Anàlisi dels sistemes d'aqüicultura de recirculació (RAS) per millorar l'eficiència de l'aqüicultura
El *Pla Nacional de Desenvolupament de la Pesca per al 14è-Període del Pla quinquennal* demana explícitament el desenvolupament de pesqueries intel·ligents, la promoció de la modernització dels equips d'aqüicultura i la millora de l'eficiència de la cria i els nivells d'utilització dels recursos. Els models d'aqüicultura d'estanys tradicionals s'enfronten a reptes com l'ús elevat d'aigua, l'ocupació significativa del sòl i l'impacte ambiental, cosa que dificulta la satisfacció de les demandes del desenvolupament de l'aqüicultura moderna. El sistema d'aqüicultura de recirculació (RAS), com a nou model d'agricultura intensiva, utilitza tecnologies de tractament i reciclatge d'aigua per aconseguir un cultiu d'alta-densitat d'organismes aquàtics en un entorn relativament tancat, que ofereix diferents avantatges tècnics.
1. Visió general dels sistemes d'aqüicultura de recirculació
1.1 Conceptes bàsics i components estructurals
Un sistema d'aqüicultura de recirculació (RAS) és un model d'aqüicultura modern molt intensiu que aconsegueix un cultiu d'alta{0}}densitat d'organismes aquàtics en un entorn relativament tancat mitjançant tecnologies de tractament i reciclatge d'aigua. El RAS consta principalment de tres mòduls funcionals: la unitat de cultiu, la unitat de tractament d'aigua i la unitat de seguiment i control de la qualitat de l'aigua.
1.2 Principi de funcionament
The operation of RAS is based on the principle of water purification and recycling. During the culture process, pollutants such as suspended solids and ammonia nitrogen produced by metabolism are first removed via mechanical filtration for particulate matter. The water then enters a biofilter where nitrifying bacteria convert toxic ammonia nitrogen into nitrite, which is further oxidized to nitrate. A protein skimmer removes dissolved organic matter through bubble adsorption, and a UV device eliminates pathogenic microorganisms. The multi-stage treated water is re-oxygenated, temperature-adjusted, and recirculated back into the culture tanks. During system operation, online monitoring equipment continuously tracks key parameters like pH (6.5–8.0), dissolved oxygen (>5 mg/L) i nitrogen amoníac (<0.5 mg/L), which are regulated via automated control devices to maintain the optimal culture environment
2. Anàlisi de l'eficiència de producció en RAS
2.1 Capacitat de control de l'entorn aquàtic
La capacitat de control del medi ambient de l'aigua del RAS es reflecteix principalment en la regulació precisa dels paràmetres de qualitat de l'aigua i la resposta ràpida als estressors ambientals. Aquest estudi, realitzat a una-base RAS a gran escala amb tres sistemes d'assaig paral·lels (cadascun de 50 m³ de volum, densitat d'emmagatzematge de 25 kg/m³), va controlar les dades de manera contínua durant 180 dies, donant els resultats enTaula 1.
Les dades indiquen que el RAS funciona excepcionalment bé en la regulació de l'oxigen dissolt. Fins i tot durant el consum màxim d'oxigen a la nit, els nivells ideals es mantenen gràcies a l'efecte sinèrgic de les bombes d'accionament de freqüència variable (VFD) i l'aireació microporosa. La regulació del pH, mitjançant la monitorització en línia juntament amb un sistema automàtic de dosificació d'àlcali, va mostrar una bona estabilitat en els resultats del monitoratge continu. Per a l'eliminació del nitrogen d'amoníac, l'eficiència de nitrificació del biofiltre en condicions estàndard es va millorar significativament en comparació amb els mètodes convencionals.
El control de la temperatura, aconseguit mitjançant intercanviadors de calor de tubs de titani amb algorismes de control PID, va mantenir la temperatura de l'aigua estable fins i tot sota importants fluctuacions de temperatura ambient.
A través de 180 dies de funcionament continu, la taxa de compliment i l'estabilitat de tots els indicadors de qualitat de l'aigua del sistema es van millorar significativament en comparació amb els models de cultiu tradicionals, demostrant totalment els avantatges tècnics i el valor d'aplicació de RAS en el control del medi ambient aquàtic. A més, la taxa de compliment dels indicadors clau de la qualitat de l'aigua va arribar al 98,5%, amb l'estabilitat d'indicadors bàsics com l'oxigen dissolt, el pH i el nitrogen amoníac sent un 47% més alta que en el cultiu tradicional.
2.2 Rendiment del creixement biològic
Aquest estudi va seleccionar la carpa d'herba de peixos d'aigua dolça (Ctenopharyngodon idella) com a subjecte per comparar les diferències de rendiment de creixement entre RAS i el cultiu tradicional d'estany. El grup d'assaig constava de tres unitats RAS de 50 m³, mentre que el grup control va utilitzar tres estanys de cultiu estàndard de 500 m², tots dos durant un cicle de 180 dies (dades mostrades aTaula 2).
Els resultats van mostrar que el control ambiental precís i la gestió de l'alimentació a RAS van millorar significativament el rendiment de creixement de la carpa herba. L'efecte de temperatura constant i l'estabilitat de la qualitat de l'aigua van promoure l'activitat d'alimentació i van millorar l'eficiència de conversió d'aliments.
2.3 Eficiència operativa de les instal·lacions i els equips
L'eficiència operativa del RAS s'avalua principalment mitjançant l'Índex Integral de Consum d'Energia (IEC), calculat de la següent manera:
IEC=(P × T × η) / (V × Y)
On:
Índex de consum d'energia integral IEC=(kW·h/kg)
P=Potència total del sistema instal·lada (kW)
T=Temps de funcionament (h)
η=Factor de càrrega de l'equip
V=Volum d'aigua de cultiu (m³)
Y=Rendiment per unitat de volum d'aigua (kg/m³)
L'anàlisi de les dades operatives va mostrar els següents paràmetres de rendiment clau per als principals equips RAS: l'eficiència operativa del sistema de bombes va arribar al 85%, una millora del 18% respecte a les bombes tradicionals; la càrrega de tractament de nitrogen d'amoníac del biofiltre va ser de 0,8 kg/m³·d, un 40% d'augment en comparació amb els biofiltres convencionals; i la unitat de desinfecció UV va mantenir una eficiència d'esterilització per sobre del 99,9%.
L'equip del sistema empra un control intel·ligent d'enllaç, ajustant automàticament la potència de funcionament i el temps d'execució en funció dels paràmetres de qualitat de l'aigua. Per exemple, els equips de control de temperatura poden funcionar amb una càrrega reduïda (p. ex., un 30%) durant períodes de temperatura estables, i els sistemes d'aireació poden funcionar en mode de freqüència variable d'estalvi d'energia-durant períodes de baix consum d'oxigen a la nit. Mitjançant aquest control intel·ligent d'equips, l'índex de consum integral d'energia mitjà del sistema va ser de 2,1 kW·h/kg, un 45% més baix que els models de cultiu tradicionals.
3. Quantificació dels beneficis integrals del RAS
3.1 Indicadors quantitatius de benefici de producció
Aquest estudi va establir un sistema d'avaluació quantitativa dels beneficis de producció de RAS, que cobria tres dimensions: benefici de sortida, benefici de qualitat i benefici de temps. Basant-se en l'anàlisi de dades de deu bases de RAS-gran escala, l'índex global de beneficis de producció del sistema va arribar al 0,85, una millora del 56% respecte als models de cultura tradicionals.
L'avaluació dels beneficis de la sortida també té en compte el valor-afegit de la millora de la qualitat del producte. Els productes aquàtics de RAS van mostrar millores significatives en indicadors sensorials com la textura de la carn i el contingut de greix intramuscular en comparació amb el cultiu tradicional, aconseguint una taxa de prima del mercat del 15% al 20%. Pel que fa al benefici de qualitat, l'alimentació precisa i el control ambiental del sistema van donar com a resultat una mida més uniforme del producte i un augment notable de la tarifa del producte premium. Durant les últimes etapes del cultiu, la uniformitat de la mida del producte va assolir més del 92%, facilitant el processament estandarditzat i les vendes a gran-escala.
3.2 Avaluació del consum de recursos
Es va utilitzar un mètode d'avaluació del cicle de vida (ACV) per quantificar el consum de recursos durant el funcionament del sistema. Els indicadors clau d'avaluació van incloure el consum d'aigua dolça, el consum d'electricitat i l'entrada de pinsos (dades que es mostren aTaula 3).
L'anàlisi de l'eficiència en l'ús dels recursos va mostrar que el sistema aconsegueix una alta eficiència i conservació dels recursos mitjançant tecnologies de tractament i reciclatge d'aigua, amb l'estalvi més significatiu observat en recursos hídrics i terrestres. Els resultats de l'avaluació d'impacte ambiental van indicar que la intensitat d'emissió de carboni del sistema era un 52% inferior a la de la cultura tradicional.
Els avantatges del sistema en la conservació dels recursos també són evidents en la millora de l'eficiència d'utilització dels pinsos. L'ús de sistemes d'alimentació intel·ligents combinats amb dades de control de la qualitat de l'aigua va permetre una alimentació precisa i quantitativa, reduint significativament els residus d'alimentació. La investigació indica que la proporció de conversió d'aliments en RAS millora entre un 25% i un 30% en comparació amb la cultura tradicional. Pel que fa a la utilització dels recursos humans, mitjançant l'automatització i el seguiment intel·ligent, les hores de treball per tona de producte van disminuir de 0,48 h en la cultura tradicional a 0,15 h, reduint substancialment l'aportació de mà d'obra alhora que millora l'entorn laboral.
3.3 Anàlisi de viabilitat econòmica
La viabilitat econòmica es va avaluar mitjançant els mètodes del Valor Actual Net (VAN) i del període de recuperació. La inversió inicial inclou l'enginyeria civil, la compra d'equips, la instal·lació i la posada en marxa. Els costos operatius inclouen energia, mà d'obra, alimentació i manteniment. Les fonts d'ingressos inclouen les vendes de productes aquàtics i els beneficis de l'estalvi de recursos hídrics.
EC= Σ [ (Ct - Ot) / (1 + r)^t ] - I0
On:
VAN=Valor actual net (10.000 CNY)
I0=Inversió inicial (10.000 CNY)
Ct=Entrada d'efectiu l'any t (10.000 CNY/any)
Ot=Sortida d'efectiu l'any t (10.000 CNY/any)
r=Percentatge de descompte (%)
t=Període de càlcul (anys)
Calculat per a una escala de producció anual de 500 tones, el sistema requereix una inversió inicial de 8,5 milions de CNY, uns costos operatius anuals de 4,2 milions de CNY i uns ingressos anuals de vendes de 7,5 milions de CNY. Utilitzant una taxa de descompte de referència del 8%, el període de recuperació és de 3,2 anys i la taxa interna de rendibilitat financera (IRR) és del 28,5%. L'anàlisi de sensibilitat mostra que el projecte manté una bona resistència al risc fins i tot amb fluctuacions del preu del producte de ±20%.
4. Conclusió
Els sistemes d'aqüicultura de recirculació (RAS) superen significativament els models de cultiu tradicionals en termes de control del medi ambient aquàtic, rendiment del creixement biològic i eficiència operativa dels equips. La investigació futura s'hauria de centrar en millorar els nivells d'intel·ligència del sistema, optimitzar l'eficiència operativa dels equips i explorar models de promoció a gran-escala per millorar encara més els beneficis integrals de la recirculació de l'aqüicultura.