Междувременно фуражът, който потъва на дъното, се разлага, за да произведе вредни вещества, които влияят върху качеството на водата. В модела на рециркулираща аквакултура, поради ефекта на водния поток, фуражът може да бъде по-добре разпръснат във водата, което улеснява консумацията на риба, като по този начин се намаляват отпадъците от фураж. Освен това, пречиствателни единици като биофилтри в рециркулиращата система за аквакултури могат да премахнат органични вещества като остатъчен фураж и изпражнения от водата за отглеждане, намалявайки съдържанието на вредни вещества като амонячен азот и нитритен азот във водата. Това намалява въздействието на тези вредни вещества върху храносмилателните и абсорбционните функции на рибите, като по този начин подобрява степента на използване на храната.
2.3 Качество на продукта
Моделът за рециркулираща аквакултура спомага за подобряване на качеството на продуктите от сладководни риби. В традиционната аквакултура рибите са податливи на инфекция от патогени като паразити и бактерии, което води до поява на заболяване и засяга качеството на продукта. В модела на рециркулираща аквакултура мерки като контрол на качеството на водата и дезинфекция могат ефективно да намалят броя на патогените във водата, намалявайки риска от заболявания на рибите. В същото време относително чистата среда за растеж на рибата в рециркулиращия модел на аквакултура намалява производството на нежелани миризми като миризма на кал, подобрявайки вкуса и качеството на продукта.
3 ключови параметри и методи за контрол на качеството на водата в рециркулационен модел на аквакултура
3.1 Ключови параметри
3.1.1 Разтворен кислород
Разтвореният кислород е един от важните параметри за качеството на водата, влияещи върху растежа на рибите. Рибите се нуждаят от достатъчно кислород за дишане по време на растеж. Недостатъчното количество разтворен кислород може да доведе до бавен растеж, намален имунитет и дори смърт. Обикновено разтвореният кислород в системите за рециркулация на аквакултури трябва да се поддържа над 5 mg/L.
3.1.2 Амонячен азот
Амонячният азот е един от основните замърсители във водата за аквакултури, произлизащ главно от рибни екскременти и разлагането на остатъчен фураж. Амонячният азот е силно токсичен за рибите, уврежда хрилната тъкан, нервната система и имунната система, засягайки растежа и оцеляването. Концентрацията на амонячен азот в системите за рециркулация на аквакултури трябва да се контролира под 0,5 mg/L.
3.1.3 Нитритен азот
Нитритният азот е междинен продукт, получен по време на нитрификацията на амонячен азот и има известна токсичност. Нитритният азот се свързва с хемоглобина в кръвта на рибите, намалявайки нейния-капацитет за носене на кислород и причинявайки хипоксия и задушаване при рибите. Концентрацията на нитритен азот в системите за рециркулация на аквакултури трябва да се контролира под 0,1 mg/L.
3.1.4 рН стойност
Стойността на рН е важен индикатор, отразяващ киселинността или алкалността на водата и има значително въздействие върху растежа и физиологичните функции на рибите. Стойността на pH в системите за рециркулация на аквакултури трябва да се контролира между 7,0 и 8,5.
3.2 Методи за контрол на качеството на водата
3.2.1 Физически контрол
Физическият контрол включва главно мерки като филтриране, утаяване и аериране. Филтрирането е ефективен метод за отстраняване на суспендирани твърди вещества и прахови частици от водата. Често използваното оборудване за филтриране включва микроекрани и пясъчни филтри. Утаяването използва гравитацията, за да утаи твърдите частици във водата на дъното, като по този начин пречиства качеството на водата. Аерирането е важно средство за увеличаване на разтворения кислород във водата. Често използваното оборудване за аериране включва вентилатори, аератори с лопаткови колела и аератори с перки.
3.2.2 Химичен контрол
Химическият контрол включва главно добавяне на химически агенти към водата за регулиране на качеството на водата. Например, когато концентрациите на амонячен азот и нитритен азот във водата са твърде високи, могат да се добавят нитрифициращи бактериални препарати за насърчаване на реакциите на нитрификация и намаляване на съдържанието на амонячен азот и нитритен азот; когато стойността на pH на водата е твърде ниска, може да се приложи негасена вар, за да се повиши стойността на pH.
3.2.3 Биологичен контрол
Биологичният контрол използва микроорганизми, водни растения и други организми за пречистване на качеството на водата. Микроорганизмите могат да разграждат органичните вещества във водата, превръщайки вредни вещества като амонячен азот и нитритен азот в безвредни вещества. Често използваните микробни препарати включват фотосинтезиращи бактерии, Bacillus и нитрифициращи бактерии. Водните растения могат да абсорбират хранителни вещества като азот и фосфор от водата, намалявайки появата на еутрофикация, като същевременно осигуряват местообитания и засенчване за рибите. Обичайните водни растения включват воден хиацинт, алигатор и елодея.
4 Корелация между ефективността на растежа на сладководните риби и контрола на качеството на водата в модела на рециркулираща аквакултура
4.1 Разтворен кислород и производителност на растеж
Когато разтвореният кислород във водата е достатъчен, дишането на рибите функционира нормално, метаболизмът е енергичен, приемът на храна се увеличава и скоростта на растеж се ускорява. Обратно, метаболизмът се забавя и скоростта на растеж намалява. В модела на рециркулираща аквакултура разумните мерки за аериране поддържат стабилни нива на разтворен кислород във водата, осигурявайки добра респираторна среда за рибите и насърчавайки техния растеж и развитие.
4.2 Амонячен азот, нитритен азот и производителност на растеж
Амонячният азот и нитритният азот са токсични вещества във водата за аквакултури, които сериозно увреждат растежа и оцеляването на рибите. Високите концентрации на амонячен азот увреждат хрилната тъкан на рибата, засягайки дихателната функция; те също увреждат нервната система и имунната система на рибите, намалявайки устойчивостта им към болести. В модела на рециркулираща аквакултура единици за третиране като биофилтри могат незабавно да премахнат амонячния азот и нитритния азот от водата, намалявайки техните токсични ефекти върху рибата и осигурявайки здравословен растеж на рибата.
4.3 Стойност на pH и производителност на растеж
pH стойността има важно влияние върху растежа и физиологичните функции на рибите. Различните видове риби имат различни адаптивни диапазони за pH стойност. В модела на рециркулираща аквакултура рН стойността на водата се тества редовно и се предприемат съответните мерки за коригиране въз основа на резултатите от теста.
5 Тенденции на развитие и предизвикателства на рециркулационния модел на аквакултури
5.1 Интелигентна и прецизна посока на развитие
С развитието на Интернет на нещата, големите данни и технологиите за изкуствен интелект, моделът на рециркулиращите аквакултури се развива към интелигентност и прецизност. Чрез интегриране на системи като онлайн мониторинг на качеството на водата, автоматично захранване и контрол на оборудването може да се постигне-регулиране в реално време на културната среда и автоматизирано управление на производствения процес.
5.2 Опазване на околната среда с ниски-въглеродни емисии и път на устойчиво развитие
Моделът на рециркулираща аквакултура отговаря на изискванията за ниско{0}}въглеродна защита на околната среда и устойчиво развитие чрез опазване на водата, спестяване на енергия и намаляване на замърсяването. Бъдещите усилия трябва да оптимизират процесите на пречистване на водата, да намалят консумацията на енергия и разходите и да подобрят стабилността и оперативността на системата. Например, възобновяеми енергийни източници като слънчева и вятърна енергия могат да се използват за доставка на електричество, намалявайки въглеродните емисии; технологията за микробни горивни клетки може да се използва за постигане на енергийно оползотворяване на органичните вещества в отпадъчните води, като се изгради интегрирана система за „аквакултура-енергия-опазване на околната среда“.
5.3 Предизвикателства и мерки за противодействие
Настоящият модел на рециркулационна аквакултура все още е изправен пред предизвикателства като големи инвестиции, техническа сложност и високи изисквания за управление. Необходимо е да се засилят технологичните изследвания и разработки и интегрираните иновации, за да се намалят разходите за изграждане и експлоатация на системата; подобряване на стандартната система и оперативните спецификации за повишаване на техническото ниво на фермерите; и засилване на политическата подкрепа и финансовите инвестиции за насърчаване на прилагането на модели на рециркулационни аквакултури в селските райони.
6 Заключение и прогноза
Моделът на рециркулираща аквакултура, чрез разумен контрол на качеството на водата, поддържа стабилни нива на ключови параметри за качество на водата като разтворен кислород, амонячен азот, нитритен азот и pH стойност. Това осигурява добра среда за растеж на сладководните риби, като подобрява техния темп на растеж, степен на използване на храната и качеството на продукта. Понастоящем при практическите приложения на модела на рециркулираща аквакултура все още има проблеми като ниска ефективност на събиране на отпадъци поради въздействието на структурата на резервоара за култивиране върху хидродинамичните характеристики и нестабилна ефективност на третиране на биофилтри. Бъдещите изследвания трябва допълнително да оптимизират структурата на резервоара за култура, за да подобрят ефективността на събиране на отпадъци; засилване на изследванията върху регулирането на растежа на биофилма и оптимизирането на циркулацията на водата, за да се подобри ефективността на обработката на биофилтрите; същевременно комбинирайте интелигентни технологии за постигане на-мониторинг в реално време и автоматичен контрол на параметрите на качеството на водата, като допълнително подобрявате научния и прецизен характер на модела на рециркулираща аквакултура и насърчавате устойчивото развитие на индустрията за отглеждане на сладководни риби.