Технология контроля роста и качества воды пресноводных рыб в системе замкнутой аквакультуры
В условиях постоянного улучшения интенсификации отрасли аквакультуры и все более строгих требований к охране окружающей среды традиционные модели аквакультуры сталкиваются с многочисленными проблемами, такими как загрязнение окружающей среды, растрата водных ресурсов и снижение качества продукции. Система рециркуляционной аквакультуры (УЗВ), как новый тип метода аквакультуры, имеет такие преимущества, как экономия воды, экономия земель, высокая плотность посадки, экологический контроль и сокращение сброса сточных вод. Он соответствует текущим национальным стратегическим требованиям экономики замкнутого цикла, энергосбережения и сокращения выбросов, представляя важное направление трансформации и развития отрасли аквакультуры и став важнейшей моделью устойчивого развития современного рыболовства. В УЗВ вода аквакультуры циркулирует после прохождения физической фильтрации, биологической очистки, аэрации, дезинфекции и других обработок, что требует от системы постоянного поддержания условий качества воды, подходящих для роста рыбы. Колебания различных параметров качества воды, являющихся непосредственной средой выживания рыб, напрямую влияют на физиологические функции, метаболическую эффективность и устойчивость рыб к болезням, что в конечном итоге проявляется в различиях в показателях роста. Таким образом, углубленное изучение внутренней взаимосвязи между контролем качества воды и показателями роста пресноводной рыбы в УЗВ имеет важное теоретическое и практическое значение для повышения эффективности аквакультуры и содействия здоровому развитию промышленности.
1 Обзор системы рециркуляционной аквакультуры
Модель рециркуляционной аквакультуры представляет собой метод ведения сельского хозяйства, при котором культуральная вода рециркулируется после очистки с помощью процессов физической, химической и биологической фильтрации. Исследования по технологии рециркуляционной аквакультуры за рубежом начались ранее. В 1960-х годах такие страны, как США, Нидерланды и Дания, инициировали соответствующие исследования. В Соединенных Штатах его в основном использовали для выращивания радужной форели, полосатого окуня и черного морского окуня; Нидерланды в основном использовали его для приготовления европейского угря и африканского сома; Технологическая система рециркуляционной аквакультуры в Дании представляла собой полузакрытую систему открытого типа, которая в основном использовалась для производства радужной форели.
В 1980-х годах Китай внедрил зарубежные технологии и оборудование для рециркуляционной аквакультуры. Из-за высоких инвестиционных и эксплуатационных затрат большая часть введенных объектов была быстро заброшена. В 1988 году Научно-исследовательский институт рыболовного оборудования и приборов Китайской академии рыбных наук, опираясь на западногерманские технологии, спроектировал и построил первый в Китае цех по производству рециркуляционной аквакультуры. В последние годы китайские ученые, такие как Цюй Кеминг, предложили модели технологий рециркуляционной аквакультуры высокого, среднего и низкого уровня, основанные на различных потребностях различных типов предприятий аквакультуры, и продвигали их в прибрежных районах; Лю Бо из станции распространения технологий рыболовства провинции Хэйлунцзян предложил «контейнерную» технологию и модели рециркуляционной аквакультуры; Профессор Хэ Сюган из Хуачжунского сельскохозяйственного университета предложил прудовую «зеленую» и эффективную модель аквакультуры «в неволе» с «нулевым сбросом».
Модели рециркуляционной аквакультуры в основном делятся на такие типы, как «канальная», «контейнерная» и «кативная». Если взять в качестве примера модель аквакультуры «канальной дорожки», то она состоит из проточного-резервуара, зоны сбора отходов, аэрационных установок, отводных сооружений, зоны очистки, водно-болотных угодий и других компонентов. Небольшой-водоемный-водоёмный-ареал аквакультуры состоит из прямоугольных резервуаров, занимающих 2–5 % площади пруда. В последние годы характеристики внутреннего расхода-через резервуары обычно составляют 20 м в длину, 4 м в ширину и 2,5 м в высоту, при этом на 6670 м² водного объекта устанавливается 1–2 резервуара. Основным компонентом является водо-аэрационное оборудование. В ранних версиях использовались крыльчатки для выталкивания воды и аэрационные устройства для насыщения кислородом, но теперь в большинстве случаев используется пневмоподъемное оборудование, состоящее из воздуходувок, микропористых аэрационных трубок и перегородок. Как правило, на каждые три резервуара строятся два соединенных между собой погружных резервуара для сбора отходов объемом 10 м³, которые размещаются в задней части потока-через резервуары для сбора отходов из культурной зоны. Большая-площадь экологической очистки-водоема занимает 95–98% площади пруда, с водозаборными дамбами и глубиной воды более 2 м. На этой территории в основном выращивают рыбу, питающуюся фильтром-, при этом покрытие водными растениями контролируется на уровне 20–30 % площади очистки. Он оснащен лопастными аэраторами, импеллерными аэраторами, волновыми -машинами и т. д., при необходимости добавляются микробные препараты.
2 Влияние модели рециркуляционной аквакультуры на показатели роста пресноводной рыбы
2.1 Темпы роста
Модель рециркуляционной аквакультуры может обеспечить относительно стабильную среду для роста пресноводной рыбы, что помогает улучшить темпы роста. В традиционной прудовой аквакультуре на качество воды сильно влияют внешние факторы окружающей среды, такие как температура и осадки, которые могут легко вызвать колебания качества воды и повлиять на рост рыбы. В модели рециркуляционной аквакультуры система контроля качества воды может поддерживать относительно стабильные параметры качества воды, такие как температура воды, растворенный кислород и значение pH, создавая подходящие условия для роста рыбы. Например, в модели аквакультуры «канальной дорожки» скорость потока воды в проточном-резервуаре можно регулировать с помощью аэрационного оборудования,-нагнетающего воду. Соответствующая скорость потока может способствовать движению рыбы, улучшению ее физической формы, увеличению потребления корма и ускорению роста.
2.2 Коэффициент использования корма
Модель рециркуляционной аквакультуры может улучшить коэффициент использования корма пресноводной рыбой. В традиционной аквакультуре после раздачи корма часть корма опускается на дно, не потребляясь, образуя отходы. Тем временем корм, опускающийся на дно, разлагается с образованием вредных веществ, влияющих на качество воды. В модели рециркуляционной аквакультуры благодаря эффекту потока воды корм может лучше распределяться в воде, что облегчает его потребление рыбами и тем самым сокращает отходы корма. Кроме того, очистные сооружения, такие как биофильтры в системе рециркуляционной аквакультуры, могут удалять из культуральной воды органические вещества, такие как остатки корма и фекалии, снижая содержание в воде вредных веществ, таких как аммиачный азот и нитритный азот. Это снижает влияние этих вредных веществ на пищеварительную и поглотительную функции рыб, тем самым улучшая коэффициент использования корма.
2.3 Качество продукции
Модель рециркуляционной аквакультуры помогает улучшить качество продукции из пресноводной рыбы. В традиционной аквакультуре рыба подвержена заражению такими патогенами, как паразиты и бактерии, что приводит к возникновению заболеваний и влияет на качество продукции. В модели замкнутой аквакультуры такие меры, как контроль качества воды и дезинфекция, могут эффективно снизить количество патогенов в воде, снижая риск заболеваний рыб. В то же время относительно чистая среда роста рыбы в модели замкнутой аквакультуры снижает образование нежелательных запахов, таких как мутный запах, улучшая вкус и качество продукта.
3 ключевых параметра и методы контроля качества воды в модели замкнутой аквакультуры
3.1 Ключевые параметры
3.1.1 Растворенный кислород
Растворенный кислород является одним из важных параметров качества воды, влияющих на рост рыб. Рыбам требуется достаточное количество кислорода для дыхания во время роста. Недостаток растворенного кислорода может привести к замедлению роста, снижению иммунитета и даже смерти. Как правило, уровень растворенного кислорода в рециркуляционных системах аквакультуры следует поддерживать на уровне выше 5 мг/л.
3.1.2 Аммиачный азот
Аммиачный азот является одним из основных загрязнителей воды аквакультуры, главным образом образующимся из экскрементов рыб и разложения остатков корма. Аммиачный азот очень токсичен для рыб, повреждая жаберную ткань, нервную и иммунную системы, влияя на рост и выживание. Концентрацию аммиачного азота в рециркуляционных системах аквакультуры следует контролировать на уровне ниже 0,5 мг/л.
3.1.3 Нитритный азот
Нитритный азот является промежуточным продуктом, образующимся при нитрификации аммиачного азота, и обладает определенной токсичностью. Нитритный азот соединяется с гемоглобином в крови рыб, снижая ее-переносящую способность кислорода и вызывая у рыб гипоксию и удушье. Концентрацию нитритного азота в системах рециркуляционной аквакультуры следует контролировать на уровне ниже 0,1 мг/л.
3.1.4 Значение pH
Значение pH является важным показателем, отражающим кислотность или щелочность воды и оказывающим существенное влияние на рост и физиологические функции рыб. Значение pH в системах замкнутой аквакультуры следует контролировать в пределах от 7,0 до 8,5.
3.2 Методы контроля качества воды
3.2.1 Физический контроль
Физический контроль в основном включает такие меры, как фильтрация, осаждение и аэрация. Фильтрация – эффективный метод удаления из воды взвешенных веществ и твердых частиц. Обычно используемое фильтрующее оборудование включает микросетчатые фильтры и песочные фильтры. Седиментация использует силу тяжести для осаждения твердых частиц в воде на дно, тем самым очищая воду. Аэрация является важным средством увеличения содержания растворенного кислорода в воде. Обычно используемое аэрационное оборудование включает в себя воздуходувки, лопастные аэраторы и крыльчатые аэраторы.
3.2.2 Химический контроль
Химический контроль в основном включает добавление в воду химических веществ для регулирования качества воды. Например, при слишком высоких концентрациях аммиачного и нитритного азота в воде можно добавлять препараты нитрифицирующих бактерий, которые ускоряют реакции нитрификации и снижают содержание аммиачного и нитритного азота; когда значение pH воды слишком низкое, для повышения значения pH можно применить негашеную известь.
3.2.3 Биологический контроль
Биологический контроль использует микроорганизмы, водные растения и другие организмы для очистки воды. Микроорганизмы могут разлагать органические вещества в воде, превращая вредные вещества, такие как аммиачный азот и нитритный азот, в безвредные вещества. Обычно используемые микробные препараты включают фотосинтезирующие бактерии, бациллы и нитрифицирующие бактерии. Водные растения могут поглощать из воды питательные вещества, такие как азот и фосфор, уменьшая вероятность эвтрофикации, а также обеспечивая среду обитания и затенение для рыб. Обычные водные растения включают водяной гиацинт, аллигатор и элодея.
4. Корреляция между показателями роста пресноводной рыбы и контролем качества воды в модели замкнутой аквакультуры
4.1 Растворенный кислород и ростовые характеристики
Когда растворенного в воде кислорода достаточно, дыхание рыб функционирует нормально, обмен веществ активен, потребление корма увеличивается, скорость роста ускоряется. И наоборот, метаболизм замедляется, а скорость роста снижается. В модели рециркуляционной аквакультуры разумные меры аэрации поддерживают стабильный уровень растворенного кислорода в воде, обеспечивая хорошую дыхательную среду для рыб и способствуя их росту и развитию.
4.2 Аммиачный азот, нитритный азот и показатели роста
Аммиачный азот и нитритный азот являются токсичными веществами в воде для аквакультуры, которые серьезно вредят росту и выживанию рыб. Высокие концентрации аммиачного азота повреждают жаберную ткань рыб, влияя на дыхательную функцию; они также повреждают нервную и иммунную систему рыб, снижая их устойчивость к болезням. В модели рециркуляционной аквакультуры очистные сооружения, такие как биофильтры, могут быстро удалять аммиачный и нитритный азот из воды, снижая их токсическое воздействие на рыбу и обеспечивая ее здоровый рост.
4.3 Значение pH и эффективность роста
Значение pH оказывает важное влияние на рост и физиологические функции рыб. Разные виды рыб имеют разные адаптивные диапазоны значения pH. В модели рециркуляционной аквакультуры значение pH воды регулярно проверяется, и на основе результатов испытаний принимаются соответствующие меры по корректировке.
5 тенденций развития и проблемы модели замкнутой аквакультуры
5.1 Направление развития интеллектуальных и точных технологий
С развитием Интернета вещей, больших данных и технологий искусственного интеллекта модель рециркуляционной аквакультуры развивается в сторону интеллекта и точности. Путем интеграции таких систем, как онлайн-мониторинг качества воды, автоматическая подача и контроль оборудования, можно добиться регулирования среды выращивания в-режиме реального времени и автоматического управления производственным процессом.
5.2 Низко-Охрана окружающей среды и устойчивое развитие
Модель рециркуляционной аквакультуры отвечает требованиям низко-защиты окружающей среды и устойчивого развития за счет экономии воды, энергосбережения и снижения загрязнения. Будущие усилия должны быть направлены на дальнейшую оптимизацию процессов очистки воды, снижение энергопотребления и затрат, а также на улучшение стабильности и работоспособности системы. Например, возобновляемые источники энергии, такие как солнечная и ветровая энергия, могут использоваться для снабжения электроэнергией, сокращая выбросы углекислого газа; Технология микробных топливных элементов может быть использована для достижения энергетического использования органических веществ в сточных водах, создавая интегрированную систему «аквакультурной-энергетической-защиты окружающей среды».
5.3 Проблемы и меры противодействия
Нынешняя модель рециркуляционной аквакультуры по-прежнему сталкивается с такими проблемами, как высокие инвестиции, техническая сложность и высокие требования к управлению. Необходимо усилить технологические исследования и разработки, а также комплексные инновации для снижения затрат на строительство и эксплуатацию систем; улучшить стандартную систему и эксплуатационные характеристики для повышения технического уровня фермеров; и усилить политическую поддержку и финансовые инвестиции для содействия применению моделей оборотной аквакультуры в сельских районах.
6 Заключение и перспективы
Модель рециркуляционной аквакультуры благодаря разумному контролю качества воды поддерживает стабильные уровни ключевых параметров качества воды, таких как растворенный кислород, аммиачный азот, нитритный азот и значение pH. Это обеспечивает хорошую среду для роста пресноводных рыб, улучшая скорость их роста, коэффициент использования корма и качество продукции. В настоящее время при практическом применении модели рециркуляционной аквакультуры все еще существуют такие проблемы, как низкая эффективность сбора отходов из-за влияния конструкции культурального резервуара на гидродинамические характеристики и нестабильная эффективность очистки биофильтров. Будущие исследования должны дополнительно оптимизировать структуру культурального резервуара для повышения эффективности сбора отходов; усилить исследования в области регулирования роста биопленок и оптимизации циркуляции воды для повышения эффективности очистки биофильтров; одновременно объединять интеллектуальные технологии для мониторинга-мониторинга в реальном времени и автоматического контроля параметров качества воды, что еще больше повышает научный и точный характер модели рециркуляционной аквакультуры и способствует устойчивому развитию отрасли аквакультуры пресноводной рыбы.