Litopenaeus vannamei, poznatiji kao pacifički bijeli škampi, je eurihalna vrsta cijenjena zbog visokog prinosa mesa, jake tolerancije na stres i brzog rasta. To je jedna od najvažnijih vrsta škampa koja se uzgaja u Kini. Trenutno, primarni modeli uzgoja za L. vannamei u Kini uključuju otvorene jezerce, male stakleničke ribnjake i-bare visokog nivoa. Međutim, domaća proizvodnja još uvijek ne može zadovoljiti potražnju tržišta, zbog čega je potreban značajan uvoz. Štaviše, brza ekspanzija modela poput malih uzgoja u staklenicima razotkrila je probleme poput nepotpunog tehničkog okvira, čestih izbijanja bolesti i izazova u tretiranju otpadnih voda. U pozadini zalaganja za očuvanje resursa i održivi razvoj, Recirkulacijski sistem akvakulture (RAS), prepoznat kao intenzivan, efikasan i ekološki prihvatljiv model uzgoja, privukao je široku pažnju u industriji posljednjih godina.
RAS koristi industrijske metode za aktivno regulisanje vodnog okruženja. Odlikuje se malom potrošnjom vode, malim otiskom, minimalnim zagađenjem životne sredine i daje visoko-kvalitetne, sigurne proizvode sa manje bolesti i većom gustinom naseljenosti. Njegova proizvodnja je uglavnom neograničena geografijom ili klimom. Ovaj model se može pohvaliti visokom efikasnošću korištenja resursa i karakteriziraju ga velika ulaganja i visoka proizvodnja, što predstavlja ključni put ka održivom razvoju industrije akvakulture. Trenutno je domaći uzgoj L. vannamei koncentrisan u obalnim područjima, prvenstveno koristeći prirodnu morsku vodu. Regije u unutrašnjosti, ograničene dostupnošću izvora vode i ekološkim propisima, suočavaju se sa značajnom neusklađenošću između ponude i potražnje potrošača. Istraživanje RAS korištenjem umjetne morske vode u kopnenim područjima ima veliki značaj za snabdijevanje lokalnih tržišta i promoviranje regionalnog ekonomskog razvoja. Ovaj eksperiment je uspješno konstruirao RAS u zatvorenom za L. vannamei u unutrašnjem okruženju i izveo uspješan ciklus uzgoja. Metode i podaci koji se tiču izgradnje sistema, vještačke pripreme morske vode i upravljanja farmom mogu poslužiti kao referenca za uzgoj L. vannamei u unutrašnjosti.
1. Materijali i metode
1.1 Materijali
Ispitivanje je provedeno na izvornoj farmi za uzgoj Leiocassis longirostris provincije Sichuan. L. vannamei nakon{1}}ličinke (P5 stadijum) nabavljene su iz Huanghua baze Qingdao Hainen Aquatic Seed Industry Technology Co., Ltd., i bile su dobrog zdravlja. Korištena je hrana marke "Xia Gan Qiang" kompanije Tongwei Group Co., Ltd. Njegove glavne komponente su bile: sirovi proteini veći ili jednaki 44,00%, sirova mast veća ili jednaka 6,00%, sirova vlakna manje ili jednaka 5,00% i sirovi pepeo manji ili jednaki 16,00%.
1.2 Umjetna priprema morske vode
Kao izvorska voda korištena je podzemna voda iz bunara. Uzastopno je tretiran dezinfekcijom (prašak za izbjeljivanje 30 mg/L, aeriran 72 h), uklanjanjem zaostalog hlora (natrijum tiosulfat, 15 mg/L) i detoksikacijom [Etilendiamintetrasirćetna kiselina (EDTA), 10-30 mg/L] prije upotrebe za umjetničku pripremu vode.
Umjetna morska voda saliniteta 8 pripremljena je korištenjem kristala morske soli kao glavnog sastojka; njegove primarne komponente su navedene uTabela 1. CaCl₂, MgSO₄ i KCl korišćeni su za hranu -kako bi se dodali elementi Ca, Mg i K. Nakon pripreme, korišćen je NaHCO₃ -vrste hrane za podešavanje ukupne alkalnosti na 250 mg/L (kao CaCO₃), a NaHCO₃ zajedno sa monohidratom limunske kiseline korišćen je za podešavanje pH na 8,2–8,4.
1.3 Izgradnja RAS
1.3.1 Sveukupni koncept dizajna
Kombinacijom nezavisnog dizajna sa integrisanom primenom, konstruisan je RAS za L. vannamei korišćenjem više-fizičke obrade i biofiltracije. Odgovarajuće strategije rada sistema, protokoli prilagođavanja kvaliteta vode i naučne strategije hranjenja implementirani su u skladu sa zahtjevima rasta škampa u različitim fazama, s ciljem stabilnog rada, ekonomskog unosa i efikasnog učinka.
1.3.2 Glavni tok procesa i tehnički parametri
Postojeći sistem za uzgoj ribe zasnovan na kontejnerima{0}} modificiran je kako bi se uspostavio L. vannamei RAS, koji se sastoji od rezervoara za uzgoj, kompozitnog uređaja za sakupljanje ljuske/čestica (tro-odvodnja), biofiltera, cirkulacionih pumpi, itd. Tok procesa je prikazan uSlika 1.
Ukupna projektovana zapremina vode sistema bila je 750 m³, sa zapreminom sistema za tretman vode od 150 m³ i efektivnom zapreminom kulture od 600 m³. Projektovano opterećenje kulture bilo je 7 kg/m³. Ključni tehnički parametri su navedeni uTabela 2.
1.3.3 Projektovanje konstrukcije
Šest osmougaonih rezervoara za kulturu raspoređeno je u dva reda. Uzimajući u obzir pogodnost upravljanja, stabilnost životne sredine i investicionu cenu, glavna konstrukcija rezervoara bila je cigla{1}}beton. Dimenzije su bile: dužina 10,0 m, širina 10,0 m, dubina 1,2 m, sa rezanim rubovima 3,0 m. Efektivna zapremina vode po rezervoaru bila je 100 m³. Dno rezervoara je imalo nagib (16%) prema centralnom odvodu (Slika 2).
Trosmjerni drenažni uređaj se sastojao od centralnog kolektora (za mrtve škampe, školjke i velike čestice), kolektora za taloženje okomitog toka (za razbijene školjke, srednje čestice, izmet) i sifonske bočne-odvodne kutije za prikupljanje (za fine školjke i male-do{{3}med.)Slika 2).
Jedna strana spremnika za kondicioniranje sadržavala je plastični okvir za medije za prikupljanje i uklanjanje školjki i čestica iz ispusta iz spremnika. U ovom rezervoaru se mogu izvršiti podešavanja za kalcij, magnezij, ukupnu alkalnost i pH. Zapremina rezervoara je bila 20 m³, sa hidrauličkim vremenom zadržavanja od 0,13 h.
Cirkulaciona pumpa se nalazila na drugoj strani rezervoara za kondicioniranje, koristeći jednostepenu pumpu-za energetsku efikasnost. Na osnovu ekologije i opterećenja škampa, brzina recirkulacije je dizajnirana na 2-6 puta dnevno. Protok pumpe je bio 150 m³/h, visina 10 m, snaga 5,5 kW.
Filter sa četkicom je bio opremljen sa nekoliko filter vrećica. Vreće su spojene preko cijevnih spojnica na ulaz filtera, pričvršćene stezaljkama. Otpad je u vreće ulazio preko cijevi. Kese su napravljene od polipropilena (PP), punjene plastičnim četkastim medijem, efikasno presrećući čestice veće od 0,125 mm. Rezervoar za elastične medije sastojao se od tijela rezervoara (pravougaonog oblika, dubine 2 m), rešetkastih okvira (paralelno s površinom) i elastičnog medija postavljenog na okvire (Slika 3). Mediji su se sastojali od brojnih plastičnih prstenova sa dvostrukim-prstenom sa poliesterskim filamentima, formirajući snopove vlakana raspoređenih po rezervoaru. Njegov princip rada uključivao je stvaranje efekta sedimentacije sporog-toka putem presretanja medija i korištenja biofilma formiranog na njegovoj površini za apsorpciju, razgradnju i transformaciju neorganskog dušika i fosfora.
Biofilter je uključivao tijelo rezervoara (pravougaone, dubine 2 m), komponente za aeraciju i bio{1}}medij (Slika 4). Sklop za aeraciju uključivao je cijevi za distribuciju zraka. Vazduh je ulazio odozgo i ispuštao se odozdo, stvarajući potpuno mešoviti obrazac strujanja. Rezervoar je bio napunjen medijumom za biofilmski reaktor sa pokretnim slojem (MBBR). Ciljanim povećanjem nitrifikatora i prilagođavanjem alkalnosti, veliki broj nitrifikujućih bakterija se veže za podlogu, troše organsku materiju i postižu uklanjanje amonijaka i nitrita, stvarajući tako biofilter za nitrifikaciju. Ulazne i izlazne cijevi bile su na suprotnim stranama, sa izlaznim paravanom na unutrašnjem zidu. U ovom ispitivanju, efektivna zapremina biofiltera je postavljena na 25% zapremine sistemske kulture, sa omjerom punjenja medijuma od 30%, koristeći K5 medijum.
Sistem aeracije kombinuje mehaničke i metode čistog kiseonika. Kada je rastvoreni kiseonik (DO) bio visok, mehanička aeracija je bila primarna: korišćenje vorteks puhala visokog-pritiska i visoko-kvalitetnih mikroporoznih cevi kao difuzora za maksimalizaciju efikasnosti prenosa O₂ i smanjenje buke. Kada je DO bio nizak, dopunjena je aeracija čistim kiseonikom: korištenjem generatora kiseonika + mikro-propelera vode sa mjehurićima. Izlazna koncentracija O₂ generatora kiseonika iznad 90%, dispergovanog preko nano{8}}keramičkog diska u propeleru. Pod velikim opterećenjem, kombinacija generatora kiseonika i konusa kiseonika služila je kao pomoćna aeracija, koristeći pumpu za povišenje pritiska za stvaranje-superzasićene vode kiseonikom u konusu.
1.4 Mjerenje kvaliteta vode
Koncentracije amonijaka i nitrita (kao N) mjerene su pomoću Aokedan multi{0}}parametarskog analizatora vode. Ukupne suspendirane čvrste tvari (TSS) mjerene su pomoću Hach DR 900 multi-parametarskog analizatora.
1.5 Upravljanje farmom i rad sistema
Suđenje je počelo 8. avgusta 2022. godine i trajalo je 74 dana. Svih šest tenkova je bilo opskrbljeno. Veličina čorbe je bila 961 jedinka/kg, gustina približno 403 jedinke/m³, ukupno 241.800 post-larvi. Učestalost hranjenja je bila 6 puta dnevno, sa dnevnim obrokom koji se smanjio sa oko 7,0% (rano) na 2,5% (kasno) procijenjene biomase.
Cirkulacija sistema je počela 3 dana nakon-čarapa, u početku sa 2 ciklusa/dan, povećavajući se na 4 ciklusa/dan kasnije. Na početku ispitivanja, došlo je do svakodnevnog pražnjenja, samo nadoknađivanja vode izgubljene zbog drenaže i isparavanja. Kasnije, dreniranje je uslijedilo nakon svakog hranjenja (1 sat nakon), sa dnevnom zamjenom vode ispod 10% zapremine dopune u ranoj- fazi.
U početku je korištena mehanička aeracija (vortex puhalo). Zbog povećanog opterećenja sistema kasnije, korišćena je kombinacija mehaničke aeracije, generatora kiseonika + nano-keramičkog diska i generatora kiseonika + konusa kiseonika.
Redovno su mjereni DO, temperatura, pH, amonijak i nitrit u rezervoarima. Rast i hranjenje škampa su promatrani i zabilježeni.
1.6 Obrada i analiza podataka
Podaci su organizovani pomoću WPS Office Excel-a. Grafikoni su kreirani pomoću Origin 2021.
Sljedeće formule su korištene za izračunavanje stope izmjene vode (R), omjera konverzije hrane (FCR), i stopu preživljavanja (RS):
R = 100% × V₁ / (V × t) ... (1)
FCR = W / (Wₜ − W₀) ... (2)
RS = 100% × S / N ... (3)
Gdje je: R dnevna stopa izmjene vode (%/d); V₁ je ukupna izmijenjena zapremina vode (m³); V je ukupna zapremina vode sistema (m³); t su kulturni dani (d). FCRje omjer konverzije hrane; W je ukupan unos hrane (kg); Wₜ i W₀ su masa konačne žetve i početna masa počišćavanja (kg). RSje stopa preživljavanja (%); S je ukupan broj požnjevenih (pojedinaca); N je ukupan broj zaliha (pojedinaca).
2. Rezultati
2.1 Razmjena vode
Tokom ispitivanja ukupna zamjena vode iznosila je 1.000 m³, sa prosječnom dnevnom razmjenom od 1,8%.
2.2 Amonijak i nitrit
Koncentracija amonijaka u rezervoarima ostala je ispod 1,3 mg/L (osim dana 5), a koncentracija nitrita ispod 1,6 mg/L, oba na relativno stabilnim nivoima (Slika 5).
U ranoj fazi (prvih 15 dana), amonijak u rezervoaru se brzo smanjivao, dok se nitrit brzo povećavao, što ukazuje na uspostavljanje biofilma u biofilteru i konverziju amonijaka u nitrit. U srednjoj- fazi (15-50 dana), uz povećanu ishranu, koncentracije amonijaka i nitrita su ostale stabilne, što ukazuje na sinhronizovanu oksidaciju amonijaka i nitrita u biofilteru i stabilan rad sistema. Nakon 50. dana, i amonijak i nitrit su pokazali opadajući trend, što možda ukazuje na povećani kapacitet nitrifikacije i zreliji sistem. To se nije moglo dalje potvrditi pošto je suđenje završeno.
Slika 6pokazuje da su trendovi amonijaka na ulazu i izlazu biofiltera bili slični, ali se jaz između krivulja postupno širio, što ukazuje na poboljšanje uklanjanja amonijaka. Nitritne krive za ulaz i izlaz gotovo su se preklapale i nisu pokazale ukupni trend rasta, što sugerira da je sistem održao kapacitet oksidacije nitrita do kraja.
2.3 Otopljeni kiseonik i ukupna alkalnost
Kao što je prikazano uSlika 7, uprkos povećanom opterećenju sistema, kombinovane metode aeracije održavale su rezervoar DO iznad 6 mg/L. Nadalje, dodavanjem NaHCO₃, ukupna alkalnost je održavana između 175-260 mg/L.
2.4 Ukupne suspendirane čvrste tvari
Prikazani su trendovi koncentracije TSS-a na ključnim tačkama sistemaSlika 8. TSS u dotoku do kolektora nanosa vertikalnog toka i bočne kutije sifona (dio trosmjerne drenaže) odražava trendove TSS-a u rezervoarima. Ukupni TSS se postepeno povećavao, stabilizirajući se tokom srednjih{3}}kasnih faza (nakon 35. dana), i pokazao je opadajući trend kroz uzastopne faze liječenja.
2.5 Rezultati poljoprivrede
Ukupno poribljavanje bilo je 241.800 post-larvi prosječne veličine od 0,52 g, u 6 rezervoara sa prosječnom gustinom od 403 jedinke/m³. Nakon 74 dana ukupna žetva iznosila je 3.012,2 kg, prosječna veličina 15,82 g, prosječno preživljavanje 78,75%, prosječan prinos 5,02 kg/m³. Ukupan unos hrane bio je 3.386,51 kg, FCR1.18. Obračunati troškovi (sjeme, hrana za životinje, zdravstveni proizvodi, struja, umjetna morska voda, dezinfekcija) iznosili su 155.870,6 CNY. Prihod od prodaje škampa bio je 192.780,8 CNY, što je rezultiralo profitom od 36.910,2 CNY za ciklus.
3. Diskusija
Poslednjih godina, RAS je postao veoma obećavajući pravac za uzgoj L. vannamei. Ovo ispitivanje je konstruisalo RAS koji uključuje rezervoare za kulturu, kompozitno sakupljanje ljuske/čestica, filter četkice, biofilter i opremu za aeraciju, i uspešno je sproveo jedan ciklus uzgoja u zatvorenom prostoru.
U poređenju sa tradicionalnim RAS, ovaj sistem je jednostavniji. Strukturno je izostavio opremu kao što su bubanj filteri i proteinski skimmeri, koji imaju relativno veće fiksne troškove i troškove održavanja. Umjesto toga, koristio je jednostavnije uređaje za prečišćavanje vode kako bi kreirao više-kompozitni tretman za čestice i otopljene zagađivače, postižući dobru kontrolu kvaliteta vode sa jednostavnijim procesima i nižim troškovima.
Koristeći različite metode upravljanja kvalitetom vode prilagođene različitim fazama rasta i opterećenjima sistema, sistem je održavao nivo amonijaka i nitrita ispod 1,3 i 1,6 mg/L, odnosno, i DO iznad 6 mg/L, u konačnici postigavši prinos od 5,02 kg/m³. Ovo je blisko rezultatima Yang Jing et al. Nadalje, sistem za prečišćavanje vode je kontrolisao prosječnu dnevnu stopu na 1,8%, u potpunosti iskoristivši svoj kapacitet prečišćavanja i značajno smanjivši troškove.
RAS nudi ekološke prednosti, sigurnost proizvoda i manje bolesti. Zbog ograničenja transporta, L. vannamei ima veliki tržišni potencijal u unutrašnjosti. Provođenje RAS-a za L. vannamei u unutrašnjosti u skladu je s industrijskim trendovima. Trenutni uzgoj škampa u unutrašnjosti je prvenstveno slatkovodni, s prinosom i kvalitetom koji zaostaju za morskim uzgojem. Upotreba umjetne morske vode u ovom ispitivanju djelomično je popravila ovaj jaz. Međutim, trenutna visoka cijena umjetne morske vode zahtijeva optimizaciju RAS procesa za uklanjanje dušika i fosfora kako bi se omogućila ponovna upotreba vode, što je učinkovit način za smanjenje troškova i trebao bi biti ključni fokus istraživanja za L. vannamei RAS.
FCRje važan indikator za rad RAS. Finalni FCRod 1,18 u ovom ispitivanju je uporedivo sa tradicionalnom intenzivnom poljoprivredom. Kao zatvoreni sistem, prednost RAS-a leži u ponovnoj upotrebi ulaza. Zasnovano na povećanju kapaciteta za prečišćavanje vode, formuliranju preciznih strategija hranjenja za smanjenje FCRtrebao bi biti sljedeći fokus optimizacije.