Výkonnosť rastu a technológia kontroly kvality vody sladkovodných rýb v recirkulačnom systéme akvakultúry
S neustálym zlepšovaním intenzifikácie v odvetví akvakultúry a čoraz prísnejšími požiadavkami na ochranu životného prostredia čelia tradičné modely akvakultúry mnohým problémom, ako je znečistenie životného prostredia, plytvanie vodnými zdrojmi a klesajúca kvalita produktov. Systém recirkulácie akvakultúry (RAS) ako nový typ metódy akvakultúry má výhody vrátane šetrenia vody, šetrenia pôdy, vysokej hustoty zástavu, kontroly životného prostredia a zníženého vypúšťania odpadovej vody. Je v súlade so súčasnými národnými strategickými požiadavkami na obehové hospodárstvo a úsporu energie a znižovanie emisií, čo predstavuje dôležitý smer pre transformáciu a rozvoj odvetvia akvakultúry a stal sa kľúčovým modelom pre trvalo udržateľný rozvoj moderného rybolovu. V RAS sa voda z akvakultúry recirkuluje po fyzikálnej filtrácii, biologickom čistení, prevzdušňovaní, dezinfekcii a iných úpravách, ktoré si vyžadujú, aby systém neustále udržiaval podmienky kvality vody vhodné pre rast rýb. Ako priame prostredie pre prežitie rýb, kolísanie rôznych parametrov kvality vody priamo ovplyvňuje fyziologické funkcie, metabolickú účinnosť a odolnosť rýb voči chorobám, čo sa v konečnom dôsledku prejavuje ako rozdiely v rastovej výkonnosti. Preto má hĺbkové skúmanie vnútorného vzťahu medzi kontrolou kvality vody a rastom sladkovodných rýb v RAS významný teoretický a praktický význam pre zlepšenie účinnosti akvakultúry a podporu zdravého rozvoja priemyslu.
1 Prehľad recirkulačného systému akvakultúry
Recirkulačný model akvakultúry je poľnohospodárska metóda, pri ktorej sa kultúrna voda po úprave prostredníctvom fyzikálnych, chemických a biologických filtračných procesov recirkuluje. Výskum technológie recirkulácie akvakultúry sa začal v zahraničí skôr. V 60. rokoch 20. storočia iniciovali príslušné štúdie krajiny ako Spojené štáty americké, Holandsko a Dánsko. Spojené štáty ho primárne používali na chov pstruha dúhového, ostrieža pruhovaného a ostrieža čierneho; Holandsko ho používalo najmä na úhora európskeho a sumca afrického; Dánsky recirkulačný akvakultúrny systém bol vonkajší čiastočne{4}}uzavretý systém, ktorý sa používal hlavne na produkciu pstruha dúhového.
Čína zaviedla zahraničnú recirkulačnú akvakultúrnu technológiu a zariadenia v 80. rokoch. Z dôvodu vysokých investičných a prevádzkových nákladov bola väčšina zavedených zariadení rýchlo opustená. V roku 1988 Výskumný ústav rybárskych strojov a prístrojov Čínskej akadémie rybárskych vied, čerpajúci zo západonemeckej technológie, navrhol a postavil prvú dielňu na výrobu recirkulačnej akvakultúry v Číne. V posledných rokoch čínski vedci, ako napríklad Qu Keming, navrhli technologické modely recirkulácie akvakultúry na vysokej, strednej a{5}}úrovni založené na rôznych potrebách rôznych typov podnikov akvakultúry a propagovali ich v pobrežných oblastiach; Liu Bo z rozširujúcej stanice technológie provinčného rybolovu Heilongjiang navrhol „kontajnerovú“ technológiu a modely akvakultúry na recirkuláciu; Profesor He Xugang z Huazhong Agricultural University navrhol ekologický model akvakultúry s „nulovým-vypúšťaním“ v rybníku a „v zajatí“.
Recirkulačné modely akvakultúry sa delia hlavne na typy, ako napríklad „obežná dráha“, „kontajner“ a „v zajatí“. Ak si vezmeme ako príklad model akvakultúry „obežná dráha“, pozostáva z prietokovej-nádrže, oblasti zberu odpadu, prevzdušňovacích zariadení, zariadení na odklonenie, oblasti čistenia, mokradí a ďalších komponentov. Malý-vodný-oblasť akvakultúry, ktorá tlačí vodu{5}}, pozostáva z obdĺžnikových nádrží, ktoré zaberajú 2 až 5 % plochy rybníka. V posledných rokoch sú špecifikácie domáceho prietoku-cisternou všeobecne 20 m dlhé, 4 m široké a 2,5 m vysoké, pričom na 6 670 m² vodného útvaru sú nastavené 1 až 2 nádrže. Základným komponentom je prevzdušňovacie zariadenie-vytláčajúce vodu. Skoršie verzie používali zariadenia s obežným kolesom na tlačenie vody a prevzdušňovacie zariadenia na okysličovanie, ale teraz väčšina používa vzduchové{19}zdvíhacie zariadenie pozostávajúce z dúchadiel, mikroporéznych prevzdušňovacích rúrok a usmerňovačov. Vo všeobecnosti sú na každé tri nádrže postavené dve prepojené ponorné zberné nádrže na odpad s objemom 10 m³, ktoré sú umiestnené na zadnom konci prietoku-cisterien na zber odpadu z oblasti kultúry. Veľká oblasť ekologického čistenia-vodných{25}útvarov zaberá 95 % až 98 % plochy rybníka s odvádzacími hrádzami a hĺbkou vody nad 2 m. V tejto oblasti sa primárne kultivujú kŕmne-ryby, pričom pokrytie vodnými rastlinami je kontrolované na 20 – 30 % čistiacej plochy. Je vybavený lopatkovými prevzdušňovačmi, prevzdušňovačmi s obežným kolesom, strojmi na výrobu vĺn atď. a podľa potreby sa pridávajú mikrobiálne prípravky.
2 Účinky modelu recirkulujúcej akvakultúry na výkonnosť rastu sladkovodných rýb
2.1 Miera rastu
Recirkulačný model akvakultúry môže poskytnúť relatívne stabilné rastové prostredie pre sladkovodné ryby, čo pomáha zlepšiť rýchlosť rastu. V tradičnej rybníkovej akvakultúre kvalitu vody vo veľkej miere ovplyvňujú vonkajšie faktory prostredia, ako je teplota a zrážky, ktoré môžu ľahko spôsobiť kolísanie kvality vody a ovplyvniť rast rýb. V modeli recirkulačnej akvakultúry môže systém kontroly kvality vody udržiavať relatívne stabilné parametre kvality vody, ako je teplota vody, rozpustený kyslík a hodnota pH, čím sa vytvárajú vhodné podmienky pre rast rýb. Napríklad v modeli akvakultúry „obežná dráha“ možno rýchlosť prúdenia vody v prietokovej-nádrži upraviť pomocou prevzdušňovacieho zariadenia-vytláčajúceho vodu. Vhodná rýchlosť prúdenia môže podporiť pohyb rýb, zlepšiť fyzickú kondíciu, zvýšiť príjem krmiva a urýchliť rast.
2.2 Miera využitia krmiva
Model recirkulácie akvakultúry môže zlepšiť mieru využitia krmiva sladkovodných rýb. V tradičnej akvakultúre po výdaji krmiva niektoré krmivo klesá na dno bez toho, aby sa skonzumovalo, čo spôsobuje odpad. Krmivo, ktoré klesá ku dnu, sa medzitým rozkladá a produkuje škodlivé látky, ktoré ovplyvňujú kvalitu vody. V recirkulačnom modeli akvakultúry sa vďaka účinku prúdenia vody môže krmivo lepšie rozptýliť vo vode, čím sa uľahčí konzumácia rýb, čím sa zníži množstvo odpadu z krmiva. Okrem toho môžu čistiace jednotky, ako sú biofiltre v recirkulačnom systéme akvakultúry, odstraňovať organické látky, ako je zvyškové krmivo a výkaly, z kultivačnej vody, čím sa znižuje obsah škodlivých látok, ako je amoniakálny dusík a dusitanový dusík vo vode. Tým sa znižuje vplyv týchto škodlivých látok na tráviace a absorpčné funkcie rýb, čím sa zlepšuje miera využitia krmiva.
2.3 Kvalita produktu
Recirkulačný model akvakultúry pomáha zlepšiť kvalitu produktov sladkovodných rýb. V tradičnej akvakultúre sú ryby náchylné na infekciu patogénmi, ako sú parazity a baktérie, čo vedie k výskytu chorôb a ovplyvňuje kvalitu produktov. V modeli recirkulujúcej akvakultúry môžu opatrenia ako kontrola kvality vody a dezinfekcia účinne znížiť počet patogénov vo vode, čím sa zníži riziko chorôb rýb. Relatívne čisté rastové prostredie rýb v recirkulačnom modeli akvakultúry zároveň znižuje produkciu nežiaducich pachov, ako je zápach bahna, čím sa zlepšuje chuť a kvalita produktu.
3 Kľúčové parametre a metódy kontroly kvality vody v modeli recirkulačnej akvakultúry
3.1 Kľúčové parametre
3.1.1 Rozpustený kyslík
Rozpustený kyslík je jedným z dôležitých parametrov kvality vody ovplyvňujúcich rast rýb. Ryby potrebujú počas rastu dostatok kyslíka na dýchanie. Nedostatok rozpusteného kyslíka môže viesť k spomaleniu rastu, zníženiu imunity a dokonca k smrti. Vo všeobecnosti by sa mal rozpustený kyslík v recirkulačných akvakultúrnych systémoch udržiavať nad 5 mg/l.
3.1.2 Amoniak Dusík
Amoniakálny dusík je jednou z hlavných znečisťujúcich látok vo vode akvakultúry, pochádza najmä z exkrementov rýb a rozkladu zvyškového krmiva. Amoniakálny dusík je pre ryby vysoko toxický, poškodzuje žiabrové tkanivo, nervový systém a imunitný systém, čo ovplyvňuje rast a prežitie. Koncentrácia amoniakálneho dusíka v recirkulačných akvakultúrnych systémoch by sa mala kontrolovať pod 0,5 mg/l.
3.1.3 Dusitanový dusík
Dusitanový dusík je medziproduktom vznikajúcim pri nitrifikácii amoniakálneho dusíka a má určitú toxicitu. Dusitanový dusík sa v rybej krvi spája s hemoglobínom, čím sa znižuje jej kapacita pre prenos kyslíka-a spôsobuje u rýb hypoxiu a dusenie. Koncentrácia dusitanového dusíka v recirkulačných systémoch akvakultúry by sa mala kontrolovať pod 0,1 mg/l.
3.1.4 Hodnota pH
Hodnota pH je dôležitým ukazovateľom kyslosti alebo zásaditosti vody a má významný vplyv na rast a fyziologické funkcie rýb. Hodnota pH v recirkulačných akvakultúrnych systémoch by sa mala udržiavať v rozmedzí od 7,0 do 8,5.
3.2 Metódy kontroly kvality vody
3.2.1 Fyzická kontrola
Fyzická kontrola zahŕňa najmä opatrenia, ako je filtrácia, sedimentácia a prevzdušňovanie. Filtrácia je účinný spôsob odstraňovania nerozpustených látok a pevných častíc z vody. Medzi bežne používané filtračné zariadenia patria mikrofiltre a pieskové filtre. Sedimentácia využíva gravitáciu na usadzovanie pevných častíc vo vode na dne, čím sa čistí kvalita vody. Prevzdušňovanie je dôležitým prostriedkom na zvýšenie rozpusteného kyslíka vo vode. Bežne používané prevzdušňovacie zariadenia zahŕňajú dúchadlá, lopatkové prevzdušňovače a prevzdušňovače obežného kolesa.
3.2.2 Chemická kontrola
Chemická kontrola zahŕňa hlavne pridávanie chemických látok do vody na reguláciu kvality vody. Napríklad, keď sú koncentrácie amoniakálneho dusíka a dusitanového dusíka vo vode príliš vysoké, môžu sa pridať prípravky nitrifikačných baktérií na podporu nitrifikačných reakcií a zníženie obsahu amoniakálneho dusíka a dusitanového dusíka; keď je hodnota pH vody príliš nízka, je možné použiť nehasené vápno na zvýšenie hodnoty pH.
3.2.3 Biologická kontrola
Biologická kontrola využíva mikroorganizmy, vodné rastliny a iné organizmy na čistenie kvality vody. Mikroorganizmy dokážu rozkladať organické látky vo vode, pričom premieňajú škodlivé látky, ako je amoniakálny dusík a dusitanový dusík, na neškodné látky. Bežne používané mikrobiálne prípravky zahŕňajú fotosyntetické baktérie, Bacillus a nitrifikačné baktérie. Vodné rastliny môžu absorbovať živiny ako dusík a fosfor z vody, čím sa znižuje výskyt eutrofizácie a zároveň poskytujú biotopy a tienenie pre ryby. Medzi bežné vodné rastliny patrí vodný hyacint, aligátor burina a elodea.
4 Korelácia medzi výkonnosťou rastu sladkovodných rýb a kontrolou kvality vody v modeli recirkulujúcej akvakultúry
4.1 Rozpustený kyslík a výkonnosť rastu
Keď je vo vode dostatok rozpusteného kyslíka, dýchanie rýb funguje normálne, metabolizmus je energický, zvyšuje sa príjem krmiva a zrýchľuje sa rýchlosť rastu. Naopak, metabolizmus sa spomaľuje a rýchlosť rastu sa znižuje. V modeli akvakultúry s recirkuláciou udržiavajú primerané opatrenia prevzdušňovania stabilné hladiny rozpusteného kyslíka vo vode, čím poskytujú rybám dobré dýchacie prostredie a podporujú ich rast a vývoj.
4.2 Amoniakový dusík, dusitanový dusík a výkonnosť rastu
Amoniakálny dusík a dusitanový dusík sú toxické látky vo vode akvakultúry, ktoré vážne poškodzujú rast a prežitie rýb. Vysoké koncentrácie amoniakálneho dusíka poškodzujú tkanivo rybích žiabrov a ovplyvňujú dýchacie funkcie; poškodzujú aj nervový systém a imunitný systém rýb, čím znižujú ich odolnosť voči chorobám. V modeli recirkulácie akvakultúry môžu čistiace jednotky, ako sú biofiltre, rýchlo odstrániť amoniakálny dusík a dusitanový dusík z vody, čím sa znížia ich toxické účinky na ryby a zaistí sa zdravý rast rýb.
4.3 Hodnota pH a výkonnosť rastu
Hodnota pH má dôležitý vplyv na rast rýb a fyziologické funkcie. Rôzne druhy rýb majú rôzne adaptívne rozsahy pre hodnotu pH. V recirkulačnom modeli akvakultúry sa pravidelne testuje hodnota pH vody a na základe výsledkov testu sa prijímajú zodpovedajúce opatrenia na úpravu.
5 Vývojové trendy a výzvy modelu recirkulujúcej akvakultúry
5.1 Smerovanie inteligentného a presného vývoja
S rozvojom internetu vecí, veľkých dát a technológií umelej inteligencie sa model recirkulácie akvakultúry vyvíja smerom k inteligencii a presnosti. Integráciou systémov, ako je online monitorovanie kvality vody, automatické kŕmenie a riadenie zariadení, je možné dosiahnuť-reguláciu prostredia kultúry v reálnom čase a automatizované riadenie výrobného procesu.
5.2 Nízkouhlíkové-ochrany životného prostredia a cesta k trvalo udržateľnému rozvoju
Recirkulačný model akvakultúry spĺňa požiadavky nízkouhlíkovej{0}}ochrany životného prostredia a trvalo udržateľného rozvoja prostredníctvom šetrenia vodou, úspory energie a zníženia znečistenia. Budúce úsilie si vyžaduje ďalšiu optimalizáciu procesov úpravy vody, zníženie spotreby energie a nákladov a zlepšenie stability a prevádzkyschopnosti systému. Napríklad obnoviteľné zdroje energie, ako je solárna a veterná energia, možno použiť na dodávku elektriny, čím sa znížia emisie uhlíka; technológiu mikrobiálnych palivových článkov možno použiť na dosiahnutie energetického využitia organických látok v odpadových vodách, čím sa vytvorí integrovaný systém „akvakultúrnej-energetickej-ochrany životného prostredia“.
5.3 Výzvy a protiopatrenia
Súčasný model recirkulácie akvakultúry stále čelí výzvam, ako sú vysoké investície, technická zložitosť a vysoké požiadavky na riadenie. Je potrebné posilniť technologický výskum a vývoj a integrovanú inováciu, aby sa znížili náklady na výstavbu a prevádzku systému; zlepšiť štandardný systém a prevádzkové špecifikácie s cieľom zvýšiť technickú úroveň poľnohospodárov; a posilniť politickú podporu a finančné investície na podporu uplatňovania recirkulačných modelov akvakultúry vo vidieckych oblastiach.
6 Záver a výhľad
Recirkulačný model akvakultúry prostredníctvom primeranej kontroly kvality vody udržiava stabilné úrovne kľúčových parametrov kvality vody, ako je rozpustený kyslík, amoniakálny dusík, dusitanový dusík a hodnota pH. To poskytuje dobré rastové prostredie pre sladkovodné ryby, zlepšuje ich rýchlosť rastu, mieru využitia krmiva a kvalitu produktu. V súčasnosti v praktických aplikáciách recirkulačného modelu akvakultúry stále existujú problémy, ako je nízka účinnosť zberu odpadu v dôsledku vplyvu štruktúry kultivačnej nádrže na hydrodynamické vlastnosti a nestabilná účinnosť čistenia biofiltrov. Budúci výskum by mal ďalej optimalizovať štruktúru kultivačnej nádrže, aby sa zlepšila účinnosť zberu odpadu; posilniť výskum regulácie rastu biofilmu a optimalizácie cirkulácie vody s cieľom zlepšiť účinnosť čistenia biofiltrov; zároveň kombinujte inteligentné technológie na dosiahnutie-monitorovania a automatickej kontroly parametrov kvality vody v reálnom čase, čím sa ďalej posilní vedecký a presný charakter modelu recirkulácie akvakultúry a podporí sa trvalo udržateľný rozvoj odvetvia akvakultúry sladkovodných rýb.