Performanse rasta i tehnologija kontrole kvaliteta vode slatkovodne ribe u recirkulirajućem sistemu akvakulture
Uz kontinuirano poboljšanje intenziviranja u industriji akvakulture i sve strožije zahtjeve zaštite okoliša, tradicionalni modeli akvakulture suočavaju se s brojnim problemima kao što su zagađenje okoliša, otpad vodenih resursa i pad kvalitete proizvoda. Recirkulacijski sistem akvakulture (RAS), kao nova vrsta metode akvakulture, ima prednosti uključujući očuvanje vode, uštedu zemljišta, visoku gustinu naseljenosti, mogućnost kontrole okoline i smanjeno ispuštanje repne vode. Usklađen je s trenutnim nacionalnim strateškim zahtjevima za cirkularnom ekonomijom i očuvanjem energije i smanjenjem emisija, predstavljajući važan smjer za transformaciju i razvoj industrije akvakulture i postao je ključni model za održivi razvoj modernog ribarstva. U RAS, voda iz akvakulture se vraća u cirkulaciju nakon fizičke filtracije, biološkog pročišćavanja, aeracije, dezinfekcije i drugih tretmana, što zahtijeva od sistema da kontinuirano održava uslove kvaliteta vode pogodne za rast ribe. Kao direktno okruženje za preživljavanje riba, fluktuacije u različitim parametrima kvaliteta vode direktno utiču na fiziološke funkcije, metaboličku efikasnost i otpornost riba na bolesti, što se na kraju manifestuje kao razlike u performansama rasta. Stoga,-dubinsko istraživanje suštinske veze između kontrole kvaliteta vode i rasta slatkovodnih riba u RAS-u ima značajan teorijski i praktični značaj za poboljšanje efikasnosti akvakulture i promoviranje zdravog razvoja industrije.
1 Pregled recirkulacijskog sistema akvakulture
Recirkulacijski model akvakulture je metoda uzgoja u kojoj se voda za uzgoj recirkulacije nakon tretmana kroz fizičke, kemijske i biološke procese filtriranja. Istraživanje recirkulacijske tehnologije akvakulture počelo je ranije u inostranstvu. U 1960-im, zemlje poput Sjedinjenih Država, Holandije i Danske pokrenule su relevantne studije. Sjedinjene Države su ga prvenstveno koristile za uzgoj kalifornijske pastrmke, prugastog brancina i brancina; Holandija ga je uglavnom koristila za evropsku jegulju i afričkog soma; Danski recirkulacijski sistem procesa akvakulture bio je vanjski poluzatvoreni sistem koji se uglavnom koristio za proizvodnju kalifornijske pastrmke.
Kina je 1980-ih uvela stranu tehnologiju i postrojenja za recirkulirajuću akvakulturu. Zbog visokih investicionih i operativnih troškova, većina uvedenih objekata brzo je napuštena. Godine 1988, Institut za istraživanje mašina i instrumenata u ribarstvu Kineske akademije ribarskih nauka, oslanjajući se na zapadnonjemačku tehnologiju, dizajnirao je i izgradio prvu kinesku recirkulacijsku radionicu za proizvodnju akvakulture. Posljednjih godina, kineski naučnici kao što je Qu Keming predložili su visoko, srednje i nisko{5}}tehnološke modele recirkulacije akvakulture zasnovane na različitim potrebama različitih tipova preduzeća za akvakulturu i promovirali ih u obalnim područjima; Liu Bo iz proširene stanice za tehnologiju ribarstva provincije Heilongjiang predložio je "kontejnere" recirkulacijske tehnologije i modela akvakulture; Profesor He Xugang sa Poljoprivrednog univerziteta Huazhong predložio je zeleni i efikasan model akvakulture "zarobljenih" u ribnjaku.
Recirkulacijski modeli akvakulture uglavnom se dijele na tipove kao što su "puta za trčanje", "kontejner" i "zarobljeni". Uzimajući za primjer model akvakulture "raceway", on se sastoji od protoka-kroz rezervoar, područja za sakupljanje otpada, postrojenja za aeraciju, postrojenja za preusmjeravanje, područja za prečišćavanje, močvarnog zemljišta i drugih komponenti. Područje akvakulture za potiskivanje -vodnih-vodnih tijela-sastoji se od pravokutnih rezervoara, koji zauzimaju 2% – 5% površine ribnjaka. Poslednjih godina, specifikacije domaćeg protoka-kroz rezervoara su generalno dugačke 20 m, široke 4 m i visoke 2,5 m, sa 1-2 rezervoara postavljena na 6670 m² vodnog tijela. Osnovna komponenta je oprema{17}}za aeraciju koja potiskuje vodu. Rane verzije su koristile impeler uređaje za potiskivanje vode i uređaje za aeraciju za oksigenaciju, ali sada većina koristi opremu za dizanje zraka{19}}sastavljenu od puhala, mikroporoznih cijevi za aeraciju i pregrada. Generalno, dvije međusobno povezane potopljene cisterne za sakupljanje otpada zapremine 10 m³ su izgrađene za svaka tri cisterne, smještene na stražnjem kraju protoka-kroz rezervoara za sakupljanje otpada iz područja kulture. Veliko -područje{25}}ekoloskog prečišćavanja vodenih tijela zauzima 95% – 98% površine ribnjaka, sa odvodnim nasipima i dubinom vode iznad 2 m. Ovo područje primarno filtrira-hranjivanje riba, pri čemu je pokrivenost vodenim biljkama kontrolirana na 20%-30% područja za pročišćavanje. Opremljen je aeratorima sa lopaticama, aeratorima impelera, mašinama za pravljenje talasa, itd., a prema potrebi se dodaju i mikrobni preparati.
2 Efekti recirkulacijskog modela akvakulture na performanse rasta slatkovodnih riba
2.1 Stopa rasta
Recirkulacijski model akvakulture može osigurati relativno stabilno okruženje za rast slatkovodne ribe, što pomaže u poboljšanju stope rasta. U tradicionalnoj ribnjačkoj akvakulturi, na kvalitetu vode uvelike utječu vanjski čimbenici okoliša kao što su temperatura i padavine, što lako može uzrokovati fluktuacije kvalitete vode i utjecati na rast ribe. U modelu recirkulacijske akvakulture, sistem kontrole kvaliteta vode može održavati relativno stabilne parametre kvaliteta vode kao što su temperatura vode, rastvoreni kiseonik i pH vrednost, stvarajući prikladne uslove za rast ribe. Na primjer, u modelu akvakulture "trakačke staze", brzina protoka vode u protoku-kroz rezervoar može se podesiti pomoću opreme za aeraciju koja potiskuje vodu. Odgovarajuća brzina protoka može potaknuti kretanje ribe, poboljšati fizičku kondiciju, povećati unos hrane i ubrzati rast.
2.2 Stopa iskorištenja hrane
Recirkulacijski model akvakulture može poboljšati stopu korištenja hrane slatkovodne ribe. U tradicionalnoj akvakulturi, nakon davanja hrane, dio hrane tone na dno, a da se ne potroši, uzrokujući otpad. U međuvremenu, hrana koja potone na dno se razgrađuje i proizvodi štetne tvari, što utječe na kvalitetu vode. U modelu recirkulacijske akvakulture, zbog efekta protoka vode, hrana se može bolje raspršiti u vodi, što ribama olakšava konzumiranje, čime se smanjuje gubitak hrane. Dodatno, jedinice za tretman kao što su biofilteri u sistemu za recirkulaciju akvakulture mogu ukloniti organsku materiju poput ostataka hrane i izmeta iz vode za uzgoj, smanjujući sadržaj štetnih tvari kao što su amonijačni dušik i nitritni dušik u vodi. Time se smanjuje utjecaj ovih štetnih tvari na probavne i apsorpcijske funkcije riba, čime se poboljšava iskorištenost hrane.
2.3 Kvalitet proizvoda
Recirkulacijski model akvakulture pomaže poboljšanju kvalitete proizvoda slatkovodne ribe. U tradicionalnoj akvakulturi, ribe su osjetljive na infekciju patogenima kao što su paraziti i bakterije, što dovodi do pojave bolesti i utječe na kvalitetu proizvoda. U modelu recirkulacijske akvakulture, mjere kao što su kontrola kvaliteta vode i dezinfekcija mogu učinkovito smanjiti broj patogena u vodi, smanjujući rizik od bolesti riba. Istovremeno, relativno čisto okruženje za rast ribe u modelu recirkulacije akvakulture smanjuje proizvodnju nepoželjnih mirisa kao što je zamućen miris, poboljšavajući okus i kvalitetu proizvoda.
3 Ključna parametra i metode kontrole kvaliteta vode u modelu recirkulacijske akvakulture
3.1 Ključni parametri
3.1.1 Otopljeni kiseonik
Otopljeni kisik je jedan od važnih parametara kvalitete vode koji utječe na rast riba. Ribama je potrebno dovoljno kiseonika za disanje tokom rasta. Nedovoljna količina rastvorenog kiseonika može dovesti do sporog rasta, smanjenja imuniteta, pa čak i smrti. Općenito, otopljeni kisik u recirkulacijskim sustavima akvakulture treba održavati iznad 5 mg/L.
3.1.2 Amonijačni dušik
Amonijačni dušik je jedan od glavnih zagađivača u vodi akvakulture, uglavnom nastaje iz ribljeg izmeta i razgradnje ostatka hrane. Amonijačni azot je veoma toksičan za ribe, oštećuje tkivo škrga, nervni sistem i imuni sistem, utičući na rast i preživljavanje. Koncentraciju amonijačnog dušika u recirkulacijskim sustavima akvakulture treba kontrolirati ispod 0,5 mg/L.
3.1.3 Nitritni dušik
Nitritni dušik je međuproizvod koji nastaje tijekom nitrifikacije amonijačnog dušika i ima određenu toksičnost. Nitritni azot se kombinuje sa hemoglobinom u krvi ribe, smanjujući njen kapacitet za nošenje kiseonika-i uzrokujući hipoksiju i gušenje ribe. Koncentraciju azota nitrita u recirkulacijskim sistemima akvakulture treba kontrolisati ispod 0,1 mg/L.
3.1.4 pH vrijednost
pH vrijednost je važan pokazatelj koji odražava kiselost ili alkalnost vode i ima značajan utjecaj na rast riba i fiziološke funkcije. pH vrijednost u recirkulacijskim sustavima akvakulture treba kontrolisati između 7,0 i 8,5.
3.2 Metode kontrole kvaliteta vode
3.2.1 Fizička kontrola
Fizička kontrola uglavnom uključuje mjere kao što su filtracija, sedimentacija i aeracija. Filtracija je efikasna metoda za uklanjanje suspendovanih čvrstih materija i čestica iz vode. Uobičajena oprema za filtriranje uključuje mikrosit filtere i pješčane filtere. Sedimentacija koristi gravitaciju za taloženje čvrstih čestica u vodi na dno, čime se pročišćava kvalitet vode. Aeracija je važno sredstvo za povećanje rastvorenog kiseonika u vodi. Uobičajena oprema za aeraciju uključuje puhače, aeratore s lopaticom i aeratore s impelerom.
3.2.2 Hemijska kontrola
Hemijska kontrola uglavnom uključuje dodavanje hemijskih agenasa u vodu kako bi se regulirao kvalitet vode. Na primjer, kada su koncentracije amonijačnog dušika i nitritnog dušika u vodi previsoke, mogu se dodati preparati nitrificirajućih bakterija kako bi se potaknule reakcije nitrifikacije i smanjio sadržaj amonijačnog dušika i nitritnog dušika; kada je pH vrijednost vode preniska, može se primijeniti živo vapno za povećanje pH vrijednosti.
3.2.3 Biološka kontrola
Biološka kontrola koristi mikroorganizme, vodene biljke i druge organizme za pročišćavanje kvaliteta vode. Mikroorganizmi mogu razgraditi organsku tvar u vodi, pretvarajući štetne tvari kao što su amonijačni dušik i nitritni dušik u bezopasne tvari. Uobičajeni mikrobni preparati uključuju fotosintetske bakterije, Bacillus i nitrifikacijske bakterije. Vodene biljke mogu apsorbirati hranjive tvari kao što su dušik i fosfor iz vode, smanjujući pojavu eutrofikacije, a istovremeno osiguravaju staništa i sjenu za ribe. Uobičajene vodene biljke uključuju vodeni zumbul, aligatorski korov i elodeju.
4 Korelacija između performansi rasta slatkovodne ribe i kontrole kvaliteta vode u modelu recirkulacijske akvakulture
4.1 Otopljeni kisik i učinak rasta
Kada je otopljenog kisika u vodi dovoljan, disanje ribe funkcionira normalno, metabolizam je snažan, unos hrane se povećava, a brzina rasta ubrzava. Suprotno tome, metabolizam se usporava, a brzina rasta se smanjuje. U modelu recirkulirajuće akvakulture, razumne mjere aeracije održavaju stabilne razine otopljenog kisika u vodi, osiguravajući dobro respiratorno okruženje za ribe i promovirajući njihov rast i razvoj.
4.2 Amonijačni dušik, nitritni dušik i učinak rasta
Amonijačni dušik i nitritni dušik otrovne su tvari u vodi akvakulture koje ozbiljno štete rastu i opstanku riba. Visoke koncentracije amonijačnog dušika oštećuju tkivo škrga ribe, utičući na respiratornu funkciju; oni takođe oštećuju nervni sistem i imuni sistem riba, smanjujući njihovu otpornost na bolesti. U modelu recirkulacijske akvakulture, jedinice za tretman kao što su biofilteri mogu brzo ukloniti amonijačni dušik i nitritni dušik iz vode, smanjujući njihov toksični učinak na ribe i osiguravajući zdrav rast ribe.
4.3 pH vrijednost i učinak rasta
pH vrijednost ima važan utjecaj na rast riba i fiziološke funkcije. Različite vrste riba imaju različite prilagodljive raspone pH vrijednosti. U modelu recirkulacijske akvakulture, pH vrijednost vode se redovito testira, a na osnovu rezultata ispitivanja poduzimaju se odgovarajuće mjere prilagođavanja.
5 Razvojni trendovi i izazovi modela recirkulacije akvakulture
5.1 Smjer inteligentnog i preciznog razvoja
Sa razvojem Interneta stvari, velikih podataka i tehnologija umjetne inteligencije, model recirkulacije akvakulture evoluira prema inteligenciji i preciznosti. Integracijom sistema kao što su online praćenje kvaliteta vode, automatsko hranjenje i kontrola opreme, može se postići-regulacija okruženja kulture u realnom vremenu i automatizirano upravljanje proizvodnim procesom.
5.2 Nisko{1}}Puta zaštite životne sredine i održivog razvoja sa niskim sadržajem ugljenika
Recirkulacijski model akvakulture ispunjava zahtjeve nisko{0}}ugljične zaštite okoliša i održivog razvoja kroz očuvanje vode, uštedu energije i smanjenje zagađenja. Budući napori su potrebni za daljnju optimizaciju procesa obrade vode, smanjenje potrošnje energije i troškova, te poboljšanje stabilnosti i operativnosti sistema. Na primjer, obnovljivi izvori energije kao što su solarna energija i energija vjetra mogu se koristiti za opskrbu električnom energijom, smanjujući emisije ugljika; Tehnologija mikrobnih gorivnih ćelija može se koristiti za postizanje energetskog korištenja organske tvari u otpadnim vodama, izgradnjom integriranog sistema "akvakulture-energetske-zaštite okoliša".
5.3 Izazovi i protumjere
Trenutni model recirkulacijske akvakulture i dalje se suočava s izazovima kao što su velika ulaganja, tehnička složenost i visoki zahtjevi za upravljanje. Neophodno je ojačati tehnološka istraživanja i razvoj i integrisane inovacije kako bi se smanjili troškovi izgradnje i rada sistema; poboljšati standardni sistem i operativne specifikacije kako bi se poboljšao tehnički nivo farmera; i ojačati podršku politike i finansijska ulaganja za promicanje primjene recirkulacijskih modela akvakulture u ruralnim područjima.
6 Zaključak i izgledi
Recirkulacijski model akvakulture, kroz razumnu kontrolu kvaliteta vode, održava stabilne nivoe ključnih parametara kvaliteta vode kao što su rastvoreni kiseonik, amonijak, nitritni azot i pH vrednost. Ovo osigurava dobro okruženje za rast slatkovodnih riba, poboljšavajući njihovu stopu rasta, stopu iskorištenja hrane i kvalitet proizvoda. Trenutno, u praktičnim primjenama modela recirkulacijske akvakulture, i dalje postoje problemi kao što su slaba efikasnost sakupljanja otpada zbog utjecaja strukture spremnika za kulturu na hidrodinamičke karakteristike, te nestabilna efikasnost tretmana biofiltera. Buduća istraživanja bi trebala dodatno optimizirati strukturu spremnika za kulturu kako bi se poboljšala efikasnost sakupljanja otpada; ojačati istraživanje o regulaciji rasta biofilma i optimizaciji cirkulacije vode kako bi se poboljšala efikasnost tretmana biofiltera; istovremeno kombinirati inteligentne tehnologije za postizanje-monitoringa u stvarnom vremenu i automatske kontrole parametara kvaliteta vode, dodatno poboljšavajući naučnu i preciznu prirodu modela recirkulacije akvakulture i promovirajući održivi razvoj industrije akvakulture slatkovodne ribe.