Промышленная циркуляционная система аквакультуры (УЗВ), как новая технология аквакультуры, основанная на национальной политике рыболовства, обеспечивает интенсификацию, высокую эффективность и экологическую устойчивость в аквакультуре за счет интеграции промышленного инженерного оборудования и технологий экологического контроля. Егоосновные преимуществавключать:рециркуляция воды, экономия более 90% воды, независимость от региональных и сезонных ограничений, точное регулирование ключевых факторов окружающей среды, таких как температура воды и растворенный кислород, значительное повышение продуктивности земель и коэффициентов конверсии корма.. Это признано важнейшим направлением устойчивого развития аквакультуры. Его широкое внедрение, характеризующееся «высокими инвестициями, высокой плотностью и высокой производительностью», сдерживается такими факторами, как высокие первоначальные инвестиции (стоимость объектов и оборудования) и высокие технические барьеры (акклиматизация семян и управление качеством воды).
Рыба-мандаринка (Siniperca chuatsi)), как ценный-вид пресноводной аквакультуры, сталкивается с такими проблемами в традиционном сельском хозяйстве, как частые заболевания, трудности с контролем качества воды и нестабильные урожаи. В настоящее время технические резервы для промышленной УЗВ рыбы-мандаринки остаются недостаточными, особенно из-за отсутствия систематической практики в таких областях, как оптимизация процессов выращивания, разработка специального оборудования и процессы очистки воды. Это исследование сосредоточено на эффективной переработке и использовании водных ресурсов с целью создания системы технологического оборудования для наземной промышленной аквакультуры рыбы-мандаринки. Посредством оптимизации устройств для сброса отходов с низким уровнем-помех и интеграции технологии соединения оборудования проводятся экспериментальные исследования таких ключевых показателей, как эффективность очистки воды и био-емкость нагрузки. Цель состоит в том, чтобы разработать воспроизводимое техническое решение для поддержки высококачественного развития индустрии выращивания мандаринской рыбы.
1. Технологическая схема промышленной рециркуляционной аквакультуры
Ядром промышленной УЗВ является достижение динамического водного баланса и рециркуляция с помощью замкнутого-процесса "физическая фильтрация - биологическая очистка - дезинфекция и оксигенация". "Выращивание рыбы начинается с поднятия воды"; такие параметры, как скорость потока воды, температура, pH, концентрация аммиачного азота и уровень растворенного кислорода, напрямую влияют на среду роста рыбы-мандаринки. Эта конструкция системы следует принципу «маленькие системы, несколько единиц». Ее основная логика такова: более высокие скорости потока могут повысить эффективность обработки системы, уменьшить разрушение крупных твердых частиц и снизить потребление энергии на последующую обработку; удаление загрязняющих веществ следует последовательности «твердое → жидкость → газ», обработка твердых отходов классифицируется по принципу «крупный размер частиц → малый размер частиц», а также фильтрация и Процессы дезинфекции последовательно соединены.
Как показано вРисунок 1Поток системы таков: дренаж из культурального резервуара подвергается предварительной очистке для удаления крупных твердых частиц, поступает на стадии грубой и тонкой фильтрации для удаления мелких взвешенных твердых частиц, затем проходит через биофильтр для разложения вредных веществ, таких как аммиачный азот, и, наконец, после дезинфекции и оксигенации, возвращается в культуральный резервуар, обеспечивая контролируемое качество воды и рециркуляцию воды на протяжении всего процесса.
2. Проектирование и исследование объектов и оборудования для аквакультуры мандаринок.
Традиционное проектирование объектов аквакультуры часто основано на опыте, что легко приводит к неэффективному оборудованию и напрасным затратам. Как показано вРисунок 2Это исследование, основанное на принципе баланса массы, строит модель максимальной несущей способности биомассы рыбы-мандаринки. Путем расчета максимальной нормы подачи, общего количества отходов и производства аммиачного азота осуществляется выбор научного оборудования. На примере предприятия по выращиванию мандариновой рыбы в провинции Цзянси основное внимание уделялось оптимизации устройства для сброса отходов с низким-низким уровнем помех и системы соединения оборудования. Схема мастерской представлена наРисунок 3. Схема наземной-промышленной УЗВ для рыбы-мандаринки показана на рис.Рисунок 4.
2.1 Разработка параметров рециркуляции культуральной воды
Скорость рециркуляции является ключом к эффективной работе системы и должна определяться комплексно на основе плотности посадки мандаринок, объема воды и мощности очистки воды.
Формула расчета объема рециркуляции воды:Q = V × N
Где: Q – объем рециркуляции воды (м³/ч);
V – объем культуральной воды (м³);
N – количество рециркуляций в сутки (раз/сут).
Конструкция культурального резервуара: диаметр одного резервуара 6 м, высота 1,2 м, высота дна конуса 0,3 м.
Расчетный объем составляет π×3²×1.2 + 1/3×π×3²×0,3 ≈ 33,91 м³, фактический объём культуральной воды составляет около 30 м³. В одном цехе имеется 10 культуральных резервуаров, общий объем воды 300 м³.
Рабочие параметры: Скорость рециркуляции N установлена на уровне 3-5 раз в день; Циркуляция подпиточной воды составляет 10% от общего объема воды (для компенсации потерь на испарение и сброс), корректируется в режиме реального времени посредством онлайн-мониторинга.
2.2 Конструкция культурального резервуара и устройства для слива отходов
Как показано вРисунок 5Культуральный резервуар спроектирован с целью «быстрого сброса отходов и равномерного распределения воды» с использованием круглого корпуса резервуара в сочетании с конусообразным дном. Внизу установлено устройство «Рыбный туалет», обеспечивающее тихий-выброс отходов. Рыбий туалет был оптимизирован следующим образом:
- Диаметр входной/выходной трубы стандартизирован до 200 мм для увеличения скорости потока.
- Крышка имеет вращающуюся обтекаемую конструкцию, которая усиливает эффект промывки донных отложений при вращении и улучшает способность само-очистки.
3. Разработка и исследование процесса очистки твердых частиц
Твердые частицы обрабатываются путем классификации по размеру с использованием трехэтапного-процесса "предварительная обработка - грубая фильтрация - тонкая фильтрация". Конкретные параметры показаны наТаблица 1.
3.1 Процесс предварительной обработки
Использует отстойник с вертикальным потоком, соединенный с системами бокового-слива и нижнего-слива культурального резервуара, используя гравитационное разделение для удаления частиц размером больше или равных 100 мкм. Отстойник напрямую подсоединяется к культуральному резервуару, что позволяет снизить потери при транспортировке по трубопроводу и снизить нагрузку на последующие этапы фильтрации.
3.2 Процесс грубой фильтрации
Как показано вРисунок 6Процесс грубой фильтрации сосредоточен на барабанном микрофильтре. Принципы проектирования включают в себя: размещение оборудования рядом с культуральными резервуарами для сокращения длины трубопровода и снижения энергопотребления.
Использование системы управления ПЛК для автоматической обратной промывки (4-6 раз в день), скоординированной с онлайн-мониторингом качества воды для регулировки параметров в режиме реального времени.
Использование конструкции гравитационного потока для снижения энергопотребления насоса и снижения эксплуатационных расходов.
3.3 Процесс тонкой фильтрации
Как показано вРисунок 7Процесс тонкой фильтрации дополнительно очищает воду за счет синергетического действия биофильтра и дезинфицирующего оборудования.
- Биофильтр: Выбирает среду с большой-удельной-поверхностью-площадью, время гидравлического удерживания 1–2 часа, сохраняет растворенный кислород в концентрации более или равной 5 мг/л, разлагает аммиачный азот и нитрит.
- Дезинфицирующее оборудование: Ультрафиолетовый стерилизатор (доза 3-5 × 10⁴ мкВт·с/см²) или генератор озона (концентрация 0,1-0,3 мг/л, время контакта 10-15 мин) для уничтожения патогенных микроорганизмов.
- Система оксигенации: Оксигенатор чистого кислорода используется в сочетании с аэраторами для обеспечения стабильного уровня растворенного кислорода.
4. Схема расположения трубопроводов и система управления.
4.1 Проектирование компоновки трубопровода
Трубопроводы подразделяются по функциям на четыре типа: водоснабжение, рециркуляция, сброс сточных вод и подпиточная вода. Принципы проектирования: оптимизируйте компоновку вокруг культурных резервуаров, уменьшите колена и длину трубопровода, чтобы минимизировать потери напора; обеспечить сбалансированный приток и отток для поддержания стабильного уровня воды в культуральных резервуарах; Трубы для сброса отходов имеют уклон (больше или равный 3%), чтобы облегчить само-сбор отходов.
4.2 Проектирование системы управления
В системе используется архитектура замкнутого-цикла «Датчики - Контроллер - Исполнительные механизмы», как показано на рис.Рисунок 8. Основные функции включают в себя:
- Мониторинг качества воды-в режиме реального времени: Сбор данных в режиме онлайн с помощью датчиков растворенного кислорода, pH и аммиачного азота.
- Управление связью оборудования: Автоматическая регулировка обратной промывки микросеток, мощности оксигенатора и времени работы дезинфекционного оборудования в зависимости от параметров качества воды.
- Вина предупреждение: Звуковые и визуальные сигналы тревоги, вызванные аномальными параметрами, передаваемые на терминалы управления через Ethernet или беспроводную связь.
5. Анализ данных испытаний производительности оборудования.
Как показано вРисунок 9, шестимесячная-пробная эксплуатация была проведена на базе по выращиванию мандариновой рыбы в провинции Цзянси. В системе не наблюдалось никаких нарушений в очистке воды, а система мониторинга и раннего оповещения работала стабильно.
Нарушений водоочистки в ходе применения не выявлено, система мониторинга, раннего оповещения и контроля работала стабильно. Аэрацию культуральных резервуаров использовали в сочетании с контролем растворенного кислорода в процессе выращивания. Оценка производительности основного оборудования представлена на рис.Таблица 2.
В ходе испытаний плотность посадки достигла 50-60 рыб/м³, выживаемость составила более или равна 90%, скорость роста увеличилась на 20% по сравнению с традиционным сельским хозяйством, а степень рециркуляции воды достигла 92%, что позволило достичь целей по энергосбережению и сокращению выбросов.
6. Резюме
Наземная-промышленная УЗВ для рыбы-мандаринки достигает целей аквакультуры, заключающихся в «сбережении воды, высокой эффективности и защите окружающей среды» за счет интеграции инженерных,-объектных и цифровых-интеллектуальных технологий. Инновации этого исследования заключаются в: оптимизации выбора оборудования на основе модели пропускной способности биомассы для улучшения соответствия системы; усовершенствование устройства для сброса отходов с низким-низким уровнем помех для повышения эффективности удаления отходов; построение системы управления связями оборудования для достижения точного регулирования качества воды.
Эту систему можно продвигать и применять к другим видам пресноводного рыбоводства, обеспечивая техническую основу для интенсификации преобразований аквакультуры. Будущая работа должна направлена на дальнейшее снижение затрат на оборудование и оптимизацию производительности датчиков, чтобы увеличить скорость проникновения технологии.