1.Pregled recirkulirajućih sistema akvakulture (RAS)
(1) Karakteristike recirkulirajućih sistema akvakulture
Recirkulacijski sistemi akvakulture (RAS) su novi model akvakulture razvijen na bazi intenzivne akvakulture, karakteriziran recirkulacijom i ponovnom upotrebom vode za uzgoj. Pored prednosti konvencionalne intenzivne akvakulture, RAS nudi značajne prednosti u tretmanu otpadnih voda, smanjenju potrošnje vode i minimiziranju ispuštanja efluenta. Optimizovanim projektovanjem sistema vodosnabdevanja i koordinisanim radom više objekata i uređaja, RAS omogućava ponovnu reciklažu celokupne količine vode za kulturu. U poređenju sa tradicionalnom intenzivnom akvakulturom, superiorni su u pogledu energetske efikasnosti za kontrolu temperature, ublažavanje zagađenja životne sredine i prevenciju i kontrolu bolesti.
RAS zahtevaju integrisanu upotrebu sveobuhvatnog skupa postrojenja za prečišćavanje i tretman vode. Njihov dizajn procesa uključuje primjenu više disciplina i industrijskih tehnologija, uključujući mehaniku fluida, biologiju, mašinstvo, elektroniku, hemiju i informatičku tehnologiju automatizacije. Dobro-dizajniran RAS može postići potpunu kontrolu parametara kvaliteta vode kao što su temperatura, rastvoreni kiseonik i nutrijenti, i pod bilo kojim okolnostima, više od 90% vode sistema može se ponovo iskoristiti kroz recirkulaciju.
(2) Suština i prednosti RAS
Suština recirkulirajućih sistema akvakulture (RAS) leži u podršci i optimizaciji proizvodnje akvakulture kroz industrijalizirane i modernizirane pristupe. Omogućavanjem potpune-regulacije procesa vodenog okoliša, RAS može djelimično prevazići vanjska ograničenja kao što su temperatura, dostupnost vode i prostor, čime se postiže -cijela godina, više-serijska kontinuirana proizvodnja. Ovo omogućava vansezonsku poljoprivredu i postepeni ulazak na tržište, pružajući proizvođačima konkurentsku prednost i veći ekonomski prinos.
(3) Efikasnost proizvodnje i korištenje resursa
Odlične proizvodne performanse RAS-a usko su povezane sa njegovim visoko kontrolisanim karakteristikama{0}}efikasnim resursima. Na osnovu-jedinice-vode, prinos vodenih proizvoda u RAS je 3-5 puta veći od tradicionalnog protoka-kroz intenzivnu akvakulturu i 8-10 puta veći od prinosa ribnjačke akvakulture, dok se stope preživljavanja povećavaju za više od 10%. Nadalje, upotreba veterinarskih lijekova i hemijskih sredstava smanjena je za skoro 60%. Ova sveobuhvatna poboljšanja pokazatelja učinka osiguravaju i ekonomske i ekološke koristi RAS-a.
(4) Prečišćavanje vode i integracija sistema
U RAS-u, voda za kulturu prolazi kroz niz tretmana, uključujući fizičku filtraciju, biološko prečišćavanje, sterilizaciju i dezinfekciju, otplinjavanje i oksigenaciju, omogućavajući potpunu ili djelomičnu ponovnu upotrebu vode. Istovremeno, optimizacija okruženja kulture može biti integrisana sa automatizovanom opremom kao što su automatske hranilice, omogućavajući određeni stepen automatizacije i inteligentno upravljanje.
(5) Tehnološke osnove i ključne karakteristike
RAS integriše napredne tehnologije iz inženjerstva ribarstva, mehaničke opreme, novih ekoloških{0}}materijala, mikroekološke regulative i digitalnog upravljanja. Zahvaljujući potpuno kontrolisanom proizvodnom okruženju, na koje minimalno utiču spoljašnji uslovi, RAS pokazuje značajne prednosti uključujući očuvanje vode i zemljišta, smanjenu potražnju za energijom za regulaciju temperature, stabilne uslove uzgoja, ubrzane stope rasta, visoku gustinu stočnog fonda i proizvodnju ekološki-prikladnih proizvoda-bez zagađenja. Kao takav, RAS se smatra „najperspektivnijim modelom akvakulture i smerom ulaganja u 21. veku“.
(6) Razvoj i primjena u Kini
Do danas je u Kini projektovano i izgrađeno više od 900 velikih-RAS-a, koji obuhvataju glavne primorske provincije, kao i unutrašnje regije, protežući se čak do Xinjianga. Ovi sistemi, koji obuhvataju i morsku i slatkovodnu primjenu, uspješno su komercijalizirani, ispunjavajući očekivane proizvodne ciljeve i pokazujući odlične operativne performanse. Proizvodne prakse potvrđuju da RAS ne samo da pruža superiornu produktivnost i ekološke prednosti, već i postiže značajno niže troškove proizvodnje po jedinici prinosa u usporedbi s drugim modelima akvakulture.
2.Ključni procesi i tehnologije recirkulirajućih sistema akvakulture (RAS)
Sistemi za recirkulaciju akvakulture (RAS) u velikoj meri koriste industrijsku inženjersku opremu i tehnologije. Obično se sastoje od procesnih jedinica i postrojenja za uklanjanje čvrstih čestica; uklanjanje suspendiranih čestica i topljivih organskih tvari; eliminacija toksičnih i štetnih rastvorljivih anorganskih soli kao što su amonijak i nitrit; kontrola patogena; uklanjanje ugljičnog dioksida iz metabolizma uzgojenih organizama i mikroorganizama; suplementacija kiseonikom; i regulacija temperature. Tehnički procesi koji su uključeni uključuju toplotnu izolaciju i kontrolu temperature, uklanjanje čvrstih čestica, uklanjanje rastvorljivog neorganskog azota i fosfora, dezinfekciju i sterilizaciju, kao i oksigenaciju.
(1) Industrijalizovane i intenzivne proizvodne karakteristike
RAS dalje unapređuje intenzivne karakteristike industrijske akvakulture, nudeći visoku proizvodnu efikasnost i malo zauzimanje zemljišta, uz prevazilaženje ograničenja zemljišta i vodnih resursa. Kao model visokog{1}}ulaganja, visokog-izlaza, velike-gustine i visoke{4}}efikasnosti, RAS je usklađen sa sveobuhvatnim kineskim ciljevima za ekološku civilizaciju i strategije održivog razvoja.
(2)Ekološki i strateški značaj
Sa svojim intenzivnim, efikasnim, -uštedama energije, smanjenjem emisija-i ekološki prihvatljivim karakteristikama, RAS je postao važan smjer za transformaciju i unapređenje akvakulture u Kini prema nisko-ugljičnom i zelenom razvoju. Nekoliko uzastopnih godina, RAS je naveden od strane Ministarstva poljoprivrede i ruralnih poslova Kine kao glavna preporučena tehnologija akvakulture.
(3) Trenutni razvoj i trendovi
Trenutno je ovaj model stekao široko priznanje i od strane akademske zajednice i industrije u Kini. Obim izgradnje novih sistema i ukupni kapaciteti uzgoja stalno se povećavaju posljednjih godina, što RAS čini jednim od ključnih budućih razvojnih trendova kineske industrije akvakulture.
3.Pregled istraživanja i industrijalizacije recirkulirajućih sistema akvakulture (RAS)
(1) Međunarodno istraživanje i industrijalizacija
Rano istraživanje i razvoj
Najraniji recirkulacijski sistem akvakulture (RAS) pojavio se u Japanu tokom 1950-ih. Nakon toga, mnoge zemlje su započele istraživanje o tehnologijama tretmana vode i akvakulture za RAS. U početku su ove studije bile zasnovane na procesima prečišćavanja komunalnih otpadnih voda i sistemima u akvarijumskom{3}}stilu (sa gustinom kulture od samo 0,16–0,48 kg/m³). Međutim, takvi pristupi nisu uzeli u obzir jedinstvene zahtjeve komercijalne akvakulture-posebno u smislu troškova sistema, korištenja resursa, omjera između zapremine vode za uzgoj i prečišćavanje i nosivosti sistema (obično 50-300 kg/m³). Kao rezultat toga, istraživački napori naišli su na mnoge zastoje, trošili su velike količine resursa i sporo su napredovali.
Prepoznavanje dinamičkih karakteristika
Rane studije su takođe zanemarile važnu karakteristiku RAS-a: njegovu dinamičnu prirodu. Stope proizvodnje i razgradnje metaboličkog otpada ribe moraju dostići dinamičku ravnotežu da bi sistem ostao stabilan i zdrav. Do sredine -1980-ih, sa rastućim razumijevanjem parametara kvaliteta vode-kao što su pH, otopljeni kisik (DO), ukupni dušik (TN), nitrat (NO₃⁻), biokemijska potražnja za kisikom (BOD) i kemijska potražnja za kisikom (COD) - i njihovi obrasci varijacije u dizajnu vode akvakulture postepeno su integrirani u dinamičke promjene u dizajnu sistema akvakulture. Na primjer, nedostatak kisika može se brzo ispraviti aeracijom, ali odgovor nitrificirajućih bakterija na povećanje koncentracije amonijaka često značajno zaostaje. Stoga je dublje poznavanje interakcijskih ograničavajućih faktora postalo sve važnije za efikasan dizajn i rad sistema.
Izazovi u ranoj praksi
Mnogi praktičari akvakulture imali su iskustva sa protokom-kroz intenzivne sisteme, ali im je nedostajalo znanje o radu RAS-a. Kao rezultat toga, oni često nisu uspjeli pravilno kontrolirati gustinu stočnog fonda, količine hranjenja, učestalost hranjenja i upravljanje kvalitetom vode, što je dovelo do neravnoteže u protoku vode u sistemu i kruženju materijala i na kraju uzrokujući kvarove u radu. Ovaj nedostatak naučnog razumijevanja i iskustva upravljanja odrazio se na nivoe gustine kulture: laboratorijska-razmjera RAS obično je postizala samo 10–42 kg/m³, dok je rana komercijalna-razmjera RAS održavala čak 6,7–7,9 kg/m³. Nakon više od pola stoljeća tehnološkog napretka-uključujući optimizaciju procesa, aeraciju i oksigenaciju (npr. korištenje tekućeg kisika), automatizirano hranjenje i odabir odgovarajućih vrsta-moderni RAS je prevazišao mnoge ograničavajuće faktore i sada može podržati visoku gustinu kulture od 50-300 kg/m³.
Industrijski rast i tehnološke inovacije
Kako se tradicionalna ribnjačka akvakultura suočila sa stagnacijom zbog konkurencije zemljišta i pritisaka na okoliš, RAS u Europi i Sjevernoj Americi doživio je brzi rast između 1980-ih i 1990-ih. Ovu industrijsku ekspanziju pratila su tehnološka poboljšanja, uključujući upotrebu filtera pod pritiskom i bez-filtara pod pritiskom za velike suspendirane čvrste tvari, ozoniranje za dezinfekciju i razgradnju organske tvari, te razvoj više bioloških filtera kao što su potopljeni filteri, filteri za curenje, klipni filteri, filteri s povratnim filtrom, rotirajući biološki kontakti u bušotinama kao jedinice za anaerobnu denitrifikaciju. Sa ovim napretkom, RAS je postepeno sazrevao i ušao u komercijalnu primenu.
Slučaj Sjedinjenih Država
Sjedinjene Države su zadržale vodeću poziciju u fundamentalnim i primijenjenim istraživanjima RAS-a, pokrivajući područja kao što su ishrana i fiziologija intenzivno uzgajanih vrsta, prevencija bolesti i tehnologije za tretman vode. Ključna karakteristika US RAS je njihov visok stepen automatizacije i mehanizacije u kontroli kvaliteta vode. Računarski-sistemi automatski regulišu rastvoreni kiseonik, pH, provodljivost, zamućenost i nivoe amonijaka, kao i uslove okoline kao što su temperatura, vlažnost i intenzitet svetlosti. Koristeći svoju naprednu industrijsku bazu, SAD su široko usvojile visokotehnološku opremu-za oksigenaciju, biološko pročišćavanje, uklanjanje čvrstih materija, sortiranje i žetvu. Na primjer, eksperimentalni RAS koji je razvio Centar za morsku biotehnologiju na Univerzitetu u Marylandu uključuje procese anaerobnog tretmana, koji su vrlo slični sistemima koje je dizajnirao Aquatec{10}}Solutions u Danskoj.
4. Izazovi i protumjere za razvoj industrijskih recirkulirajućih sistema akvakulture (RAS)
(1) Nedovoljna integracija objekata i opreme
Iako su se kineska oprema za tretman vode, automatsko hranjenje, dezinfekciju i aeraciju postepeno približila međunarodnom naprednom nivou, ukupna integracija sistema ostaje neadekvatna. Nedostatak velikih-preduzeća sposobnih za proizvodnju kompletnih kompleta RAS opreme je povećao troškove i složenost izgradnje, čime je ometao brzi napredak domaće opreme.
(2) Potreba za optimizacijom specijalizirane hrane za životinje
Trenutno su formule za akvafeed u Kini vrlo homogene i nemaju specijaliziranu hranu dizajniranu za RAS i specifične uzgojene vrste. Ovo povećava operativni teret sistema za prečišćavanje vode i utiče na performanse poljoprivrede. Neophodno je razviti -specifične RAS hrane za vrste sa dobro-izbalansiranom ishranom, niskim stopama ispiranja i povoljnim omjerima konverzije hrane.
(3) Prevencija i kontrola bolesti zahtijevaju veću preciznost
Visoka{0}}gustina i visoko{1}}efikasna poljoprivreda povećava rizik od izbijanja bolesti kada dođe do neravnoteže sistema, a patogene je teško eliminirati u zatvorenim sistemima. Optimizacija sistema bi trebala biti poboljšana kako bi se poboljšao kapacitet puferiranja, dok bi se istraživanja trebala fokusirati na fiziologiju riba, reakcije na stres, rane pokazatelje bolesti i efikasne mehanizme{3}}upozoravanja bolesti.
(4) Značajan pritisak potrošnje energije i smanjenje troškova
Visoka početna ulaganja u izgradnju i potrošnja energije su nezaobilazni izazovi RAS-a.-Mjere uštede energije bi trebale biti implementirane i na nivou opreme i sistema, uključujući razvoj niskoenergetskih-filtara, uređaja za uklanjanje CO₂, tehnologija za prečišćavanje otpadne vode i primjene obnovljivih izvora energije kao što su toplotne pumpe sa solarnim izvorom, vjetrom i vodom{3}}.
(5) Nedostatak standardizacije u radu i upravljanju
Trenutno ne postoje jedinstveni tehnički standardi ili norme za RAS u Kini. Kao rezultat toga, dizajn sistema, prakse upravljanja i poljoprivredne performanse uvelike variraju, a operativni kvarovi su česti. Neophodno je uspostaviti standardizirani tehnički okvir za zdravu akvakulturu, poboljšati standarde procesa i upravljanja, te promovirati demonstracijske projekte za standardiziranu proizvodnju.
(6) Potreba za ojačanim osnovnim istraživanjem
Naučno razumijevanje nekoliko aspekata i dalje je nedovoljno, uključujući zdravstveni status uzgojenih vrsta u uvjetima visoke-gustine i specifičnog kvaliteta vode, strukturne promjene biofilma tokom rada sistema, mehanizme kruženja nutrijenata i optimalne metode za uklanjanje i neškodljiv tretman čvrstih čestica. Ovi nedostaci ometaju dalji razvoj relevantnih tehnologija i opreme.
(7) Budući razvojni trendovi i mogućnosti
Uprkos ovim izazovima, RAS nudi značajne prednosti u efikasnosti proizvodnje, ekološkoj održivosti i dobrobiti životinja. Kao zeleni, ekološki, kružni i efikasan model poljoprivrede, on je u skladu sa globalnim trendovima prema niskom{1}}razvoju ugljenika. Sa modernizacijom kineskog ribarstva, napretkom ekološke civilizacije i ubrzanjem ciljeva neutralnosti ugljika, očekuje se da će RAS ući u novu fazu brzog razvoja.