Индустриална рециркулационна система за аквакултури (RAS), като нововъзникваща технология за аквакултури, движена от националните риболовни политики, постига интензификация, висока ефективност и екологична устойчивост в аквакултурите чрез интегриране на индустриално инженерно оборудване и технологии за контрол на околната среда. Това еосновни предимствавключват:рециклиране на водата спестяване на над 90% вода, независимост от регионални и сезонни ограничения, прецизно регулиране на ключови фактори на околната среда като температура на водата и разтворен кислород, значително подобряване на продуктивността на земята и коефициента на преобразуване на фуража. Признат е като решаваща посока за устойчивото развитие на аквакултурата. Характеризирайки се с „високи инвестиции, висока плътност и висока производителност“, широкото му приемане е ограничено от фактори като висока първоначална инвестиция (разходи за съоръжения и оборудване) и високи технически бариери (аклиматизация на семената и управление на качеството на водата).
Риба мандарина (Siniperca chuatsi), като високо{0}}ценен сладководен аквакултурен вид, се сблъсква с предизвикателства в традиционното отглеждане, като чести заболявания, трудност при контрола на качеството на водата и нестабилни добиви. Понастоящем техническите резерви за промишлени RAS на риба мандарина остават недостатъчни, особено при липса на систематична практика в области като оптимизиране на процесите на отглеждане, проектиране на специално оборудване и процеси за пречистване на водата. Това изследване се фокусира върху ефективното рециклиране и използване на водните ресурси, като има за цел да изгради система за технологично оборудване за-базирана на сушата промишлена аквакултура на Mandarin Fish. Чрез оптимизиране на устройства за изхвърляне на отпадъци с ниско -смущение и интегриране на технология за свързване на оборудването се провеждат експериментални изследвания на ключови показатели като ефективност на пречистване на водата и капацитет на био-натоварване. Целта е да се разработи репликируемо техническо решение за подпомагане на високо-качественото развитие на индустрията за отглеждане на Mandarin Fish.
1. Поток на промишлен рециркулационен процес на аквакултура
Ядрото на промишления RAS е постигането на динамичен воден баланс и рециклиране чрез затворен-процес на "физическа филтрация - биологично пречистване - дезинфекция и оксигенация". "Отглеждането на риба започва с отглеждането на вода"; параметри като скорост на водния поток, температура, pH, концентрация на амонячен азот и ниво на разтворен кислород пряко влияят върху средата на растеж на мандариновите риби. Този дизайн на системата следва принципа на "малки системи, множество единици". Нейната основна логика е: по-бързите скорости на потока могат да подобрят ефективността на обработката на системата, да намалят разрушаването на големи отпадъци от прахови частици и да понижат последващото потребление на енергия за обработка; отстраняването на замърсителите следва последователността "твърдо → течно → газ". третирането на твърдите отпадъци се класифицира по „голям размер на частиците → малък размер на частиците“, а процесите на филтриране и дезинфекция са свързани последователно.
Както е показано вФигура 1, системният поток е: дренажът от резервоара за култивиране преминава през предварителна обработка за отстраняване на големи отпадъци от частици, навлиза в етапи на грубо и фино филтриране за отстраняване на фини суспендирани твърди частици, след това преминава през биофилтър за разграждане на вредни вещества като амонячен азот и накрая, след дезинфекция и оксигенация, се връща в резервоара за култивиране, постигайки контролирано качество на водата и рециклиране на водата по време на целия процес.
2. Проектиране и изследване на съоръжения и оборудване за аквакултури за мандаринови риби
Традиционният дизайн на съоръжения за аквакултури често разчита на опит, което лесно води до неефективно оборудване и загуба на разходи. Както е показано вФигура 2, това изследване, базирано на принципа на баланса на масата, изгражда модел за максималния капацитет на биомаса за пренасяне на риба мандарина. Чрез изчисляване на максималната скорост на захранване, общите отпадъци и производството на амонячен азот се постига научен избор на оборудване. Използвайки предприятие за отглеждане на мандаринска риба в Дзянси като казус, фокусът беше върху оптимизирането на устройството за изхвърляне на отпадъци с ниско-смущение и системата за свързване на оборудването. Оформлението на работилницата е показано вФигура 3. Оформлението на-наземния индустриален RAS за Mandarin Fish е показано вФигура 4.
2.1 Проектиране на параметъра за рециркулация на културална вода
Степента на рециркулация е ключова за ефективната работа на системата и трябва да се определи изчерпателно въз основа на гъстотата на отглеждане на мандаринката, обема на водата и капацитета за пречистване на водата.
Формула за изчисляване на обема на рециркулацията на водата:Q = V × N
Където: Q е рециркулационният обем на водата (m³/h);
V е обемът на културалната вода (m³);
N е броят на рециркулациите на ден (пъти/ден).
Дизайн на резервоар за култура: Единичен резервоар с диаметър 6 м, височина 1,2 м, височина на дъното на конуса 0,3 м.
Изчисленият обем е π×3²×1.2 + 1/3×π×3²×0,3 ≈ 33,91 m³, действителният воден обем на културата е около 30 m³. Един цех съдържа 10 резервоара за култура, общ обем на водата 300 m³.
Работни параметри: Степента на рециркулация N е зададена на 3-5 пъти/ден; циркулацията на подхранващата вода е 10% от общия обем вода (за компенсиране на загубите от изпарение и изпускане), коригирана в реално време чрез онлайн мониторинг.
2.2 Проектиране на резервоар за култура и устройство за изхвърляне на отпадъци
Както е показано вФигура 5, резервоарът за култура е проектиран с цел "бързо изхвърляне на отпадъците и равномерно разпределение на водата", като се използва кръгло тяло на резервоара, комбинирано с конусовидна структура на дъното. В долната част е инсталирано устройство „Рибна тоалетна“, за да се постигне ниско{1}}смущаващо изхвърляне на отпадъци. Рибната тоалетна е оптимизирана, както следва:
- Диаметърът на входната/изходящата тръба е стандартизиран до 200 мм за увеличаване на скоростта на потока.
- Покриващата плоча приема въртящ се опростен дизайн, за да подобри ефекта на ротационно промиване върху дънните утайки и да подобри способността за само{0}}почистване.
3. Проектиране и изследване на процеса за третиране на твърди частици
Твърдите частици се третират по класификация по размер с помощта на три-етапен процес на „предварителна обработка - груба филтрация - фина филтрация“. Специфичните параметри са показани вТаблица 1.
3.1 Процес на предварителна обработка
Използва утаител с вертикален поток, свързан със страничните-дренажни и долните-дренажни системи на резервоара за култура, използвайки гравитационно разделяне за отстраняване на частици, по-големи или равни на 100 μm. Утаителят е директно свързан към резервоара за култура, за да се намалят загубите при транспортиране по тръбопровода и да се намали натоварването на следващите етапи на филтриране.
3.2 Процес на грубо филтриране
Както е показано вФигура 6, процесът на грубо филтриране се съсредоточава върху микроекранен барабанен филтър. Принципите на проектиране включват: разполагане на оборудването близо до резервоарите за култура, за да се скъси дължината на тръбопровода и да се намали консумацията на енергия.
Използване на PLC система за управление за постигане на автоматично обратно промиване (4-6 пъти/ден), координирано с онлайн мониторинг на качеството на водата за настройка на параметрите в реално време.
Използване на дизайн на гравитационен поток за намаляване на консумацията на енергия на помпата и по-ниски оперативни разходи.
3.3 Процес на фино филтриране
Както е показано вФигура 7, процесът на фино филтриране допълнително пречиства качеството на водата чрез синергичното действие на биофилтъра и оборудването за дезинфекция.
- Биофилтър: Избира среда с висока-специфична-повърхност-площ, хидравлично време на задържане 1-2 часа, поддържа разтворен кислород над или равен на 5 mg/L, разгражда амонячен азот и нитрит.
- Оборудване за дезинфекция: Ултравиолетов стерилизатор (доза 3-5 × 10⁴ μW·s/cm²) или генератор на озон (концентрация 0,1-0,3 mg/L, време за контакт 10-15 минути) за убиване на патогенни микроорганизми.
- Система за оксигенация: Оксигенатор с чист кислород, използван заедно с аератори за осигуряване на стабилни нива на разтворен кислород.
4. Схема на тръбопровода и система за управление
4.1 Проектиране на схемата на тръбопровода
Тръбопроводите се категоризират по функция в четири типа: водоснабдяване, рециркулация, изхвърляне на отпадъци и допълваща вода. Принципи на проектиране: Оптимизирайте оформлението, центрирано около резервоарите за култура, намалете колената и дължината на тръбопровода, за да минимизирате загубата на напор; осигурете балансиран приток и изход за поддържане на стабилни водни нива в резервоарите за култура; тръбите за изпускане на отпадъци имат наклон (по-голям или равен на 3%), за да улеснят само-събирането на отпадъците.
4.2 Проектиране на системата за управление
Системата приема архитектура със затворен-контур от „Сензори - Контролер - Задвижващи механизми“, както е показано вФигура 8. Основните функции включват:
- Мониторинг-на качеството на водата в реално време: Онлайн събиране на данни чрез сензори за разтворен кислород, pH и амонячен азот.
- Контрол на връзката на оборудването: Автоматично регулиране на обратното промиване на микросито, мощността на оксигенатора и времето за работа на оборудването за дезинфекция въз основа на параметрите за качество на водата.
- Грешка предупреждение: Звукови и визуални аларми, задействани от необичайни параметри, изпратени до терминалите за управление чрез Ethernet или безжична комуникация.
5. Анализ на данните от теста за ефективност на оборудването
Както е показано вФигура 9, беше проведена шест{0}}месечна пробна експлоатация в база за отглеждане на мандаринска риба в Дзянси. Системата не е имала аномалии при пречистването на водата и системата за мониторинг и ранно предупреждение работи стабилно.
По време на прилагането не са открити аномалии в пречистването на водата, системата за мониторинг, ранно предупреждение и контрол работи стабилно. Използва се аерация в резервоарите за култивиране в комбинация с контрол на разтворения кислород по време на процеса на отглеждане. Оценката на работата на основното оборудване е показана вТаблица 2.
По време на изпитването гъстотата на зарибяването достигна 50-60 риби/m³, степента на оцеляване по-голяма или равна на 90%, скоростта на растеж се увеличи с 20% в сравнение с традиционното земеделие, а степента на рециклиране на водата достигна 92%, постигайки целите за пестене на енергия и намаляване на емисиите.
6. Обобщение
Наземният-промишлен RAS за Mandarin Fish постига целите на аквакултурата за „спестяване на вода, висока ефективност и опазване на околната среда“ чрез интегриране на инженерни, базирани на съоръжения-и цифрови-интелигентни технологии. Иновациите на това изследване се състоят в: оптимизиране на избора на оборудване въз основа на модела на капацитета на биомаса за подобряване на съответствието на системата; подобряване на устройството за изхвърляне на отпадъци с ниско{4}}смущение, за да се подобри ефективността на отстраняване на отпадъците; изграждане на система за контрол на връзката на оборудването за постигане на прецизно регулиране на качеството на водата.
Тази система може да бъде популяризирана и приложена към други сладководни рибовъдни стопанства, предоставяйки техническа справка за интензификация на трансформацията на аквакултурата. Бъдещата работа трябва да намали допълнително разходите за оборудване и да оптимизира производителността на сензора, за да увеличи степента на навлизане на технологията.