Sistem akuakultur peredaran semula industri (RAS), sebagai teknologi akuakultur yang sedang berkembang didorong oleh dasar perikanan kemudahan negara, mencapai intensifikasi, kecekapan tinggi, dan kemampanan alam sekitar dalam akuakultur melalui penyepaduan peralatan kejuruteraan industri dan teknologi kawalan alam sekitar. Ianyakelebihan terastermasuk:kitar semula air menjimatkan lebih 90% air, berdikari daripada kekangan serantau dan bermusim, pengawalan tepat faktor persekitaran utama seperti suhu air dan oksigen terlarut, meningkatkan produktiviti tanah dan kadar penukaran makanan dengan ketara. Ia diiktiraf sebagai hala tuju penting untuk pembangunan akuakultur yang mampan. Dicirikan oleh "pelaburan tinggi, kepadatan tinggi dan keluaran tinggi," penggunaan meluasnya dikekang oleh faktor seperti pelaburan permulaan yang tinggi (kos kemudahan dan peralatan) dan halangan teknikal yang tinggi (penyesuaian benih dan pengurusan kualiti air).
Ikan Mandarin (Siniperca chuatsi), sebagai-spesies akuakultur air tawar yang bernilai tinggi, menghadapi cabaran dalam pertanian tradisional seperti penyakit yang kerap berlaku, kesukaran dalam kawalan kualiti air dan hasil yang tidak stabil. Pada masa ini, rizab teknikal untuk RAS industri Ikan Mandarin masih tidak mencukupi, terutamanya kekurangan amalan sistematik dalam bidang seperti pengoptimuman proses penternakan, reka bentuk peralatan khusus dan proses pembersihan air. Penyelidikan ini memfokuskan pada kitar semula dan penggunaan sumber air yang cekap, bertujuan untuk membina sistem peralatan proses untuk-akuakultur industri berasaskan darat Ikan Mandarin. Melalui pengoptimuman-peranti pembuangan sisa gangguan rendah dan penyepaduan teknologi rangkaian peralatan, penyelidikan eksperimen tentang penunjuk utama seperti kecekapan penulenan air dan bio-kapasiti beban dijalankan. Matlamatnya ialah untuk membangunkan penyelesaian teknikal yang boleh ditiru untuk menyokong-pembangunan berkualiti tinggi industri penternakan Ikan Mandarin.
1. Aliran Proses Akuakultur Peredaran Semula Industri
Teras RAS perindustrian ialah mencapai keseimbangan air dinamik dan kitar semula melalui-proses gelung tertutup "penapisan fizikal - penulenan biologi - pembasmian kuman dan pengoksigenan". "Menternak ikan bermula dengan menaikkan air"; parameter seperti halaju aliran air, suhu, pH, kepekatan nitrogen ammonia, dan paras oksigen terlarut secara langsung memberi kesan kepada persekitaran pertumbuhan Ikan Mandarin. Reka bentuk sistem ini mengikut prinsip "sistem kecil, unit berbilang". Logik terasnya ialah: kadar aliran yang lebih pantas boleh meningkatkan kecekapan pemprosesan sistem, mengurangkan pecahan sisa zarah besar, dan mengurangkan penggunaan tenaga sisa pemprosesan seterusnya "polasolllutant susulan pemprosesan sisa tenaga; → cecair → gas", rawatan sisa pepejal digredkan mengikut "saiz zarah besar → saiz zarah kecil", dan proses penapisan dan pembasmian kuman disambungkan secara berurutan.
Seperti yang ditunjukkan dalamRajah 1, aliran sistem ialah: saliran dari tangki kultur menjalani prarawatan untuk membuang sisa zarah besar, memasuki peringkat penapisan kasar dan halus untuk mengeluarkan pepejal terampai halus, kemudian melalui penapis bio untuk merendahkan bahan berbahaya seperti nitrogen ammonia, dan akhirnya, selepas pembasmian kuman dan pengoksigenan, kembali ke tangki kultur, mencapai kualiti air yang terkawal dan terkawal.
2. Reka Bentuk dan Penyelidikan Kemudahan dan Peralatan Akuakultur Ikan Mandarin
Reka bentuk kemudahan akuakultur tradisional sering bergantung kepada pengalaman, dengan mudah membawa kepada peralatan yang tidak cekap dan pembaziran kos. Seperti yang ditunjukkan dalamRajah 2, kajian ini, berdasarkan prinsip keseimbangan jisim, membina model untuk kapasiti tampung biojisim maksimum Ikan Mandarin. Dengan mengira kadar pemakanan maksimum, jumlah sisa, dan pengeluaran nitrogen ammonia, pemilihan peralatan saintifik dicapai. Menggunakan perusahaan penternakan Ikan Mandarin di Jiangxi sebagai kajian kes, tumpuan adalah pada mengoptimumkan-peranti pembuangan sisa gangguan rendah dan sistem rangkaian peralatan. Susun atur bengkel ditunjukkan dalamRajah 3. Reka letak RAS industri-tanah untuk Ikan Mandarin ditunjukkan dalamRajah 4.
2.1 Reka Bentuk Parameter Edaran Semula Air Budaya
Kadar peredaran semula adalah kunci kepada operasi sistem yang cekap dan perlu ditentukan secara komprehensif berdasarkan kepadatan stok Ikan Mandarin, isipadu air dan kapasiti rawatan air.
Formula pengiraan isipadu peredaran semula air:Q = V × N
Di mana: Q ialah isipadu peredaran semula air (m³/j);
V ialah isipadu air kultur (m³);
N ialah bilangan peredaran semula sehari (kali/d).
Reka Bentuk Tangki Budaya: Diameter tangki tunggal 6m, ketinggian 1.2m, ketinggian bawah kon 0.3m.
Isipadu yang dikira ialah π×3²×1.2 + 1/3×π×3²×0.3 ≈ 33.91 m³, isipadu air kultur sebenar ialah kira-kira 30 m³. Sebuah bengkel tunggal mengandungi 10 tangki kultur, jumlah isipadu air 300 m³.
Parameter Operasi: Kadar edaran semula N ditetapkan pada 3-5 kali/h; peredaran air solek ialah 10% daripada jumlah isipadu air (untuk mengimbangi kehilangan penyejatan dan pelepasan), diselaraskan dalam masa nyata melalui pemantauan dalam talian.
2.2 Reka Bentuk Tangki Kultur dan Peranti Pelepasan Sisa
Seperti yang ditunjukkan dalamRajah 5, tangki kultur direka bentuk dengan matlamat "pelepasan sisa cepat dan pengagihan air seragam," menggunakan badan tangki bulat yang digabungkan dengan struktur bawah kon. Peranti "Tandas Ikan" dipasang di bahagian bawah untuk mencapai-pelepasan sisa gangguan yang rendah. Tandas Ikan telah dioptimumkan seperti berikut:
- Diameter paip masuk/keluar diseragamkan kepada 200mm untuk meningkatkan halaju aliran.
- Plat penutup menggunakan reka bentuk diperkemas berputar untuk meningkatkan kesan curahan putaran pada sedimen bawah dan meningkatkan-keupayaan pembersihan sendiri.
3. Reka Bentuk dan Penyelidikan Proses Rawatan Zarah Pepejal
Zarah pepejal dirawat mengikut pengelasan saiz menggunakan proses tiga-peringkat "prarawatan - penapisan kasar - penapisan halus". Parameter khusus ditunjukkan dalamJadual 1.
3.1 Proses Prarawatan
Menggunakan peneroka aliran menegak yang dipautkan dengan sistem saliran-parit dan bawah-tepi, menggunakan pengasingan graviti untuk mengeluarkan zarah Lebih besar daripada atau sama dengan 100μm. Peneroka disambungkan terus ke tangki kultur untuk mengurangkan kehilangan pengangkutan saluran paip dan mengurangkan beban pada peringkat penapisan berikutnya.
3.2 Proses Penapisan Kasar
Seperti yang ditunjukkan dalamRajah 6, proses penapisan kasar tertumpu pada penapis dram mikroskrin. Prinsip reka bentuk termasuk: menempatkan peralatan berhampiran dengan tangki kultur untuk memendekkan panjang saluran paip dan mengurangkan penggunaan tenaga.
Menggunakan sistem kawalan PLC untuk mencapai cuci balik automatik (4-6 kali/hari), diselaraskan dengan pemantauan kualiti air dalam talian untuk pelarasan parameter masa nyata.
Menggunakan reka bentuk aliran graviti untuk mengurangkan penggunaan kuasa pam dan mengurangkan kos operasi.
3.3 Proses Penapisan Halus
Seperti yang ditunjukkan dalamRajah 7, proses penapisan halus memurnikan lagi kualiti air melalui tindakan sinergistik biofilter dan peralatan pembasmian kuman.
- Penapis bio: Memilih media kawasan-spesifik-tinggi-tinggi, masa pengekalan hidraulik 1-2j, mengekalkan oksigen terlarut Lebih daripada atau sama dengan 5 mg/L, merendahkan ammonia nitrogen dan nitrit.
- Peralatan Pembasmian Kuman: Pensteril ultraungu (dos 3-5 × 10⁴ μW·s/cm²) atau penjana ozon (kepekatan 0.1-0.3 mg/L, masa sentuhan 10-15 min) untuk membunuh mikroorganisma patogen.
- Sistem Oksigenasi: Pengoksigen oksigen tulen digunakan bersama dengan pengudara untuk memastikan tahap oksigen terlarut yang stabil.
4. Susun atur dan Sistem Kawalan Saluran Paip
4.1 Reka Bentuk Susun atur Saluran Paip
Talian paip dikategorikan mengikut fungsi kepada empat jenis: bekalan air, peredaran semula, pembuangan sisa, dan air solek. Prinsip reka bentuk: Optimumkan susun atur berpusat di sekitar tangki kultur, kurangkan siku dan panjang saluran paip untuk meminimumkan kehilangan kepala; memastikan aliran masuk dan keluar yang seimbang untuk mengekalkan paras air yang stabil dalam tangki kultur; paip pembuangan sisa mempunyai kecerunan ( Lebih daripada atau sama dengan 3%) untuk memudahkan-kutipan sisa buangan.
4.2 Reka Bentuk Sistem Kawalan
Sistem ini menggunakan seni bina gelung-tertutup "Sensors - Controller - Actuator" seperti yang ditunjukkan dalamRajah 8. Fungsi teras termasuk:
- Pemantauan kualiti air masa nyata-: Pengumpulan data dalam talian melalui oksigen terlarut, pH dan penderia nitrogen ammonia.
- Kawalan rangkaian peralatan: Pelarasan automatik pencucian balik skrin mikro, kuasa pengoksigen dan masa jalan peralatan nyah kuman berdasarkan parameter kualiti air.
- Kesalahan amaran: Penggera boleh didengar dan visual yang dicetuskan oleh parameter tidak normal, ditolak ke terminal pengurusan melalui Ethernet atau komunikasi tanpa wayar.
5. Analisis Data Ujian Prestasi Peralatan
Seperti yang ditunjukkan dalamRajah 9, operasi percubaan enam-bulan telah dijalankan di pangkalan penternakan Ikan Mandarin di Jiangxi. Sistem ini tidak mengalami keabnormalan rawatan air, dan sistem pemantauan dan amaran awal beroperasi dengan stabil.
Tiada keabnormalan rawatan air ditemui semasa aplikasi, pemantauan, amaran awal, dan sistem kawalan beroperasi secara stabil. Pengudaraan dalam tangki kultur digunakan dalam kombinasi dengan kawalan oksigen terlarut semasa proses pertanian. Penilaian prestasi peralatan utama ditunjukkan dalamJadual 2.
Semasa percubaan, ketumpatan stok mencapai 50-60 ikan/m³, kadar kemandirian Lebih besar daripada atau sama dengan 90%, kadar pertumbuhan meningkat sebanyak 20% berbanding pertanian tradisional, dan kadar kitar semula air mencapai 92%, mencapai matlamat penjimatan tenaga dan pengurangan pelepasan.
6. Rumusan
RAS industri-tanah untuk Mandarin Fish mencapai matlamat akuakultur "penjimatan air, kecekapan tinggi dan perlindungan alam sekitar" melalui penyepaduan teknologi pintar-berasaskan kemudahan dan digital-. Inovasi penyelidikan ini terletak pada: mengoptimumkan pemilihan peralatan berdasarkan model kapasiti bawaan biojisim untuk menambah baik padanan sistem; menambah baik peranti pembuangan sisa-gangguan rendah untuk meningkatkan kecekapan penyingkiran sisa; membina sistem kawalan rangkaian peralatan untuk mencapai peraturan kualiti air yang tepat.
Sistem ini boleh dipromosikan dan digunakan untuk penternakan ikan air tawar lain, menyediakan rujukan teknikal untuk transformasi intensifikasi akuakultur. Kerja masa depan perlu mengurangkan lagi kos peralatan dan mengoptimumkan prestasi sensor untuk meningkatkan kadar penembusan teknologi.