Tööstuslik retsirkuleeriv vesiviljelussüsteem (RAS), kui esilekerkiv vesiviljelustehnoloogia, mida juhivad riiklikud rajatiste kalanduspoliitikad, saavutab vesiviljeluse intensiivistamise, kõrge efektiivsuse ja keskkonnasäästlikkuse tööstuslike inseneriseadmete ja keskkonnakontrolli tehnoloogiate integreerimise kaudu. Sellepõhilised eelisedsisaldab:vee ringlussevõtt säästab üle 90% veest, sõltumatus piirkondlikest ja hooajalistest piirangutest, peamiste keskkonnategurite (nt veetemperatuur ja lahustunud hapnik) täpne reguleerimine, mis parandab oluliselt maa tootlikkust ja sööda muundamise määra. Seda peetakse vesiviljeluse säästva arengu oluliseks suunaks. Seda iseloomustavad "suur investeering, suur tihedus ja suur toodang", selle laialdast kasutuselevõttu piiravad sellised tegurid nagu suured alginvesteeringud (rajatiste ja seadmete kulud) ja kõrged tehnilised takistused (seemnete aklimatiseerimine ja veekvaliteedi juhtimine).
Mandariini kala (Siniperca chuatsi), mis on väärtuslik{0}} magevee vesiviljelusliik, seisab traditsioonilises põllumajanduses silmitsi väljakutsetega, nagu sagedased haigused, raskused veekvaliteedi kontrollimisel ja ebastabiilsed saagid. Praegu on mandariinikalade tööstusliku RAS-i tehnilised varud ebapiisavad, eriti puuduvad süstemaatilised praktikad sellistes valdkondades nagu kasvatusprotsesside optimeerimine, spetsiaalsete seadmete projekteerimine ja veepuhastusprotsessid. See uurimus keskendub veeressursside tõhusale ringlussevõtule ja kasutamisele, eesmärgiga luua protsessiseadmete süsteem mandariinikalade maapealse tööstusliku vesiviljeluse jaoks. Väheste häiretega jäätmekäitlusseadmete optimeerimise ja seadmete ühendamise tehnoloogia integreerimise kaudu viiakse läbi eksperimentaalsed uuringud selliste võtmenäitajate kohta nagu veepuhastuse tõhusus ja bio{6}}koormusvõime. Eesmärk on välja töötada paljundatav tehniline lahendus, et toetada mandariini kalakasvatuse{8}}kvaliteetset arengut.
1. Tööstusliku tsirkuleeriva vesiviljeluse protsessi voog
Tööstusliku RAS-i tuum on dünaamilise veetasakaalu saavutamine ja ringlussevõtt läbi suletud ahela protsessi "füüsiline filtreerimine - bioloogiline puhastamine - desinfitseerimine ja hapnikuga varustamine". "Kala kasvatamine algab vee kasvatamisest"; sellised parameetrid nagu vee voolukiirus, temperatuur, pH, ammoniaaklämmastiku kontsentratsioon ja lahustunud hapniku tase mõjutavad otseselt mandariinikalade kasvukeskkonda. See süsteemi disain järgib põhimõtet "väikesed süsteemid, mitu üksust". Selle põhiloogika on järgmine: kiiremad voolukiirused võivad parandada süsteemi töötlemise efektiivsust, vähendada suurte tahkete osakeste jäätmete purunemist ja vähendada järgnevat tahkete osakeste jäätmete töötlust, järgneb tahkete jäätmete töötlemise jada ", sool, järgneb energiakulu" → saasteaine eemaldamise jada → saasteaine puhtusastmega järgneb energiakulu. "suur osakeste suurus → väike osakeste suurus" ning filtreerimis- ja desinfitseerimisprotsessid on järjestikku ühendatud.
Nagu näidatudJoonis 1Süsteemi voog on järgmine: kultiveerimispaagi drenaaž läbib eeltöötluse suurte tahkete osakeste eemaldamiseks, siseneb jäme- ja peenfiltratsiooni etappidesse, et eemaldada peened hõljuvad tahked ained, seejärel läbib biofiltri kahjulike ainete, näiteks ammoniaaklämmastiku lagundamiseks, ning lõpuks, pärast desinfitseerimist ja hapnikuga varustamist, naaseb kultuuripaaki, saavutades kontrollitud veekvaliteedi ja vee taasringluse kogu protsessi vältel.
2. Mandariini kalade vesiviljelusrajatiste ja -seadmete projekteerimine ja uurimine
Traditsiooniline vesiviljelusrajatise projekteerimine tugineb sageli kogemustele, mis viib kergesti ebatõhusate seadmete ja kulukate raiskamiseni. Nagu näidatudJoonis 2, see uuring, mis põhineb massitasakaalu põhimõttel, konstrueerib mudeli mandariinikalade maksimaalse biomassi kandevõime kohta. Maksimaalse söötmiskiiruse, jäätmete koguhulga ja ammoniaaklämmastiku tootmise arvutamisega saavutatakse teaduslike seadmete valik. Kasutades juhtumiuuringuna Mandariini kalakasvatusettevõtet Jiangxis, keskenduti vähese-häirimisega jäätmekäitlusseadme ja seadmete ühendussüsteemi optimeerimisele. Töökoja skeem on näidatudJoonis 3. Mandarin Fishi{1}}maismaal põhineva tööstusliku RAS-i paigutus on näidatudJoonis 4.
2.1 Kultuuri vee retsirkulatsiooni parameetrite disain
Retsirkulatsiooni määr on süsteemi tõhusa toimimise võti ja see tuleb põhjalikult kindlaks määrata mandariini kala asustustiheduse, veekoguse ja veepuhastusvõimsuse põhjal.
Vee retsirkulatsiooni mahu arvutamise valem:Q = V × N
Kus: Q on vee retsirkulatsiooni maht (m³/h);
V on kultuuri vee maht (m³);
N on retsirkulatsioonide arv päevas (korda päevas).
Kultuuripaagi disain: ühe paagi läbimõõt 6 m, kõrgus 1,2 m, koonuse põhja kõrgus 0,3 m.
Arvestuslik maht on π×3²×1.2 + 1/3×π×3²×0,3 ≈ 33,91 m³, tegelik kultuurivee maht on umbes 30 m³. Ühes töökojas on 10 kultuuripaaki, vee kogumaht 300 m³.
Tööparameetrid: retsirkulatsiooni kiirus N on seatud 3-5 korda päevas; meigivee tsirkulatsioon on 10% vee kogumahust (aurumis- ja äravoolukadude kompenseerimiseks), mida reguleeritakse reaalajas veebiseire kaudu.
2.2 Kultuurimahuti ja jäätmete tühjendusseadme disain
Nagu näidatudJoonis 5, on kultuuripaak konstrueeritud eesmärgiga "kiire jäätmete ärajuhtimine ja ühtlane veejaotus", kasutades ringikujulist paagi korpust koos koonuse põhjakonstruktsiooniga. Altpoolt on paigaldatud seade "Kalakäimla", et tagada jäätmete vähesel määral-heide. Kalakäimla optimeeriti järgmiselt:
- Voolukiiruse suurendamiseks on sisend-/väljalasketoru läbimõõt standardiseeritud 200 mm-ni.
- Katteplaadil on pöörlev voolujooneline disain, et tugevdada põhjasetete pöörlevat loputusefekti ja parandada{0}}isepuhastusvõimet.
3. Tahkete osakeste töötlemise protsessi kavandamine ja uurimine
Tahkeid osakesi töödeldakse suurusklassifikatsiooni alusel, kasutades kolmeastmelist "eeltöötluse - jämefiltratsiooni - peenfiltratsiooni" protsessi-. Konkreetsed parameetrid on näidatudTabel 1.
3.1 Eeltöötlusprotsess
Kasutab vertikaalse vooluga settit, mis on ühendatud kultuuripaagi külgmiste{0}}äravoolu- ja põhja-äravoolusüsteemidega, kasutades 100 μm või suuremate osakeste eemaldamiseks gravitatsioonilist eraldamist. Setiti on otse ühendatud kultuuripaagiga, et vähendada torustiku transpordikadusid ja vähendada järgnevate filtreerimisetappide koormust.
3.2 Jämefiltreerimisprotsess
Nagu näidatudJoonis 6, keskendub jämefiltreerimisprotsess mikroekraaniga trummelfiltrile. Projekteerimispõhimõtted hõlmavad järgmist: seadmete paigutamine kultiveerimismahutite lähedusse, et lühendada torujuhtme pikkust ja vähendada energiatarbimist.
PLC juhtimissüsteemi kasutamine automaatse tagasipesu saavutamiseks (4-6 korda päevas), mis on kooskõlastatud veekvaliteedi veebiseirega parameetrite reaalajas reguleerimiseks.
Kasutades gravitatsioonivoolu disaini, et vähendada pumba energiatarbimist ja töökulusid.
3.3 Peenfiltreerimisprotsess
Nagu näidatudJoonis 7, peenfiltreerimisprotsess puhastab veelgi vee kvaliteeti biofiltri ja desinfitseerimisseadmete sünergilise toime kaudu.
- Biofilter: valib kõrge-spetsiifilise-pinna-pinna, hüdrauliline retentsiooniaeg 1–2 tundi, säilitab lahustunud hapnikusisalduse 5 mg/l või sellega võrdne, lagundab ammoniaaklämmastikku ja nitritit.
- Desinfitseerimisseadmed: Ultraviolettsterilisaator (annus 3–5 × 10⁴ μW·s/cm²) või osoonigeneraator (kontsentratsioon 0,1–0,3 mg/L, kokkupuuteaeg 10–15 min) patogeensete mikroorganismide hävitamiseks.
- Hapnikusüsteem: Puhas oksügenaator, mida kasutatakse koos aeraatoritega stabiilse lahustunud hapniku taseme tagamiseks.
4. Torujuhtme paigutus ja juhtimissüsteem
4.1 Torujuhtme paigutuse disain
Torujuhtmed liigitatakse funktsioonide järgi nelja tüüpi: veevarustus, retsirkulatsioon, jäätmete ärajuhtimine ja lisavesi. Disainipõhimõtted: optimeerige kultuuripaakide ümber tsentreeritud paigutust, vähendage põlvede ja torujuhtme pikkust, et minimeerida pea kadu; tagada tasakaalustatud sisse- ja väljavool, et säilitada stabiilne veetase kultuurimahutites; jäätmete ärajuhtimise torudel on kalle (suurem või võrdne 3%), et hõlbustada jäätmete isetekkelist kogumist.
4.2 Juhtimissüsteemi projekteerimine
Süsteem kasutab suletud-ahela arhitektuuri "Sensors - Controller - Actuators", nagu on näidatudJoonis 8. Põhifunktsioonid hõlmavad järgmist:
- Reaalajas-veekvaliteedi jälgimine: võrgus andmete kogumine lahustunud hapniku, pH ja ammoniaaklämmastiku andurite kaudu.
- Seadmete ühendamise juhtimine: Mikroekraani tagasipesu, oksügenaatori võimsuse ja desinfitseerimisseadmete tööaja automaatne reguleerimine veekvaliteedi parameetrite alusel.
- Viga hoiatus: Ebanormaalsete parameetrite poolt käivitatud heli- ja visuaalsed häired, mis edastatakse Etherneti või traadita side kaudu haldusterminalidesse.
5. Seadmete toimivustesti andmete analüüs
Nagu näidatudJoonis 9, viidi Jiangxi Mandariini kalakasvatusbaasis läbi kuue{0}}kuuline proovioperatsioon. Süsteemis ei esinenud veetöötluse häireid ning seire- ja varajase hoiatamise süsteem töötas stabiilselt.
Rakendamisel ei leitud veepuhastushäireid, seire-, varajase hoiatamise ja juhtimissüsteem töötas stabiilselt. Põllumajandusprotsessi ajal kasutati kultuuripaakide õhutamist koos lahustunud hapniku kontrolliga. Põhiseadmete jõudluse hindamine on näidatudTabel 2.
Katse ajal saavutas asustustihedus 50-60 kala/m³, ellujäämismäär 90% või suurem, kasvumäär kasvas 20% võrreldes traditsioonilise põlluharimisega ja vee ringlussevõtu määr ulatus 92%ni, saavutades energiasäästu ja heitkoguste vähendamise eesmärgid.
6. Kokkuvõte
Mandarin Fishi maismaa-põhine tööstuslik RAS saavutab vesiviljeluse eesmärgid, milleks on "vee säästmine, kõrge efektiivsus ja keskkonnakaitse", integreerides inseneri-, rajatise{1}}põhised ja digitaalsed{2}intelligentsed tehnoloogiad. Selle uurimistöö uuendused seisnevad: seadmete valiku optimeerimine biomassi kandevõime mudeli alusel, et parandada süsteemi sobitamist; vähese-häirimisega jäätmekäitlusseadme täiustamine, et suurendada jäätmete eemaldamise tõhusust; seadmete ühendamise juhtimissüsteemi ehitamine, et saavutada täpne veekvaliteedi reguleerimine.
Seda süsteemi saab edendada ja rakendada muus mageveekalakasvatuses, pakkudes tehnilist võrdlusmaterjali vesiviljeluse intensiivistamiseks. Edaspidine töö peab veelgi vähendama seadmete kulusid ja optimeerima andurite jõudlust, et suurendada tehnoloogia leviku määra.