Litopenaeus vannamei, широко известная как тихоокеанская белая креветка, представляет собой эвригалинный вид, ценимый за высокий выход мяса, сильную стрессоустойчивость и быстрый рост. Это один из важнейших видов креветок, выращиваемых в Китае. В настоящее время основные модели выращивания L. vannamei в Китае включают открытые пруды, небольшие тепличные пруды и пруды с высоким-уровнем. Однако внутреннее производство по-прежнему не может удовлетворить рыночный спрос, что требует значительного импорта. Более того, быстрое распространение таких моделей, как мелкое тепличное хозяйство, выявило такие проблемы, как неполная техническая база, частые вспышки заболеваний и проблемы с очисткой сточных вод. На фоне пропаганды сохранения ресурсов и устойчивого развития Система замкнутого цикла аквакультуры (RAS), признанная интенсивной, эффективной и экологически чистой моделью ведения сельского хозяйства, в последние годы привлекла широкое внимание в отрасли.
РАН использует промышленные методы активного регулирования водной среды. Он отличается низким потреблением воды, небольшой занимаемой площадью, минимальным загрязнением окружающей среды и позволяет производить высококачественную-безопасную продукцию с меньшим количеством заболеваний и более высокой плотностью посадки. Его производство практически не ограничено географией и климатом. Эта модель может похвастаться высокой эффективностью использования ресурсов и характеризуется высокими инвестициями и высокой производительностью, что представляет собой решающий путь к устойчивому развитию отрасли аквакультуры. В настоящее время домашнее выращивание L. vannamei сосредоточено в прибрежных районах, в основном с использованием природной морской воды. Внутренние регионы, ограниченные доступностью источников воды и экологическими нормами, сталкиваются со значительным несоответствием между предложением и потребительским спросом. Исследование УЗВ с использованием искусственной морской воды во внутренних районах имеет большое значение для снабжения местных рынков и содействия региональному экономическому развитию. В ходе этого эксперимента была успешно построена закрытая УЗВ для L. vannamei во внутренних условиях и проведен успешный цикл выращивания. Методы и данные, касающиеся строительства систем, искусственной подготовки морской воды и управления фермами, могут служить справочным материалом для выращивания L. vannamei во внутренних водах.
1. Материалы и методы.
1.1 Материалы
Испытание проводилось на селекционной ферме Leiocassis longirostris провинции Сычуань. Пост-личинки L. vannamei (стадия P5) были получены с базы Хуанхуа компании Qingdao Hainen Aquatic Seed Industry Technology Co., Ltd. и имели хорошее здоровье. Используемый корм был торговой марки «Xia Gan Qiang» от Tongwei Group Co., Ltd. Его основными компонентами были: сырой белок более или равный 44,00%, сырой жир более или равный 6,00%, сырая клетчатка менее или равна 5,00% и сырая зола менее или равна 16,00%.
1.2. Подготовка искусственной морской воды
В качестве исходной воды использовалась подземная вода из скважины. Перед использованием для искусственной подготовки морской воды ее последовательно обрабатывали дезинфекцией (хлорка 30 мг/л, аэрация 72 ч), удалением остаточного хлора (тиосульфат натрия, 15 мг/л) и детоксикацией (этилендиаминтетрауксусная кислота (ЭДТА), 10–30 мг/л).
Искусственную морскую воду соленостью 8 готовили с использованием кристаллов морской соли в качестве основного ингредиента; его основные компоненты перечислены вТаблица 1. CaCl₂, MgSO₄ и KCl пищевого качества использовались в качестве дополнения к элементам Ca, Mg и K. После приготовления пищевой- NaHCO₃ использовали для доведения общей щелочности до 250 мг/л (в виде CaCO₃), а NaHCO₃ вместе с моногидратом лимонной кислоты использовали для доведения pH до 8,2–8,4.
1.3 Строительство РАН
1.3.1 Общая концепция проекта
Сочетая независимый дизайн и комплексное применение, была создана УЗВ для L. vannamei с использованием многоэтапной физической обработки и биофильтрации. Соответствующие стратегии работы системы, протоколы регулирования качества воды и научные стратегии кормления были реализованы в соответствии с потребностями роста креветок на разных стадиях с целью обеспечения стабильной работы, экономичности и эффективности производства.
1.3.2 Основной технологический процесс и технические параметры
Существующая система выращивания рыбы в контейнерах-была модифицирована для создания системы RAS L. vannamei, состоящей из резервуаров для культивирования, составного устройства для сбора оболочки и твердых частиц (трех-дренаж), биофильтра, циркуляционных насосов и т. д. Технологическая схема показана на рис.Рисунок 1.
Общий расчетный объем воды в системе составил 750 м3, объем системы водоочистки - 150 м3, эффективный объем культуры - 600 м3. Расчетная культуральная нагрузка составила 7 кг/м³. Основные технические параметры указаны вТаблица 2.
1.3.3 Структурный проект
Шесть восьмиугольных культуральных резервуаров были расположены в два ряда. Учитывая удобство управления, экологическую стабильность и инвестиционные затраты, основная конструкция резервуаров была кирпично-бетонной. Размеры составили: длина 10,0 м, ширина 10,0 м, глубина 1,2 м, с обрезанными кромками 3,0 м. Эффективный объем воды на резервуар составлял 100 м³. Дно резервуара имело уклон (16 %) в сторону центрального стока (Рисунок 2).
Трехходовое дренажное устройство-состояло из центрального коллектора (для мертвых креветок, панцирей и крупных частиц), отстойника с вертикальным потоком (для разбитых панцирей, средних частиц, фекалий) и сифонного бокового-сборника дренажа (для мелких раковин и мелких---частиц) (Рисунок 2).
На одной стороне резервуара для кондиционирования была установлена пластиковая щеточная рамка для сбора и удаления оболочек и частиц из выпускного отверстия резервуара. В этом резервуаре можно было отрегулировать кальций, магний, общую щелочность и pH. Объем резервуара составил 20 м³, время гидравлического удержания 0,13 часа.
Циркуляционный насос был расположен на другой стороне резервуара для кондиционирования и использовал одноступенчатый насос для повышения энергоэффективности. В зависимости от экологии и нагрузки креветок скорость рециркуляции была рассчитана на 2–6 раз/день. Производительность насоса 150 м³/ч, напор 10 м, мощность 5,5 кВт.
Щеточный фильтр был оснащен несколькими фильтрующими мешками. Мешки подключались через патрубки к входному отверстию фильтра, закреплялись хомутами. Сточные воды поступали в мешки по трубам. Мешки были изготовлены из полипропилена (ПП), наполнены пластиковой щеткой, эффективно улавливающей частицы размером более 0,125 мм. Резервуар с эластичной средой состоял из корпуса резервуара (прямоугольной формы, глубина 2 м), решетчатых рамок (параллельно поверхности) и установленных на рамах эластичных сред (Рисунок 3). Среда представляла собой множество двойных-пластиковых колец с полиэфирными нитями, образующими пучки волокон, распределенных по всему резервуару. Его принцип работы заключался в создании эффекта седиментации медленного-потока посредством перехвата среды и использовании биопленки, образующейся на ее поверхности, для поглощения, разложения и преобразования неорганического азота и фосфора.
Биофильтр включал в себя корпус резервуара (прямоугольный, глубина 2 м), аэрационные элементы и био-среду (Рисунок 4). В состав аэрационного узла входили воздухораспределительные трубы. Воздух поступал сверху и выпускался снизу, создавая полностью смешанную картину потока. Резервуар был заполнен средой биопленочного реактора с подвижным слоем (MBBR). Благодаря целенаправленному усилению нитрификации и регулированию щелочности большое количество нитрифицирующих бактерий прикрепляется к среде, потребляя органические вещества и удаляя аммиак и нитриты, создавая таким образом нитрифицирующий биофильтр. Впускная и выпускная трубы располагались на противоположных сторонах, с выходным экраном на внутренней стенке. В этом исследовании эффективный объем биофильтра был установлен на уровне 25% от объема системной культуры с коэффициентом заполнения среды 30% с использованием среды K5.
Система аэрации сочетает в себе механический и чистый кислородный методы. При высоком уровне растворенного кислорода (DO) основной задачей была механическая аэрация: использование вихревого вентилятора высокого-давления и высококачественных-микропористых трубок в качестве диффузоров для максимизации эффективности переноса O₂ и снижения шума. Когда раствор кислорода был низким, добавляли аэрацию чистым кислородом: с помощью генератора кислорода + пропеллера с микро-пузырьковой водой. Генератор кислорода выдает концентрацию O₂ выше 90 %, рассеиваемую через нано-керамический диск в пропеллере. При высокой нагрузке комбинация генератора кислорода + кислородного конуса выполняла функцию вспомогательной аэрации, используя подкачивающий насос для создания перенасыщенной кислородом воды в конусе.
1.4 Измерение качества воды
Концентрации аммиака и нитрита (в виде N) измеряли с помощью многопараметрического анализатора воды Aokedan. Общее количество взвешенных веществ (TSS) измеряли с помощью многопараметрического анализатора Hach DR 900.
1.5 Управление фермой и работа системы
Суд начался 8 августа 2022 года и продлился 74 дня. Все шесть танков были укомплектованы. Размер поголовья составил 961 особь/кг, плотность около 403 особей/м³, всего 241 800 пост-личинок. Частота кормления составляла 6 раз в день, при этом дневной рацион уменьшался примерно с 7,0% (рано) до 2,5% (поздно) от расчетной биомассы.
Циркуляция в системе началась через 3 дня после-пополнения запасов, первоначально со скоростью 2 цикла/день, а позже увеличилась до 4 циклов/день. В начале исследования осуществлялся ежедневный дренаж, восполнявший только воду, потерянную в результате дренажа и испарения. В дальнейшем опорожнение следовало за каждым кормлением (через 1 час), при этом ежедневный обмен воды составлял менее 10 % от объема восполнения на ранней- стадии.
Первоначально использовалась механическая аэрация (вихревой вентилятор). Из-за последующего увеличения нагрузки на систему была использована комбинация механической аэрации, генератора кислорода + нано-керамический диск и генератора кислорода + кислородного конуса.
Регулярно измерялись DO, температура, pH, содержание аммиака и нитритов в резервуарах. За ростом и питанием креветок наблюдали и записывали.
1.6 Обработка и анализ данных
Данные были организованы с помощью WPS Office Excel. Графики созданы с использованием Origin 2021.
Для расчета скорости водообмена (R), коэффициента конверсии корма (F) использовались следующие формулы:ЧР) и выживаемость (RS):
R = 100% × V₁ / (V × t) ... (1)
FЧР = W / (Wₜ − W₀) ... (2)
RS = 100% × S / N ... (3)
Где: R – суточная норма водообмена (%/сут); V₁ – общий объем обменной воды (м³); V – общий объем воды в системе (м³); t – дни культивирования (d). ФЧР– коэффициент конверсии корма; W – общий расход корма (кг); Wₜ и W₀ представляют собой конечную массу урожая и начальную массу посадки (кг). РS– выживаемость (%); S – общее количество добытых особей (особей); N – общее количество поголовья (особей).
2. Результаты
2.1 Водообмен
В ходе исследования общий объем водообмена составил 1000 м³, при среднесуточном обмене 1,8%.
2.2 Аммиак и нитрит
Концентрация аммиака в резервуарах оставалась ниже 1,3 мг/л (кроме 5-го дня), а концентрация нитритов оставалась ниже 1,6 мг/л, причем оба находились на относительно стабильном уровне (Рисунок 5).
На ранней стадии (первые 15 дней) содержание аммиака в резервуарах быстро уменьшалось, а количество нитритов быстро увеличивалось, что указывает на образование биопленки в биофильтре и превращение аммиака в нитрит. На середине-этапа (15–50 дней) при усилении кормления концентрации аммиака и нитрита оставались стабильными, что свидетельствует о синхронном окислении аммиака и нитрита в биофильтре и стабильной работе системы. После 50-го дня как аммиак, так и нитрит показали тенденцию к снижению, что, возможно, указывает на повышенную способность к нитрификации и более зрелую систему. Это не удалось подтвердить в дальнейшем, поскольку судебный процесс закончился.
Рисунок 6показывает, что тенденции содержания аммиака на входе и выходе биофильтра были схожими, но разрыв между кривыми постепенно увеличивался, что указывает на улучшение удаления аммиака. Кривые нитрита на входе и выходе почти перекрывались и не показали общей тенденции к увеличению, что позволяет предположить, что система сохраняла способность к окислению нитрита до конца.
2.3 Растворенный кислород и общая щелочность
Как показано вРисунок 7Несмотря на увеличение нагрузки на систему, комбинированные методы аэрации поддерживали уровень растворенного кислорода в резервуаре выше 6 мг/л. Кроме того, добавлением NaHCO₃ общая щелочность поддерживалась на уровне 175–260 мг/л.
2.4 Общее количество взвешенных веществ
Тенденции концентрации взвешенных веществ в ключевых точках системы показаны на рис.Рисунок 8. TSS в притоке в отстойник с вертикальным потоком и боковую сифонную коробку (часть трехходового дренажа) отражает тенденции TSS в резервуарах. Общий уровень TSS увеличивался постепенно, стабилизируясь на средне-поздних стадиях (после 35-го дня) и демонстрируя тенденцию к снижению на последующих этапах лечения.
2.5 Результаты фарма
Общее поголовье составило 241 800 пост-личинок средним размером 0,52 г в 6 резервуарах при средней плотности 403 особи/м³. Через 74 дня общий урожай составил 3012,2 кг, средний размер 15,82 г, средняя выживаемость 78,75%, средняя урожайность 5,02 кг/м³. Общий ввод корма составил 3386,51 кг, F.ЧР1.18. Расчетные затраты (семена, корма, товары медицинского назначения, электричество, искусственная морская вода, дезинфекция) составили 155 870,6 юаней. Выручка от продажи креветок составила 192 780,8 юаней, в результате чего прибыль за цикл составила 36 910,2 юаня.
3. Обсуждение
В последние годы РАН стала весьма перспективным направлением выращивания L. vannamei. В ходе этого испытания была построена УЗВ, включающая резервуары для культивирования, сборщик композитных оболочек/частиц, щеточный фильтр, биофильтр и аэрационное оборудование, а также успешно проведен один цикл выращивания в закрытых помещениях.
По сравнению с традиционной УЗВ эта система проще. Структурно в нем не было такого оборудования, как барабанные фильтры и протеиновые скиммеры, которые имеют относительно более высокие постоянные затраты и затраты на техническое обслуживание. Вместо этого компания использовала более простые устройства для очистки воды, чтобы создать многоуровневую комплексную очистку частиц и растворенных загрязняющих веществ, добившись хорошего контроля качества воды с помощью более простых процессов и меньших затрат.
Используя различные методы управления качеством воды, адаптированные к различным стадиям роста и нагрузкам на систему, система поддерживала уровень аммиака и нитрита ниже 1,3 и 1,6 мг/л соответственно, а раствор кислорода выше 6 мг/л, в конечном итоге достигая выхода 5,02 кг/м³. Это близко к результатам Yang Jing et al. Кроме того, система очистки воды контролировала среднесуточный обменный курс на уровне 1,8%, полностью используя свои возможности очистки и значительно снижая затраты.
УЗВ предлагает экологические преимущества, безопасность продукции и меньшее количество заболеваний. Из-за ограничений транспортировки L. vannamei имеет большой рыночный потенциал внутри страны. Проведение УЗВ для L. vannamei во внутренних районах страны соответствует тенденциям отрасли. В настоящее время выращивание креветок во внутренних водах осуществляется в основном в пресной воде, при этом урожайность и качество отстают от морского выращивания. Использование искусственной морской воды в этом исследовании частично устранило этот пробел. Однако нынешняя высокая стоимость искусственной морской воды требует оптимизации процессов УЗВ для удаления азота и фосфора, чтобы обеспечить возможность повторного использования воды, что является эффективным способом снижения затрат и должно стать ключевым направлением исследований для УЗВ L. vannamei во внутренних водоемах.
FЧРявляется важным показателем эффективности СКС. Финальная буква «Ф»ЧРЗначение 1,18 в этом испытании сопоставимо с традиционным интенсивным сельским хозяйством. Преимущество RAS как закрытой системы заключается в повторном использовании входных данных. На основе повышения производительности очистки воды, разработки точных стратегий кормления для снижения FЧРдолжно быть следующим направлением оптимизации.