1. Retsirkuleerivate vesiviljelussüsteemide (RAS) ülevaade
(1) Tsirkuleerivate vesiviljelussüsteemide omadused
Retsirkuleerivad vesiviljelussüsteemid (RAS) on uudne vesiviljelusmudel, mis on välja töötatud intensiivse vesiviljeluse baasil, mida iseloomustab kultuurivee retsirkulatsioon ja taaskasutamine. Lisaks tavapärase intensiivse vesiviljeluse eelistele pakub RAS olulisi eeliseid reovee puhastamisel, veetarbimise vähendamisel ja heitvee väljavoolu minimeerimisel. Veevarustussüsteemi optimeeritud konstruktsiooni ning mitmete rajatiste ja seadmete koordineeritud toimimise kaudu võimaldab RAS kogu kultuuriveekoguse korduvat ringlussevõttu. Võrreldes traditsioonilise intensiivse vesiviljelusega on need energiatõhususe poolest paremad temperatuuri reguleerimisel, keskkonnasaaste leevendamisel ning haiguste ennetamisel ja tõrjel.
RAS nõuab tervikliku veepuhastus- ja -puhastusseadmete komplekti integreeritud kasutamist. Nende protsesside kavandamine hõlmab mitmete erialade ja tööstustehnoloogiate rakendamist, sealhulgas vedeliku mehaanika, bioloogia, masinaehitus, elektroonika, keemia ja automatiseerimise infotehnoloogia. Hästi-konstrueeritud RAS suudab saavutada täieliku kontrolli veekvaliteedi parameetrite üle, nagu temperatuur, lahustunud hapnik ja toitained, ning igal juhul saab enam kui 90% süsteemi veest retsirkulatsiooni kaudu uuesti kasutada.
(2) RAS-i olemus ja eelised
Retsirkuleerivate vesiviljelussüsteemide (RAS) olemus seisneb vesiviljelustoodangu toetamises ja optimeerimises tööstuslike ja moderniseeritud lähenemisviiside kaudu. Lubades veekeskkonna täieliku-protsessi reguleerimise, saab RAS osaliselt ületada välised piirangud, nagu temperatuur, vee kättesaadavus ja ruum, saavutades seeläbi aastaringse, mitme partii-tootmise. See võimaldab hooajavälist-põllumajandust ja järkjärgulist turulepääsu, pakkudes tootjatele konkurentsieelise ja suuremat majanduslikku tulu.
(3) Tootmise tõhusus ja ressursside kasutamine
RAS-i suurepärane tootmisjõudlus on tihedalt seotud selle hästi juhitavate ja ressursitõhusate{0}}omadustega. Vee-ühiku-põhiselt on veesaaduste saagikus RAS-is 3–5 korda suurem kui traditsioonilisel intensiivsel vesiviljelusel- ja 8–10 korda kõrgem kui tiikide vesiviljelusel, samas kui ellujäämismäär suureneb rohkem kui 10%. Lisaks väheneb veterinaarravimite ja keemiliste ainete kasutamine ligi 60%. Need laiaulatuslikud tulemusnäitajate täiustused tagavad nii RAS-i majandusliku kui ka ökoloogilise kasu.
(4) Veepuhastus ja süsteemiintegratsioon
RAS-is läbib kultuurivesi mitmeid töötlusi, sealhulgas füüsikalist filtreerimist, bioloogilist puhastamist, steriliseerimist ja desinfitseerimist, degaseerimist ja hapnikuga lisamist, mis võimaldab vett täielikult või osaliselt taaskasutada. Samal ajal saab kultuurikeskkonna optimeerimise integreerida automatiseeritud seadmetega, nagu automaatsed söötjad, võimaldades teatud automatiseerimist ja intelligentset juhtimist.
(5) Tehnoloogilised alused ja põhiomadused
RAS integreerib arenenud tehnoloogiaid alates kalandusest, mehaanilistest seadmetest, uutest keskkonnasõbralikest materjalidest-, mikroökoloogilisest regulatsioonist ja digitaalsest haldamisest. Tänu täielikult kontrollitud tootmiskeskkonnale, mida välistingimused mõjutavad minimaalselt, on RAS-il olulisi eeliseid, sealhulgas vee- ja maakaitse, vähenenud energiavajadus temperatuuri reguleerimiseks, stabiilsed kasvatustingimused, kiirenenud kasvukiirus, suur loomtihedus ja keskkonnasõbralike, saastevabade-toodete tootmine. Sellisena peetakse RAS-i "21. sajandi kõige lootustandvamaks vesiviljeluse mudeliks ja investeerimissuunaks".
(6) Arendus ja rakendamine Hiinas
Praeguseks on Hiinas projekteeritud ja ehitatud enam kui 900-suure ulatusega RAS-i, mis hõlmavad nii suuri rannikuprovintse kui ka sisemaa piirkondi, ulatudes isegi Xinjiangini. Need süsteemid, mis hõlmavad nii mere- kui ka magevees kasutatavaid rakendusi, on edukalt turustatud, vastavad eeldatavatele tootmiseesmärkidele ja näitavad suurepärast toimivust. Tootmistavad kinnitavad, et RAS ei anna mitte ainult paremat tootlikkust ja keskkonnaeeliseid, vaid saavutab ka oluliselt madalamad tootmiskulud saagiühiku kohta võrreldes teiste vesiviljelusmudelitega.
2. Retsirkuleerivate vesiviljelussüsteemide (RAS) peamised protsessid ja tehnoloogiad
Retsirkuleerivad vesiviljelussüsteemid (RAS) kasutavad laialdaselt tööstuslikke inseneriseadmeid ja -tehnoloogiaid. Tavaliselt koosnevad need protsessiüksustest ja tahkete osakeste eemaldamise seadmetest; hõljuvate osakeste ja lahustuva orgaanilise aine eemaldamine; toksiliste ja kahjulike lahustuvate anorgaaniliste soolade, nagu ammoniaak ja nitrit, kõrvaldamine; patogeeni tõrje; süsihappegaasi eemaldamine kultiveeritud organismide ja mikroorganismide ainevahetusest; hapniku lisamine; ja temperatuuri reguleerimine. Kaasatud tehnilised protsessid hõlmavad soojusisolatsiooni ja temperatuuri reguleerimist, tahkete osakeste eemaldamist, lahustuva anorgaanilise lämmastiku ja fosfori eemaldamist, desinfitseerimist ja steriliseerimist ning hapnikuga varustamist.
(1) Tööstusliku ja intensiivse tootmise omadused
RAS täiustab veelgi tööstusliku vesiviljeluse intensiivseid omadusi, pakkudes kõrget tootmise efektiivsust ja väikest maa hõivatust, ületades samal ajal maa- ja veeressursside piiranguid. Suure-sisendi, suure-väljundi, suure-tiheduse ja suure-tõhusa põllumajandusmudelina ühtib RAS Hiina ökoloogilise tsivilisatsiooni ja säästva arengu strateegiate üldiste eesmärkidega.
(2) Ökoloogiline ja strateegiline tähtsus
Intensiivsete, tõhusate, energiasäästlike, Hiina põllumajandus- ja maaeluministeerium on mitu aastat järjest kandnud RAS-i kui peamist soovitatud vesiviljelustehnoloogiat.
(3) Praegune areng ja suundumused
Praegu on see mudel Hiinas pälvinud laialdast tunnustust nii akadeemiliste ringkondade kui ka tööstuse poolt. Uute süsteemide ehitamise ulatus ja üldine põllumajanduslik tootmisvõimsus on viimastel aastatel pidevalt kasvanud, muutes RAS-i Hiina vesiviljelustööstuse üheks peamiseks tuleviku arengusuunaks.
3. Ülevaade retsirkuleerivate vesiviljelussüsteemide (RAS) uurimisest ja industrialiseerimisest
(1)Rahvusvahelised teadusuuringud ja industrialiseerimine
Varajane teadus- ja arendustegevus
Varaseim retsirkuleeriv vesiviljelussüsteem (RAS) tekkis Jaapanis 1950. aastatel. Seejärel alustasid paljud riigid RAS-i veepuhastus- ja vesiviljelustehnoloogiate uurimist. Algselt põhinesid need uuringud olmereoveepuhastusprotsessidel ja akvaariumi -stiilis süsteemidel (kultuuritihedusega vaid 0,16–0,48 kg/m³). Sellised lähenemisviisid ei võtnud aga arvesse kaubandusliku vesiviljeluse ainulaadseid nõudeid,{7}}eriti süsteemi kulude, ressursikasutuse, kultuuri ja puhastusvee mahtude suhte ning süsteemi kandevõime (tavaliselt 50–300 kg/m³) osas. Selle tulemusena tekkis uurimistöös palju tagasilööke, kulus palju ressursse ja edenes aeglaselt.
Dünaamiliste karakteristikute äratundmine
Varased uuringud jätsid tähelepanuta ka RAS-i olulise omaduse: selle dünaamilise olemuse. Kalade ainevahetusjäätmete tootmis- ja lagunemiskiirused peavad saavutama dünaamilise tasakaalu, et süsteem püsiks stabiilsena ja tervena. 1980. aastate keskpaigaks kasvas arusaam veekvaliteedi parameetritest-, nagu pH, lahustunud hapnik (DO), üldlämmastik (TN), nitraat (NO₃⁻), biokeemiline hapnikutarve (BOD) ja keemiline hapnikutarve (KHT) – ja nende variatsioonimustrid vesiviljelusvees, integreeriti need muudatused järk-järgult süsteemi dünaamilistesse kujundustesse. Näiteks hapnikupuudust saab kiiresti korrigeerida aeratsiooniga, kuid nitrifitseerivate bakterite reaktsioon ammoniaagi kontsentratsiooni tõusule jääb sageli oluliselt maha. Seega muutusid sügavamad teadmised vastastikku mõjutavatest piiravatest teguritest tõhusa süsteemi kavandamise ja toimimise jaoks üha olulisemaks.
Väljakutsed varajastes praktikates
Paljudel vesiviljelustöötajatel oli kogemusi intensiivsete süsteemide läbivooluga{0}}, kuid neil puudusid teadmised RAS-i toimimisest. Selle tulemusena ei suutnud nad sageli korralikult kontrollida loomtihedust, söötmiskoguseid, söötmissagedust ja veekvaliteedi juhtimist, mis viis süsteemi veevoolu ja materjaliringluse tasakaalustamatuseni ning põhjustas lõpuks töötõrkeid. Teadusliku arusaama ja juhtimiskogemuse puudumine kajastus kultuuritiheduse tasemetes: laboratoorsete-mõõtkavade RAS saavutas tavaliselt vaid 10–42 kg/m³, samal ajal kui varajases kaubanduslikus-mastaabis RAS-i tase oli vaid 6,7–7,9 kg/m³. Pärast enam kui pool sajandit kestnud tehnoloogilist arengut,{10}}sealhulgas protsesside optimeerimine, õhutamine ja hapnikuga varustamine (nt vedela hapniku kasutamine), automaatne söötmine ja sobivate liikide valik{13}}on tänapäevased RAS-id ületanud paljud piiravad tegurid ja suudavad nüüd toetada kõrget kultuuritihedust 50–300 kg/m³.
Tööstuskasv ja tehnoloogilised uuendused
Kuna traditsiooniline tiikide vesiviljelus seisis maakonkurentsi ja keskkonnasurve tõttu seisaku all, koges RAS Euroopas ja Põhja-Ameerikas 1980.–1990. aastatel kiiresti. Selle tööstusliku laienemisega kaasnesid tehnoloogilised täiustused, sealhulgas survestatud ja -surveta filtrite kasutamine suurte hõljuvate ainete jaoks, osoonimine desinfitseerimiseks ja orgaanilise aine lagundamiseks ning mitmete bioloogiliste filtrite väljatöötamine, nagu sukelfiltrid, nirisemisfiltrid, edasi-tagasi liikuvad filtrid, pöörlevad bioloogilised vedelikukihiga kontaktorid, trummid, biofilter-kontaktorid, trummid ja biofiltrid. denitrifikatsiooniühikud. Nende edusammudega küpses RAS järk-järgult ja alustas kaubanduslikku rakendust.
Ameerika Ühendriikide juhtum
Ameerika Ühendriigid on säilitanud juhtpositsiooni nii fundamentaalsetes kui ka rakenduslikes RAS-uuringutes, hõlmates selliseid valdkondi nagu intensiivselt kasvatatavate liikide toitumine ja füsioloogia, haiguste ennetamine ja veepuhastustehnoloogiad. US RAS-i põhiomadus on nende kõrge automatiseerituse ja mehhaniseerituse tase veekvaliteedi kontrollis. Arvuti-toega süsteemid reguleerivad automaatselt lahustunud hapniku, pH, juhtivuse, hägususe ja ammoniaagi taset ning keskkonnatingimusi, nagu temperatuur, niiskus ja valguse intensiivsus. USA on oma arenenud tööstusbaasi ära kasutades laialdaselt kasutusele võtnud kõrgtehnoloogilisi seadmeid hapnikuga varustamiseks, bioloogiliseks puhastamiseks, tahkete ainete eemaldamiseks, liigitamiseks ja saagikoristuseks. Näiteks Marylandi ülikooli merebiotehnoloogia keskuse poolt välja töötatud eksperimentaalne RAS sisaldab anaeroobseid töötlemisprotsesse, mis sarnanevad Taanis asuva Aquatec{10}}Solutionsi loodud süsteemidega.
4. Väljakutsed ja vastumeetmed tööstuslike retsirkuleerivate vesiviljelussüsteemide (RAS) arendamiseks
(1) Rajatiste ja seadmete ebapiisav integreerimine
Kuigi Hiina veepuhastus-, automaatsöötmis-, desinfitseerimis- ja õhutusseadmed on järk-järgult jõudnud rahvusvahelisele kõrgtasemele, on üldine süsteemiintegratsioon endiselt ebapiisav. RAS-seadmete tervikkomplekte tootvate suurte-ettevõtete puudumine on suurendanud ehituskulusid ja keerukust, takistades seeläbi kodumasinate kiiret edasiarendamist.
(2) Spetsialiseeritud segasööda optimeerimise vajadus
Praegu on Hiinas kasutatavad veesööda segud väga homogeensed ja neil puudub spetsiaalne sööt, mis on mõeldud RAS-i ja konkreetsete kultiveeritud liikide jaoks. See suurendab veepuhastussüsteemide töökoormust ja mõjutab põllumajanduse tulemuslikkust. On vaja välja töötada liigispetsiifilised RAS-söödad-, millel on hästi-tasakaalustatud toitumine, madal leostumismäär ja soodsad sööda konversioonisuhted.
(3) Haiguste ennetamine ja tõrje nõuavad suuremat täpsust
Suure-tiheduse ja suure-tõhususega põlluharimine suurendab haiguste puhangute ohtu, kui süsteemi tasakaalustamatus ilmneb ja patogeene on suletud süsteemides raske kõrvaldada. Süsteemi optimeerimist tuleks tõhustada, et parandada puhverdusvõimet, samas kui teadusuuringud peaksid keskenduma kalade füsioloogiale, stressireaktsioonidele, varajastele haiguste indikaatoritele ja tõhusatele haiguste{3}}hoiatusmehhanismidele.
(4) Märkimisväärne surve energiatarbimisele ja kulude vähendamisele
Suured ehituse alginvesteeringud ja energiatarbimine on RAS-i vältimatud väljakutsed. Energiasäästumeetmeid tuleks rakendada nii seadmete kui ka süsteemi tasandil, sealhulgas madala energiatarbega filtrite, CO₂ eemaldamise seadmete, reoveepuhastustehnoloogiate ja taastuvenergia rakenduste (nt päikese-, tuule- ja veesoojuspumbad) väljatöötamine.
(5) Toimimise ja juhtimise standardimise puudumine
Praegu ei ole Hiinas RAS-i jaoks ühtseid tehnilisi standardeid ega norme. Selle tulemusena on süsteemi ülesehitus, juhtimistavad ja põllumajanduse jõudlus väga erinevad ning talitlushäired on tavalised. Oluline on luua tervisliku vesiviljeluse jaoks standardiseeritud tehniline raamistik, täiustada protsessi- ja juhtimisstandardeid ning edendada standardse tootmise näidisprojekte.
(6) Vajadus tugevdada alusuuringuid
Teaduslik arusaamine mitmest aspektist on endiselt ebapiisav, sealhulgas kultiveeritud liikide tervislik seisund suure-tiheduse ja spetsiifiliste veekvaliteedi tingimustes, biokile struktuurimuutused süsteemi töö käigus, toitainete ringlusmehhanismid ning optimaalsed meetodid tahkete osakeste eemaldamiseks ja kahjutuks töötlemiseks. Need lüngad takistavad asjakohaste tehnoloogiate ja seadmete edasist arendamist.
(7) Tuleviku arengusuunad ja võimalused
Vaatamata nendele väljakutsetele pakub RAS olulisi eeliseid tootmise efektiivsuse, keskkonnasäästlikkuse ja loomade heaolu osas. Rohelise, ökoloogilise, ümmarguse ja tõhusa põllumajandusmudelina on see kooskõlas ülemaailmsete suundumustega vähese süsinikdioksiidiheitega{1}}arengu suunas. Hiina kalanduse moderniseerimise, ökoloogilise tsivilisatsiooni edenemise ja süsinikuneutraalsuse eesmärkide kiirenemisega peaks RAS sisenema uude kiire arengu faasi.