Litopenaeus vannamei, bežne známy ako tichomorská biela kreveta, je euryhalínový druh cenený pre svoju vysokú výťažnosť mäsa, silnú toleranciu stresu a rýchly rast. Je to jeden z najdôležitejších druhov kreviet chovaných v Číne. V súčasnosti medzi hlavné poľnohospodárske modely L. vannamei v Číne patria vonkajšie jazierka, malé skleníkové jazierka a jazierka na vysokej-úrovni. Domáca produkcia však stále nedokáže uspokojiť dopyt na trhu, čo si vyžaduje značné dovozy. Okrem toho rýchle rozšírenie modelov, ako je malé skleníkové poľnohospodárstvo, odhalilo problémy, ako je neúplný technický rámec, časté prepuknutia chorôb a problémy pri čistení odpadových vôd. Na pozadí presadzovania ochrany zdrojov a trvalo udržateľného rozvoja si systém recirkulácie akvakultúry (RAS), uznávaný ako intenzívny, efektívny a ekologický model poľnohospodárstva, v posledných rokoch získal širokú pozornosť v tomto odvetví.
RAS využíva priemyselné metódy na aktívnu reguláciu vodného prostredia. Vyznačuje sa nízkou spotrebou vody, malým pôdorysom, minimálnym znečistením životného prostredia a prináša-kvalitné a bezpečné produkty s menším počtom chorôb a vyššou hustotou zásob. Jeho produkcia je do značnej miery neobmedzená geografiou alebo klímou. Tento model sa môže pochváliť vysokou efektívnosťou využívania zdrojov a vyznačuje sa vysokými investíciami a vysokým výkonom, čo predstavuje kľúčovú cestu k trvalo udržateľnému rozvoju odvetvia akvakultúry. V súčasnosti sa domáci chov L. vannamei sústreďuje v pobrežných oblastiach, primárne využíva prírodnú morskú vodu. Vnútrozemské regióny, obmedzené dostupnosťou vodných zdrojov a environmentálnymi predpismi, čelia výraznému nesúladu medzi ponukou a dopytom spotrebiteľov. Prieskum RAS pomocou umelej morskej vody vo vnútrozemských oblastiach má veľký význam pre zásobovanie miestnych trhov a podporu regionálneho hospodárskeho rozvoja. Tento experiment úspešne skonštruoval vnútorný RAS pre L. vannamei vo vnútrozemí a uskutočnil úspešný kultivačný cyklus. Metódy a údaje týkajúce sa výstavby systému, umelej prípravy morskej vody a manažmentu fariem môžu slúžiť ako referencia pre vnútrozemské poľnohospodárstvo L. vannamei.
1. Materiály a metódy
1.1 Materiály
Skúška sa uskutočnila na pôvodnej chovnej farme Leiocassis longirostris v provincii Sichuan. Post-larva L. vannamei (stupeň P5) pochádzala zo základne Huanghua spoločnosti Qingdao Hainen Aquatic Seed Industry Technology Co., Ltd. a boli v dobrom zdravotnom stave. Použité krmivo bolo značky "Xia Gan Qiang" od Tongwei Group Co., Ltd. Jeho hlavné zložky boli: surový proteín väčší alebo rovný 44,00 %, surový tuk väčší alebo rovný 6,00 %, hrubá vláknina menší alebo rovný 5,00 % a surový popol menší alebo rovný 16,00 %.
1.2 Príprava umelej morskej vody
Ako zdrojová voda bola použitá podzemná voda zo studne. Pred použitím na umelú prípravu morskej vody bol následne ošetrený dezinfekciou (bieliaci prášok 30 mg/l, prevzdušňovaný 72 hodín), odstránením zvyškového chlóru (tiosíran sodný, 15 mg/l) a detoxikáciou [kyselina etyléndiamíntetraoctová (EDTA), 10–30 mg/l.
Umelá morská voda so slanosťou 8 bola pripravená s použitím kryštálov morskej soli ako hlavnej zložky; jeho hlavné zložky sú uvedené vTabuľka 1. Na doplnenie prvkov Ca, Mg a K sa použili CaCl₂, MgSO₄ a KCl potravinárskej kvality. Po príprave sa použil NaHCO₃ potravinárskej kvality na úpravu celkovej alkality na 250 mg/l (ako CaCO3) a NaHCO3 spolu s monohydrátom kyseliny citrónovej sa použil na úpravu pH na 8,2–8,4.
1.3 Konštrukcia RAS
1.3.1 Celková koncepcia dizajnu
Kombináciou nezávislého dizajnu s integrovanou aplikáciou bol skonštruovaný RAS pre L. vannamei s využitím viacstupňového fyzikálneho spracovania a biofiltrácie. Zodpovedajúce stratégie prevádzky systému, protokoly na úpravu kvality vody a vedecké stratégie kŕmenia boli implementované podľa požiadaviek na rast kreviet v rôznych fázach s cieľom dosiahnuť stabilnú prevádzku, ekonomický vstup a efektívny výstup.
1.3.2 Tok hlavného procesu a technické parametre
Existujúci kontajnerový-systém chovu rýb bol upravený tak, aby sa vytvoril L. vannamei RAS, ktorý pozostáva z kultivačných nádrží, zariadenia na zber kompozitného plášťa/častíc (troj{2}}cestné odvodnenie), biofiltra, obehových čerpadiel atď. Priebeh procesu je znázornený naObrázok 1.
Celkový projektovaný objem vody systému bol 750 m³, s objemom systému úpravy vody 150 m³ a efektívnym objemom kultúry 600 m³. Navrhovaná kultivačná záťaž bola 7 kg/m³. Kľúčové technické parametre sú uvedené vTabuľka 2.
1.3.3 Návrh konštrukcie
Šesť osemhranných kultivačných nádrží bolo usporiadaných v dvoch radoch. Vzhľadom na pohodlnosť riadenia, environmentálnu stabilitu a investičné náklady bola hlavná konštrukcia nádrží tehlovo-betónová. Rozmery boli: dĺžka 10,0 m, šírka 10,0 m, hĺbka 1,2 m, so zrezanými hranami 3,0 m. Efektívny objem vody na nádrž bol 100 m³. Dno nádrže malo sklon (16 %) smerom k centrálnemu odtoku (Obrázok 2).
Troj{0}}odvodné zariadenie pozostávalo z centrálneho zberača (pre mŕtve krevety, ulity a veľké častice), vertikálneho prietokového sedimentačného zberača (pre rozbité panciere, stredné častice, výkaly) a sifónového bočného-odtokového zberného boxu (pre jemné panciere a malé-až{3}}stredné častice) (Obrázok 2).
Jedna strana upravovacej nádrže obsahovala plastový rám kefového média na zhromažďovanie a odstraňovanie škrupín a častíc z vypúšťania nádrže. V tejto nádrži je možné vykonať úpravy vápnika, horčíka, celkovej alkality a pH. Objem nádrže bol 20 m³ s hydraulickým retenčným časom 0,13 h.
Cirkulačné čerpadlo bolo umiestnené na druhej strane klimatizačnej nádrže a využívalo jednostupňové{0}}čerpadlo na zvýšenie energetickej účinnosti. Na základe ekológie kreviet a zaťaženia bola rýchlosť recirkulácie navrhnutá na 2 až 6-krát denne. Prietok čerpadla bol 150 m³/h, dopravná výška 10 m, výkon 5,5 kW.
Kefový filter bol vybavený niekoľkými filtračnými vreckami. Vaky boli pripojené cez potrubné armatúry k vstupu filtra, zaistené svorkami. Odtok sa do vriec dostával potrubím. Vrecia boli vyrobené z polypropylénu (PP), naplnené plastovým kefovým médiom, ktoré účinne zachytáva častice väčšie ako 0,125 mm. Nádrž na elastické médium pozostávala z telesa nádrže (obdĺžnikové, hĺbka 2 m), mriežkových rámov (rovnobežne s povrchom) a elastických médií inštalovaných na rámoch (Obrázok 3). Médiá tvorili početné dvojité -kruhové plastové krúžky s polyesterovými vláknami, ktoré tvorili zväzky vlákien rozmiestnené po celej nádrži. Princíp jeho fungovania spočíval vo vytváraní pomalého-efektu sedimentácie prostredníctvom zachytávania média a využívaní biofilmu vytvoreného na jeho povrchu na absorpciu, rozklad a transformáciu anorganického dusíka a fosforu.
Biofilter zahŕňal telo nádrže (obdĺžnikové, hĺbka 2 m), prevzdušňovacie komponenty a bio-médiá (Obrázok 4). Súčasťou prevzdušňovacej zostavy boli rozvody vzduchu. Vzduch vstupoval zhora a uvoľňoval sa zospodu, čím sa vytvoril úplne zmiešaný vzor prúdenia. Nádrž bola naplnená médiom Moving Bed Biofilm Reactor (MBBR). Cieleným zvýšením nitrifikátora a úpravou alkality sa veľké množstvo nitrifikačných baktérií prichytí k médiu, spotrebuje organickú hmotu a dosiahne odstránenie amoniaku a dusitanov, čím sa vytvorí nitrifikačný biofilter. Vstupné a výstupné potrubia boli na opačných stranách, s výstupnou clonou na vnútornej stene. V tejto skúške bol účinný objem biofiltra nastavený na 25 % objemu systémovej kultúry, s pomerom plnenia média 30 %, s použitím média K5.
Systém prevzdušňovania kombinuje mechanické a čisté kyslíkové metódy. Keď bol rozpustený kyslík (DO) vysoký, primárne bolo mechanické prevzdušňovanie: použitie vysokotlakového vírivého dúchadla a vysokokvalitných{2}} mikroporéznych rúrok ako difúzorov na maximalizáciu účinnosti prenosu O₂ a zníženie hluku. Keď bol DO nízky, doplnilo sa prevzdušňovanie čistým kyslíkom: pomocou generátora kyslíka + mikro-bublinkovej vodnej vrtule. Výstupná koncentrácia kyslíka O₂ nad 90 %, rozptýlená prostredníctvom nano-keramického disku vo vrtuli. Pri vysokom zaťažení poslúžila kombinácia generátora kyslíka a kužeľa kyslíka ako pomocné prevzdušňovanie pomocou pomocného čerpadla na vytvorenie kyslíkom{11}}presýtenej vody v kuželi.
1.4 Meranie kvality vody
Koncentrácie amoniaku a dusitanov (ako N) sa merali pomocou viacparametrového analyzátora vody Aokedan. Celkové množstvo suspendovaných pevných látok (TSS) sa meralo pomocou multiparametrového analyzátora Hach DR 900-.
1.5 Manažment farmy a prevádzka systému
Súdny proces sa začal 8. augusta 2022 a trval 74 dní. Všetkých šesť nádrží bolo naskladnených. Veľkosť zástavu bola 961 jedincov/kg, hustota približne 403 jedincov/m³, spolu 241 800 post-lariev. Frekvencia kŕmenia bola 6-krát denne, pričom denná dávka klesala z približne 7,0 % (skoro) na 2,5 % (neskoré) odhadovanej biomasy.
Cirkulácia systému sa začala 3 dni po-naskladnení, spočiatku 2 cykly/deň, neskôr sa zvýšila na 4 cykly/deň. Na začiatku pokusu dochádzalo k dennému vypúšťaniu, pričom dochádzalo len k doplňovaniu vody stratenej pri odvodňovaní a odparovaní. Neskôr nasledovalo vypúšťanie po každom kŕmení (1 hodinu po), s dennou výmenou vody pod 10 % objemu doplnenia v ranom- štádiu.
Spočiatku sa používalo mechanické prevzdušňovanie (vírové dúchadlo). Kvôli neskoršiemu zvýšenému zaťaženiu systému bola použitá kombinácia mechanického prevzdušňovania, generátor kyslíka + nano{2}}keramický disk a generátor kyslíka + kyslíkový kužeľ.
Pravidelne sa merala DO, teplota, pH, amoniak a dusitany v nádržiach. Pozoroval a zaznamenával sa rast a kŕmenie kreviet.
1.6 Spracovanie a analýza údajov
Údaje boli usporiadané pomocou WPS Office Excel. Grafy boli vytvorené pomocou Origin 2021.
Nasledujúce vzorce sa použili na výpočet rýchlosti výmeny vody (R), pomeru konverzie krmiva (FCR) a mieru prežitia (RS):
R = 100% × V₁ / (V × t) ... (1)
FCR = W / (Wₜ − W₀) ... (2)
RS = 100% × S / N ... (3)
Kde: R je denný výmenný kurz vody (%/d); V1 je celkový objem vymenenej vody (m³); V je celkový objem vody v systéme (m³); t sú dni kultúry (d). FCRje pomer konverzie krmiva; W je celkový vstup krmiva (kg); Wₜ a W₀ sú hmotnosť konečného zberu a hmotnosť počiatočného skladovania (kg). RSje miera prežitia (%); S je celkový počet vyťažených (jednotlivcov); N je celkový počet zásob (jednotlivcov).
2. Výsledky
2.1 Výmena vody
Počas pokusu bola celková výmena vody 1 000 m³ s priemerným denným výmenným kurzom 1,8 %.
2.2 Amoniak a dusitany
Koncentrácia amoniaku v nádržiach zostala pod 1,3 mg/l (okrem dňa 5) a koncentrácia dusitanov zostala pod 1,6 mg/l, obe na relatívne stabilných úrovniach (Obrázok 5).
V počiatočnom štádiu (prvých 15 dní) sa amoniak v nádrži rýchlo znížil, zatiaľ čo dusitany sa rýchlo zvýšili, čo naznačuje vytvorenie biofilmu v biofiltri a konverziu amoniaku na dusitany. V strednom- štádiu (15–50 dní) so zvýšeným kŕmením zostali koncentrácie amoniaku a dusitanov stabilné, čo naznačuje synchronizovanú oxidáciu amoniaku a dusitanov v biofiltri a stabilnú prevádzku systému. Po 50. dni vykazovali amoniak aj dusitany klesajúci trend, čo pravdepodobne naznačuje zvýšenú nitrifikačnú kapacitu a zrelší systém. Toto nebolo možné ďalej potvrdiť, keďže súdny proces skončil.
Obrázok 6ukazuje, že trendy amoniaku na vstupe a výstupe biofiltra boli podobné, ale medzera medzi krivkami sa postupne zväčšovala, čo naznačuje zlepšenie odstraňovania amoniaku. Krivky dusitanov pre vstup a výstup sa takmer prekrývali a nevykazovali celkový rastúci trend, čo naznačuje, že systém si až do konca udržiaval kapacitu oxidácie dusitanov.
2.3 Rozpustený kyslík a celková alkalita
Ako je uvedené vObrázok 7Napriek zvyšujúcemu sa zaťaženiu systému kombinované metódy prevzdušňovania udržiavali DO v nádrži nad 6 mg/l. Navyše pridaním NaHC03 sa celková alkalita udržala medzi 175 – 260 mg/l.
2.4 Celkové nerozpustné látky
Trendy koncentrácie TSS v kľúčových systémových bodoch sú uvedené vObrázok 8. TSS na prítoku do vertikálneho prietokového zberača sedimentov a bočného boxu sifónu (súčasť trojcestnej drenáže) odrážal trendy TSS v nádržiach. Celkový TSS sa postupne zvyšoval, stabilizoval sa počas stredne-neskorých štádií (po 35. dni) a vykazoval klesajúci trend prostredníctvom po sebe nasledujúcich štádií liečby.
2.5 Výsledky hospodárenia
Celkový stav bol 241 800 post-lariev s priemernou veľkosťou 0,52 g v 6 nádržiach s priemernou hustotou 403 jedincov/m³. Po 74 dňoch bola celková úroda 3 012,2 kg, priemerná veľkosť 15,82 g, priemerné prežitie 78,75 %, priemerná úroda 5,02 kg/m³. Celkový vstup krmiva bol 3 386,51 kg, FCR1.18. Vypočítané náklady (semená, krmivo, zdravotné produkty, elektrina, umelá morská voda, dezinfekcia) dosiahli spolu 155 870,6 CNY. Príjmy z predaja kreviet boli 192 780,8 CNY, čo viedlo k zisku 36 910,2 CNY za cyklus.
3. Diskusia
V posledných rokoch sa RAS stal veľmi perspektívnym smerom pre chov L. vannamei. Táto skúška skonštruovala RAS vrátane kultivačných nádrží, kompozitného plášťa/zachytávania častíc, kefového filtra, biofiltra a prevzdušňovacieho zariadenia a úspešne vykonala jeden cyklus vnútrozemského poľnohospodárstva.
V porovnaní s tradičným RAS je tento systém jednoduchší. Štrukturálne vynechal zariadenia ako bubnové filtre a proteínové skimmery, ktoré majú relatívne vyššie fixné náklady a náklady na údržbu. Namiesto toho použila jednoduchšie zariadenia na úpravu vody na vytvorenie viacúrovňového{2}}zloženého spracovania častíc a rozpustených znečisťujúcich látok, čím sa dosiahla dobrá kontrola kvality vody s jednoduchšími procesmi a nižšími nákladmi.
Využitím rôznych metód riadenia kvality vody prispôsobených rôznym štádiám rastu a zaťaženiu systému systém udržal amoniak a dusitany pod 1,3 a 1,6 mg/l a DO nad 6 mg/l, v konečnom dôsledku dosiahol výťažnosť 5,02 kg/m³. To je blízko k výsledkom Yang Jing et al. Okrem toho systém úpravy vody kontroloval priemerný denný výmenný kurz na 1,8 %, pričom plne využíval svoju kapacitu úpravy a výrazne znížil náklady.
RAS ponúka environmentálne výhody, bezpečnosť produktov a menej chorôb. Kvôli dopravným obmedzeniam má L. vannamei veľký trhový potenciál vo vnútrozemí. Vykonávanie RAS pre L. vannamei vo vnútrozemí je v súlade s priemyselnými trendmi. Súčasný vnútrozemský chov kreviet je primárne sladkovodný, pričom výnos a kvalita zaostáva za morským chovom. Použitie umelej morskej vody v tejto skúške čiastočne vyriešilo túto medzeru. Súčasné vysoké náklady na umelú morskú vodu si však vyžadujú optimalizáciu procesov RAS na odstraňovanie dusíka a fosforu, aby sa umožnilo opätovné použitie vody, čo je efektívny spôsob znižovania nákladov a malo by to byť kľúčové zameranie výskumu pre vnútrozemský L. vannamei RAS.
FCRje dôležitým ukazovateľom výkonnosti RAS. Finále FCR1,18 v tomto pokuse je porovnateľné s tradičným intenzívnym poľnohospodárstvom. Výhoda RAS ako uzavretého systému spočíva v opätovnom použití vstupu. Na základe zvyšovania kapacity úpravy vody, formulovanie presných stratégií kŕmenia na zníženie FCRby sa malo zamerať na ďalšiu optimalizáciu.