1.Обзор систем рециркуляционной аквакультуры (УЗВ).
(1) Характеристики рециркуляционных систем аквакультуры
Системы замкнутой аквакультуры (УЗВ) представляют собой новую модель аквакультуры, разработанную на основе интенсивной аквакультуры, характеризующейся рециркуляцией и повторным использованием культуральной воды. Помимо преимуществ традиционной интенсивной аквакультуры, УЗВ предлагает значительные преимущества в очистке сточных вод, сокращении потребления воды и минимизации сброса сточных вод. Благодаря оптимизированной конструкции системы водоснабжения и слаженной работе множества установок и устройств УЗВ позволяет повторно использовать весь объем культуральной воды. По сравнению с традиционной интенсивной аквакультурой они превосходят с точки зрения энергоэффективности при контроле температуры, уменьшении загрязнения окружающей среды, а также профилактике и борьбе с болезнями.
УЗВ требуют комплексного использования комплексного комплекса водоочистных и очистных сооружений. Их проектирование процессов включает в себя применение нескольких дисциплин и промышленных технологий, включая гидромеханику, биологию, машиностроение, электронику, химию и информационные технологии автоматизации. Хорошо спроектированная УЗВ-может обеспечить полный контроль параметров качества воды, таких как температура, растворенный кислород и питательные вещества, и при любых обстоятельствах более 90 % воды в системе можно использовать повторно посредством рециркуляции.
(2) Сущность и преимущества РАН
Сущность систем рециркуляционной аквакультуры (УЗВ) заключается в поддержке и оптимизации производства аквакультуры с помощью индустриализированных и модернизированных подходов. Обеспечивая полное-регулирование водной среды, УЗВ может частично преодолеть внешние ограничения, такие как температура, доступность воды и пространство, тем самым обеспечивая-круглогодичное, много-непрерывное производство. Это позволяет заниматься сельским хозяйством в межсезонье и поэтапно выходить на рынок, предоставляя производителям конкурентное преимущество и более высокую экономическую отдачу.
(3)Эффективность производства и использование ресурсов
Отличные производственные показатели системы RAS тесно связаны с ее высокой управляемостью и-эффективностью использования ресурсов. В пересчете на-единицу-воды выход водной продукции в УЗВ в 3–5 раз выше, чем при традиционном протоке-за счет интенсивной аквакультуры, и в 8–10 раз выше, чем при прудовой аквакультуре, при этом выживаемость увеличивается более чем на 10 %. Кроме того, использование ветеринарных препаратов и химических реагентов сокращается почти на 60%. Такое комплексное улучшение показателей эффективности обеспечивает как экономические, так и экологические преимущества УЗВ.
(4) Водоочистка и системная интеграция
В УЗВ культуральная вода подвергается ряду процедур, включая физическую фильтрацию, биологическую очистку, стерилизацию и дезинфекцию, дегазацию и оксигенацию, что позволяет полностью или частично повторно использовать воду. В то же время оптимизация культурной среды может быть интегрирована с автоматизированным оборудованием, таким как автоматические кормушки, что обеспечивает определенную степень автоматизации и интеллектуального управления.
(5)Технологические основы и ключевые особенности
РАН объединяет передовые технологии рыболовства, механического оборудования, новых экологически-материалов, микроэкологического регулирования и цифрового управления. Благодаря полностью контролируемой производственной среде, на которую минимально влияют внешние условия, УЗВ демонстрируют значительные преимущества, включая экономию водных и земельных ресурсов, снижение потребности в энергии для регулирования температуры, стабильные условия выращивания, ускоренные темпы роста, высокую плотность посадки и производство экологически чистой, -чистой,-продукции. Таким образом, УЗВ считаются «самой многообещающей моделью аквакультуры и инвестиционным направлением 21 века».
(6) Разработка и применение в Китае
На сегодняшний день в Китае спроектировано и построено более 900 крупных-УЗВ, охватывающих основные прибрежные провинции, а также внутренние регионы, вплоть до Синьцзяна. Эти системы, охватывающие как морское, так и пресноводное применение, были успешно коммерциализированы, достигнув ожидаемых производственных целей и продемонстрировав отличные эксплуатационные характеристики. Практика производства подтверждает, что УЗВ не только обеспечивает превосходную производительность и экологические преимущества, но также обеспечивает значительно более низкие производственные затраты на единицу урожая по сравнению с другими моделями аквакультуры.
2.Основные процессы и технологии оборотных систем аквакультуры (УЗВ).
В системах оборотной аквакультуры (УЗВ) широко используется промышленное инженерное оборудование и технологии. Обычно они состоят из технологических установок и установок по удалению твердых частиц; удаление взвешенных частиц и растворимых органических веществ; устранение токсичных и вредных растворимых неорганических солей, таких как аммиак и нитрит; контроль патогенов; удаление углекислого газа из метаболизма культивируемых организмов и микроорганизмов; кислородные добавки; и регулирование температуры. Используемые технические процессы включают теплоизоляцию и контроль температуры, удаление твердых частиц, удаление растворимого неорганического азота и фосфора, дезинфекцию и стерилизацию, а также оксигенацию.
(1) Особенности промышленного и интенсивного производства
УЗВ еще больше повышает интенсивные характеристики промышленной аквакультуры, предлагая высокую эффективность производства и небольшую занятость земель, одновременно преодолевая ограничения земельных и водных ресурсов. Являясь моделью сельского хозяйства с высокими-затратами, высокой-выработкой, высокой-плотностью и высокой-эффективностью, RAS соответствует всеобъемлющим целям Китая в области экологической цивилизации и стратегии устойчивого развития.
(2)Экологическое и стратегическое значение
Благодаря своим интенсивным, эффективным, энергосберегающим,-сберегающим-выбросам и экологически чистым функциям УЗВ стала важным направлением трансформации и модернизации аквакультуры в Китае в сторону низко-углеродного и экологически чистого развития. В течение нескольких лет подряд УЗВ входила в список Министерства сельского хозяйства и сельских дел Китая в качестве основной рекомендуемой технологии аквакультуры.
(3)Текущее развитие и тенденции
В настоящее время эта модель получила широкое признание как в научных кругах, так и в промышленности Китая. Масштабы строительства новых систем и общий потенциал фермерских хозяйств в последние годы неуклонно растут, что делает УЗВ одной из ключевых будущих тенденций развития аквакультурной отрасли Китая.
3.Обзор исследований и индустриализации систем замкнутой аквакультуры (УЗВ).
(1)Международные исследования и индустриализация
Ранние исследования и разработки
Самая ранняя система замкнутой аквакультуры (УЗВ) возникла в Японии в 1950-х годах. Впоследствии многие страны начали исследования в области технологий очистки воды и аквакультуры для УЗВ. Первоначально эти исследования основывались на процессах очистки городских сточных вод и системах аквариумного типа (с плотностью культуры всего 0,16–0,48 кг/м³). Однако такие подходы не учитывают уникальные требования коммерческой аквакультуры,-особенно с точки зрения системных затрат, использования ресурсов, соотношения между объемами питательной и очистной воды, а также пропускной способности системы (обычно 50–300 кг/м³). В результате исследовательские усилия столкнулись со многими неудачами, потребовали большого количества ресурсов и продвигались медленно.
Распознавание динамических характеристик
Ранние исследования также упускали из виду важную характеристику РАС: ее динамическую природу. Чтобы система оставалась стабильной и здоровой, скорость производства и разложения отходов метаболизма рыбы должна достичь динамического равновесия. К середине-1980-х годов, когда появилось более глубокое понимание параметров качества воды-, таких как pH, растворенный кислород (DO), общий азот (TN), нитраты (NO₃⁻), биохимическая потребность в кислороде (БПК) и химическая потребность в кислороде (ХПК), а также закономерности их изменения в воде для аквакультуры, эти динамические изменения постепенно были интегрированы в конструкцию системы. Например, дефицит кислорода можно быстро компенсировать аэрацией, однако реакция нитрифицирующих бактерий на повышение концентрации аммиака зачастую значительно отстает. Таким образом, более глубокое знание взаимодействующих ограничивающих факторов становится все более важным для эффективного проектирования и эксплуатации систем.
Проблемы в ранней практике
Многие специалисты по аквакультуре имели опыт работы с проточными-интенсивными системами, но им не хватало знаний о работе УЗВ. В результате им часто не удавалось должным образом контролировать плотность посадки, количество корма, частоту кормления и управление качеством воды, что приводило к дисбалансу в потоке воды в системе и круговороте материалов и, в конечном итоге, приводило к сбоям в работе. Отсутствие научного понимания и опыта управления отразилось на уровнях плотности культуры: УЗВ в лабораторных-масштабах обычно достигала всего 10–42 кг/м³, в то время как ранние УЗВ в коммерческом-масштабе поддерживались на уровне 6,7–7,9 кг/м³. После более чем полувека технологического прогресса,-включая оптимизацию процессов, аэрацию и оксигенацию (например, использование жидкого кислорода), автоматическое кормление и выбор подходящих видов,-современные системы УЗВ преодолели множество ограничивающих факторов и теперь могут поддерживать высокую плотность культур 50–300 кг/м³.
Промышленный рост и технологические инновации
Поскольку традиционная прудовая аквакультура столкнулась со стагнацией из-за конкуренции за землю и давления на окружающую среду, в период с 1980-х по 1990-е годы УЗВ в Европе и Северной Америке переживал быстрый рост. Это промышленное расширение сопровождалось технологическими усовершенствованиями, включая использование фильтров под давлением и без-под давлением для крупных взвешенных веществ, озонирование для дезинфекции и разложения органических веществ, а также разработку множества биологических фильтров, таких как погружные фильтры, капельные фильтры, возвратно-поступательные фильтры, вращающиеся биологические контакторы, барабанные биофильтры и реакторы с псевдоожиженным слоем, а также анаэробные установки денитрификации. Благодаря этим достижениям система RAS постепенно усовершенствовалась и вошла в коммерческое применение.
Случай Соединенных Штатов
Соединенные Штаты сохранили лидирующие позиции как в фундаментальных, так и в прикладных исследованиях РАН, охватывающих такие области, как питание и физиология интенсивно выращиваемых видов, профилактика заболеваний и технологии очистки воды. Ключевой особенностью РАН США является высокая степень автоматизации и механизации контроля качества воды. Компьютерные-системы автоматически регулируют растворенный кислород, pH, проводимость, мутность и уровни аммиака, а также условия окружающей среды, такие как температура, влажность и интенсивность света. Используя свою передовую промышленную базу, США широко внедрили высокотехнологичное оборудование для оксигенации, биологической очистки, удаления твердых частиц, сортировки и сбора урожая. Например, экспериментальная система УЗВ, разработанная Центром морской биотехнологии Университета Мэриленда, включает процессы анаэробной очистки, очень напоминающие системы, разработанные компанией Aquatec-Solutions в Дании.
4.Проблемы и меры противодействия развитию промышленных систем рециркуляционной аквакультуры (УЗВ).
(1) Недостаточная интеграция объектов и оборудования
Хотя китайское оборудование для очистки воды, автоматической подачи, дезинфекции и аэрации постепенно приблизилось к передовому международному уровню, общая системная интеграция остается недостаточной. Отсутствие крупных-предприятий, способных производить комплектные комплекты оборудования СУЗ, увеличило стоимость и сложность строительства, тем самым препятствуя быстрому развитию отечественного оборудования.
(2) Необходимость оптимизации специализированных комбикормов
В настоящее время формулы кормов для аквакультуры в Китае очень однородны и не содержат специализированных кормов, предназначенных для УЗВ и конкретных выращиваемых видов. Это увеличивает эксплуатационную нагрузку на системы очистки воды и влияет на производительность сельского хозяйства. Необходимо разработать видоспецифичные корма для УЗВ с хорошо-сбалансированным питанием, низкой скоростью выщелачивания и благоприятными коэффициентами конверсии корма.
(3) Профилактика и контроль заболеваний требуют большей точности.
Высокая-плотность и высокая-эффективность сельского хозяйства повышают риск вспышек заболеваний в случае возникновения системного дисбаланса, а патогены трудно устранить в закрытых системах. Необходимо улучшить оптимизацию системы, чтобы улучшить буферную емкость, а исследования должны быть сосредоточены на физиологии рыб, реакциях на стресс, ранних индикаторах заболеваний и эффективных механизмах-предупреждения о заболеваниях.
(4) Значительное давление энергопотребления и снижения затрат
Высокие первоначальные инвестиции в строительство и потребление энергии являются неизбежными проблемами УЗВ. Меры по-сбережению энергии должны быть реализованы как на уровне оборудования, так и на уровне систем, включая разработку низкоэнергетических-фильтров, устройств для удаления CO₂, технологий очистки сточных вод, а также применения возобновляемых источников энергии, таких как солнечные, ветровые и водные-тепловые насосы.
(5) Отсутствие стандартизации в эксплуатации и управлении.
В настоящее время в Китае не существует единых технических стандартов и норм для УЗВ. В результате конструкция систем, методы управления и производительность сельского хозяйства сильно различаются, а сбои в работе являются обычным явлением. Крайне важно создать стандартизированную техническую основу для здоровой аквакультуры, улучшить стандарты процессов и управления, а также продвигать демонстрационные проекты стандартизированного производства.
(6) Необходимость усиления фундаментальных исследований
Научное понимание некоторых аспектов остается недостаточным, включая состояние здоровья культивируемых видов в условиях высокой-плотности и специфического качества воды, структурные изменения биопленок во время работы системы, механизмы круговорота питательных веществ и оптимальные методы удаления и безвредной обработки твердых частиц. Эти пробелы препятствуют дальнейшему развитию соответствующих технологий и оборудования.
(7) Будущие тенденции и возможности развития
Несмотря на эти проблемы, УЗВ предлагает значительные преимущества в эффективности производства, экологической устойчивости и благополучии животных. Будучи зеленой, экологической, замкнутой и эффективной моделью ведения сельского хозяйства, она соответствует глобальным тенденциям к низко-развитию с низким уровнем выбросов углерода. Ожидается, что с модернизацией рыбного хозяйства Китая, развитием экологической цивилизации и ускорением достижения целей углеродной нейтральности РАН вступит в новую фазу быстрого развития.