1.Översikt över återcirkulerande vattenbrukssystem (RAS)
(1) Egenskaper för återcirkulerande vattenbrukssystem
Återcirkulerande vattenbrukssystem (RAS) är en ny vattenbruksmodell utvecklad på basis av intensivt vattenbruk, kännetecknad av recirkulering och återanvändning av odlingsvatten. Utöver fördelarna med konventionellt intensivt vattenbruk erbjuder RAS betydande fördelar vid rening av avloppsvatten, minskning av vattenförbrukningen och minimering av utsläpp av avloppsvatten. Genom optimerad design av vattenförsörjningssystemet och samordnad drift av flera anläggningar och enheter, möjliggör RAS upprepad återvinning av hela odlingsvattenvolymen. Jämfört med traditionellt intensivt vattenbruk är de överlägsna när det gäller energieffektivitet för temperaturkontroll, minskning av miljöföroreningar och förebyggande och kontroll av sjukdomar.
RAS kräver integrerad användning av en omfattande uppsättning vattenrening och reningsanläggningar. Deras processdesign involverar tillämpningen av flera discipliner och industriell teknik, inklusive vätskemekanik, biologi, maskinteknik, elektronik, kemi och automationsinformationsteknik. En väl-utformad RAS kan uppnå full kontroll över vattenkvalitetsparametrar som temperatur, löst syre och näringsämnen, och under alla omständigheter kan mer än 90 % av systemets vatten återanvändas genom recirkulation.
(2) Kärnan och fördelarna med RAS
Kärnan i recirkulerande vattenbrukssystem (RAS) ligger i att stödja och optimera vattenbruksproduktionen genom industrialiserade och moderniserade tillvägagångssätt. Genom att möjliggöra fullständig-processreglering av vattenmiljön kan RAS delvis övervinna externa begränsningar som temperatur, vattentillgänglighet och utrymme, och därigenom uppnå helår-omgående, fler-batchproduktion. Detta möjliggör lågsäsong-odling och stegrad marknadsinträde, vilket ger producenterna en konkurrensfördel och högre ekonomisk avkastning.
(3) Produktionseffektivitet och resursanvändning
RAS utmärkta produktionsprestanda är nära kopplat till dess mycket kontrollerbara och resurseffektiva-egenskaper. På en-enhet-vattenbasis är utbytet av vattenlevande produkter i RAS 3–5 gånger högre än för traditionellt flöde-genom intensivt vattenbruk och 8–10 gånger högre än för damvattenbruk, medan överlevnadsgraden ökar med mer än 10 %. Dessutom minskar användningen av veterinärmedicinska läkemedel och kemiska medel med nästan 60 %. Dessa omfattande förbättringar av prestandaindikatorer säkerställer både de ekonomiska och ekologiska fördelarna med RAS.
(4) Vattenbehandling och systemintegration
I RAS genomgår odlingsvattnet en rad behandlingar, inklusive fysisk filtrering, biologisk rening, sterilisering och desinfektion, avgasning och syresättning, vilket möjliggör hel eller partiell återanvändning av vattnet. Samtidigt kan optimering av kulturmiljön integreras med automatiserad utrustning såsom automatiska matare, vilket möjliggör en viss grad av automatisering och intelligent hantering.
(5)Teknologiska grunder och nyckelfunktioner
RAS integrerar avancerad teknik från fiskeriteknik, mekanisk utrustning, nya miljövänliga material, mikroekologisk reglering och digital förvaltning. På grund av den fullt kontrollerade produktionsmiljön, som påverkas minimalt av yttre förhållanden, visar RAS betydande fördelar, inklusive vatten- och markvård, minskat energibehov för temperaturreglering, stabila uppfödningsförhållanden, accelererade tillväxthastigheter, hög beläggningstäthet och produktion av-miljövänliga,-föroreningsfria produkter. Som sådan betraktas RAS som "den mest lovande vattenbruksmodellen och investeringsriktningen på 2000-talet."
(6) Utveckling och tillämpning i Kina
Hittills har mer än 900 storskaliga- RAS designats och konstruerats i Kina, som sträcker sig över stora kustprovinser såväl som inlandsregioner, och sträcker sig till och med till Xinjiang. Dessa system, som omfattar både marina och sötvattenapplikationer, har framgångsrikt kommersialiserats, uppfyller förväntade produktionsmål och uppvisar utmärkta operativa prestanda. Produktionspraxis bekräftar att RAS inte bara ger överlägsen produktivitet och miljöfördelar, utan också uppnår betydligt lägre produktionskostnader per enhetsutbyte jämfört med andra vattenbruksmodeller.
2. Nyckelprocesser och tekniker för recirkulerande vattenbrukssystem (RAS)
Recirkulerande vattenbrukssystem (RAS) använder i stor utsträckning industriell utrustning och teknik. Typiskt består de av processenheter och anläggningar för avlägsnande av fasta partiklar; avlägsnande av suspenderade partiklar och lösligt organiskt material; eliminering av giftiga och skadliga lösliga oorganiska salter såsom ammoniak och nitrit; patogenkontroll; avlägsnande av koldioxid från metabolismen av odlade organismer och mikroorganismer; syretillskott; och temperaturreglering. De tekniska processerna inkluderar värmeisolering och temperaturkontroll, avlägsnande av fasta partiklar, avlägsnande av lösligt oorganiskt kväve och fosfor, desinfektion och sterilisering, samt syresättning.
(1)Industrialiserade och intensiva produktionsfunktioner
RAS förbättrar ytterligare de intensiva egenskaperna hos industriellt vattenbruk, erbjuder hög produktionseffektivitet och liten markbeläggning, samtidigt som man övervinner begränsningarna av mark- och vattenresurser. Som en jordbruksmodell med hög-insats, hög-produktion, hög-densitet och hög-effektiv jordbruksmodell, är RAS i linje med Kinas övergripande mål för ekologisk civilisation och strategier för hållbar utveckling.
(2) Ekologisk och strategisk betydelse
Med sina intensiva, effektiva, energibesparande-besparande, utsläpps-reducerande och miljövänliga funktioner har RAS blivit en viktig riktning för att transformera och uppgradera vattenbruket i Kina mot låg-koldioxidsnål och grön utveckling. Under flera år i rad har RAS listats av ministeriet för jordbruk och landsbygd i Kina som en viktig rekommenderad vattenbruksteknik.
(3) Aktuell utveckling och trender
För närvarande har denna modell fått ett brett erkännande från både akademi och industri i Kina. Omfattningen av nya systemkonstruktioner och den totala odlingskapaciteten har ökat stadigt under de senaste åren, vilket gör RAS till en av de viktigaste framtida utvecklingstrenderna för Kinas vattenbruksindustri.
3.Översikt över forskning och industrialisering av recirkulerande vattenbrukssystem (RAS)
(1)Internationell forskning och industrialisering
Tidig forskning och utveckling
Det tidigaste recirkulerande vattenbrukssystemet (RAS) uppstod i Japan under 1950-talet. Därefter började många länder forskning om vattenrening och vattenbruksteknik för RAS. Ursprungligen baserades dessa studier på kommunala processer för rening av avloppsvatten och akvarium-system (med kulturdensiteter på endast 0,16–0,48 kg/m³). Sådana tillvägagångssätt tog dock inte hänsyn till de unika kraven för kommersiellt vattenbruk-särskilt när det gäller systemkostnader, resursanvändning, förhållandet mellan odlings- och reningsvattenvolymer och systemets bärförmåga (vanligtvis 50–300 kg/m³). Som ett resultat stötte forskningsinsatserna på många motgångar, förbrukade stora mängder resurser och gick långsamt framåt.
Erkännande av dynamiska egenskaper
Tidiga studier förbisåg också en viktig egenskap hos RAS: dess dynamiska natur. Produktions- och nedbrytningshastigheten av fiskens metaboliska avfall måste nå dynamisk jämvikt för att systemet ska förbli stabilt och hälsosamt. I mitten av-1980-talet, med ökad förståelse för vattenkvalitetsparametrar-såsom pH, löst syre (DO), totalt kväve (TN), nitrat (NO₃⁻), biokemiskt syrebehov (BOD) och kemiskt syrebehov (COD) - och deras variationsmönster i vattenbruksvatten, integrerades dessa dynamiska förändringar gradvis i systemdesignen. Till exempel kan syrebrist snabbt korrigeras genom luftning, men reaktionen från nitrifierande bakterier på stigande ammoniakkoncentrationer släpar ofta efter betydligt. Därmed blev djupare kunskap om samverkande begränsande faktorer allt viktigare för effektiv systemdesign och drift.
Utmaningar i tidiga praktiker
Många vattenbruksutövare hade erfarenhet av flöde-genom intensiva system men saknade kunskap om RAS-drift. Som ett resultat misslyckades de ofta med att korrekt kontrollera beläggningsdensitet, utfodringsmängder, utfodringsfrekvens och vattenkvalitetshantering, vilket ledde till obalanser i systemets vattenflöde och materialcirkulation och orsakade i slutändan driftsfel. Denna brist på vetenskaplig förståelse och ledningserfarenhet återspeglades i odlingsdensitetsnivåer: RAS i laboratorie-skala uppnådde vanligtvis endast 10–42 kg/m³, medan RAS i tidig kommersiell-skala bibehölls så låg som 6,7–7,9 kg/m³. Efter mer än ett halvt sekel av tekniska framsteg-inklusive processoptimering, luftning och syresättning (t.ex. användning av flytande syre), automatiserad matning och val av lämpliga arter-har modern RAS övervunnit många begränsande faktorer och kan nu stödja höga odlingsdensiteter på 50–300 kg/m³.
Industriell tillväxt och tekniska innovationer
Eftersom traditionellt dammvattenbruk stod inför stagnation på grund av markkonkurrens och miljötryck, upplevde RAS i Europa och Nordamerika en snabb tillväxt mellan 1980- och 1990-talen. Denna industriella expansion åtföljdes av tekniska förbättringar, inklusive användningen av trycksatta och icke-trycksatta filter för stora suspenderade ämnen, ozonering för desinfektion och nedbrytning av organiskt material, och utvecklingen av flera biologiska filter såsom nedsänkta filter, rinnande filter, fram- och återgående filter, roterande biologiska reaktorer för vätskebrunnar, roterande biologiska bäddkontaktorer, anaeroba denitrifieringsenheter. Med dessa framsteg mognade RAS gradvis och kom in i kommersiell tillämpning.
Fallet med USA
USA har behållit en ledande position inom både grundläggande och tillämpad RAS-forskning, och täcker områden som näring och fysiologi för intensivt odlade arter, sjukdomsförebyggande och vattenbehandlingsteknologier. En nyckelfunktion i US RAS är deras höga grad av automatisering och mekanisering i vattenkvalitetskontroll. Datorstödda-system reglerar automatiskt löst syre, pH, konduktivitet, grumlighet och ammoniaknivåer, såväl som miljöförhållanden som temperatur, luftfuktighet och ljusintensitet. Med hjälp av sin avancerade industriella bas har USA i stor utsträckning anammat hög-teknologisk utrustning för syresättning, biologisk rening, borttagning av fasta ämnen, sortering och skörd. Till exempel innehåller det experimentella RAS som utvecklats av Center of Marine Biotechnology vid University of Maryland anaeroba behandlingsprocesser, som nära liknar system designade av Aquatec{10}}Solutions i Danmark.
4.Utmaningar och motåtgärder för utvecklingen av industrialiserade återcirkulerande vattenbrukssystem (RAS)
(1) Otillräcklig integration av faciliteter och utrustning
Även om Kinas utrustning för vattenbehandling, automatisk matning, desinfektion och luftning gradvis har närmat sig den internationella avancerade nivån, är den övergripande systemintegrationen fortfarande otillräcklig. Bristen på stora-företag som kan producera kompletta uppsättningar av RAS-utrustning har ökat byggkostnaderna och komplexiteten, vilket hindrar den snabba utvecklingen av hushållsutrustning.
(2) Behov av optimering av specialfoder
För närvarande är vattenfoderformler i Kina mycket homogena och saknar specialiserat foder utformat för RAS och specifika odlade arter. Detta ökar den operativa bördan för vattenreningssystem och påverkar jordbrukets prestanda. Det är nödvändigt att utveckla art-specifikt RAS-foder med väl-balanserad näring, låga urlakningshastigheter och gynnsamma foderomvandlingsförhållanden.
(3) Förebyggande och kontroll av sjukdomar kräver större precision
Jordbruk med hög-densitet och hög-effektivitet ökar risken för sjukdomsutbrott när systemobalanser inträffar, och patogener är svåra att eliminera i slutna system. Systemoptimering bör förbättras för att förbättra buffringskapaciteten, medan forskning bör fokusera på fiskfysiologi, stressreaktioner, tidiga sjukdomsindikatorer och effektiva sjukdoms-varningsmekanismer.
(4) Betydande tryck av energiförbrukning och kostnadsminskning
Höga initiala bygginvesteringar och energiförbrukning är oundvikliga utmaningar för RAS. Energibesparande åtgärder bör implementeras på både utrustnings- och systemnivå, inklusive utveckling av låg-energifilter, CO₂-borttagningsanordningar, teknik för behandling av avloppsvatten och förnybara energitillämpningar som sol-, vind- och vattenvärmepumpar-.
(5) Brist på standardisering inom drift och ledning
För närvarande finns det inga enhetliga tekniska standarder eller normer för RAS i Kina. Som ett resultat av detta varierar systemdesign, förvaltningspraxis och jordbruksprestanda mycket, och driftsfel är vanliga. Det är väsentligt att upprätta en standardiserad teknisk ram för hälsosamt vattenbruk, förbättra process- och förvaltningsstandarder och främja demonstrationsprojekt för standardiserad produktion.
(6) Behov av förstärkt grundforskning
Vetenskaplig förståelse för flera aspekter är fortfarande otillräcklig, inklusive hälsotillståndet för odlade arter under hög-densitet och specifika vattenkvalitetsförhållanden, biofilms strukturella förändringar under systemdrift, mekanismer för kretslopp av näringsämnen och optimala metoder för att avlägsna och ofarlig behandling av fasta partiklar. Dessa luckor hindrar vidareutvecklingen av relevant teknik och utrustning.
(7) Framtida utvecklingstrender och möjligheter
Trots dessa utmaningar erbjuder RAS betydande fördelar i produktionseffektivitet, miljömässig hållbarhet och djurvälfärd. Som en grön, ekologisk, cirkulär och effektiv jordbruksmodell är den i linje med globala trender mot låg-koldioxidutveckling. Med moderniseringen av Kinas fiske, utvecklingen av den ekologiska civilisationen och accelerationen av koldioxidneutralitetsmål förväntas RAS gå in i en ny fas av snabb utveckling.