Σύστημα βιομηχανικής ανακυκλοφορίας υδατοκαλλιέργειας (RAS), ως αναδυόμενη τεχνολογία υδατοκαλλιέργειας που καθοδηγείται από τις εθνικές πολιτικές για τις εγκαταστάσεις αλιείας, επιτυγχάνει εντατικοποίηση, υψηλή απόδοση και περιβαλλοντική βιωσιμότητα στην υδατοκαλλιέργεια μέσω της ενσωμάτωσης εξοπλισμού βιομηχανικής μηχανικής και τεχνολογιών περιβαλλοντικού ελέγχου. Τουβασικά πλεονεκτήματασυμπεριλαμβάνω:ανακύκλωση νερού εξοικονομώντας πάνω από 90% του νερού, ανεξαρτησία από περιφερειακούς και εποχιακούς περιορισμούς, ακριβής ρύθμιση βασικών περιβαλλοντικών παραγόντων όπως η θερμοκρασία του νερού και το διαλυμένο οξυγόνο, βελτιώνοντας σημαντικά την παραγωγικότητα της γης και τους ρυθμούς μετατροπής των ζωοτροφών. Αναγνωρίζεται ως κρίσιμη κατεύθυνση για τη βιώσιμη ανάπτυξη της υδατοκαλλιέργειας. Χαρακτηρίζεται από "υψηλές επενδύσεις, υψηλή πυκνότητα και υψηλή απόδοση", η ευρεία υιοθέτησή του περιορίζεται από παράγοντες όπως η υψηλή αρχική επένδυση (κόστος εγκαταστάσεων και εξοπλισμού) και υψηλά τεχνικά εμπόδια (εγκλιματισμός σπόρων και διαχείριση ποιότητας νερού).
Μανταρίνι ψάρι (Siniperca chuatsi), ως υψηλής αξίας-είδος υδατοκαλλιέργειας γλυκού νερού, αντιμετωπίζει προκλήσεις στην παραδοσιακή γεωργία, όπως συχνές ασθένειες, δυσκολία στον έλεγχο της ποιότητας του νερού και ασταθείς αποδόσεις. Επί του παρόντος, τα τεχνικά αποθέματα για τα βιομηχανικά RAS του Mandarin Fish παραμένουν ανεπαρκή, ιδίως χωρίς συστηματική πρακτική σε τομείς όπως η βελτιστοποίηση της διαδικασίας εκτροφής, ο σχεδιασμός αποκλειστικού εξοπλισμού και οι διαδικασίες καθαρισμού του νερού. Αυτή η έρευνα επικεντρώνεται στην αποτελεσματική ανακύκλωση και αξιοποίηση των υδάτινων πόρων, με στόχο την κατασκευή του συστήματος εξοπλισμού διεργασίας για βιομηχανική υδατοκαλλιέργεια ιχθυοκαλλιεργειών μανταρίνιων. Μέσω της βελτιστοποίησης συσκευών απόρριψης απορριμμάτων χαμηλής-ενόχλησης και της ενσωμάτωσης της τεχνολογίας σύνδεσης εξοπλισμού, διεξάγεται πειραματική έρευνα σε βασικούς δείκτες όπως η απόδοση καθαρισμού του νερού και η ικανότητα βιολογικού φορτίου. Ο στόχος είναι η ανάπτυξη μιας αναπαραγόμενης τεχνικής λύσης για την υποστήριξη της-υψηλής ποιότητας ανάπτυξης της βιομηχανίας ιχθυοκαλλιέργειας Mandarin.
1. Ροή διαδικασίας βιομηχανικής ανακυκλοφορίας υδατοκαλλιέργειας
Ο πυρήνας ενός βιομηχανικού RAS είναι η επίτευξη δυναμικής ισορροπίας νερού και η ανακύκλωση μέσω μιας διαδικασίας κλειστού-βρόχου "φυσική διήθηση - βιολογικός καθαρισμός - απολύμανση και οξυγόνωση". "Η εκτροφή ψαριών ξεκινά με την ανύψωση νερούΠαράμετροι όπως η ταχύτητα ροής του νερού, η θερμοκρασία, το pH, η συγκέντρωση αζώτου αμμωνίας και το επίπεδο διαλυμένου οξυγόνου επηρεάζουν άμεσα το περιβάλλον ανάπτυξης του μανταρινιού ψαριού. Αυτός ο σχεδιασμός συστήματος ακολουθεί την αρχή "μικρά συστήματα, πολλαπλές μονάδες". ακολουθεί τη σειρά "στερεό → υγρό → αέριο", η επεξεργασία στερεών αποβλήτων ταξινομείται με "μεγάλο μέγεθος σωματιδίων → μικρό μέγεθος σωματιδίων" και οι διαδικασίες διήθησης και απολύμανσης συνδέονται διαδοχικά.
Όπως φαίνεται στοΕικόνα 1, η ροή του συστήματος είναι: η αποστράγγιση από τη δεξαμενή καλλιέργειας υποβάλλεται σε προεπεξεργασία για την απομάκρυνση μεγάλων αποβλήτων σωματιδίων, εισέρχεται σε στάδια χονδροειδούς και λεπτής διήθησης για την απομάκρυνση των λεπτών αιωρούμενων στερεών, μετά περνά μέσα από ένα βιοφίλτρο για να αποικοδομεί επιβλαβείς ουσίες όπως το άζωτο αμμωνίας και τέλος, μετά την απολύμανση και τον έλεγχο της οξυγόνωσης, το νερό επιστρέφει σε ποιοτικό νερό και οξυγόνωση. διαδικασία.
2. Σχεδιασμός και Έρευνα στις εγκαταστάσεις και τον εξοπλισμό υδατοκαλλιέργειας ψαριών Mandarin
Ο παραδοσιακός σχεδιασμός εγκαταστάσεων υδατοκαλλιέργειας βασίζεται συχνά στην εμπειρία, οδηγώντας εύκολα σε αναποτελεσματικό εξοπλισμό και σπατάλη κόστους. Όπως φαίνεται στοΕικόνα 2, αυτή η μελέτη, βασισμένη στην αρχή της ισορροπίας μάζας, κατασκευάζει ένα μοντέλο για τη μέγιστη ικανότητα μεταφοράς βιομάζας του μανταρινιού ψαριού. Με τον υπολογισμό του μέγιστου ρυθμού τροφοδοσίας, των συνολικών αποβλήτων και της παραγωγής αζώτου αμμωνίας, επιτυγχάνεται η επιλογή επιστημονικού εξοπλισμού. Χρησιμοποιώντας μια επιχείρηση ιχθυοκαλλιέργειας Mandarin στο Jiangxi ως μελέτη περίπτωσης, η εστίαση ήταν στη βελτιστοποίηση της συσκευής απόρριψης απορριμμάτων χαμηλής-ενόχλησης και του συστήματος σύνδεσης εξοπλισμού. Η διάταξη του εργαστηρίου φαίνεται στοΕικόνα 3. Η διάταξη του εδάφους-βιομηχανικού RAS για το Mandarin Fish εμφανίζεται στοΕικόνα 4.
2.1 Σχεδιασμός παραμέτρων ανακυκλοφορίας νερού καλλιέργειας
Ο ρυθμός ανακυκλοφορίας είναι το κλειδί για την αποτελεσματική λειτουργία του συστήματος και πρέπει να προσδιορίζεται διεξοδικά με βάση την πυκνότητα εκτροφής ψαριών Mandarin, τον όγκο νερού και την ικανότητα επεξεργασίας νερού.
Τύπος υπολογισμού όγκου ανακυκλοφορίας νερού:Q = V × N
Όπου: Q είναι ο όγκος ανακυκλοφορίας νερού (m³/h).
V είναι ο όγκος νερού καλλιέργειας (m³).
N είναι ο αριθμός των ανακυκλοφοριών ανά ημέρα (φορές/ημέρα).
Σχεδιασμός Δεξαμενής Πολιτισμού: Διάμετρος μονής δεξαμενής 6m, ύψος 1,2m, ύψος πυθμένα κώνου 0,3m.
Ο υπολογιζόμενος όγκος είναι π×3²×1.2 + 1/3×π×3²×0,3 ≈ 33,91 m³, ο πραγματικός όγκος νερού καλλιέργειας είναι περίπου 30 m³. Ένα μόνο εργαστήριο περιέχει 10 δεξαμενές καλλιέργειας, συνολικού όγκου νερού 300 m³.
Παράμετροι λειτουργίας: Ο ρυθμός ανακυκλοφορίας N έχει ρυθμιστεί σε 3-5 φορές/ημέρα. Η κυκλοφορία του νερού μακιγιάζ είναι 10% του συνολικού όγκου νερού (για την αντιστάθμιση των απωλειών εξάτμισης και εκκένωσης), προσαρμοσμένη σε πραγματικό χρόνο μέσω ηλεκτρονικής παρακολούθησης.
2.2 Σχεδιασμός δεξαμενής καλλιέργειας και συσκευής εκκένωσης απορριμμάτων
Όπως φαίνεται στοΕικόνα 5, η δεξαμενή καλλιέργειας έχει σχεδιαστεί με στόχο την "ταχεία απόρριψη απορριμμάτων και ομοιόμορφη κατανομή του νερού", χρησιμοποιώντας ένα κυκλικό σώμα δεξαμενής σε συνδυασμό με μια δομή πυθμένα κώνου. Μια συσκευή "Τουαλέτα ψαριών" είναι εγκατεστημένη στο κάτω μέρος για την επίτευξη χαμηλής-απόρριψης απορριμμάτων με ενοχλήσεις. Η τουαλέτα ψαριών βελτιστοποιήθηκε ως εξής:
- Η διάμετρος του σωλήνα εισόδου/εξόδου είναι τυποποιημένη στα 200mm για αύξηση της ταχύτητας ροής.
- Η πλάκα κάλυψης υιοθετεί έναν περιστρεφόμενο εξορθολογισμένο σχεδιασμό για να ενισχύσει το περιστροφικό φαινόμενο έκπλυσης στα ιζήματα του πυθμένα και να βελτιώσει την ικανότητα αυτο{0}}καθαρισμού.
3. Σχεδιασμός και Έρευνα Διαδικασίας Επεξεργασίας Στερεών Σωματιδίων
Τα στερεά σωματίδια επεξεργάζονται με ταξινόμηση μεγέθους χρησιμοποιώντας μια διαδικασία τριών-σταδίων "προεπεξεργασίας - χονδροειδούς φιλτραρίσματος - λεπτής διήθησης". Οι συγκεκριμένες παράμετροι εμφανίζονται στοΠίνακας 1.
3.1 Διαδικασία προεπεξεργασίας
Χρησιμοποιεί ένα κατακάθισμα ροής συνδεδεμένο με τα πλευρικά-συστήματα αποστράγγισης και κάτω-της δεξαμενής καλλιέργειας, χρησιμοποιώντας διαχωρισμό βαρύτητας για την αφαίρεση σωματιδίων Μεγαλύτερα ή ίσα με 100μm. Ο κατακάτης συνδέεται απευθείας με τη δεξαμενή καλλιέργειας για να μειώσει τις απώλειες μεταφοράς στον αγωγό και να μειώσει το φορτίο στα επόμενα στάδια φιλτραρίσματος.
3.2 Διαδικασία χονδροειδούς φιλτραρίσματος
Όπως φαίνεται στοΕικόνα 6, η διαδικασία χονδροειδούς φιλτραρίσματος επικεντρώνεται σε ένα φίλτρο τυμπάνου μικροοθόνης. Οι αρχές σχεδιασμού περιλαμβάνουν: τοποθέτηση του εξοπλισμού κοντά στις δεξαμενές καλλιέργειας για να μειωθεί το μήκος του αγωγού και να μειωθεί η κατανάλωση ενέργειας.
Χρήση συστήματος ελέγχου PLC για την επίτευξη αυτόματης αντίστροφης πλύσης (4-6 φορές/ημέρα), σε συντονισμό με την online παρακολούθηση της ποιότητας του νερού για προσαρμογή παραμέτρων σε πραγματικό χρόνο.
Χρήση σχεδίασης ροής βαρύτητας για μείωση της κατανάλωσης ισχύος της αντλίας και χαμηλότερο λειτουργικό κόστος.
3.3 Διαδικασία λεπτού φιλτραρίσματος
Όπως φαίνεται στοΕικόνα 7, η διαδικασία λεπτού φιλτραρίσματος καθαρίζει περαιτέρω την ποιότητα του νερού μέσω της συνεργιστικής δράσης του βιοφίλτρου και του εξοπλισμού απολύμανσης.
- Βιοφίλτρο: Επιλέγει μέσα υψηλής-ειδικής-επιφανείας-επιφανείας, υδραυλικό χρόνο συγκράτησης 1-2 ώρες, διατηρεί το διαλυμένο οξυγόνο μεγαλύτερο ή ίσο με 5 mg/L, αποδομεί το άζωτο και τα νιτρώδη αμμωνία.
- Εξοπλισμός Απολύμανσης: Αποστειρωτής υπεριώδους (δόση 3-5 × 104 μW·s/cm²) ή γεννήτρια όζοντος (συγκέντρωση 0,1-0,3 mg/L, χρόνος επαφής 10-15 λεπτά) για τη θανάτωση παθογόνων μικροοργανισμών.
- Σύστημα οξυγόνωσης: Οξυγονωτή καθαρού οξυγόνου που χρησιμοποιείται σε συνδυασμό με αεριστήρες για τη διασφάλιση σταθερών επιπέδων διαλυμένου οξυγόνου.
4. Διάταξη και Σύστημα Ελέγχου Σωληνώσεων
4.1 Σχεδιασμός διάταξης αγωγού
Οι σωληνώσεις κατηγοριοποιούνται ανά λειτουργία σε τέσσερις τύπους: παροχή νερού, ανακυκλοφορία, απόρριψη αποβλήτων και νερό μακιγιάζ. Αρχές σχεδίασης: Βελτιστοποιήστε τη διάταξη με επίκεντρο τις δεξαμενές καλλιέργειας, μειώστε τους αγκώνες και το μήκος του αγωγού για να ελαχιστοποιήσετε την απώλεια κεφαλής. εξασφάλιση ισορροπημένης εισροής και εκροής για τη διατήρηση σταθερών επιπέδων νερού στις δεξαμενές καλλιέργειας. Οι σωλήνες εκκένωσης απορριμμάτων έχουν κλίση (Μεγαλύτερη ή ίση με 3%) για τη διευκόλυνση της συλλογής απορριμμάτων με αυτο-ροή.
4.2 Σχεδιασμός Συστήματος Ελέγχου
Το σύστημα υιοθετεί μια αρχιτεκτονική κλειστού-βρόχου των "Sensors - Controller - Actuators" όπως φαίνεται στοΕικόνα 8. Οι βασικές λειτουργίες περιλαμβάνουν:
- Παρακολούθηση{0}}της ποιότητας του νερού σε πραγματικό χρόνο: Online συλλογή δεδομένων μέσω αισθητήρων διαλυμένου οξυγόνου, pH και αζώτου αμμωνίας.
- Έλεγχος σύνδεσης εξοπλισμού: Αυτόματη προσαρμογή της αντίστροφης πλύσης μικροοθόνης, της ισχύος του οξυγονωτή και του χρόνου λειτουργίας του εξοπλισμού απολύμανσης με βάση τις παραμέτρους ποιότητας του νερού.
- Σφάλμα προειδοποίηση: Ηχητικούς και οπτικούς συναγερμούς που ενεργοποιούνται από μη φυσιολογικές παραμέτρους, προωθούνται στα τερματικά διαχείρισης μέσω Ethernet ή ασύρματης επικοινωνίας.
5. Ανάλυση δεδομένων δοκιμής απόδοσης εξοπλισμού
Όπως φαίνεται στοΕικόνα 9, διεξήχθη μια δοκιμαστική επιχείρηση έξι μηνών σε μια βάση ιχθυοκαλλιέργειας Mandarin στο Jiangxi. Το σύστημα δεν παρουσίασε ανωμαλίες στην επεξεργασία του νερού και το σύστημα παρακολούθησης και έγκαιρης προειδοποίησης λειτουργούσε σταθερά.
Δεν βρέθηκαν ανωμαλίες στην επεξεργασία του νερού κατά την εφαρμογή, το σύστημα παρακολούθησης, έγκαιρης προειδοποίησης και ελέγχου λειτουργούσε σταθερά. Ο αερισμός στις δεξαμενές καλλιέργειας χρησιμοποιήθηκε σε συνδυασμό με έλεγχο διαλυμένου οξυγόνου κατά τη διαδικασία καλλιέργειας. Η αξιολόγηση απόδοσης του κύριου εξοπλισμού φαίνεται στοΠίνακας 2.
Κατά τη διάρκεια της δοκιμής, η πυκνότητα εκτροφής έφτασε τα 50-60 ψάρια/m³, ποσοστό επιβίωσης μεγαλύτερο ή ίσο με 90%, ο ρυθμός ανάπτυξης αυξήθηκε κατά 20% σε σύγκριση με την παραδοσιακή γεωργία και ο ρυθμός ανακύκλωσης νερού έφτασε το 92%, επιτυγχάνοντας στόχους εξοικονόμησης ενέργειας και μείωσης των εκπομπών.
6. Περίληψη
Η χερσαία-βιομηχανική RAS για το Mandarin Fish επιτυγχάνει τους στόχους υδατοκαλλιέργειας της "εξοικονόμησης νερού, υψηλής απόδοσης και προστασίας του περιβάλλοντος" μέσω της ενσωμάτωσης τεχνολογιών μηχανικής, εγκαταστάσεων-και ψηφιακών-ευφυών τεχνολογιών. Οι καινοτομίες αυτής της έρευνας έγκεινται: στη βελτιστοποίηση της επιλογής εξοπλισμού με βάση το μοντέλο ικανότητας μεταφοράς βιομάζας για τη βελτίωση της αντιστοίχισης του συστήματος. βελτίωση της συσκευής απόρριψης απορριμμάτων χαμηλής-ενόχλησης για τη βελτίωση της αποτελεσματικότητας απομάκρυνσης απορριμμάτων. κατασκευή ενός συστήματος ελέγχου σύνδεσης εξοπλισμού για την επίτευξη ακριβούς ρύθμισης της ποιότητας του νερού.
Αυτό το σύστημα μπορεί να προωθηθεί και να εφαρμοστεί σε άλλες ιχθυοκαλλιέργειες γλυκού νερού, παρέχοντας μια τεχνική αναφορά για τον εντατικό μετασχηματισμό της υδατοκαλλιέργειας. Οι μελλοντικές εργασίες πρέπει να μειώσουν περαιτέρω το κόστος του εξοπλισμού και να βελτιστοποιήσουν την απόδοση του αισθητήρα για να αυξήσουν το ποσοστό διείσδυσης της τεχνολογίας.