1. Oversigt over recirkulerende akvakultursystemer (RAS)
(1) Karakteristika for recirkulerende akvakultursystemer
Recirkulerende akvakultursystemer (RAS) er en ny akvakulturmodel udviklet på basis af intensiv akvakultur, karakteriseret ved recirkulering og genbrug af kulturvand. Ud over fordelene ved konventionel intensiv akvakultur tilbyder RAS betydelige fordele inden for spildevandsrensning, reduktion af vandforbrug og minimering af spildevandsudledning. Gennem optimeret design af vandforsyningssystemet og koordineret drift af flere faciliteter og enheder, muliggør RAS gentagne genanvendelse af hele kulturvandvolumen. Sammenlignet med traditionel intensiv akvakultur er de overlegne med hensyn til energieffektivitet til temperaturkontrol, afbødning af miljøforurening og forebyggelse og kontrol af sygdomme.
RAS kræver integreret brug af et omfattende sæt vandrensnings- og behandlingsfaciliteter. Deres procesdesign involverer anvendelsen af flere discipliner og industrielle teknologier, herunder fluidmekanik, biologi, maskinteknik, elektronik, kemi og automationsinformationsteknologi. Et vel-designet RAS kan opnå fuld kontrol over vandkvalitetsparametre såsom temperatur, opløst ilt og næringsstoffer, og under alle omstændigheder kan mere end 90 % af systemvandet genbruges gennem recirkulation.
(2) Essensen og fordelene ved RAS
Essensen af recirkulerende akvakultursystemer (RAS) ligger i at støtte og optimere akvakulturproduktionen gennem industrialiserede og moderniserede tilgange. Ved at muliggøre fuld-procesregulering af vandmiljøet kan RAS delvist overvinde eksterne begrænsninger såsom temperatur, vandtilgængelighed og plads og derved opnå helår-kontinuerlig multi-batchproduktion. Dette giver mulighed for-landbrug uden for sæsonen og forskudt markedsadgang, hvilket giver producenterne en konkurrencefordel og højere økonomisk afkast.
(3) Produktionseffektivitet og ressourceanvendelse
RAS' fremragende produktionsydeevne er tæt knyttet til dets yderst kontrollerbare og ressourceeffektive-egenskaber. På en-enhed-vandbasis er udbyttet af akvatiske produkter i RAS 3-5 gange højere end ved traditionel strømning-gennem intensiv akvakultur og 8-10 gange højere end for damakvakultur, mens overlevelsesraterne stiger med mere end 10 %. Desuden er brugen af veterinærlægemidler og kemiske midler reduceret med næsten 60%. Disse omfattende forbedringer i præstationsindikatorer sikrer både de økonomiske og økologiske fordele ved RAS.
(4) Vandbehandling og systemintegration
I RAS gennemgår kulturvand en række behandlinger, herunder fysisk filtrering, biologisk rensning, sterilisering og desinfektion, afgasning og iltning, hvilket tillader hel eller delvis genbrug af vandet. Samtidig kan optimering af kulturmiljøet integreres med automatiseret udstyr såsom automatiske foderautomater, hvilket muliggør en vis grad af automatisering og intelligent styring.
(5)Teknologiske grundlag og nøglefunktioner
RAS integrerer avancerede teknologier fra fiskeriteknik, mekanisk udstyr, nye -miljøvenlige materialer, mikroøkologisk regulering og digital forvaltning. På grund af det fuldt kontrollerede produktionsmiljø, som er minimalt påvirket af eksterne forhold, demonstrerer RAS betydelige fordele, herunder vand- og jordbevarelse, reduceret energibehov til temperaturregulering, stabile opdrætsforhold, accelererede vækstrater, høj belægningstæthed og produktion af miljøvenlige, forureningsfrie{-produkter. Som sådan betragtes RAS som "den mest lovende akvakulturmodel og investeringsretning i det 21. århundrede."
(6) Udvikling og anvendelse i Kina
Til dato er der designet og konstrueret mere end 900 store- RAS i Kina, der spænder over store kystprovinser såvel som indre regioner, der strækker sig endda til Xinjiang. Disse systemer, der omfatter både marine- og ferskvandsapplikationer, er med succes blevet kommercialiseret, opfylder de forventede produktionsmål og viser fremragende operationel ydeevne. Produktionspraksis bekræfter, at RAS ikke kun leverer overlegen produktivitet og miljømæssige fordele, men også opnår væsentligt lavere produktionsomkostninger pr. udbytteenhed sammenlignet med andre akvakulturmodeller.
2. Nøgleprocesser og -teknologier for recirkulerende akvakultursystemer (RAS)
Recirkulerende akvakultursystemer (RAS) gør udstrakt brug af industrielt ingeniørudstyr og -teknologier. Typisk består de af procesenheder og faciliteter til fjernelse af faste partikler; fjernelse af suspenderede partikler og opløseligt organisk materiale; eliminering af giftige og skadelige opløselige uorganiske salte såsom ammoniak og nitrit; patogen kontrol; fjernelse af kuldioxid fra metabolismen af dyrkede organismer og mikroorganismer; ilttilskud; og temperaturregulering. De involverede tekniske processer omfatter termisk isolering og temperaturkontrol, fjernelse af faste partikler, fjernelse af opløseligt uorganisk nitrogen og fosfor, desinfektion og sterilisering samt iltning.
(1) Industrialiserede og intensive produktionsfunktioner
RAS forbedrer yderligere de intensive egenskaber ved industriel akvakultur, tilbyder høj produktionseffektivitet og lille jordbesættelse, samtidig med at begrænsningerne af jord og vandressourcer overvindes. Som en landbrugsmodel med høj-input, høj-output, høj-densitet og høj-effektiv landbrugsmodel, stemmer RAS overens med Kinas overordnede mål for økologisk civilisation og bæredygtige udviklingsstrategier.
(2) Økologisk og strategisk betydning
Med sine intensive, effektive, energi-besparende, emissionsreducerende-og miljøvenlige funktioner er RAS blevet en vigtig retning for at transformere og opgradere akvakultur i Kina i retning af lav-kulstoffattig og grøn udvikling. I flere på hinanden følgende år har RAS været opført af Ministeriet for Landbrug og Landdistrikter i Kina som en vigtig anbefalet akvakulturteknologi.
(3) Aktuel udvikling og tendenser
På nuværende tidspunkt har denne model opnået udbredt anerkendelse fra både den akademiske verden og industrien i Kina. Omfanget af nye systemkonstruktioner og den samlede landbrugskapacitet er steget støt i de seneste år, hvilket gør RAS til en af de vigtigste fremtidige udviklingstendenser i Kinas akvakulturindustri.
3. Oversigt over forskning og industrialisering af recirkulerende akvakultursystemer (RAS)
(1)International forskning og industrialisering
Tidlig forskning og udvikling
Det tidligste recirkulerende akvakultursystem (RAS) opstod i Japan i løbet af 1950'erne. Efterfølgende begyndte mange lande forskning i vandbehandling og akvakulturteknologier til RAS. Oprindeligt var disse undersøgelser baseret på kommunale spildevandsbehandlingsprocesser og akvarie--systemer (med kulturtætheder på kun 0,16-0,48 kg/m³). Sådanne tilgange tog dog ikke højde for de unikke krav til kommerciel akvakultur-især med hensyn til systemomkostninger, ressourceforbrug, forholdet mellem kultur- og rensevandsvolumener og systemets bæreevne (typisk 50-300 kg/m³). Som følge heraf stødte forskningsindsatsen på mange tilbageslag, forbrugte store mængder ressourcer og skred langsomt frem.
Genkendelse af dynamiske egenskaber
Tidlige undersøgelser overså også en vigtig egenskab ved RAS: dens dynamiske natur. Produktions- og nedbrydningshastighederne af fiskeaffaldsstofskifte skal nå dynamisk ligevægt, for at systemet forbliver stabilt og sundt. I midten af-1980'erne, med voksende forståelse af vandkvalitetsparametre-såsom pH, opløst oxygen (DO), total nitrogen (TN), nitrat (NO₃⁻), biokemisk oxygenbehov (BOD) og kemisk oxygenbehov (COD) - og deres variationsmønstre i akvakulturvand, blev disse dynamiske ændringer integreret i systemdesignet gradvist. For eksempel kan iltmangel hurtigt korrigeres ved beluftning, men nitrificerende bakteriers reaktion på stigende ammoniakkoncentrationer halter ofte betydeligt bagefter. Dybere viden om interagerende begrænsende faktorer blev således stadig vigtigere for effektiv systemdesign og drift.
Udfordringer i tidlig praksis
Mange akvakulturudøvere havde erfaring med flow-gennem intensive systemer, men manglede viden om RAS-drift. Som følge heraf formåede de ofte ikke korrekt at kontrollere belægningstæthed, fodermængder, fodringsfrekvens og vandkvalitetsstyring, hvilket førte til ubalancer i systemets vandstrøm og materialecyklus og i sidste ende forårsagede driftsfejl. Denne mangel på videnskabelig forståelse og ledelseserfaring blev afspejlet i kulturtæthedsniveauer: RAS i laboratorie-skala nåede normalt kun 10-42 kg/m³, mens RAS i tidlig kommerciel-skala holdt så lavt som 6,7-7,9 kg/m³. Efter mere end et halvt århundredes teknologiske fremskridt-herunder procesoptimering, beluftning og iltning (f.eks. brug af flydende ilt), automatiseret fodring og udvælgelse af egnede arter-har moderne RAS overvundet mange begrænsende faktorer og kan nu understøtte høje kulturtætheder på 50-300 kg/m³.
Industriel vækst og teknologiske innovationer
Da traditionel dam-akvakultur stod over for stagnation på grund af jordkonkurrence og miljøpres, oplevede RAS i Europa og Nordamerika hurtig vækst mellem 1980'erne og 1990'erne. Denne industrielle ekspansion blev ledsaget af teknologiske forbedringer, herunder brugen af tryksatte og ikke-tryksatte filtre til store suspenderede faste stoffer, ozonering til desinfektion og nedbrydning af organisk materiale, og udviklingen af flere biologiske filtre såsom nedsænkede filtre, rislende filtre, frem- og tilbagegående filtre, roterende biologiske brønde kontaktorer, roterende fluid bed-kontaktorer, anaerobe denitrifikationsenheder. Med disse fremskridt modnedes RAS gradvist og trådte i kommerciel anvendelse.
Sagen om USA
USA har fastholdt en førende position inden for både grundlæggende og anvendt RAS-forskning, der dækker områder som ernæring og fysiologi af intensivt opdrættede arter, sygdomsforebyggelse og vandbehandlingsteknologier. Et nøgletræk ved US RAS er deres høje grad af automatisering og mekanisering i vandkvalitetskontrol. Computer-assisterede systemer regulerer automatisk opløst oxygen, pH, ledningsevne, turbiditet og ammoniakniveauer samt miljøforhold såsom temperatur, fugtighed og lysintensitet. Ved at udnytte sin avancerede industrielle base har USA i vid udstrækning taget høj-teknologisk udstyr til iltning, biologisk rensning, fjernelse af faste stoffer, sortering og høst. For eksempel inkorporerer det eksperimentelle RAS udviklet af Center of Marine Biotechnology ved University of Maryland anaerobe behandlingsprocesser, der ligner systemer designet af Aquatec{10}}Solutions i Danmark.
4.Udfordringer og modforanstaltninger til udvikling af industrialiserede recirkulerende akvakultursystemer (RAS)
(1) Utilstrækkelig integration af faciliteter og udstyr
Selvom Kinas udstyr til vandbehandling, automatisk fodring, desinfektion og beluftning gradvist har nærmet sig det internationale avancerede niveau, er den overordnede systemintegration fortsat utilstrækkelig. Manglen på store-virksomheder, der er i stand til at producere komplette sæt af RAS-udstyr, har øget konstruktionsomkostningerne og kompleksiteten, hvilket hindrer den hurtige udvikling af husholdningsudstyr.
(2) Behov for optimering af specialiseret foderblanding
På nuværende tidspunkt er akvafoderformler i Kina meget homogene og mangler specialiseret foder designet til RAS og specifikke dyrkede arter. Dette øger den operationelle byrde af vandbehandlingssystemer og påvirker landbrugets ydeevne. Det er nødvendigt at udvikle arts--specifikt RAS-foder med vel-afbalanceret ernæring, lav udvaskningshastighed og gunstige foderomsætningsforhold.
(3) Sygdomsforebyggelse og -kontrol kræver større præcision
Landbrug med høj-densitet og høj-effektivitet øger risikoen for sygdomsudbrud, når der opstår systemubalancer, og patogener er svære at eliminere i lukkede systemer. Systemoptimering bør forbedres for at forbedre bufferkapaciteten, mens forskning bør fokusere på fiskefysiologi, stressreaktioner, tidlige sygdomsindikatorer og effektive sygdoms-advarselsmekanismer.
(4) Betydeligt pres af energiforbrug og omkostningsreduktion
Høje initiale byggeinvesteringer og energiforbrug er uundgåelige udfordringer ved RAS. Energi-besparende foranstaltninger bør implementeres på både udstyrs- og systemniveau, herunder udvikling af lav-energifiltre, CO₂-fjernelsesanordninger, teknologier til behandling af afløbsvand og anvendelser af vedvarende energi såsom sol-, vind- og vand-varmepumper.
(5) Manglende standardisering i drift og ledelse
I øjeblikket er der ingen fælles tekniske standarder eller normer for RAS i Kina. Som et resultat varierer systemdesign, ledelsespraksis og landbrugets ydeevne meget, og driftsfejl er almindelige. Det er vigtigt at etablere en standardiseret teknisk ramme for sund akvakultur, forbedre proces- og ledelsesstandarder og fremme demonstrationsprojekter for standardiseret produktion.
(6) Behov for styrket grundforskning
Den videnskabelige forståelse af adskillige aspekter er fortsat utilstrækkelig, herunder sundhedsstatus for dyrkede arter under høj-densitet og specifikke vandkvalitetsforhold, biofilmstrukturelle ændringer under systemdrift, næringsstofkredsløbsmekanismer og optimale metoder til fjernelse og uskadelig behandling af faste partikler. Disse huller hindrer den videre udvikling af relevante teknologier og udstyr.
(7) Fremtidige udviklingstendenser og muligheder
På trods af disse udfordringer tilbyder RAS betydelige fordele inden for produktionseffektivitet, miljømæssig bæredygtighed og dyrevelfærd. Som en grøn, økologisk, cirkulær og effektiv landbrugsmodel er den i overensstemmelse med globale tendenser i retning af lav-kulstofudvikling. Med moderniseringen af Kinas fiskeri, den økologiske civilisations fremskridt og accelerationen af kulstofneutralitetsmålene forventes RAS at gå ind i en ny fase med hurtig udvikling.