1.Visió general dels sistemes d'aqüicultura de recirculació (RAS)
(1) Característiques dels sistemes d'aqüicultura de recirculació
Els sistemes d'aqüicultura de recirculació (RAS) són un nou model d'aqüicultura desenvolupat sobre la base de l'aqüicultura intensiva, caracteritzat per la recirculació i la reutilització de l'aigua de cultiu. A més dels avantatges de l'aqüicultura intensiva convencional, els RAS ofereixen avantatges importants en el tractament d'aigües residuals, la reducció del consum d'aigua i la minimització de l'abocament d'efluents. Mitjançant el disseny optimitzat del sistema de subministrament d'aigua i el funcionament coordinat de múltiples instal·lacions i dispositius, RAS permet el reciclatge repetit de tot el volum d'aigua de cultiu. En comparació amb l'aqüicultura intensiva tradicional, són superiors en termes d'eficiència energètica per al control de la temperatura, mitigació de la contaminació ambiental i prevenció i control de malalties.
Els RAS requereixen l'ús integrat d'un conjunt complet d'instal·lacions de purificació i tractament d'aigua. El seu disseny de processos implica l'aplicació de múltiples disciplines i tecnologies industrials, com ara mecànica de fluids, biologia, enginyeria mecànica, electrònica, química i tecnologia de la informació d'automatització. Un RAS -ben dissenyat pot aconseguir un control total dels paràmetres de qualitat de l'aigua, com ara la temperatura, l'oxigen dissolt i els nutrients, i sota qualsevol circumstància, més del 90% de l'aigua del sistema es pot reutilitzar mitjançant la recirculació.
(2) Essència i avantatges de RAS
L'essència dels sistemes d'aqüicultura de recirculació (RAS) rau a donar suport i optimitzar la producció aqüícola mitjançant enfocaments industrialitzats i modernitzats. En permetre la regulació del procés-complet del medi aquàtic, el RAS pot superar parcialment les limitacions externes, com ara la temperatura, la disponibilitat d'aigua i l'espai, aconseguint així una producció contínua-durant l'any de diversos lots-. Això permet l'agricultura fora de-temporada i l'entrada al mercat esglaonada, proporcionant als productors un avantatge competitiu i un rendiment econòmic més elevat.
(3)Eficiència de producció i ús dels recursos
L'excel·lent rendiment de producció de RAS està estretament lligat a les seves característiques altament controlables i d'eficiència{0}}de recursos. Per -unitat-aigua, el rendiment de productes aquàtics en RAS és de 3 a 5 vegades superior al del flux tradicional-a través de l'aqüicultura intensiva i de 8 a 10 vegades superior al de l'aqüicultura d'estanys, mentre que les taxes de supervivència augmenten en més d'un 10%. A més, l'ús de medicaments veterinaris i agents químics es redueix gairebé un 60%. Aquestes millores integrals en els indicadors de rendiment asseguren tant els beneficis econòmics com ecològics del RAS.
(4) Tractament d'Aigües i Integració de Sistemes
A RAS, l'aigua de cultiu se sotmet a una sèrie de tractaments, que inclouen filtració física, purificació biològica, esterilització i desinfecció, desgasificació i oxigenació, permetent la reutilització total o parcial de l'aigua. Al mateix temps, l'optimització de l'entorn de cultiu es pot integrar amb equips automatitzats com els alimentadors automàtics, permetent un cert grau d'automatització i gestió intel·ligent.
(5) Fonaments tecnològics i característiques clau
RAS integren tecnologies avançades d'enginyeria pesquera, equips mecànics, nous materials eco-ecològics, regulació microecològica i gestió digital. A causa de l'entorn de producció totalment controlat, que es veu mínimament afectat per les condicions externes, els RAS mostren avantatges significatius, com ara la conservació d'aigua i terra, una demanda reduïda d'energia per a la regulació de la temperatura, condicions de cria estables, ritmes de creixement accelerats, altes densitats de ramaderia i la producció de productes eco-ecològics-no contaminants. Com a tal, RAS es considera "el model d'aqüicultura i la direcció d'inversió més prometedora del segle XXI".
(6) Desenvolupament i aplicació a la Xina
Fins ara, s'han dissenyat i construït més de 900-RAS a gran escala a la Xina, que abasten les principals províncies costaneres i regions de l'interior, fins i tot a Xinjiang. Aquests sistemes, que inclouen aplicacions tant marines com d'aigua dolça, s'han comercialitzat amb èxit, complint els objectius de producció esperats i demostrant un excel·lent rendiment operatiu. Les pràctiques de producció confirmen que RAS no només ofereix una productivitat superior i avantatges ambientals, sinó que també aconsegueix uns costos de producció significativament més baixos per unitat de rendiment en comparació amb altres models d'aqüicultura.
2. Processos i tecnologies clau dels sistemes d'aqüicultura de recirculació (RAS)
Els sistemes d'aqüicultura de recirculació (RAS) fan un ús extensiu d'equips i tecnologies d'enginyeria industrial. Normalment, consten d'unitats de procés i instal·lacions per a l'eliminació de partícules sòlides; eliminació de partícules en suspensió i matèria orgànica soluble; eliminació de sals inorgàniques solubles tòxiques i nocives com l'amoníac i els nitrits; control de patògens; eliminació de diòxid de carboni del metabolisme d'organismes i microorganismes cultivats; suplements d'oxigen; i regulació de la temperatura. Els processos tècnics implicats inclouen l'aïllament tèrmic i el control de la temperatura, l'eliminació de partícules sòlides, l'eliminació de nitrogen i fòsfor inorgànics solubles, la desinfecció i esterilització, així com l'oxigenació.
(1) Característiques de producció industrialitzada i intensiva
Els RAS milloren encara més les característiques intensives de l'aqüicultura industrial, oferint una alta eficiència productiva i una petita ocupació del sòl, alhora que superen les limitacions dels recursos terrestres i hídrics. Com a model d'agricultura d'-inputs, d'alta-producció, d'alta-densitat i d'alta-eficiència, RAS s'alinea amb els objectius generals de la Xina per a la civilització ecològica i les estratègies de desenvolupament sostenible.
(2)Importància ecològica i estratègica
Amb les seves característiques intensives, eficients, d'estalvi d'energia,{0}}reducció-d'emissions i respectuoses amb el medi ambient, RAS s'ha convertit en una adreça important per transformar i actualitzar l'aqüicultura a la Xina cap a un desenvolupament baix-de carboni i verd. Durant diversos anys consecutius, RAS ha estat catalogat pel Ministeri d'Agricultura i Afers Rurals de la Xina com una de les principals tecnologies d'aqüicultura recomanades.
(3) Desenvolupament i tendències actuals
En l'actualitat, aquest model ha guanyat un gran reconeixement tant per part del món acadèmic com de la indústria a la Xina. L'escala de la construcció de nous sistemes i la capacitat agrícola global han anat augmentant constantment en els darrers anys, fent de RAS una de les tendències de desenvolupament futures clau de la indústria de l'aqüicultura de la Xina.
3.Visió general de la recerca i la industrialització dels sistemes d'aqüicultura de recirculació (RAS)
(1)Recerca internacional i industrialització
Recerca i desenvolupament primerenc
El primer sistema d'aqüicultura de recirculació (RAS) va sorgir al Japó durant la dècada de 1950. Posteriorment, molts països van començar a investigar sobre tecnologies de tractament d'aigua i aqüicultura per a RAS. Inicialment, aquests estudis es basaven en processos de tractament d'aigües residuals municipals i sistemes d'estil d'aquari-(amb densitats de cultiu de només 0,16-0,48 kg/m³). Tanmateix, aquests enfocaments no tenien en compte els requisits únics de l'aqüicultura comercial-en particular en termes de costos del sistema, ús dels recursos, la relació entre els volums d'aigua de cultiu i de purificació i la capacitat de càrrega del sistema (normalment 50-300 kg/m³). Com a resultat, els esforços de recerca van trobar molts contratemps, van consumir grans quantitats de recursos i van progressar lentament.
Reconeixement de les característiques dinàmiques
Els primers estudis també van passar per alt una característica important del RAS: la seva naturalesa dinàmica. Les taxes de producció i degradació dels residus metabòlics dels peixos han d'arribar a un equilibri dinàmic perquè el sistema es mantingui estable i saludable. A mitjans-de 1980, amb una comprensió creixent dels paràmetres de qualitat de l'aigua-com el pH, l'oxigen dissolt (DO), el nitrogen total (TN), el nitrat (NO₃⁻), la demanda bioquímica d'oxigen (DBO) i la demanda química d'oxigen (DQO) i els seus patrons de variació en l'aigua d'aqüicultura, aquests canvis dinàmics es van anar integrant gradualment en el disseny del sistema. Per exemple, la deficiència d'oxigen es pot corregir ràpidament mitjançant l'aireació, però la resposta dels bacteris nitrificants a l'augment de les concentracions d'amoníac sovint es queda molt enrere. Així, un coneixement més profund de la interacció dels factors limitants es va fer cada cop més important per al disseny i el funcionament efectius del sistema.
Reptes a les primeres pràctiques
Molts professionals de l'aqüicultura tenien experiència amb el flux-a través de sistemes intensius, però no tenien coneixements sobre el funcionament del RAS. Com a resultat, sovint no van poder controlar adequadament la densitat d'emmagatzematge, les quantitats d'alimentació, la freqüència d'alimentació i la gestió de la qualitat de l'aigua, provocant desequilibris en el flux d'aigua del sistema i el cicle del material i, finalment, provocant fallades operatives. Aquesta manca de comprensió científica i experiència de gestió es va reflectir en els nivells de densitat de cultiu: el RAS a escala de laboratori -aconseguia normalment només 10-42 kg/m³, mentre que el RAS a escala comercial-de principis es va mantenir tan baix com 6,7-7,9 kg/m³. Després de més de mig segle d'avenços tecnològics-inclosos l'optimització de processos, l'aireació i l'oxigenació (p. ex., l'ús d'oxigen líquid), l'alimentació automatitzada i la selecció d'espècies adequades-les RAS moderns han superat molts factors limitants i ara poden suportar densitats de cultiu elevades de 50 a 300 kg/m³.
Creixement industrial i innovacions tecnològiques
Com que l'aqüicultura tradicional d'estanys es va enfrontar a l'estancament a causa de la competència terrestre i les pressions ambientals, el RAS a Europa i Amèrica del Nord va experimentar un ràpid creixement entre els anys vuitanta i noranta. Aquesta expansió industrial va anar acompanyada de millores tecnològiques, incloent l'ús de filtres a pressió i no-pressuritzats per a sòlids en suspensió grans, l'ozonització per a la desinfecció i la degradació de la matèria orgànica, i el desenvolupament de múltiples filtres biològics com ara filtres submergits, filtres de goteig, filtres alternatius, contactors biològics rotatius, reactors biològics de llit de tambor i reactors de llit ben desnitificat i biofiltres de tambor i reactors biològics. unitats. Amb aquests avenços, RAS va anar madurant i va entrar en aplicació comercial.
El cas dels Estats Units
Els Estats Units han mantingut una posició de lideratge tant en la investigació fonamental com en la aplicada de RAS, que cobreix àrees com la nutrició i la fisiologia d'espècies de cultiu intensiu, la prevenció de malalties i les tecnologies de tractament d'aigua. Una característica clau de la US RAS és el seu alt grau d'automatització i mecanització en el control de la qualitat de l'aigua. Els-sistemes assistits per ordinador regulen automàticament l'oxigen dissolt, el pH, la conductivitat, la terbolesa i els nivells d'amoníac, així com les condicions ambientals com la temperatura, la humitat i la intensitat de la llum. Aprofitant la seva base industrial avançada, els EUA han adoptat àmpliament equips d'alta-tecnologia per a l'oxigenació, la purificació biològica, l'eliminació de sòlids, la classificació i la recol·lecció. Per exemple, el RAS experimental desenvolupat pel Centre de Biotecnologia Marina de la Universitat de Maryland incorpora processos de tractament anaeròbic, molt semblants als sistemes dissenyats per Aquatec-Solutions a Dinamarca.
4.Reptes i contramesures per al desenvolupament de sistemes d'aqüicultura de recirculació industrialitzats (RAS)
(1) Integració insuficient d'instal·lacions i equipaments
Tot i que els equips de tractament d'aigua, alimentació automàtica, desinfecció i aireació de la Xina s'han acostat gradualment al nivell avançat internacional, la integració global del sistema segueix sent insuficient. La manca d'empreses a gran-escala capaços de produir conjunts complets d'equips RAS ha augmentat els costos de construcció i la complexitat, dificultant així l'avenç ràpid dels equips domèstics.
(2) Necessitat d'optimització de pinsos compostos especialitzats
Actualment, les fórmules d'alimentació aquàtica a la Xina són molt homogènies i no tenen pinsos especialitzats dissenyats per a RAS i espècies cultivades específiques. Això augmenta la càrrega operativa dels sistemes de tractament d'aigua i afecta el rendiment de l'agricultura. És necessari desenvolupar pinsos RAS-específics amb una nutrició ben-equilibrada, baixes taxes de lixiviació i índexs de conversió d'aliments favorables.
(3) La prevenció i el control de malalties requereixen una major precisió
L'agricultura d'alta{0}}densitat i alta-eficiència augmenta el risc de brots de malalties una vegada que es produeixen desequilibris en el sistema i els patògens són difícils d'eliminar en sistemes tancats. L'optimització del sistema s'hauria de millorar per millorar la capacitat d'amortització, mentre que la investigació s'hauria de centrar en la fisiologia dels peixos, les respostes a l'estrès, els indicadors primerencs de la malaltia i els mecanismes d'avís-eficaços de malalties.
(4) Pressió significativa del consum d'energia i reducció de costos
L'elevada inversió inicial en construcció i el consum d'energia són reptes inevitables de RAS. Les mesures d'estalvi-d'energia s'han d'implementar tant a nivell d'equip com de sistema, inclòs el desenvolupament de filtres de baixa-energia, dispositius d'eliminació de CO₂, tecnologies de tractament de l'aigua de cua i aplicacions d'energia renovable com ara bombes de calor solar, eòlica i d'aigua-.
(5) Falta d'estandardització en el funcionament i la gestió
Actualment, no hi ha estàndards tècnics o normes unificades per a RAS a la Xina. Com a resultat, el disseny del sistema, les pràctiques de gestió i el rendiment de l'agricultura varien àmpliament i els errors operatius són habituals. És essencial establir un marc tècnic estandarditzat per a una aqüicultura saludable, millorar els estàndards de processos i de gestió, i promoure projectes de demostració per a la producció estandarditzada.
(6) Necessitat d'una investigació bàsica reforçada
La comprensió científica de diversos aspectes segueix sent insuficient, com ara l'estat de salut de les espècies cultivades en condicions d'alta{0}}densitat i qualitat de l'aigua específiques, els canvis estructurals del biofilm durant el funcionament del sistema, els mecanismes de cicle de nutrients i els mètodes òptims per a l'eliminació i el tractament inofensiu de partícules sòlides. Aquestes llacunes dificulten el desenvolupament posterior de tecnologies i equips rellevants.
(7) Tendències i oportunitats de desenvolupament futur
Malgrat aquests reptes, RAS ofereix avantatges importants en eficiència de producció, sostenibilitat ambiental i benestar animal. Com a model d'agricultura ecològica, ecològica, circular i eficient, s'alinea amb les tendències globals cap al desenvolupament baix-carboni. Amb la modernització de la pesca de la Xina, l'avenç de la civilització ecològica i l'acceleració dels objectius de neutralitat de carboni, s'espera que RAS entri en una nova fase de desenvolupament ràpid.