Industrielt recirkulerende akvakultursystem (RAS), som en ny akvakulturteknologi drevet af nationale anlægs fiskeripolitikker, opnår intensivering, høj effektivitet og miljømæssig bæredygtighed i akvakultur gennem integration af industrielt teknisk udstyr og miljøkontrolteknologier. Denskernefordeleomfatte:genanvendelse af vand sparer over 90 % af vandet, uafhængighed af regionale og sæsonbestemte begrænsninger, præcis regulering af vigtige miljøfaktorer såsom vandtemperatur og opløst ilt, væsentligt forbedret jordproduktivitet og foderomsætningshastigheder. Det er anerkendt som en afgørende retning for bæredygtig udvikling af akvakultur. Karakteriseret af "høj investering, høj tæthed og høj produktion", er dens udbredte anvendelse begrænset af faktorer som høje initiale investeringer (omkostninger til faciliteter og udstyr) og høje tekniske barrierer (frøtilvænning og vandkvalitetsstyring).
Mandarin fisk (Siniperca chuatsi), som en højværdi-ferskvandsakvakulturart, står over for udfordringer i traditionelt landbrug såsom hyppige sygdomme, vanskeligheder med vandkvalitetskontrol og ustabile udbytter. I øjeblikket er de tekniske reserver til industriel RAS af mandarinfisk stadig utilstrækkelige, især mangler der systematisk praksis inden for områder som optimering af landbrugsprocesser, dedikeret udstyrsdesign og vandrensningsprocesser. Denne forskning fokuserer på effektiv genbrug og udnyttelse af vandressourcer med det formål at konstruere procesudstyrssystemet til landbaseret industriel akvakultur af mandarinfisk. Gennem optimering af affaldsudledningsanordninger med lav-forstyrrelse og integration af udstyrsforbindelsesteknologi udføres eksperimentel forskning i nøgleindikatorer såsom vandrensningseffektivitet og bio-belastningskapacitet. Målet er at udvikle en replikerbar teknisk løsning til at understøtte udviklingen af høj-kvalitet inden for mandarinfiskeopdrætsindustrien.
1. Industrielt recirkulerende akvakulturprocesflow
Kernen i et industrielt RAS er at opnå dynamisk vandbalance og genanvendelse gennem en lukket-sløjfeproces med "fysisk filtrering - biologisk oprensning - desinfektion og iltning". "Opdræt af fisk starter med at hæve vand"; parametre såsom vandstrømningshastighed, temperatur, pH, ammoniaknitrogenkoncentration og niveauet af opløst ilt påvirker direkte vækstmiljøet for Mandarin Fish. Dette systemdesign følger princippet om "små systemer, flere enheder". Dens kernelogik er: hurtigere strømningshastigheder kan forbedre systemets behandlingseffektivitet, reducere brud af store partikelaffald, og sænke efterfølgende forbrug af forurenende forurenende forureningsmiddel; → gas", sorteres behandling af fast affald efter "stor partikelstørrelse → lille partikelstørrelse", og filtrerings- og desinfektionsprocesser er sekventielt forbundet.
Som vist iFigur 1, systemflowet er: dræning fra kulturtanken gennemgår forbehandling for at fjerne stort partikelaffald, går ind i grove og fine filtreringsstadier for at fjerne fine suspenderede stoffer, passerer derefter gennem et biofilter for at nedbryde skadelige stoffer som ammoniak-nitrogen, og til sidst, efter desinfektion og iltning, returneres til genbrugsvandet kontrollerede vandprocessen gennem hele vandprocessen.
2. Design og forskning i mandarinfisk akvakulturfaciliteter og udstyr
Traditionelt design af akvakulturanlæg bygger ofte på erfaring, hvilket let fører til ineffektivt udstyr og omkostningsspild. Som vist iFigur 2, denne undersøgelse, baseret på princippet om massebalance, konstruerer en model for mandarinfisks maksimale biomassebæreevne. Ved at beregne den maksimale fodringshastighed, total affald og ammoniak-nitrogenproduktion opnås videnskabeligt udstyrsvalg. Ved at bruge en mandarinfiskeopdrætsvirksomhed i Jiangxi som et casestudie, var fokus på optimering af den lave-forstyrrende affaldsudledningsanordning og udstyrsforbindelsessystemet. Værkstedets layout er vist iFigur 3. Layoutet af det landbaserede-industrielle RAS for Mandarin Fish er vist iFigur 4.
2.1 Kultur Vand Recirkulation Parameter Design
Recirkulationshastigheden er nøglen til effektiv systemdrift og skal bestemmes udførligt baseret på mandarinfisks belægningstæthed, vandvolumen og vandbehandlingskapacitet.
Formel til beregning af vandrecirkulationsvolumen:Q = V × N
Hvor: Q er vandrecirkulationsvolumenet (m³/h);
V er dyrkningens vandvolumen (m³);
N er antallet af recirkulationer pr. dag (gange/d).
Culture Tank Design: Enkel tank diameter 6m, højde 1,2m, kegle bundhøjde 0,3m.
Beregnet volumen er π×3²×1.2 + 1/3×π×3²×0,3 ≈ 33,91 m³, den faktiske kulturvandvolumen er ca. 30 m³. Et enkelt værksted indeholder 10 kulturtanke, samlet vandvolumen 300 m³.
Driftsparametre: Recirkulationshastighed N er indstillet til 3-5 gange/d; makeup-vandcirkulationen er 10% af den samlede vandvolumen (for at kompensere for fordampnings- og udledningstab), justeret i realtid gennem online overvågning.
2.2 Design af kulturtank og affaldsudledning
Som vist iFigur 5, er kulturtanken designet med målene om "hurtig affaldsudledning og ensartet vandfordeling," ved hjælp af en cirkulær tankkrop kombineret med en keglebundstruktur. En "Fish Toilet"-enhed er installeret i bunden for at opnå lav-affaldsudledning. Fisketoilettet blev optimeret som følger:
- Indløbs-/udløbsrørdiameter standardiseret til 200 mm for at øge strømningshastigheden.
- Dækpladen har et roterende strømlinet design for at forbedre den roterende skylleeffekt på bundsedimenter og forbedre den selvrensende-evne.
3. Design og forskning til proces for behandling af faste partikler
Faste partikler behandles efter størrelsesklassificering ved hjælp af en tre-proces med "forbehandling - grovfiltrering - finfiltrering". Specifikke parametre er vist iTabel 1.
3.1 Forbehandlingsproces
Anvender en lodret strømningsudskiller, der er forbundet med-sidedræn- og-bunden-drænsystemer i kulturtanken, ved hjælp af gravitationsseparation til at fjerne partikler, der er større end eller lig med 100μm. Sedimentatoren er direkte forbundet til dyrkningstanken for at reducere tab af rørledningstransport og mindske belastningen på efterfølgende filtreringstrin.
3.2 Grovfiltreringsproces
Som vist iFigur 6, er grovfiltreringsprocessen centreret om et mikroskærmtromlefilter. Designprincipper omfatter: placering af udstyret tæt på kulturtankene for at forkorte rørledningens længde og reducere energiforbruget.
Brug af et PLC-kontrolsystem til at opnå automatisk tilbageskylning (4-6 gange/d), koordineret med online overvågning af vandkvaliteten til realtidsparameterjustering.
Bruger tyngdekraftsflowdesign til at reducere pumpens strømforbrug og sænke driftsomkostningerne.
3.3 Finfiltreringsproces
Som vist iFigur 7, renser den fine filtreringsproces vandkvaliteten yderligere gennem den synergistiske virkning af biofilteret og desinfektionsudstyret.
- Biofilter: Vælger højt-specifikt-overfladeareal-medie, hydraulisk retentionstid 1-2 timer, opretholder opløst oxygen Større end eller lig med 5 mg/L, nedbryder ammoniaknitrogen og nitrit.
- Desinfektionsudstyr: Ultraviolet sterilisator (dosis 3-5 × 10⁴ μW·s/cm²) eller ozongenerator (koncentration 0,1-0,3 mg/L, kontakttid 10-15 min) til at dræbe patogene mikroorganismer.
- Iltsystem: Ren oxygen-oxygenator, der bruges i forbindelse med beluftere for at sikre stabile niveauer af opløst ilt.
4. Rørledningslayout og kontrolsystem
4.1 Design af rørledningslayout
Rørledninger er kategoriseret efter funktion i fire typer: vandforsyning, recirkulation, affaldsudledning og makeup-vand. Designprincipper: Optimer layout centreret omkring kulturtanke, reducer albuer og rørledningslængde for at minimere hovedtab; sikre afbalanceret ind- og udstrømning for at opretholde stabile vandstande i kulturtanke; afløbsrør har en hældning (Større end eller lig med 3%) for at lette selv-indsamling af affald.
4.2 Design af kontrolsystem
Systemet anvender en lukket-loop-arkitektur af "Sensorer - Controller - Aktuatorer" som vist iFigur 8. Kernefunktioner omfatter:
- Realtidsovervågning af vandkvalitet-: Online dataindsamling via sensorer for opløst oxygen, pH og ammoniaknitrogen.
- Kontrol af udstyrsforbindelse: Automatisk justering af tilbageskylning af mikroskærm, oxygenatoreffekt og desinfektionsudstyrs køretid baseret på vandkvalitetsparametre.
- Fejl advarsel: Hørbare og visuelle alarmer udløst af unormale parametre, skubbet til administrationsterminaler via Ethernet eller trådløs kommunikation.
5. Udstyrsydelsestestdataanalyse
Som vist iFigur 9, blev der udført en seks-måneders prøveoperation på en mandarinfiskebase i Jiangxi. Systemet oplevede ingen vandbehandlingsabnormiteter, og overvågnings- og tidlig varslingssystemet fungerede stabilt.
Der blev ikke fundet nogen abnormiteter i vandbehandlingen under påføring, overvågning, tidlig advarsel og kontrolsystem fungerede stabilt. Beluftning i dyrkningstankene blev brugt i kombination med opløst iltkontrol under landbrugsprocessen. Ydeevneevalueringen af hovedudstyret er vist iTabel 2.
Under forsøget nåede besætningstætheden 50-60 fisk/m³, overlevelsesrate Større end eller lig med 90 %, vækstraten steg med 20 % sammenlignet med traditionelt landbrug, og vandgenanvendelsesgraden nåede 92 %, hvilket opnåede energibesparelser og emissionsreduktionsmål.
6. Resumé
Det landbaserede-industrielle RAS for Mandarin Fish opnår akvakulturmålene "vandbesparelse, høj effektivitet og miljøbeskyttelse" gennem integration af ingeniør-, facilitetsbaserede-og digital-intelligente teknologier. Innovationerne i denne forskning ligger i: optimering af udstyrsvalg baseret på biomassebærekapacitetsmodellen for at forbedre systemtilpasning; forbedring af affaldsudledningsanordningen med lav-forstyrrelse for at forbedre effektiviteten til fjernelse af affald; konstruere et udstyrsforbindelseskontrolsystem for at opnå præcis vandkvalitetsregulering.
Dette system kan fremmes og anvendes på andet ferskvandsfiskeopdræt og udgør en teknisk reference til intensivering af transformationen af akvakultur. Fremtidigt arbejde skal yderligere reducere udstyrsomkostningerne og optimere sensorens ydeevne for at øge teknologiens gennemtrængningshastighed.