Litopenaeus vannamei, известна като тихоокеанска бяла скарида, е еврихалинен вид, ценен заради високия си добив на месо, силна устойчивост на стрес и бърз растеж. Това е един от най-важните видове скариди, отглеждани в Китай. Понастоящем основните модели за отглеждане на L. vannamei в Китай включват открити езера, малки оранжерийни езера и езера на високо- ниво. Въпреки това местното производство все още не може да отговори на пазарното търсене, което налага значителен внос. Освен това, бързото разширяване на модели като малки оранжерийни ферми разкри проблеми като непълна техническа рамка, чести огнища на болести и предизвикателства при пречистването на отпадъчните води. На фона на застъпничеството за опазване на ресурсите и устойчиво развитие, системата за рециркулираща аквакултура (RAS), призната за интензивен, ефективен и екологичен модел на земеделие, привлече широко внимание в индустрията през последните години.
RAS използва индустриални методи за активно регулиране на водната среда. Характеризира се с ниска консумация на вода, малък отпечатък, минимално замърсяване на околната среда и дава високо-качествени, безопасни продукти с по-малко болести и по-висока гъстота на отглеждане. Неговото производство до голяма степен не е ограничено от география или климат. Този модел може да се похвали с висока ефективност на използване на ресурсите и се характеризира с високи инвестиции и висока производителност, което представлява решаващ път към устойчивото развитие на индустрията на аквакултурата. Понастоящем местното отглеждане на L. vannamei е съсредоточено в крайбрежните райони, като се използва предимно естествена морска вода. Вътрешните региони, ограничени от наличието на водни източници и екологичните разпоредби, са изправени пред значително несъответствие между предлагането и потребителското търсене. Проучването на RAS, използвайки изкуствена морска вода във вътрешните райони, има голямо значение за снабдяването на местните пазари и насърчаването на регионалното икономическо развитие. Този експеримент успешно конструира вътрешна RAS за L. vannamei във вътрешността на страната и проведе успешен цикъл на култивиране. Методите и данните относно изграждането на системата, изкуствената подготовка на морската вода и управлението на стопанството могат да служат като отправна точка за отглеждането на L. vannamei във вътрешността на страната.
1. Материали и методи
1.1 Материали
Опитът е проведен в провинция Съчуан Leiocassis longirostris Original Breeding Farm. Пост-ларвите L. vannamei (стадий P5) са получени от базата Huanghua на Qingdao Hainen Aquatic Seed Industry Technology Co., Ltd. и са в добро здраве. Използваният фураж беше марката "Xia Gan Qiang" от Tongwei Group Co., Ltd. Основните му компоненти бяха: суров протеин по-голям или равен на 44,00%, сурова мазнина по-голям или равен на 6,00%, сурови влакнини по-малък или равен на 5,00% и сурова пепел по-малък или равен на 16,00%.
1.2 Изкуствена подготовка на морска вода
Като източник на вода са използвани подземни води от кладенец. Беше последователно третиран с дезинфекция (избелващ прах 30 mg/L, аериран за 72 часа), отстраняване на остатъчния хлор (натриев тиосулфат, 15 mg/L) и детоксикация [етилендиаминтетраоцетна киселина (EDTA), 10–30 mg/L], преди да се използва за приготвяне на изкуствена морска вода.
Изкуствена морска вода със соленост 8 е приготвена с помощта на кристали морска сол като основна съставка; основните му компоненти са изброени вТаблица 1. CaCl₂, MgSO₄ и KCl с хранителен клас бяха използвани за допълване на Ca, Mg и K елементи. След приготвянето беше използван хранителен NaHCO₃ за регулиране на общата алкалност до 250 mg/L (като CaCO3), а NaHCO3 заедно с монохидрат на лимонена киселина бяха използвани за регулиране на рН до 8,2–8,4.
1.3 Изграждане на RAS
1.3.1 Обща концепция на дизайна
Комбинирайки независим дизайн с интегрирано приложение, RAS за L. vannamei беше конструиран чрез използване на много-степенна физическа обработка и биофилтрация. Съответстващите стратегии за работа на системата, протоколи за регулиране на качеството на водата и научни стратегии за хранене бяха приложени в съответствие с изискванията за растеж на скаридите на различни етапи, с цел стабилна работа, икономичен принос и ефективна продукция.
1.3.2 Основен процес и технически параметри
Съществуваща система за рибовъдство, основана на-контейнери, беше модифицирана, за да се установи L. vannamei RAS, състояща се от резервоари за култивиране, устройство за събиране на композитни черупки/частици (три-посочен дренаж), биофилтър, циркулационни помпи и др. Процесът на процеса е показан вФигура 1.
Общият проектиран воден обем на системата беше 750 m³, с обем на системата за пречистване на вода от 150 m³ и ефективен обем на културата от 600 m³. Проектираното натоварване на културата беше 7 kg/m³. Основните технически параметри са изброени вТаблица 2.
1.3.3 Структурен дизайн
Шестте осмоъгълни резервоара за култура бяха подредени в два реда. Като се има предвид удобството на управление, стабилността на околната среда и инвестиционните разходи, основната конструкция на резервоарите беше тухлен-бетон. Размерите са: дължина 10,0 m, ширина 10,0 m, дълбочина 1,2 m, с изрязани ръбове 3,0 m. Ефективният воден обем на резервоар е 100 m³. Дъното на резервоара имаше наклон (16%) към централния дренаж (Фигура 2).
Три{0}}дренажното устройство се състоеше от централен колектор (за мъртви скариди, черупки и големи частици), колектор за утаяване с вертикален поток (за счупени черупки, средни частици, изпражнения) и странична{1}}дренажна кутия за събиране на сифон (за фини черупки и малки-до-средни частици) (Фигура 2).
Едната страна на кондициониращия резервоар съдържа пластмасова четка за медийна рамка за събиране и отстраняване на черупки и частици от изхвърлянето на резервоара. В този резервоар могат да се правят корекции за калций, магнезий, обща алкалност и pH. Обемът на резервоара е 20 m³, с хидравлично време на задържане от 0,13 часа.
Циркулационната помпа беше разположена от другата страна на резервоара за кондициониране, използвайки едно-стъпална помпа за енергийна ефективност. Въз основа на екологията и натоварването на скаридите, скоростта на рециркулация е проектирана на 2–6 пъти на ден. Дебитът на помпата е 150 m³/h, напор 10 m, мощност 5,5 kW.
Четковият филтър беше оборудван с няколко филтърни торби. Торбите бяха свързани чрез тръбни фитинги към входа на филтъра, закрепени със скоби. Отпадъчните води влизат в торбите през тръби. Торбичките са направени от полипропилен (PP), пълни с пластмасова четка, ефективно улавяща частици, по-големи от 0,125 mm. Еластичният резервоар за медия се състоеше от тялото на резервоара (правоъгълно, дълбочина 2 m), решетъчни рамки (успоредни на повърхността) и еластични среди, монтирани върху рамките (Фигура 3). Средата се състои от многобройни пластмасови пръстени с двойни-пръстени с полиестерни нишки, образуващи снопове от влакна, разпределени в резервоара. Неговият принцип на работа включваше създаване на бавен -ефект на утаяване на потока чрез прихващане на средата и използване на биофилма, образуван на повърхността му, за абсорбиране, разлагане и трансформиране на неорганичен азот и фосфор.
Биофилтърът включва тялото на резервоара (правоъгълно, дълбочина 2 m), компоненти за аериране и био-среда (Фигура 4). Аерационният възел включваше тръби за разпределение на въздуха. Въздухът влизаше отгоре и се освобождаваше отдолу, създавайки напълно смесен модел на потока. Резервоарът беше напълнен със среда на реактор с биофилм с подвижно легло (MBBR). Чрез целенасочено усилване на нитрификатора и регулиране на алкалността, голям брой нитрифициращи бактерии се прикрепват към средата, консумират органична материя и постигат отстраняване на амоняка и нитритите, като по този начин изграждат нитрифициращ биофилтър. Входящите и изходящите тръби бяха от противоположните страни, с изходен екран на вътрешната стена. В това изпитване ефективният обем на биофилтъра беше зададен на 25% от обема на системната култура, със съотношение на запълване на средата от 30%, като се използва K5 среда.
Системата за аериране комбинира механични и чисти кислородни методи. Когато разтвореният кислород (DO) беше висок, механичната аерация беше основна: използване на вихров вентилатор с високо-налягане и високо-качествени микропорести тръби като дифузори за максимизиране на ефективността на преноса на O₂ и намаляване на шума. Когато DO беше нисък, аерирането с чист кислород беше допълнено: с помощта на кислороден генератор + микро-водно витло с мехурчета. Генераторът на кислород извежда концентрация на O₂ над 90%, разпръснат чрез нано-керамичен диск в перката. При голямо натоварване комбинацията от кислороден генератор + кислороден конус служи като спомагателна аерация, като се използва бустерна помпа за създаване на-пренаситена с кислород вода в конуса.
1.4 Измерване на качеството на водата
Концентрациите на амоняк и нитрит (като N) бяха измерени с помощта на много-параметричен анализатор на вода Aokedan. Общо суспендирани твърди частици (TSS) бяха измерени с помощта на мулти-параметричен анализатор Hach DR 900.
1.5 Управление на фермата и работа на системата
Процесът започна на 8 август 2022 г. и продължи 74 дни. И шестте резервоара бяха заредени. Размерът на запаса беше 961 индивида/kg, плътност приблизително 403 индивида/m³, общо 241 800 след-ларви. Честотата на хранене е 6 пъти на ден, като дневната дажба намалява от около 7,0% (рано) до 2,5% (късно) от изчислената биомаса.
Циркулацията на системата започна 3 дни след-запасяването, първоначално с 2 цикъла/ден, като по-късно се увеличи до 4 цикъла/ден. В началото на изпитването се извършва ежедневно източване, като се попълва само водата, загубена при дренаж и изпарение. По-късно изцеждането следваше всяко хранене (1 час след това), с дневен обмен на вода под 10% от обема на попълване на ранния-етап.
Първоначално е използвана механична аерация (вихров вентилатор). Поради увеличеното натоварване на системата по-късно беше използвана комбинация от механична аерация, кислороден генератор + нано-керамичен диск и кислороден генератор + кислороден конус.
DO, температура, pH, амоняк и нитрит в резервоарите се измерват редовно. Растежът и храненето на скаридите бяха наблюдавани и записани.
1.6 Обработка и анализ на данни
Данните бяха организирани с помощта на WPS Office Excel. Графиките са създадени с помощта на Origin 2021.
Следните формули бяха използвани за изчисляване на водния обмен (R), коефициента на преобразуване на фуража (FCR) и процент на оцеляване (RS):
R = 100% × V₁ / (V × t) ... (1)
FCR = W / (Wₜ − W₀) ... (2)
RS = 100% × S / N ... (3)
Където: R е дневната скорост на обмен на вода (%/d); V₁ е общият обменен воден обем (m³); V е общият воден обем на системата (m³); t е културни дни (d). ЕCRе коефициент на конверсия на фуража; W е общата вложена храна (kg); Wₜ и W₀ са масата на крайната реколта и масата на първоначалното отглеждане (kg). РSе степента на преживяемост (%); S е общият брой добити (индивидуални); N е общият брой заредени (индивидуални).
2. Резултати
2.1 Воден обмен
По време на опита общият воден обмен беше 1000 m³, със среден дневен обменен курс от 1,8%.
2.2 Амоняк и нитрити
Концентрацията на амоняк в резервоарите остава под 1,3 mg/L (с изключение на ден 5), а концентрацията на нитрити остава под 1,6 mg/L, и двете на относително стабилни нива (Фигура 5).
В ранния етап (първите 15 дни) амонякът в резервоара намалява бързо, докато нитритите се увеличават бързо, което показва установяване на биофилм в биофилтъра и превръщане на амоняка в нитрит. В средния -етап (15–50 дни), с повишено хранене, концентрациите на амоняк и нитрити остават стабилни, което показва синхронизирано окисление на амоняк и нитрити в биофилтъра и стабилна работа на системата. След 50-ия ден както амонякът, така и нитритът показаха низходяща тенденция, което вероятно показва подобрен капацитет на нитрификация и по-зряла система. Това не може да бъде потвърдено повече, тъй като процесът приключи.
Фигура 6показва, че тенденциите на амоняка във входа и изхода на биофилтъра са сходни, но разликата между кривите постепенно се разширява, което показва подобряване на отстраняването на амоняк. Кривите на нитритите за входа и изхода почти се припокриват и не показват обща нарастваща тенденция, което предполага, че системата е поддържала капацитета на нитритно окисляване до края.
2.3 Разтворен кислород и обща алкалност
Както е показано вФигура 7, въпреки увеличаването на натоварването на системата, комбинираните методи за аериране поддържат DO в резервоара над 6 mg/L. Освен това, чрез добавяне на NaHCO3, общата алкалност се поддържа между 175–260 mg/L.
2.4 Общо суспендирани твърди вещества
Тенденциите в концентрацията на TSS в ключови точки на системата са показани вФигура 8. TSS във входящия поток към колектора за утайки с вертикален поток и страничната кутия на сифона (част от три-посочния дренаж) отразява тенденциите на TSS в резервоарите. Като цяло TSS нараства постепенно, стабилизирайки се по време на средно-късните етапи (след 35-ия ден) и показва тенденция на намаляване през последователните етапи на лечение.
2.5 Резултати от земеделието
Общото натрупване беше 241 800 след-ларви със среден размер от 0,52 g, в 6 резервоара при средна плътност от 403 индивида/m³. След 74 дни общата реколта беше 3012,2 kg, среден размер 15,82 g, средна преживяемост 78,75%, среден добив 5,02 kg/m³. Общият вложен фураж беше 3386,51 kg, FCR1.18. Изчислените разходи (семена, фуражи, здравни продукти, електричество, изкуствена морска вода, дезинфекция) възлизат общо на 155 870,6 CNY. Приходите от продажби на скариди бяха 192 780,8 CNY, което доведе до печалба от 36 910,2 CNY за цикъла.
3. Дискусия
През последните години RAS се превърна в много обещаващо направление за отглеждането на L. vannamei. Това изпитване конструира RAS, включително резервоари за култивиране, събиране на композитни обвивки/частици, четков филтър, биофилтър и оборудване за аериране, и успешно проведе един цикъл на вътрешно земеделие на закрито.
В сравнение с традиционните RAS, тази система е по-проста. Структурно, той пропусна оборудване като барабанни филтри и протеинови скимери, които имат относително по-високи фиксирани разходи и разходи за поддръжка. Вместо това използва по-прости устройства за пречистване на водата, за да създаде много{2}}композитна обработка за частици и разтворени замърсители, постигайки добър контрол на качеството на водата с по-прости процеси и по-ниски разходи.
Чрез използване на различни методи за управление на качеството на водата, съобразени с различни етапи на растеж и натоварвания на системата, системата поддържа амоняк и нитрит под 1,3 и 1,6 mg/L, съответно, и DO над 6 mg/L, като в крайна сметка постига добив от 5,02 kg/m³. Това е близо до резултатите от Yang Jing et al. Освен това системата за пречистване на вода контролира средния дневен обменен курс до 1,8%, като използва напълно своя капацитет за пречистване и значително намалява разходите.
RAS предлага ползи за околната среда, безопасност на продукта и по-малко заболявания. Поради транспортните ограничения L. vannamei има голям пазарен потенциал във вътрешността на страната. Провеждането на RAS за L. vannamei във вътрешността е в съответствие с тенденциите в индустрията. Сегашното отглеждане на скариди във вътрешността е предимно сладководно, като добивът и качеството изостават от морското отглеждане. Използването на изкуствена морска вода в това изпитване отчасти коригира тази празнина. Въпреки това, настоящите високи разходи за изкуствена морска вода налагат оптимизиране на RAS процесите за отстраняване на азот и фосфор, за да се даде възможност за повторно използване на водата, което е ефективен начин за намаляване на разходите и трябва да бъде ключов изследователски фокус за вътрешния L. vannamei RAS.
FCRе важен показател за ефективността на RAS. Последният FCRот 1,18 в това изпитване е сравнимо с традиционното интензивно земеделие. Като затворена система, предимството на RAS е повторното използване на входа. Въз основа на подобряване на капацитета за пречистване на водата, формулиране на прецизни стратегии за хранене за понижаване на FCRтрябва да бъде следващият фокус върху оптимизацията.