1.Επισκόπηση Συστημάτων Ανακυκλοφορίας Υδατοκαλλιέργειας (RAS)
(1) Χαρακτηριστικά Συστημάτων Υδατοκαλλιέργειας Ανακυκλοφορίας
Τα συστήματα ανακυκλοφορίας υδατοκαλλιέργειας (RAS) είναι ένα νέο μοντέλο υδατοκαλλιέργειας που αναπτύχθηκε με βάση την εντατική υδατοκαλλιέργεια, που χαρακτηρίζεται από την επανακυκλοφορία και την επαναχρησιμοποίηση του νερού καλλιέργειας. Εκτός από τα πλεονεκτήματα της συμβατικής εντατικής υδατοκαλλιέργειας, τα RAS προσφέρουν σημαντικά οφέλη στην επεξεργασία των λυμάτων, στη μείωση της κατανάλωσης νερού και στην ελαχιστοποίηση της απόρριψης λυμάτων. Μέσω βελτιστοποιημένου σχεδιασμού του συστήματος ύδρευσης και συντονισμένης λειτουργίας πολλαπλών εγκαταστάσεων και συσκευών, τα RAS επιτρέπουν την επαναλαμβανόμενη ανακύκλωση ολόκληρου του όγκου νερού καλλιέργειας. Σε σύγκριση με την παραδοσιακή εντατική υδατοκαλλιέργεια, υπερτερούν όσον αφορά την ενεργειακή απόδοση για τον έλεγχο της θερμοκρασίας, τον μετριασμό της περιβαλλοντικής ρύπανσης και την πρόληψη και τον έλεγχο ασθενειών.
Οι RAS απαιτούν την ολοκληρωμένη χρήση ενός ολοκληρωμένου συνόλου εγκαταστάσεων καθαρισμού και επεξεργασίας νερού. Ο σχεδιασμός διεργασιών τους περιλαμβάνει την εφαρμογή πολλαπλών κλάδων και βιομηχανικών τεχνολογιών, συμπεριλαμβανομένων της μηχανικής ρευστών, της βιολογίας, της μηχανολογίας, της ηλεκτρονικής, της χημείας και της τεχνολογίας πληροφοριών αυτοματισμού. Ένα καλά σχεδιασμένο RAS μπορεί να επιτύχει πλήρη έλεγχο των παραμέτρων ποιότητας του νερού, όπως η θερμοκρασία, το διαλυμένο οξυγόνο και τα θρεπτικά συστατικά, και υπό οποιεσδήποτε συνθήκες, πάνω από το 90% του νερού του συστήματος μπορεί να επαναχρησιμοποιηθεί μέσω της ανακυκλοφορίας.
(2)Ουσία και Πλεονεκτήματα του RAS
Η ουσία των συστημάτων υδατοκαλλιέργειας ανακυκλοφορίας (RAS) έγκειται στην υποστήριξη και βελτιστοποίηση της παραγωγής υδατοκαλλιέργειας μέσω βιομηχανοποιημένων και εκσυγχρονισμένων προσεγγίσεων. Επιτρέποντας την πλήρη-ρύθμιση διεργασιών του υδάτινου περιβάλλοντος, το RAS μπορεί εν μέρει να ξεπεράσει εξωτερικούς περιορισμούς όπως η θερμοκρασία, η διαθεσιμότητα νερού και ο χώρος, επιτυγχάνοντας έτσι-συνεχή παραγωγή για όλο το χρόνο, πολλαπλών-παρτίδων. Αυτό επιτρέπει τη γεωργία εκτός εποχής και την κλιμακωτή είσοδο στην αγορά, παρέχοντας στους παραγωγούς ανταγωνιστικό πλεονέκτημα και υψηλότερες οικονομικές αποδόσεις.
(3) Αποδοτικότητα παραγωγής και χρήση πόρων
Η εξαιρετική απόδοση παραγωγής του RAS είναι στενά συνδεδεμένη με τα εξαιρετικά ελεγχόμενα και αποδοτικά{0}του πόρους χαρακτηριστικά του. Σε ανά-μονάδα-υδατικής βάσης, η απόδοση των υδρόβιων προϊόντων στο RAS είναι 3-5 φορές υψηλότερη από αυτή της παραδοσιακής ροής-μέσω εντατικής υδατοκαλλιέργειας και 8–10 φορές υψηλότερη από εκείνη της υδατοκαλλιέργειας λιμνών, ενώ τα ποσοστά επιβίωσης αυξάνονται περισσότερο από 10%. Επιπλέον, η χρήση κτηνιατρικών φαρμάκων και χημικών παραγόντων μειώνεται κατά σχεδόν 60%. Αυτές οι ολοκληρωμένες βελτιώσεις στους δείκτες απόδοσης διασφαλίζουν τόσο τα οικονομικά όσο και τα οικολογικά οφέλη του RAS.
(4) Επεξεργασία Νερού και Ενοποίηση Συστήματος
Στο RAS, το νερό καλλιέργειας υφίσταται μια σειρά επεξεργασιών, όπως φυσικό φιλτράρισμα, βιολογικός καθαρισμός, αποστείρωση και απολύμανση, απαέρωση και οξυγόνωση, επιτρέποντας την πλήρη ή μερική επαναχρησιμοποίηση του νερού. Ταυτόχρονα, η βελτιστοποίηση του περιβάλλοντος καλλιέργειας μπορεί να ενσωματωθεί με αυτοματοποιημένο εξοπλισμό, όπως αυτόματους τροφοδότες, επιτρέποντας έναν βαθμό αυτοματισμού και έξυπνης διαχείρισης.
(5)Τεχνολογικά θεμέλια και βασικά χαρακτηριστικά
Οι RAS ενσωματώνουν προηγμένες τεχνολογίες από αλιευτική μηχανική, μηχανολογικό εξοπλισμό, νέα οικολογικά-υλικά, μικροοικολογική ρύθμιση και ψηφιακή διαχείριση. Λόγω του πλήρως ελεγχόμενου περιβάλλοντος παραγωγής, το οποίο επηρεάζεται ελάχιστα από τις εξωτερικές συνθήκες, τα RAS επιδεικνύουν σημαντικά πλεονεκτήματα, όπως εξοικονόμηση νερού και γης, μειωμένη ενεργειακή ζήτηση για ρύθμιση θερμοκρασίας, σταθερές συνθήκες εκτροφής, επιταχυνόμενους ρυθμούς ανάπτυξης, υψηλές πυκνότητες αποθήκευσης και παραγωγή οικολογικών{{3}προϊόντων χωρίς ρύπανση. Ως εκ τούτου, τα RAS θεωρούνται ως «το πιο πολλά υποσχόμενο μοντέλο υδατοκαλλιέργειας και επενδυτική κατεύθυνση του 21ου αιώνα».
(6) Ανάπτυξη και εφαρμογή στην Κίνα
Μέχρι σήμερα, περισσότερα από 900-μεγάλης κλίμακας RAS έχουν σχεδιαστεί και κατασκευαστεί στην Κίνα, καλύπτοντας μεγάλες παράκτιες επαρχίες καθώς και περιοχές της ενδοχώρας, εκτείνοντας ακόμη και στο Xinjiang. Αυτά τα συστήματα, που περιλαμβάνουν εφαρμογές θαλάσσιων και γλυκών υδάτων, έχουν εμπορευματοποιηθεί με επιτυχία, καλύπτοντας τους αναμενόμενους στόχους παραγωγής και επιδεικνύοντας εξαιρετική λειτουργική απόδοση. Οι πρακτικές παραγωγής επιβεβαιώνουν ότι το RAS όχι μόνο προσφέρει ανώτερη παραγωγικότητα και περιβαλλοντικά πλεονεκτήματα, αλλά επιτυγχάνει επίσης σημαντικά χαμηλότερο κόστος παραγωγής ανά μονάδα απόδοσης σε σύγκριση με άλλα μοντέλα υδατοκαλλιέργειας.
2.Βασικές Διεργασίες και Τεχνολογίες Συστημάτων Ανακυκλοφορίας Υδατοκαλλιέργειας (RAS)
Τα συστήματα ανακυκλοφορίας υδατοκαλλιέργειας (RAS) κάνουν εκτενή χρήση εξοπλισμού και τεχνολογιών βιομηχανικής μηχανικής. Συνήθως αποτελούνται από μονάδες διεργασίας και εγκαταστάσεις για την αφαίρεση στερεών σωματιδίων. απομάκρυνση αιωρούμενων σωματιδίων και διαλυτής οργανικής ύλης. εξάλειψη τοξικών και επιβλαβών διαλυτών ανόργανων αλάτων όπως η αμμωνία και τα νιτρώδη. Έλεγχος παθογόνων απομάκρυνση διοξειδίου του άνθρακα από το μεταβολισμό καλλιεργημένων οργανισμών και μικροοργανισμών. συμπλήρωμα οξυγόνου? και ρύθμιση θερμοκρασίας. Οι τεχνικές διαδικασίες που εμπλέκονται περιλαμβάνουν θερμομόνωση και έλεγχο θερμοκρασίας, αφαίρεση στερεών σωματιδίων, αφαίρεση διαλυτού ανόργανου αζώτου και φωσφόρου, απολύμανση και αποστείρωση, καθώς και οξυγόνωση.
(1)Βιομηχανικά και εντατικά χαρακτηριστικά παραγωγής
Η RAS ενισχύει περαιτέρω τα εντατικά χαρακτηριστικά της βιομηχανικής υδατοκαλλιέργειας, προσφέροντας υψηλή παραγωγική απόδοση και μικρή κατοχή γης, ενώ υπερνικούν τους περιορισμούς των πόρων γης και νερού. Ως γεωργικό μοντέλο υψηλής-εισροής, υψηλής-παραγωγής, υψηλής-πυκνότητας και υψηλής-απόδοσης, το RAS ευθυγραμμίζεται με τους πρωταρχικούς στόχους της Κίνας για στρατηγικές οικολογικού πολιτισμού και βιώσιμης ανάπτυξης.
(2)Οικολογική και Στρατηγική Σημασία
Με τα εντατικά, αποτελεσματικά,-εξοικονόμηση ενέργειας, μείωση των εκπομπών-και φιλικά προς το περιβάλλον χαρακτηριστικά του, το RAS έχει γίνει μια σημαντική κατεύθυνση για τον μετασχηματισμό και την αναβάθμιση της υδατοκαλλιέργειας στην Κίνα προς την ανάπτυξη χαμηλών-ανθράκων και την πράσινη ανάπτυξη. Για αρκετά συναπτά έτη, το RAS έχει καταχωριστεί από το Υπουργείο Γεωργίας και Αγροτικών Υποθέσεων της Κίνας ως κύρια συνιστώμενη τεχνολογία υδατοκαλλιέργειας.
(3)Τρέχουσες εξελίξεις και τάσεις
Προς το παρόν, αυτό το μοντέλο έχει κερδίσει ευρεία αναγνώριση τόσο από τον ακαδημαϊκό κόσμο όσο και από τη βιομηχανία στην Κίνα. Η κλίμακα κατασκευής νέων συστημάτων και η συνολική παραγωγική ικανότητα αυξάνονται σταθερά τα τελευταία χρόνια, καθιστώντας το RAS μία από τις βασικές μελλοντικές τάσεις ανάπτυξης της βιομηχανίας υδατοκαλλιέργειας της Κίνας.
3.Επισκόπηση Έρευνας και Βιομηχανοποίησης Συστημάτων Ανακυκλοφορίας Υδατοκαλλιέργειας (RAS)
(1)Διεθνής Έρευνα και Βιομηχανοποίηση
Πρώιμη Έρευνα και Ανάπτυξη
Το παλαιότερο σύστημα ανακυκλοφορίας υδατοκαλλιέργειας (RAS) εμφανίστηκε στην Ιαπωνία κατά τη δεκαετία του 1950. Στη συνέχεια, πολλές χώρες ξεκίνησαν έρευνα για την επεξεργασία νερού και τις τεχνολογίες υδατοκαλλιέργειας για το RAS. Αρχικά, αυτές οι μελέτες βασίστηκαν σε διαδικασίες επεξεργασίας αστικών λυμάτων και σε συστήματα τύπου ενυδρείου (με πυκνότητες καλλιέργειας μόνο 0,16–0,48 kg/m³). Ωστόσο, τέτοιες προσεγγίσεις δεν έλαβαν υπόψη τις μοναδικές απαιτήσεις της εμπορικής υδατοκαλλιέργειας-ιδιαίτερα όσον αφορά το κόστος του συστήματος, τη χρήση πόρων, την αναλογία μεταξύ των όγκων του νερού καλλιέργειας και του καθαρισμού και τη φέρουσα ικανότητα του συστήματος (συνήθως 50–300 kg/m³). Ως αποτέλεσμα, οι ερευνητικές προσπάθειες αντιμετώπισαν πολλά εμπόδια, κατανάλωσαν μεγάλες ποσότητες πόρων και προχώρησαν αργά.
Αναγνώριση Δυναμικών Χαρακτηριστικών
Οι πρώτες μελέτες παρέβλεψαν επίσης ένα σημαντικό χαρακτηριστικό του RAS: τη δυναμική του φύση. Οι ρυθμοί παραγωγής και αποδόμησης των μεταβολικών αποβλήτων των ψαριών πρέπει να φτάσουν σε δυναμική ισορροπία για να παραμείνει το σύστημα σταθερό και υγιές. Στα μέσα-της δεκαετίας του 1980, με την αυξανόμενη κατανόηση των παραμέτρων ποιότητας του νερού-όπως το pH, το διαλυμένο οξυγόνο (DO), το ολικό άζωτο (TN), το νιτρικό (NO3-), η βιοχημική ζήτηση οξυγόνου (BOD) και η χημική ζήτηση οξυγόνου (COD) - και αυτές οι δυναμικές αλλαγές στο σύστημα υδατοκαλλιέργειας ενσωματώθηκαν σταδιακά. σχεδιασμός. Για παράδειγμα, η ανεπάρκεια οξυγόνου μπορεί να διορθωθεί γρήγορα με αερισμό, αλλά η απόκριση των νιτροποιητικών βακτηρίων στις αυξανόμενες συγκεντρώσεις αμμωνίας συχνά υστερεί σημαντικά. Έτσι, η βαθύτερη γνώση των αλληλεπιδρώντων περιοριστικών παραγόντων έγινε όλο και πιο σημαντική για τον αποτελεσματικό σχεδιασμό και λειτουργία του συστήματος.
Προκλήσεις στις πρώιμες πρακτικές
Πολλοί επαγγελματίες υδατοκαλλιέργειας είχαν εμπειρία με τη ροή-μέσα από εντατικά συστήματα, αλλά δεν είχαν γνώση της λειτουργίας RAS. Ως αποτέλεσμα, συχνά απέτυχαν να ελέγξουν σωστά την πυκνότητα αποθήκευσης, τις ποσότητες τροφοδοσίας, τη συχνότητα τροφοδοσίας και τη διαχείριση της ποιότητας του νερού, οδηγώντας σε ανισορροπίες στη ροή του νερού του συστήματος και στην ανακύκλωση υλικών και τελικά προκαλώντας λειτουργικές αστοχίες. Αυτή η έλλειψη επιστημονικής κατανόησης και εμπειρίας διαχείρισης αντικατοπτρίστηκε στα επίπεδα πυκνότητας καλλιέργειας: το RAS εργαστηριακής κλίμακας συνήθως πέτυχε μόνο 10–42 kg/m³, ενώ η πρώιμη εμπορική- κλίμακα RAS διατηρήθηκε σε χαμηλά επίπεδα από 6,7–7,9 kg/m³. Μετά από περισσότερο από μισό αιώνα τεχνολογικής προόδου{10}}συμπεριλαμβανομένης της βελτιστοποίησης της διαδικασίας, του αερισμού και της οξυγόνωσης (π.χ. χρήση υγρού οξυγόνου), της αυτοματοποιημένης σίτισης και της επιλογής κατάλληλων ειδών{13}}το σύγχρονο RAS έχει ξεπεράσει πολλούς περιοριστικούς παράγοντες και μπορεί πλέον να υποστηρίξει υψηλές πυκνότητες καλλιέργειας 50–300 kg/m.
Βιομηχανική Ανάπτυξη και Τεχνολογικές Καινοτομίες
Καθώς η παραδοσιακή υδατοκαλλιέργεια λιμνών αντιμετώπιζε στασιμότητα λόγω του ανταγωνισμού της γης και των περιβαλλοντικών πιέσεων, το RAS στην Ευρώπη και τη Βόρεια Αμερική γνώρισε ταχεία ανάπτυξη μεταξύ της δεκαετίας του 1980 και του 1990. Αυτή η βιομηχανική επέκταση συνοδεύτηκε από τεχνολογικές βελτιώσεις, συμπεριλαμβανομένης της χρήσης φίλτρων υπό πίεση και μη{3}}για μεγάλα αιωρούμενα στερεά, οζονισμού για απολύμανση και αποικοδόμηση οργανικής ύλης και ανάπτυξη πολλαπλών βιολογικών φίλτρων όπως βυθιζόμενα φίλτρα, φίλτρα ροής, παλινδρομικά φίλτρα, περιστρεφόμενα φίλτρα ρευστού, περιστρεφόμενα βιολογικά φίλτρα. αναερόβιες μονάδες απονιτροποίησης. Με αυτές τις προόδους, η RAS σταδιακά ωρίμασε και μπήκε σε εμπορική εφαρμογή.
Η περίπτωση των Ηνωμένων Πολιτειών
Οι Ηνωμένες Πολιτείες έχουν διατηρήσει ηγετική θέση τόσο στη θεμελιώδη όσο και στην εφαρμοσμένη έρευνα RAS, καλύπτοντας τομείς όπως η διατροφή και η φυσιολογία των ειδών εντατικής εκτροφής, η πρόληψη ασθενειών και οι τεχνολογίες επεξεργασίας νερού. Ένα βασικό χαρακτηριστικό των US RAS είναι ο υψηλός βαθμός αυτοματοποίησης και μηχανοποίησης στον έλεγχο της ποιότητας του νερού. Τα συστήματα-με τη βοήθεια υπολογιστή ρυθμίζουν αυτόματα τα επίπεδα διαλυμένου οξυγόνου, pH, αγωγιμότητας, θολότητας και αμμωνίας, καθώς και περιβαλλοντικές συνθήκες όπως η θερμοκρασία, η υγρασία και η ένταση φωτός. Αξιοποιώντας την προηγμένη βιομηχανική βάση τους, οι ΗΠΑ έχουν υιοθετήσει ευρέως- εξοπλισμό υψηλής τεχνολογίας για οξυγόνωση, βιολογικό καθαρισμό, αφαίρεση στερεών, ταξινόμηση και συγκομιδή. Για παράδειγμα, το πειραματικό RAS που αναπτύχθηκε από το Κέντρο Θαλάσσιας Βιοτεχνολογίας στο Πανεπιστήμιο του Μέριλαντ ενσωματώνει διαδικασίες αναερόβιας επεξεργασίας, που μοιάζουν πολύ με συστήματα που σχεδιάστηκαν από την Aquatec{10}}Solutions στη Δανία.
4. Προκλήσεις και Αντίμετρα για την Ανάπτυξη Βιομηχανικών Συστημάτων Υδατοκαλλιέργειας Ανακυκλοφορίας (RAS)
(1) Ανεπαρκής ενσωμάτωση εγκαταστάσεων και εξοπλισμού
Αν και ο εξοπλισμός επεξεργασίας νερού, αυτόματης τροφοδοσίας, απολύμανσης και αερισμού της Κίνας προσέγγισε σταδιακά το διεθνές προηγμένο επίπεδο, η συνολική ενοποίηση του συστήματος παραμένει ανεπαρκής. Η έλλειψη-επιχειρήσεων μεγάλης κλίμακας ικανών να παράγουν πλήρη σετ εξοπλισμού RAS έχει αυξήσει το κόστος κατασκευής και την πολυπλοκότητα, εμποδίζοντας έτσι την ταχεία εξέλιξη του οικιακού εξοπλισμού.
(2) Ανάγκη Βελτιστοποίησης Εξειδικευμένης Σύνθετης Τροφοδοσίας
Επί του παρόντος, οι φόρμουλες υδροτροφής στην Κίνα είναι εξαιρετικά ομοιογενείς και δεν διαθέτουν εξειδικευμένες ζωοτροφές σχεδιασμένες για RAS και συγκεκριμένα καλλιεργούμενα είδη. Αυτό αυξάνει τη λειτουργική επιβάρυνση των συστημάτων επεξεργασίας νερού και επηρεάζει την απόδοση της γεωργίας. Είναι απαραίτητο να αναπτυχθούν-ειδικές τροφές RAS με καλά-ισορροπημένη διατροφή, χαμηλά ποσοστά έκπλυσης και ευνοϊκές αναλογίες μετατροπής ζωοτροφών.
(3) Η πρόληψη και ο έλεγχος ασθενειών απαιτούν μεγαλύτερη ακρίβεια
Η γεωργία υψηλής-πυκνότητας και υψηλής-απόδοσης αυξάνει τον κίνδυνο εμφάνισης εστιών ασθενειών όταν εμφανιστούν ανισορροπίες στο σύστημα και τα παθογόνα είναι δύσκολο να εξαλειφθούν σε κλειστά συστήματα. Η βελτιστοποίηση του συστήματος θα πρέπει να βελτιωθεί για να βελτιωθεί η ικανότητα αποθήκευσης, ενώ η έρευνα θα πρέπει να επικεντρωθεί στη φυσιολογία των ψαριών, τις αντιδράσεις στο στρες, τους πρώιμους δείκτες ασθενειών και τους αποτελεσματικούς μηχανισμούς προειδοποίησης ασθενειών-.
(4) Σημαντική Πίεση Κατανάλωσης Ενέργειας και Μείωση Κόστους
Οι υψηλές αρχικές επενδύσεις κατασκευής και η κατανάλωση ενέργειας είναι αναπόφευκτες προκλήσεις της RAS. Θα πρέπει να εφαρμοστούν{1}}μέτρα εξοικονόμησης ενέργειας τόσο σε επίπεδο εξοπλισμού όσο και σε επίπεδο συστήματος, συμπεριλαμβανομένης της ανάπτυξης φίλτρων χαμηλής-ενέργειας, συσκευών αφαίρεσης CO₂, τεχνολογιών επεξεργασίας υδάτων της ουράς και εφαρμογών ανανεώσιμων πηγών ενέργειας όπως ηλιακές, αιολικές και αντλίες θερμότητας- νερού.
(5) Έλλειψη Τυποποίησης στη Λειτουργία και τη Διαχείριση
Επί του παρόντος, δεν υπάρχουν ενοποιημένα τεχνικά πρότυπα ή πρότυπα για το RAS στην Κίνα. Ως αποτέλεσμα, ο σχεδιασμός του συστήματος, οι πρακτικές διαχείρισης και η απόδοση της γεωργίας ποικίλλουν ευρέως και οι λειτουργικές αστοχίες είναι συχνές. Είναι σημαντικό να δημιουργηθεί ένα τυποποιημένο τεχνικό πλαίσιο για την υγιή υδατοκαλλιέργεια, να βελτιωθούν τα πρότυπα διαδικασιών και διαχείρισης και να προωθηθούν έργα επίδειξης για τυποποιημένη παραγωγή.
(6) Ανάγκη για ενισχυμένη βασική έρευνα
Η επιστημονική κατανόηση πολλών πτυχών παραμένει ανεπαρκής, συμπεριλαμβανομένης της κατάστασης υγείας των καλλιεργούμενων ειδών υπό συνθήκες υψηλής-πυκνότητας και ειδικών ποιοτικών υδάτων, των δομικών αλλαγών του βιοφίλμ κατά τη λειτουργία του συστήματος, των μηχανισμών κύκλου θρεπτικών συστατικών και των βέλτιστων μεθόδων για την αφαίρεση και την αβλαβή επεξεργασία στερεών σωματιδίων. Αυτά τα κενά εμποδίζουν την περαιτέρω ανάπτυξη σχετικών τεχνολογιών και εξοπλισμού.
(7) Μελλοντικές τάσεις και ευκαιρίες ανάπτυξης
Παρά αυτές τις προκλήσεις, το RAS προσφέρει σημαντικά πλεονεκτήματα στην αποδοτικότητα της παραγωγής, την περιβαλλοντική βιωσιμότητα και την καλή διαβίωση των ζώων. Ως πράσινο, οικολογικό, κυκλικό και αποτελεσματικό μοντέλο γεωργίας, ευθυγραμμίζεται με τις παγκόσμιες τάσεις για ανάπτυξη χαμηλών-εκπομπών άνθρακα. Με τον εκσυγχρονισμό της αλιείας της Κίνας, την πρόοδο του οικολογικού πολιτισμού και την επιτάχυνση των στόχων ουδετερότητας του άνθρακα, η RAS αναμένεται να εισέλθει σε μια νέα φάση ταχείας ανάπτυξης.