Industrieel recirculerend aquacultuursysteem (RAS), als opkomende aquacultuurtechnologie, aangedreven door het nationale visserijbeleid, bereikt intensivering, hoge efficiëntie en ecologische duurzaamheid in de aquacultuur door de integratie van industriële technische apparatuur en technologieën voor milieucontrole. Zijnkern voordelenerbij betrekken:waterrecycling bespaart meer dan 90% water, onafhankelijkheid van regionale en seizoensbeperkingen, nauwkeurige regeling van belangrijke omgevingsfactoren zoals watertemperatuur en opgeloste zuurstof, waardoor de landproductiviteit en de voerconversie aanzienlijk worden verbeterd. Het wordt erkend als een cruciale richting voor de duurzame ontwikkeling van de aquacultuur. Gekenmerkt door "hoge investeringen, hoge dichtheid en hoge productie", wordt de wijdverbreide acceptatie ervan beperkt door factoren zoals hoge initiële investeringen (kosten van faciliteiten en apparatuur) en hoge technische barrières (acclimatisatie van zaden en waterkwaliteitsbeheer).
Mandarijnvis (Siniperca chuatsi), als zoetwateraquacultuursoort met een hoge-waarde, wordt geconfronteerd met uitdagingen in de traditionele landbouw, zoals veelvuldig voorkomende ziekten, moeilijkheden bij de controle van de waterkwaliteit en onstabiele opbrengsten. Momenteel zijn de technische reserves voor industriële RAS van mandarijnvis nog steeds onvoldoende, vooral omdat er een gebrek is aan systematische praktijk op gebieden als optimalisatie van landbouwprocessen, speciaal apparatuurontwerp en waterzuiveringsprocessen. Dit onderzoek richt zich op de efficiënte recycling en benutting van waterbronnen, met als doel het procesapparatuursysteem voor de land-industriële aquacultuur van mandarijnvissen te construeren. Door de optimalisatie van apparaten voor het afvoeren van afval met weinig-storingen en de integratie van apparatuurkoppelingstechnologie, wordt experimenteel onderzoek uitgevoerd naar sleutelindicatoren zoals de efficiëntie van waterzuivering en bio-laadcapaciteit. Het doel is om een repliceerbare technische oplossing te ontwikkelen ter ondersteuning van de hoogwaardige ontwikkeling van de mandarijnviskwekerijindustrie.
1. Industriële recirculerende aquacultuurprocesstroom
De kern van een industriële RAS is het bereiken van een dynamische waterbalans en recycling via een gesloten-lusproces van "fysieke filtratie - biologische zuivering - desinfectie en oxygenatie". "Het kweken van vis begint met het verhogen van water"; parameters zoals waterstroomsnelheid, temperatuur, pH, ammoniak-stikstofconcentratie en opgelost zuurstofniveau hebben rechtstreeks invloed op de groeiomgeving van mandarijnvissen. Dit systeemontwerp volgt het principe van "kleine systemen, meerdere eenheden". De kernlogica is: snellere stroomsnelheden kunnen de efficiëntie van de systeemverwerking verbeteren, de afbraak van groot deeltjesvormig afval verminderen en het daaropvolgende energieverbruik van de verwerking verlagen; de verwijdering van verontreinigende stoffen volgt de volgorde "vast → vloeibaar → gas", de behandeling van vast afval wordt beoordeeld op "grote deeltjesgrootte → kleine deeltjesgrootte", en filtratie- en desinfectieprocessen zijn sequentieel verbonden.
Zoals weergegeven inFiguur 1De systeemstroom is als volgt: de afvoer uit de kweektank ondergaat een voorbehandeling om groot deeltjesvormig afval te verwijderen, gaat naar de grove en fijne filtratiefasen om fijne zwevende vaste stoffen te verwijderen, gaat vervolgens door een biofilter om schadelijke stoffen zoals ammoniakstikstof af te breken en keert uiteindelijk, na desinfectie en oxygenatie, terug naar de kweektank, waardoor gedurende het hele proces een gecontroleerde waterkwaliteit en waterrecycling wordt bereikt.
2. Ontwerp en onderzoek van aquacultuurfaciliteiten en -apparatuur voor mandarijnvissen
Het ontwerp van traditionele aquacultuurfaciliteiten is vaak gebaseerd op ervaring, wat gemakkelijk leidt tot inefficiënte apparatuur en kostenverspilling. Zoals weergegeven inFiguur 2construeert deze studie, gebaseerd op het principe van massabalans, een model voor het maximale biomassa-draagvermogen van mandarijnvissen. Door de maximale voedingssnelheid, het totale afval en de ammoniak-stikstofproductie te berekenen, wordt de selectie van wetenschappelijke apparatuur bereikt. Met behulp van een mandarijnviskwekerij in Jiangxi als casestudy lag de nadruk op het optimaliseren van het -storingsvrije afvalafvoerapparaat en het koppelingssysteem van de apparatuur. De werkplaatsindeling is weergegeven inFiguur 3. De indeling van de op het land-gebaseerde industriële RAS voor mandarijnvis wordt weergegeven inFiguur 4.
2.1 Ontwerp van parameters voor recirculatie van kweekwater
De recirculatiesnelheid is de sleutel tot een efficiënte werking van het systeem en moet uitgebreid worden bepaald op basis van de dichtheid van de mandarijnvisbezetting, het watervolume en de waterbehandelingscapaciteit.
Berekeningsformule waterrecirculatievolume:Q = V × N
Waarbij: Q het waterrecirculatievolume is (m³/h);
V is het kweekwatervolume (m³);
N is het aantal recirculaties per dag (keer/d).
Ontwerp van kweektank: enkele tank met een diameter van 6 m, hoogte 1,2 m, kegelbodemhoogte 0,3 m.
Het berekende volume is π×3²×1.2 + 1/3×π×3²×0,3 ≈ 33,91 m³, het werkelijke kweekwatervolume is ongeveer 30 m³. Eén werkplaats bevat 10 kweektanks, totaal watervolume 300 m³.
Bedrijfsparameters: Recirculatiesnelheid N is ingesteld op 3-5 keer/d; De suppletiewatercirculatie bedraagt 10% van het totale watervolume (ter compensatie van verdampings- en afvoerverliezen), in realtime aangepast via online monitoring.
2.2 Ontwerp van kweektank en afvalafvoerapparaat
Zoals weergegeven inFiguur 5De kweektank is ontworpen met als doel "snelle afvoer van afval en uniforme waterverdeling", waarbij gebruik wordt gemaakt van een rond tanklichaam gecombineerd met een kegelvormige bodemstructuur. Aan de onderkant is een 'Vistoilet' geïnstalleerd om een storingsvrije afvalafvoer- te bewerkstelligen. Het Vistoilet is als volgt geoptimaliseerd:
- De diameter van de inlaat-/uitlaatbuis is gestandaardiseerd op 200 mm om de stroomsnelheid te verhogen.
- De afdekplaat heeft een roterend, gestroomlijnd ontwerp om het roterende spoeleffect op bodemsedimenten te versterken en het zelfreinigende vermogen- te verbeteren.
3. Ontwerp en onderzoek van procesbehandeling voor vaste deeltjes
Vaste deeltjes worden behandeld op basis van grootteclassificatie met behulp van een drie--stapsproces van "voorbehandeling - grove filtratie - fijne filtratie". Specifieke parameters worden weergegeven inTabel 1.
3.1 Voorbehandelingsproces
Maakt gebruik van een verticale stroombezinker die is gekoppeld aan de zij-{0}}afvoer- en bodemafvoersystemen- van de kweektank, waarbij gebruik wordt gemaakt van zwaartekrachtscheiding om deeltjes groter dan of gelijk aan 100 μm te verwijderen. De kolonist is rechtstreeks verbonden met de kweektank om transportverliezen via de pijpleiding te verminderen en de belasting van de daaropvolgende filtratiefasen te verminderen.
3.2 Grof filtratieproces
Zoals weergegeven inFiguur 6Het grove filtratieproces concentreert zich op een microzeeftrommelfilter. Ontwerpprincipes omvatten: het plaatsen van de apparatuur dicht bij de kweektanks om de lengte van de pijpleiding te verkorten en het energieverbruik te verminderen.
Gebruik van een PLC-besturingssysteem om automatisch terugspoelen te realiseren (4-6 keer/d), gecoördineerd met online monitoring van de waterkwaliteit voor realtime parameteraanpassing.
Gebruikmakend van het zwaartekrachtontwerp om het stroomverbruik van de pomp te verminderen en de bedrijfskosten te verlagen.
3.3 Fijnfiltratieproces
Zoals weergegeven inFiguur 7Het fijne filtratieproces zuivert de waterkwaliteit verder door de synergetische werking van de biofilter- en desinfectieapparatuur.
- Biofilter: Selecteert media met een hoog-specifiek-oppervlak-oppervlak, hydraulische retentietijd 1-2 uur, houdt opgeloste zuurstof vast Groter dan of gelijk aan 5 mg/l, breekt ammoniakstikstof en nitriet af.
- Desinfectieapparatuur: Ultraviolette sterilisator (dosis 3-5 × 10⁴ μW·s/cm²) of ozongenerator (concentratie 0,1-0,3 mg/L, contacttijd 10-15 min) om pathogene micro-organismen te doden.
- Zuurstofsysteem: Zuivere zuurstof-oxygenator gebruikt in combinatie met beluchters om stabiele opgeloste zuurstofniveaus te garanderen.
4. Indeling en controlesysteem voor pijpleidingen
4.1 Ontwerp van pijpleidinglay-out
Pijpleidingen zijn per functie onderverdeeld in vier typen: watervoorziening, recirculatie, afvalafvoer en suppletiewater. Ontwerpprincipes: Optimaliseer de lay-out gecentreerd rond kweektanks, verklein de bochten en pijpleidinglengte om drukverlies te minimaliseren; zorgen voor een evenwichtige in- en uitstroom om stabiele waterniveaus in kweektanks te handhaven; Afvalafvoerleidingen hebben een helling (groter dan of gelijk aan 3%) om de zelf-inzameling van afval te vergemakkelijken.
4.2 Ontwerp van het besturingssysteem
Het systeem maakt gebruik van een gesloten-lusarchitectuur van 'Sensoren - Controller - Actuators', zoals weergegeven inFiguur 8. Kernfuncties zijn onder meer:
- Real- monitoring van de waterkwaliteit: Online gegevensverzameling via opgeloste zuurstof-, pH- en ammoniak-stikstofsensoren.
- Controle van de koppeling van apparatuur: Automatische aanpassing van de terugspoeling van het microscherm, het vermogen van de oxygenator en de looptijd van de desinfectieapparatuur op basis van de waterkwaliteitsparameters.
- Schuld waarschuwing: Hoorbare en visuele alarmen geactiveerd door abnormale parameters, doorgestuurd naar managementterminals via Ethernet of draadloze communicatie.
5. Analyse van testgegevens van apparatuurprestaties
Zoals weergegeven inFiguur 9, werd een proefoperatie van zes- maanden uitgevoerd op een mandarijnviskwekerijbasis in Jiangxi. Het systeem ondervond geen afwijkingen in de waterbehandeling en het monitoring- en waarschuwingssysteem functioneerde stabiel.
Er werden geen afwijkingen in de waterbehandeling gevonden tijdens de toepassing; het monitoring-, waarschuwings- en controlesysteem functioneerde stabiel. Tijdens het kweekproces werd beluchting in de kweektanks gebruikt in combinatie met regeling van opgeloste zuurstof. De prestatie-evaluatie van de hoofdapparatuur wordt weergegeven inTabel 2.
Tijdens de proef bereikte de bezettingsdichtheid 50-60 vissen/m³, het overlevingspercentage groter dan of gelijk aan 90%, het groeipercentage steeg met 20% in vergelijking met de traditionele landbouw en het waterrecyclingpercentage bereikte 92%, waarmee doelstellingen op het gebied van energiebesparing en emissiereductie werden bereikt.
6. Samenvatting
De land{0}}industriële RAS voor mandarijnvis bereikt de aquacultuurdoelstellingen van 'waterbesparing, hoge efficiëntie en milieubescherming' door de integratie van technische, faciliteits-gebaseerde en digitale-intelligente technologieën. De innovaties van dit onderzoek liggen in: het optimaliseren van de selectie van apparatuur op basis van het biomassadraagvermogenmodel om de systeemmatching te verbeteren; het verbeteren van het-storingsvrije afvalafvoerapparaat om de efficiëntie van de afvalverwijdering te verbeteren; het bouwen van een controlesysteem voor de koppeling van apparatuur om een nauwkeurige regeling van de waterkwaliteit te bereiken.
Dit systeem kan worden gepromoot en toegepast op andere zoetwaterviskwekerijen, waardoor een technische referentie wordt geboden voor de intensiveringstransformatie van de aquacultuur. Toekomstig werk moet de apparatuurkosten verder verlagen en de sensorprestaties optimaliseren om de penetratiegraad van de technologie te vergroten.