Sistema d'aqüicultura de recirculació industrial (RAS), com a tecnologia d'aqüicultura emergent impulsada per les polítiques nacionals de pesca de les instal·lacions, aconsegueix la intensificació, l'alta eficiència i la sostenibilitat ambiental en l'aqüicultura mitjançant la integració d'equips d'enginyeria industrial i tecnologies de control ambiental. El seuavantatges fonamentalsincloure:reciclatge d'aigua estalviant més del 90% de l'aigua, independència de les limitacions regionals i estacionals, regulació precisa de factors ambientals clau com la temperatura de l'aigua i l'oxigen dissolt, millorant significativament la productivitat de la terra i les taxes de conversió d'aliments. Es reconeix com una direcció crucial per al desenvolupament sostenible de l'aqüicultura. Caracteritzada per una "alta inversió, alta densitat i gran rendiment", la seva adopció generalitzada es veu limitada per factors com l'elevada inversió inicial (costos d'instal·lacions i equips) i altes barreres tècniques (aclimatació de llavors i gestió de la qualitat de l'aigua).
Peix mandarí (Siniperca chuatsi), com a espècie d'aqüicultura d'aigua dolça d'alt valor-, s'enfronta a reptes en l'agricultura tradicional, com ara malalties freqüents, dificultats en el control de la qualitat de l'aigua i rendiments inestables. Actualment, les reserves tècniques per al RAS industrial de peix mandarí segueixen sent insuficients, especialment mancant de pràctica sistemàtica en àrees com l'optimització de processos de cultiu, el disseny d'equips dedicats i els processos de purificació d'aigua. Aquesta investigació se centra en el reciclatge i la utilització eficients dels recursos hídrics, amb l'objectiu de construir el sistema d'equips de procés per a l'aqüicultura industrial terrestre-de peix mandarí. Mitjançant l'optimització de dispositius de descàrrega de residus de baix-perturbació i la integració de la tecnologia d'enllaç d'equips, es duu a terme investigacions experimentals sobre indicadors clau com ara l'eficiència de la purificació d'aigua i la capacitat de bio-càrrega. L'objectiu és desenvolupar una solució tècnica replicable per donar suport al desenvolupament d'alta-qualitat de la indústria de piscicultura de mandarí.
1. Flux del procés d'aqüicultura de recirculació industrial
El nucli d'un RAS industrial és aconseguir un equilibri hídric dinàmic i el reciclatge mitjançant un procés de bucle tancat de "-filtració física - purificació biològica - desinfecció i oxigenació". "La cria de peixos comença amb la cria d'aigua"; paràmetres com la velocitat del flux d'aigua, la temperatura, el pH, la concentració de nitrogen d'amoníac i el nivell d'oxigen dissolt afecten directament l'entorn de creixement del peix mandarí. Aquest disseny del sistema segueix el principi de "sistemes petits, múltiples unitats". La seva lògica principal és: uns cabals més ràpids poden millorar l'eficiència del processament del sistema, reduir la ruptura de residus de partícules grans i reduir el consum posterior d'energia → processament de sòlids → consum de líquids. gas", el tractament de residus sòlids es classifica per "gran mida de partícula → petita mida de partícula", i els processos de filtració i desinfecció estan connectats seqüencialment.
Com es mostra aFigura 1, el flux del sistema és: el drenatge del dipòsit de cultiu se sotmet a un pretractament per eliminar els residus de partícules grans, entra en etapes de filtració gruixuda i fina per eliminar sòlids fins en suspensió, després passa per un biofiltre per degradar substàncies nocives com el nitrogen amoníac, i finalment, després de la desinfecció i oxigenació, torna al dipòsit de cultiu, aconseguint una qualitat de l'aigua reciclada i controlada durant tot el procés.
2. Disseny i investigació d'instal·lacions i equipaments per a l'aqüicultura del peix mandarí
El disseny tradicional d'instal·lacions d'aqüicultura sovint es basa en l'experiència, la qual cosa condueix fàcilment a equips ineficients i malbaratament de costos. Com es mostra aFigura 2, aquest estudi, basat en el principi de balanç de masses, construeix un model per a la capacitat màxima de transport de biomassa del peix mandarí. En calcular la taxa d'alimentació màxima, els residus totals i la producció de nitrogen d'amoníac, s'aconsegueix la selecció d'equips científics. Utilitzant una empresa de cria de peixos mandarí a Jiangxi com a cas d'estudi, l'enfocament es va centrar en l'optimització del dispositiu de descàrrega de residus de baixa-pertorbació i el sistema d'enllaç d'equips. El disseny del taller es mostra aFigura 3. Es mostra el disseny del RAS industrial-terrestre per al peix mandaríFigura 4.
2.1 Disseny de paràmetres de recirculació d'aigua de cultiu
La taxa de recirculació és clau per a un funcionament eficient del sistema i s'ha de determinar de manera exhaustiva en funció de la densitat de poblament de peix mandarí, el volum d'aigua i la capacitat de tractament d'aigua.
Fórmula de càlcul del volum de recirculació d'aigua:Q = V × N
On: Q és el volum de recirculació d'aigua (m³/h);
V és el volum d'aigua de cultiu (m³);
N és el nombre de recirculacions per dia (vegades/d).
Disseny del tanc de cultiu: diàmetre del tanc únic 6 m, alçada 1,2 m, alçada inferior del con 0,3 m.
El volum calculat és π×3²×1.2 + 1/3×π×3²×0,3 ≈ 33,91 m³, el volum real d'aigua de cultiu és d'uns 30 m³. Un únic taller conté 10 dipòsits de cultiu, volum total d'aigua 300 m³.
Paràmetres de funcionament: la velocitat de recirculació N s'estableix en 3-5 vegades/dia; La circulació d'aigua d'aprofitament és del 10% del volum total d'aigua (per compensar les pèrdues per evaporació i descàrrega), ajustada en temps real mitjançant la monitorització en línia.
2.2 Disseny del dipòsit de cultiu i del dispositiu de descàrrega de residus
Com es mostra aFigura 5, el dipòsit de cultiu està dissenyat amb els objectius de "descàrrega ràpida de residus i distribució uniforme de l'aigua", utilitzant un cos circular combinat amb una estructura de fons de con. S'ha instal·lat un dispositiu "Water per a peixos" a la part inferior per aconseguir una baixa-pertorbació de residus. El WC per a peixos es va optimitzar de la següent manera:
- Diàmetre del tub d'entrada/sortida estandarditzat a 200 mm per augmentar la velocitat del flux.
- La placa de coberta adopta un disseny aerodinàmic rotatiu per millorar l'efecte de rentat rotatiu dels sediments del fons i millorar la capacitat d'auto{0}}neteja.
3. Disseny i investigació del procés de tractament de partícules sòlides
Les partícules sòlides es tracten per classificació de mida mitjançant un procés de tres-etapes de "pretractament - filtració gruixuda - filtració fina". Els paràmetres específics es mostren aTaula 1.
3.1 Procés de pretractament
Utilitza un sedimentador de flux vertical enllaçat amb els sistemes de drenatge lateral-i inferior-del dipòsit de cultiu, utilitzant la separació per gravetat per eliminar partícules superiors o iguals a 100 μm. El decantador està connectat directament al dipòsit de cultiu per reduir les pèrdues de transport de la canonada i disminuir la càrrega en les etapes de filtració posteriors.
3.2 Procés de filtració gruixuda
Com es mostra aFigura 6, el procés de filtració gruixuda se centra en un filtre de tambor de micropantalla. Els principis de disseny inclouen: ubicar l'equip a prop dels dipòsits de cultiu per escurçar la longitud de la canonada i reduir el consum d'energia.
Ús d'un sistema de control PLC per aconseguir un rentat a contracor automàtic (4-6 vegades/d), coordinat amb la supervisió en línia de la qualitat de l'aigua per ajustar els paràmetres en temps real.
Utilitzant un disseny de flux per gravetat per reduir el consum d'energia de la bomba i reduir els costos operatius.
3.3 Procés de filtració fina
Com es mostra aFigura 7, el procés de filtració fina purifica encara més la qualitat de l'aigua mitjançant l'acció sinèrgica del biofiltre i l'equip de desinfecció.
- Biofiltre: selecciona medis de superfície-específica-alta-superfície, temps de retenció hidràulica 1-2 h, manté l'oxigen dissolt superior o igual a 5 mg/L, degrada el nitrogen i els nitrits d'amoníac.
- Equips de desinfecció: Esterilitzador ultraviolat (dosi 3-5 × 10⁴ μW·s/cm²) o generador d'ozó (concentració 0,1-0,3 mg/L, temps de contacte 10-15 min) per matar microorganismes patògens.
- Sistema d'oxigenació: Oxigenador d'oxigen pur utilitzat conjuntament amb airejadors per garantir nivells estables d'oxigen dissolt.
4. Sistema de control i disseny de canonades
4.1 Disseny de la disposició de la canonada
Les canonades es classifiquen per funció en quatre tipus: subministrament d'aigua, recirculació, abocament de residus i aigua d'acumulació. Principis de disseny: optimitzar la disposició centrada al voltant dels tancs de cultiu, reduir els colzes i la longitud de la canonada per minimitzar la pèrdua de captació; assegurar un flux d'entrada i sortida equilibrats per mantenir els nivells d'aigua estables als dipòsits de cultiu; Les canonades d'abocament de residus tenen una inclinació (superior o igual al 3%) per facilitar la recollida de residus de manera automàtica-.
4.2 Disseny del sistema de control
El sistema adopta una arquitectura de-bucle tancat de "Sensors - Controlador - Actuadors" tal com es mostra aFigura 8. Les funcions bàsiques inclouen:
- Supervisió de la qualitat de l'aigua-en temps real: recollida de dades en línia mitjançant sensors d'oxigen dissolt, pH i nitrogen d'amoníac.
- Control d'enllaç d'equips: Ajust automàtic del rentat de la micropantalla, la potència de l'oxigenador i el temps d'execució dels equips de desinfecció en funció dels paràmetres de qualitat de l'aigua.
- Culpa advertència: Alarmes sonores i visuals activades per paràmetres anormals, enviades a terminals de gestió mitjançant Ethernet o comunicació sense fil.
5. Anàlisi de dades de prova de rendiment dels equips
Com es mostra aFigura 9, es va dur a terme una operació de prova de sis-mesos a una base de cria de peixos mandarins a Jiangxi. El sistema no va experimentar cap anomalia en el tractament de l'aigua i el sistema de monitorització i alerta primerenca va funcionar de manera estable.
No es van trobar anomalies en el tractament de l'aigua durant l'aplicació, el sistema de monitorització, alerta primerenca i control va funcionar de manera estable. L'aireació als dipòsits de cultiu es va utilitzar en combinació amb el control d'oxigen dissolt durant el procés de cultiu. L'avaluació del rendiment de l'equip principal es mostra aTaula 2.
Durant l'assaig, la densitat de població va assolir els 50-60 peixos/m³, la taxa de supervivència superior o igual al 90%, la taxa de creixement va augmentar un 20% en comparació amb l'agricultura tradicional i la taxa de reciclatge d'aigua va arribar al 92%, aconseguint objectius d'estalvi d'energia i reducció d'emissions.
6. Resum
El RAS industrial de terra-per Mandarin Fish assoleix els objectius d'aqüicultura d'"estalvi d'aigua, alta eficiència i protecció del medi ambient" mitjançant la integració de tecnologies intel·ligents d'enginyeria,-instal·lacions i digital-. Les innovacions d'aquesta investigació rau en: optimitzar la selecció d'equips a partir del model de capacitat de càrrega de biomassa per millorar l'adaptació del sistema; millorar el dispositiu de descàrrega de residus de baixa-pertorbació per millorar l'eficiència d'eliminació de residus; construir un sistema de control de connexió d'equips per aconseguir una regulació precisa de la qualitat de l'aigua.
Aquest sistema es pot impulsar i aplicar a altres piscifactories d'aigua dolça, proporcionant una referència tècnica per a la transformació intensificadora de l'aqüicultura. El treball futur ha de reduir encara més els costos dels equips i optimitzar el rendiment del sensor per augmentar la taxa de penetració de la tecnologia.