1. Преглед рециркулационих система аквакултуре (РАС)
(1) Карактеристике рециркулационих система аквакултуре
Рециркулацијски системи аквакултуре (РАС) су нови модел аквакултуре развијен на бази интензивне аквакултуре, који карактерише рециркулација и поновна употреба воде за културу. Поред предности конвенционалне интензивне аквакултуре, РАС нуди значајне предности у третману отпадних вода, смањењу потрошње воде и минимизирању испуштања ефлуента. Оптимизованим пројектовањем система водоснабдевања и координисаним радом више објеката и уређаја, РАС омогућава поновну рециклажу целокупне количине воде за културу. У поређењу са традиционалном интензивном аквакултуром, супериорни су у погледу енергетске ефикасности за контролу температуре, ублажавање загађења животне средине и превенцију и контролу болести.
РАС захтевају интегрисану употребу свеобухватног скупа постројења за пречишћавање и третман воде. Њихов дизајн процеса укључује примену више дисциплина и индустријских технологија, укључујући механику флуида, биологију, машинство, електронику, хемију и информационе технологије аутоматизације. Добро-дизајниран РАС може да постигне потпуну контролу параметара квалитета воде као што су температура, растворени кисеоник и хранљиве материје, и под било којим околностима, више од 90% воде у систему може се поново користити кроз рециркулацију.
(2) Суштина и предности РАС
Суштина рециркулацијских система аквакултуре (РАС) лежи у подршци и оптимизацији производње аквакултуре кроз индустријализоване и модернизоване приступе. Омогућавањем потпуне-регулације процеса у воденој средини, РАС може делимично да превазиђе спољна ограничења као што су температура, доступност воде и простор, чиме се постиже -целогодишња, више-серијска континуирана производња. Ово омогућава вансезонску пољопривреду и постепени улазак на тржиште, пружајући произвођачима конкурентску предност и већи економски повраћај.
(3) Ефикасност производње и коришћење ресурса
Одличне производне перформансе РАС-а уско су повезане са његовим карактеристикама које се могу веома контролисати и{0}}ефикасне ресурсе. На основу-јединице-воде, принос водених производа у РАС је 3–5 пута већи од приноса традиционалног тока-кроз интензивну аквакултуру и 8–10 пута већи од приноса рибњачке аквакултуре, док се стопе преживљавања повећавају за више од 10%. Штавише, употреба ветеринарских лекова и хемијских средстава смањена је за скоро 60%. Ова свеобухватна побољшања показатеља учинка осигуравају и економске и еколошке користи РАС-а.
(4) Пречишћавање воде и интеграција система
У РАС, вода за културу пролази кроз низ третмана, укључујући физичку филтрацију, биолошко пречишћавање, стерилизацију и дезинфекцију, дегазацију и оксигенацију, омогућавајући потпуну или делимичну поновну употребу воде. У исто време, оптимизација окружења културе може бити интегрисана са аутоматизованом опремом као што су аутоматске хранилице, омогућавајући одређени степен аутоматизације и интелигентно управљање.
(5) Технолошке основе и кључне карактеристике
РАС интегрише напредне технологије из инжењерства рибарства, механичке опреме, нових еко{0}}материјала, микроеколошке регулативе и дигиталног управљања. Захваљујући потпуно контролисаном производном окружењу, на које спољни услови минимално утичу, РАС показује значајне предности, укључујући очување воде и земљишта, смањену потражњу за енергијом за регулацију температуре, стабилне услове узгоја, убрзане стопе раста, високу густину насељености и производњу еколошких-производа без загађења-. Као такав, РАС се сматра „најперспективнијим моделом аквакултуре и смером улагања у 21. веку“.
(6) Развој и примена у Кини
До данас је у Кини пројектовано и изграђено више од 900 великих-РАС-а, који обухватају главне приморске провинције, као и унутрашње регионе, протежући се чак до Синђианга. Ови системи, који обухватају и морске и слатководне апликације, успешно су комерцијализовани, испуњавајући очекиване производне циљеве и демонстрирајући одличне оперативне перформансе. Производне праксе потврђују да РАС не само да пружа супериорну продуктивност и еколошке предности, већ такође постиже значајно ниже трошкове производње по јединици приноса у поређењу са другим моделима аквакултуре.
2. Кључни процеси и технологије рециркулационих система аквакултуре (РАС)
Системи за рециркулацију аквакултуре (РАС) у великој мери користе опрему и технологије индустријског инжењеринга. Обично се састоје од процесних јединица и постројења за уклањање чврстих честица; уклањање суспендованих честица и растворљивих органских материја; елиминација токсичних и штетних растворљивих неорганских соли као што су амонијак и нитрит; контрола патогена; уклањање угљен-диоксида из метаболизма узгојених организама и микроорганизама; суплементација кисеоником; и регулацију температуре. Технички процеси који су укључени укључују топлотну изолацију и контролу температуре, уклањање чврстих честица, уклањање растворљивог неорганског азота и фосфора, дезинфекцију и стерилизацију, као и оксигенацију.
(1) Индустријализоване и интензивне производне карактеристике
РАС даље унапређује интензивне карактеристике индустријске аквакултуре, нудећи високу ефикасност производње и заузимање малог земљишта, уз превазилажење ограничења земљишта и водних ресурса. Као модел високог{1}}улагања, високог{2}}излаза, велике-густине и високе{4}}ефикасности, РАС је усклађен са свеобухватним циљевима Кине за еколошку цивилизацију и стратегије одрживог развоја.
(2)Еколошки и стратешки значај
Са својим интензивним, ефикасним карактеристикама{0}}уштедама енергије, смањењем-емисија и еколошки прихватљивим карактеристикама, РАС је постао важан правац за трансформацију и унапређење аквакултуре у Кини ка ниско-угљеничном и зеленом развоју. Неколико узастопних година, РАС је наведен од стране Министарства пољопривреде и руралних послова Кине као главна препоручена технологија аквакултуре.
(3) Тренутни развој и трендови
Тренутно је овај модел стекао широко признање и од академске заједнице и од индустрије у Кини. Обим изградње нових система и укупни капацитети за пољопривреду су у сталном порасту последњих година, што РАС чини једним од кључних будућих развојних трендова кинеске индустрије аквакултуре.
3. Преглед истраживања и индустријализације рециркулационих система аквакултуре (РАС)
(1) Међународно истраживање и индустријализација
Рано истраживање и развој
Најранији рециркулацијски систем аквакултуре (РАС) појавио се у Јапану током 1950-их. Након тога, многе земље су започеле истраживање о пречишћавању воде и технологијама аквакултуре за РАС. У почетку су ове студије биле засноване на процесима пречишћавања комуналних отпадних вода и системима у акваријумском{3}}стилу (са густином културе од само 0,16–0,48 кг/м³). Међутим, такви приступи нису узели у обзир јединствене захтеве комерцијалне аквакултуре-нарочито у погледу трошкова система, коришћења ресурса, односа између запремине воде за узгој и пречишћавање и капацитета система (обично 50–300 кг/м³). Као резултат тога, истраживачки напори су наишли на многе неуспехе, потрошили су велике количине ресурса и споро су напредовали.
Препознавање динамичких карактеристика
Ране студије су такође занемариле важну карактеристику РАС-а: његову динамичну природу. Стопе производње и деградације метаболичког отпада рибе морају достићи динамичку равнотежу да би систем остао стабилан и здрав. Средином -1980-их, са растућим разумевањем параметара квалитета воде-као што су пХ, растворени кисеоник (ДО), укупни азот (ТН), нитрати (НО₃⁻), биохемијска потражња за кисеоником (БОД) и хемијска потражња за кисеоником (ЦОД) – и њихови обрасци варијације у дизајну воде аквакултуре постепено су интегрисани у ове динамичке промене у систему аквакултуре. На пример, недостатак кисеоника може се брзо исправити аерацијом, али одговор нитрификујућих бактерија на повећање концентрације амонијака често значајно заостаје. Стога је дубље познавање интеракцијских ограничавајућих фактора постало све важније за ефикасан дизајн и рад система.
Изазови у раној пракси
Многи практичари аквакултуре су имали искуства са протоком-кроз интензивне системе, али им је недостајало знање о раду РАС-а. Као резултат тога, често нису успевали да правилно контролишу густину насељености, количине храњења, учесталост храњења и управљање квалитетом воде, што је довело до неравнотеже у протоку воде у систему и циклусу материјала и на крају узрокујући кварове у раду. Овај недостатак научног разумевања и искуства управљања се одразио на нивое густине културе: лабораторијска-размера РАС је обично достизала само 10–42 кг/м³, док је рана комерцијална-размера РАС одржавала чак 6,7–7,9 кг/м³. После више од пола века технолошког напретка-укључујући оптимизацију процеса, аерацију и оксигенацију (нпр. коришћење течног кисеоника), аутоматско храњење и избор одговарајућих врста-модерни РАС је превазишао многе ограничавајуће факторе и сада може да подржи високу густину културе од 50–300 кг/м³.
Индустријски раст и технолошке иновације
Како се традиционална рибњачка аквакултура суочила са стагнацијом због конкуренције земљишта и притисака на животну средину, РАС у Европи и Северној Америци је доживео брз раст између 1980-их и 1990-их. Ову индустријску експанзију пратила су технолошка побољшања, укључујући употребу филтера под притиском и без-филтера под притиском за велике суспендоване материје, озонирање за дезинфекцију и разградњу органске материје, и развој више биолошких филтера као што су потопљени филтери, филтери за цурење, клипни филтери, филтери са повратним флуидом, биолошки контакти са ротирајућим слојем течности као јединице за анаеробну денитрификацију. Са овим напретком, РАС је постепено сазревао и ушао у комерцијалну примену.
Случај Сједињених Држава
Сједињене Државе су задржале водећу позицију у фундаменталним и примењеним истраживањима РАС, покривајући области као што су исхрана и физиологија врста које се интензивно узгајају, превенција болести и технологије за пречишћавање воде. Кључна карактеристика УС РАС је њихов висок степен аутоматизације и механизације у контроли квалитета воде. Рачунарски{4}}системи аутоматски регулишу растворени кисеоник, пХ, проводљивост, замућеност и нивое амонијака, као и услове околине као што су температура, влажност и интензитет светлости. Користећи своју напредну индустријску базу, САД су широко усвојиле-опрему високе технологије за оксигенацију, биолошко пречишћавање, уклањање чврстих материја, сортирање и жетву. На пример, експериментални РАС који је развио Центар за морску биотехнологију на Универзитету Мериленд укључује процесе анаеробног третмана, који су веома слични системима које је дизајнирао Акуатец{10}}Солутионс у Данској.
4. Изазови и контрамере за развој индустријализованих рециркулационих система аквакултуре (РАС)
(1) Недовољна интеграција објеката и опреме
Иако су се опрема за третман воде, аутоматско храњење, дезинфекцију и аерацију у Кини постепено приближила међународном напредном нивоу, укупна интеграција система остаје неадекватна. Недостатак великих-предузећа способних да произведу комплетне комплете РАС опреме повећао је трошкове и сложеност изградње, чиме је ометао брзи напредак домаће опреме.
(2) Потреба за оптимизацијом специјализоване смеше за животиње
Тренутно су формуле за аквафеед у Кини веома хомогене и немају специјализовану храну дизајнирану за РАС и специфичне култивисане врсте. Ово повећава оперативно оптерећење система за пречишћавање воде и утиче на учинак пољопривреде. Неопходно је развити-специфична РАС храна за врсте са добро-избалансираном исхраном, ниским степеном испирања и повољним односима конверзије хране.
(3) Превенција и контрола болести захтевају већу прецизност
Висока{0}}густина и високо{1}}ефикасна пољопривреда повећава ризик од избијања болести када дође до неравнотеже система, а патогене је тешко елиминисати у затвореним системима. Оптимизација система би требало да буде побољшана да би се побољшао капацитет пуферовања, док би истраживање требало да се фокусира на физиологију риба, одговор на стрес, ране индикаторе болести и ефикасне механизме{3}}упозоравања болести.
(4) Значајан притисак потрошње енергије и смањење трошкова
Висока почетна улагања у изградњу и потрошња енергије су незаобилазни изазови РАС-а. -Мере уштеде енергије треба да се примењују и на нивоу опреме и система, укључујући развој нискоенергетских филтера, уређаја за уклањање ЦО₂, технологија за пречишћавање отпадне воде и апликација за обновљиве изворе енергије као што су топлотне пумпе са соларним извором, ветром и водом-.
(5) Недостатак стандардизације у раду и управљању
Тренутно не постоје јединствени технички стандарди или норме за РАС у Кини. Као резултат тога, дизајн система, праксе управљања и пољопривредне перформансе увелико варирају, а оперативни пропусти су уобичајени. Неопходно је успоставити стандардизовани технички оквир за здраву аквакултуру, побољшати стандарде процеса и управљања и промовисати демонстрационе пројекте за стандардизовану производњу.
(6) Потреба за ојачаним основним истраживањима
Научно разумевање неколико аспеката је и даље недовољно, укључујући здравствени статус узгајаних врста у условима велике-густине и специфичног квалитета воде, структурне промене биофилма током рада система, механизме кружења хранљивих материја и оптималне методе за уклањање и нешкодљив третман чврстих честица. Ови недостаци ометају даљи развој релевантних технологија и опреме.
(7) Будући развојни трендови и могућности
Упркос овим изазовима, РАС нуди значајне предности у ефикасности производње, одрживости животне средине и добробити животиња. Као еколошки, еколошки, кружни и ефикасан модел пољопривреде, он је у складу са глобалним трендовима ка развоју ниског{1}}угљеника. Са модернизацијом кинеског рибарства, напретком еколошке цивилизације и убрзањем циљева неутралности угљеника, очекује се да РАС уђе у нову фазу брзог развоја.