Priemyselný recirkulačný akvakultúrny systém (RAS), ako vznikajúca akvakultúrna technológia riadená vnútroštátnymi politikami v oblasti rybného hospodárstva, dosahuje v akvakultúre intenzifikáciu, vysokú účinnosť a environmentálnu udržateľnosť prostredníctvom integrácie zariadení priemyselného inžinierstva a technológií kontroly životného prostredia. Jehohlavné výhodyzahŕňajú:recyklácia vody úspora viac ako 90 % vody, nezávislosť od regionálnych a sezónnych obmedzení, presná regulácia kľúčových environmentálnych faktorov, ako je teplota vody a rozpustený kyslík, výrazne zlepšuje produktivitu pôdy a mieru konverzie krmiva. Uznáva sa ako kľúčový smer trvalo udržateľného rozvoja akvakultúry. Jeho rozšírené prijatie je charakterizované „vysokými investíciami, vysokou hustotou a vysokým výkonom“ a je obmedzené faktormi, ako sú vysoké počiatočné investície (náklady na zariadenia a vybavenie) a vysoké technické prekážky (aklimatizácia semien a manažment kvality vody).
Mandarínka (Siniperca chuatsi), ako vysoko{0}}hodnotný druh sladkovodnej akvakultúry, čelí problémom v tradičnom chove, ako sú časté choroby, ťažkosti s kontrolou kvality vody a nestabilné výnosy. V súčasnosti zostávajú technické rezervy pre priemyselné RAS mandarínskych rýb nedostatočné, najmä chýba systematická prax v oblastiach, ako je optimalizácia poľnohospodárskeho procesu, návrh vyhradených zariadení a procesy čistenia vody. Tento výskum sa zameriava na efektívnu recykláciu a využitie vodných zdrojov s cieľom skonštruovať systém technologických zariadení pre pozemnú-priemyselnú akvakultúru mandarínskych rýb. Prostredníctvom optimalizácie zariadení na vypúšťanie odpadu s malým{5}}rušením a integrácie technológie prepojenia zariadení sa uskutočňuje experimentálny výskum kľúčových ukazovateľov, ako je účinnosť čistenia vody a kapacita bio{6}}záťaže. Cieľom je vyvinúť replikovateľné technické riešenie na podporu-kvalitného rozvoja odvetvia chovu mandarínskych rýb.
1. Priemyselný recirkulačný proces akvakultúry
Základom priemyselného RAS je dosiahnutie dynamickej vodnej rovnováhy a recyklácia prostredníctvom uzavretého-procesu „fyzická filtrácia - biologické čistenie - dezinfekcia a okysličenie". "Chov rýb začína zvyšovaním vody"; parametre ako rýchlosť prúdenia vody, teplota, pH, koncentrácia amoniakálneho dusíka a hladina rozpusteného kyslíka priamo ovplyvňujú rastové prostredie rýb mandarínky. Tento dizajn systému sa riadi princípom "malých systémov, viac jednotiek". Jeho základná logika je: rýchlejšie prietoky môžu zlepšiť efektivitu spracovania systému, znížiť rozbitie veľkého odpadu a znížiť spotrebu energie pri následnom spracovaní; odstraňovanie častíc polutantu podľa veľkosti "pevná látka → kvapalina →" filtračné a dezinfekčné procesy sú zapojené postupne.
Ako je uvedené vObrázok 1, tok systému je: odvodnenie z kultivačnej nádrže prechádza predúpravou, aby sa odstránili veľké častice odpadu, vstupuje do fáz hrubej a jemnej filtrácie na odstránenie jemných suspendovaných pevných látok, potom prechádza cez biofilter na degradáciu škodlivých látok, ako je amoniakálny dusík, a nakoniec, po dezinfekcii a okysličení, sa vracia do kultivačnej nádrže, čím sa dosiahne kontrolovaná kvalita vody a recyklácia vody počas celého procesu.
2. Návrh a výskum zariadení a vybavenia na akvakultúru mandarínok
Tradičný dizajn zariadení akvakultúry sa často spolieha na skúsenosti, čo ľahko vedie k neefektívnemu vybaveniu a plytvaniu nákladmi. Ako je uvedené vObrázok 2, táto štúdia, založená na princípe hmotnostnej bilancie, konštruuje model maximálnej kapacity biomasy mandarínok. Výpočtom maximálnej rýchlosti podávania, celkového odpadu a produkcie amoniakálneho dusíka sa dosiahne výber vedeckého zariadenia. Ako prípadová štúdia sme použili farmársky podnik Mandarin Fish v Jiangxi a zamerali sme sa na optimalizáciu zariadenia na vypúšťanie odpadu s nízkym -rušením a systému prepojenia zariadení. Usporiadanie dielne je znázornené naObrázok 3. Rozloženie pozemného-priemyselného RAS pre mandarínske ryby je zobrazené naObrázok 4.
2.1 Návrh parametra recirkulácie kultúrnej vody
Rýchlosť recirkulácie je kľúčom k efektívnej prevádzke systému a musí byť stanovená komplexne na základe hustoty obsádky mandarínok, objemu vody a kapacity úpravy vody.
Vzorec na výpočet objemu recirkulácie vody:Q = V × N
Kde: Q je objem recirkulácie vody (m³/h);
V je objem kultivačnej vody (m³);
N je počet recirkulácií za deň (krát/d).
Konštrukcia kultivačnej nádrže: Priemer jednej nádrže 6m, výška 1,2m, výška dna kužeľa 0,3m.
Vypočítaný objem je π×3²×1.2 + 1/3×π×3²×0,3 ≈ 33,91 m³, skutočný objem kultivačnej vody je asi 30 m³. Jedna dielňa obsahuje 10 kultivačných nádrží, celkový objem vody 300 m³.
Prevádzkové parametre: Rýchlosť recirkulácie N je nastavená na 3-5-krát/d; cirkulácia prídavnej vody je 10 % z celkového objemu vody (na kompenzáciu strát vyparovaním a vypúšťaním), upravovaná v reálnom čase prostredníctvom online monitorovania.
2.2 Návrh kultivačnej nádrže a zariadenia na vypúšťanie odpadu
Ako je uvedené vObrázok 5, kultivačná nádrž je navrhnutá s cieľom „rýchleho vypúšťania odpadu a rovnomernej distribúcie vody“ pomocou kruhového telesa nádrže v kombinácii s konštrukciou kužeľového dna. V spodnej časti je nainštalované zariadenie „Fish Toilet“, aby sa dosiahlo nízke{1}}rušivé vypúšťanie odpadu. Rybia toaleta bola optimalizovaná nasledovne:
- Priemer vstupného/výstupného potrubia štandardizovaný na 200 mm na zvýšenie rýchlosti prúdenia.
- Krycia doska má otočný aerodynamický dizajn, ktorý zvyšuje rotačný efekt preplachovania spodných sedimentov a zlepšuje samočistiacu schopnosť.
3. Návrh a výskum procesu spracovania pevných častíc
Pevné častice sa upravujú podľa veľkosti pomocou trojstupňového -procesu „predúprava - hrubej filtrácie - jemnej filtrácie“. Konkrétne parametre sú uvedené vTabuľka 1.
3.1 Proces predúpravy
Využíva vertikálny prietokový usadzovač spojený s bočným{0}}odtokovým a spodným{1}odtokovým systémom kultivačnej nádrže pomocou gravitačnej separácie na odstránenie častíc väčších alebo rovných 100 μm. Usadzovač je priamo spojený s kultivačnou nádržou, aby sa znížili straty pri preprave potrubím a znížilo sa zaťaženie následných filtračných stupňov.
3.2 Proces hrubej filtrácie
Ako je uvedené vObrázok 6, proces hrubej filtrácie sa sústreďuje na mikrositový bubnový filter. Princípy návrhu zahŕňajú: umiestnenie zariadenia v blízkosti kultivačných nádrží, aby sa skrátila dĺžka potrubia a znížila spotreba energie.
Použitie riadiaceho systému PLC na dosiahnutie automatického spätného preplachovania (4-6-krát/d), koordinované s online monitorovaním kvality vody na úpravu parametrov v reálnom čase.
Využitie konštrukcie gravitačného toku na zníženie spotreby energie čerpadla a nižšie prevádzkové náklady.
3.3 Proces jemnej filtrácie
Ako je uvedené vObrázok 7Proces jemnej filtrácie ďalej čistí kvalitu vody prostredníctvom synergického pôsobenia biofiltra a dezinfekčného zariadenia.
- Biofilter: Vyberá médium s vysokou{0}}špecifickou-povrchovou-plochou, hydraulický retenčný čas 1 – 2 hodiny, udržiava rozpustený kyslík väčší alebo rovný 5 mg/l, degraduje amoniakálny dusík a dusitany.
- Zariadenie na dezinfekciu: Ultrafialový sterilizátor (dávka 3-5 × 10⁴ μW·s/cm²) alebo generátor ozónu (koncentrácia 0,1-0,3 mg/l, doba kontaktu 10-15 minút) na ničenie patogénnych mikroorganizmov.
- Okysličovací systém: Okysličovač čistého kyslíka používaný v spojení s prevzdušňovačmi na zabezpečenie stabilných hladín rozpusteného kyslíka.
4. Usporiadanie a riadiaci systém potrubia
4.1 Návrh rozloženia potrubia
Potrubia sú rozdelené podľa funkcie do štyroch typov: zásobovanie vodou, recirkulácia, vypúšťanie odpadu a prídavná voda. Princípy návrhu: Optimalizujte rozloženie sústredené okolo kultivačných nádrží, zmenšite kolená a dĺžku potrubia, aby ste minimalizovali stratu hlavy; zabezpečiť vyrovnaný prítok a odtok pre udržanie stabilnej hladiny vody v kultivačných nádržiach; Potrubie na vypúšťanie odpadu má sklon (Väčší alebo rovný 3 %), aby sa uľahčil samo{2}}zber odpadu.
4.2 Návrh riadiaceho systému
Systém využíva uzavretú-architektúru „Sensors - Controller - Actuators“, ako je znázornené naObrázok 8. Medzi základné funkcie patrí:
- Monitorovanie kvality vody-v reálnom čase: Online zber údajov pomocou senzorov rozpusteného kyslíka, pH a amoniakového dusíka.
- Ovládanie spojenia zariadení: Automatické nastavenie spätného preplachu mikrosítka, výkonu okysličovača a doby chodu dezinfekčného zariadenia na základe parametrov kvality vody.
- Chyba POZOR: Zvukové a vizuálne alarmy spúšťané abnormálnymi parametrami, odoslané do riadiacich terminálov cez Ethernet alebo bezdrôtovú komunikáciu.
5. Analýza údajov testu výkonu zariadenia
Ako je uvedené vObrázok 9, bola vykonaná šesť{0}}mesačná skúšobná prevádzka na farmárskej základni Mandarin Fish v Jiangxi. Systém nezaznamenal žiadne abnormality v úprave vody a systém monitorovania a včasného varovania fungoval stabilne.
Počas aplikácie neboli zistené žiadne abnormality v úprave vody, systém monitorovania, včasného varovania a kontroly fungoval stabilne. Prevzdušňovanie v kultivačných nádržiach bolo použité v kombinácii s kontrolou rozpusteného kyslíka počas poľnohospodárskeho procesu. Hodnotenie výkonu hlavného zariadenia je uvedené vTabuľka 2.
Počas pokusu hustota obsádky dosiahla 50-60 rýb/m³, miera prežitia väčšia alebo rovná 90 %, rýchlosť rastu sa zvýšila o 20 % v porovnaní s tradičným chovom a miera recyklácie vody dosiahla 92 %, čím sa dosiahli ciele úspory energie a zníženia emisií.
6. Zhrnutie
Pozemný-priemyselný RAS pre Mandarin Fish dosahuje ciele akvakultúry „úspora vody, vysoká účinnosť a ochrana životného prostredia“ prostredníctvom integrácie inžinierskych,{1}}zariadených a digitálnych{2}}inteligentných technológií. Inovácie tohto výskumu spočívajú v: optimalizácii výberu zariadení na základe modelu nosnej kapacity biomasy s cieľom zlepšiť prispôsobenie systému; zlepšenie zariadenia na vypúšťanie odpadu s nízkym-rušením s cieľom zvýšiť efektivitu odstraňovania odpadu; vybudovanie riadiaceho systému prepojenia zariadení na dosiahnutie presnej regulácie kvality vody.
Tento systém možno propagovať a aplikovať na iné chovy sladkovodných rýb, pričom poskytuje technickú referenciu pre intenzifikačnú transformáciu akvakultúry. Budúca práca si vyžaduje ďalšie znižovanie nákladov na vybavenie a optimalizáciu výkonu senzorov, aby sa zvýšila miera penetrácie technológie.