Teollinen kierrätysvesiviljelyjärjestelmä (RAS), nousevana vesiviljelyteknologiana, jota ohjaavat kansalliset laitoskalastuspolitiikat, saavuttaa vesiviljelyn tehostamisen, korkean tehokkuuden ja ympäristön kestävyyden integroimalla teollisuustekniikan laitteita ja ympäristönhallintatekniikoita. Senydinetujasisältää:veden kierrätys säästää yli 90 % vedestä, riippumattomuus alueellisista ja vuodenaikojen rajoituksista, keskeisten ympäristötekijöiden, kuten veden lämpötilan ja liuenneen hapen tarkka säätely, parantaa merkittävästi maan tuottavuutta ja rehun muunnosastetta. Se tunnustetaan vesiviljelyn kestävän kehityksen keskeiseksi suunnaksi. Jolle on ominaista "suuret investoinnit, suuri tiheys ja korkea tuotanto", sen laajaa käyttöönottoa rajoittavat sellaiset tekijät kuin korkeat alkuinvestoinnit (tilojen ja laitteiden kustannukset) ja korkeat tekniset esteet (siementen totuttelu ja veden laadun hallinta).
Mandariinikala (Siniperca chuatsi), koska se on arvokas{0}} makean veden vesiviljelylaji, kohtaa perinteisessä viljelyssä haasteita, kuten toistuvia sairauksia, veden laadun valvonnan vaikeutta ja epävakaat sadot. Tällä hetkellä tekniset resurssit Mandarin Fishin teolliseen RAS-järjestelmään ovat edelleen riittämättömät, ja varsinkin järjestelmällinen käytäntö puuttuu sellaisilla aloilla kuin viljelyprosessien optimointi, erityisten laitteiden suunnittelu ja vedenpuhdistusprosessit. Tämä tutkimus keskittyy vesivarojen tehokkaaseen kierrätykseen ja hyödyntämiseen, ja sen tavoitteena on rakentaa prosessilaitteistojärjestelmä mandariinikalojen maalla tapahtuvaa teollista vesiviljelyä varten. Optimoimalla vähän{5}}häiriöitä aiheuttavia jätteenpoistolaitteita ja integroimalla laitteiden kytkentätekniikkaa tehdään kokeellista tutkimusta tärkeimmistä indikaattoreista, kuten vedenpuhdistuksen tehokkuudesta ja bio-kuormituskapasiteetista. Tavoitteena on kehittää monistettava tekninen ratkaisu, joka tukee{8}}mandariinikalanviljelyalan korkealaatuista kehitystä.
1. Teollinen kierrätysvesiviljelyprosessi
Teollisen RAS:n ydin on dynaamisen vesitasapainon saavuttaminen ja kierrätys suljetun -kierron prosessin avullafyysinen suodatus - biologinen puhdistus - desinfiointi ja hapetus". "Kalan kasvattaminen alkaa veden nostamisesta"; parametrit, kuten veden virtausnopeus, lämpötila, pH, ammoniakkitypen pitoisuus ja liuenneen hapen taso vaikuttavat suoraan Mandarin Fishin kasvuympäristöön. Tämä järjestelmä noudattaa periaatetta "pienet järjestelmät, useat yksiköt". Sen ydinlogiikka on: nopeammat virtausnopeudet voivat parantaa järjestelmän käsittelyn tehokkuutta, vähentää suurten hiukkasten jätteiden rikkoutumista ja alentaa sitä seuraavaa kiinteiden jätteiden käsittelyjärjestystä, "solikaasujen poisto" seuraa → saasteiden poistoenergiankulutusta. "suuri hiukkaskoko → pieni hiukkaskoko" ja suodatus- ja desinfiointiprosessit liittyvät peräkkäin.
Kuten näkyyKuva 1, järjestelmän virtaus on: viljelysäiliön tyhjennys läpikäy esikäsittelyn suurten hiukkasten poistamiseksi, siirtyy karkeisiin ja hienoihin suodatusvaiheisiin hienojen suspendoituneiden kiintoaineiden poistamiseksi, kulkee sitten biosuodattimen läpi hajottaakseen haitallisia aineita, kuten ammoniakkityppeä, ja lopulta desinfioinnin ja hapetuksen jälkeen palaa viljelysäiliöön, jolloin veden laatu ja vesi kierrätetään hallinnassa koko prosessin ajan.
2. Mandariinikalojen vesiviljelylaitosten ja -laitteiden suunnittelu ja tutkimus
Perinteinen vesiviljelylaitosten suunnittelu perustuu usein kokemukseen, mikä johtaa helposti tehottomiin laitteisiin ja kustannushukkaan. Kuten näkyyKuva 2Tämä massatasapainon periaatteeseen perustuva tutkimus rakentaa mallin mandariinikalojen maksimaaliselle biomassan kantokyvylle. Laskemalla maksimisyöttönopeus, jätteen kokonaismäärä ja ammoniakkitypen tuotanto saadaan aikaan tieteellisten laitteiden valinta. Tapaustutkimuksena käytettiin Mandarin-kalankasvatusyritystä Jiangxissa ja keskityttiin vähähäiriöisen jätteenpoistolaitteen ja laitteiden kytkentäjärjestelmän optimointiin. Työpajan ulkoasu näkyyKuva 3. Mandarin Fishin-maapohjaisen teollisen RAS:n asettelu näkyy kuvassaKuva 4.
2.1 Kulttuuriveden kierrätyksen parametrien suunnittelu
Kierrätysnopeus on järjestelmän tehokkaan toiminnan avain, ja se on määritettävä kokonaisvaltaisesti mandariinikalojen kasvatustiheyden, vesimäärän ja vedenkäsittelykapasiteetin perusteella.
Veden kierrätyksen tilavuuden laskentakaava:Q = V × N
jossa: Q on veden kierrätystilavuus (m³/h);
V on viljelyveden tilavuus (m³);
N on kiertokertojen määrä päivässä (kertaa/d).
Kulttuurisäiliön rakenne: Yhden säiliön halkaisija 6 m, korkeus 1,2 m, kartiopohjan korkeus 0,3 m.
Laskettu tilavuus on π×3²×1.2 + 1/3×π×3²×0,3 ≈ 33,91 m³, todellinen viljelyvesitilavuus on noin 30 m³. Yksi työpaja sisältää 10 viljelysäiliötä, kokonaisvesitilavuus 300 m³.
Toimintaparametrit: Kiertonopeus N on asetettu 3-5 kertaa/d; täydennysveden kierto on 10 % kokonaisveden tilavuudesta (kompensoimaan haihtumis- ja poistohäviöitä), jota säädetään reaaliajassa online-valvonnan avulla.
2.2 Kulttuurisäiliön ja jätteenpoistolaitteen suunnittelu
Kuten näkyyKuva 5, viljelysäiliö on suunniteltu "nopeaan jätteenpoistoon ja tasaiseen vedenjakoon" käyttämällä pyöreää säiliörunkoa yhdistettynä kartiopohjaiseen rakenteeseen. Pohjaan on asennettu "Fish Toilet" -laite, joka mahdollistaa vähäisen-häiriöjätteen poiston. Kalakäymälä optimoitiin seuraavasti:
- Tulo-/poistoputken halkaisija standardoitu 200 mm:iin virtausnopeuden lisäämiseksi.
- Peitelevyssä on pyörivä virtaviivainen rakenne, joka parantaa pohjasedimenttien pyörivää huuhteluvaikutusta ja parantaa itse{0}}puhdistuskykyä.
3. Kiinteiden hiukkasten käsittelyprosessin suunnittelu ja tutkimus
Kiinteät hiukkaset käsitellään kokoluokituksen mukaan käyttämällä kolmivaiheista "esikäsittely - karkeasuodatus - hienosuodatus". Tietyt parametrit näkyvät kohdassaTaulukko 1.
3.1 Esikäsittelyprosessi
Käyttää pystysuoraa virtauslaskeuttajaa, joka on yhdistetty viljelysäiliön sivu{0}}tyhjennys- ja pohja-tyhjennysjärjestelmiin ja käyttää painovoimaerotusta poistamaan hiukkaset, joiden koko on suurempi tai yhtä suuri kuin 100 μm. Settleri on kytketty suoraan viljelysäiliöön putkilinjan kuljetushäviöiden vähentämiseksi ja seuraavien suodatusvaiheiden kuormituksen vähentämiseksi.
3.2 Karkeasuodatusprosessi
Kuten näkyyKuva 6, karkeasuodatusprosessi keskittyy mikroseularumpusuodattimeen. Suunnitteluperiaatteita ovat: laitteiden sijoittaminen viljelysäiliöiden lähelle putkilinjan pituuden lyhentämiseksi ja energiankulutuksen vähentämiseksi.
PLC-ohjausjärjestelmän käyttäminen automaattisen vastahuuhtelun saavuttamiseksi (4-6 kertaa/d), koordinoituna online-vedenlaadun seurannan kanssa reaaliaikaista parametrien säätämistä varten.
Hyödyntämällä painovoiman virtaussuunnittelua pumpun tehonkulutuksen ja käyttökustannusten pienentämiseksi.
3.3 Hienosuodatusprosessi
Kuten näkyyKuva 7, hienosuodatusprosessi puhdistaa edelleen veden laatua biosuodattimen ja desinfiointilaitteiston synergistisen toiminnan kautta.
- Biosuodatin: Valitsee korkean-spesifisen-pinta--väliaineen, hydraulinen retentioaika 1–2 tuntia, säilyttää liuenneen hapen pitoisuuden yli 5 mg/L, hajottaa ammoniakkityppeä ja nitriittiä.
- Desinfiointilaitteet: Ultraviolettisterilaattori (annos 3–5 × 10⁴ μW·s/cm²) tai otsonigeneraattori (pitoisuus 0,1–0,3 mg/L, kosketusaika 10–15 min) patogeenisten mikro-organismien tappamiseksi.
- Happijärjestelmä: Puhdas hapetin, jota käytetään yhdessä ilmastimien kanssa vakaan liuenneen hapen tason varmistamiseksi.
4. Putkilinjan asettelu ja ohjausjärjestelmä
4.1 Putkilinjan asettelusuunnittelu
Putket luokitellaan toiminnan mukaan neljään tyyppiin: vesihuolto, kierrätys, jätevesi ja lisävesi. Suunnitteluperiaatteet: Optimoi viljelysäiliöiden ympärille keskittyvä asettelu, pienennä mutkia ja putkilinjan pituutta minimoidaksesi päähäviön; varmistaa tasapainoinen sisään- ja ulosvirtaus tasaisen vesitason ylläpitämiseksi viljelysäiliöissä; jätteenpoistoputkissa on kaltevuus (suurempi tai yhtä suuri kuin 3 %), mikä helpottaa jätteen omaa-keräystä.
4.2 Ohjausjärjestelmän suunnittelu
Järjestelmä käyttää suljetun -silmukan arkkitehtuuria "Sensors - Controller - Actuators" kuten kuvassaKuva 8. Ydintoimintoihin kuuluvat:
- Reaaliaikainen-veden laadun seuranta: Tiedonkeruu verkossa liuenneen hapen, pH:n ja ammoniakkityppiantureiden avulla.
- Laitteiden kytkennän ohjaus: Mikronäytön vastahuuhtelun, hapetuslaitteen tehon ja desinfiointilaitteiden käyttöajan automaattinen säätö veden laatuparametrien perusteella.
- Vika Varoitus: Epänormaalien parametrien laukaisemat ääni- ja visuaaliset hälytykset, jotka välitetään hallintapäätteisiin Ethernetin tai langattoman tiedonsiirron kautta.
5. Laitteiden suorituskyvyn testaustietojen analyysi
Kuten näkyyKuva 9, kuuden{0}}kuukauden koeoperaatio suoritettiin Mandarin Fishin kasvatustukikohdassa Jiangxissa. Järjestelmässä ei esiintynyt vedenkäsittelyn poikkeavuuksia, ja valvonta- ja ennakkovaroitusjärjestelmä toimi vakaasti.
Vedenkäsittelyssä ei havaittu poikkeavuuksia levityksen aikana, valvonta-, varhaisvaroitus- ja ohjausjärjestelmä toimi vakaasti. Viljelysäiliöiden ilmastusta käytettiin yhdessä liuenneen hapen hallinnan kanssa viljelyprosessin aikana. Päälaitteiden suorituskyvyn arviointi on esitetty kohdassaTaulukko 2.
Kokeen aikana eläintiheys saavutti 50-60 kalaa/m³, eloonjäämisaste Yli tai yhtä suuri kuin 90 %, kasvuvauhti nousi 20 % perinteiseen viljelyyn verrattuna ja veden kierrätysaste oli 92 %, mikä saavutti energiansäästö- ja päästövähennystavoitteet.
6. Yhteenveto
Mandarin Fishin{0}}maalla toimiva teollinen RAS saavuttaa vesiviljelytavoitteet "veden säästämisen, korkean tehokkuuden ja ympäristönsuojelun" avulla integroimalla insinööri-, laitos{1}}pohjaisia ja digitaalisia-älykkäitä teknologioita. Tämän tutkimuksen innovaatiot ovat: laitevalinnan optimointi biomassan kantokykymalliin perustuen järjestelmien yhteensopivuuden parantamiseksi; parannellaan vähän-häiriötä aiheuttavaa jätteenpoistolaitetta jätteenpoiston tehokkuuden parantamiseksi; laitteiden kytkennän ohjausjärjestelmän rakentaminen tarkan vedenlaadun säätelyn saavuttamiseksi.
Tätä järjestelmää voidaan edistää ja soveltaa muuhun makean veden kalanviljelyyn, mikä tarjoaa teknisen referenssin vesiviljelyn tehostamiseen. Tulevaisuuden työssä on edelleen vähennettävä laitekustannuksia ja optimoitava anturin suorituskykyä teknologian levinneisyyden lisäämiseksi.