سیستم آبزی پروری چرخشی صنعتی (RAS)به عنوان یک فناوری نوظهور آبزی پروری که توسط سیاست های شیلات تسهیلات ملی هدایت می شود، از طریق ادغام تجهیزات مهندسی صنعتی و فناوری های کنترل محیطی، به تشدید، کارایی بالا و پایداری زیست محیطی در آبزی پروری دست می یابد. آنمزایای اصلیشامل:بازیافت آب باعث صرفه جویی بیش از 90 درصد آب، استقلال از محدودیت های منطقه ای و فصلی، تنظیم دقیق عوامل محیطی کلیدی مانند دمای آب و اکسیژن محلول، بهبود قابل توجه بهره وری زمین و نرخ تبدیل خوراک می شود.. این به عنوان یک جهت حیاتی برای توسعه پایدار آبزی پروری شناخته شده است. که با "سرمایه گذاری بالا، تراکم بالا و خروجی بالا" مشخص می شود، پذیرش گسترده آن توسط عواملی مانند سرمایه گذاری اولیه بالا (هزینه های تاسیسات و تجهیزات) و موانع فنی بالا (سازگاری بذر و مدیریت کیفیت آب) محدود می شود.
ماهی ماندارین (Siniperca chuatsi)، بهعنوان یک- گونه آبزی پروری با ارزش بالا، در کشاورزی سنتی با چالشهایی مانند بیماریهای مکرر، مشکل در کنترل کیفیت آب، و عملکرد ناپایدار مواجه است. در حال حاضر، ذخایر فنی برای RAS صنعتی ماهی ماندارین ناکافی است، به ویژه فاقد عملکرد سیستماتیک در زمینه هایی مانند بهینه سازی فرآیند کشاورزی، طراحی تجهیزات اختصاصی، و فرآیندهای تصفیه آب. این تحقیق بر بازیافت و استفاده کارآمد از منابع آب، با هدف ساختن سیستم تجهیزات فرآیند برای آبزی پروری صنعتی ماهی ماندارین مبتنی بر زمین{3} تمرکز دارد. از طریق بهینهسازی دستگاههای تخلیه زباله کم{5}}و ادغام فناوری اتصال تجهیزات، تحقیقات تجربی روی شاخصهای کلیدی مانند کارایی تصفیه آب و ظرفیت بار زیستی انجام میشود. هدف توسعه یک راه حل فنی قابل تکرار برای حمایت از توسعه با کیفیت بالا-در صنعت پرورش ماهی ماندارین است.
1. جریان فرآیند آبزی پروری چرخشی صنعتی
هسته یک RAS صنعتی دستیابی به تعادل پویا و بازیافت آب از طریق یک فرآیند حلقه بسته-فیلتراسیون فیزیکی - تصفیه بیولوژیکی - ضد عفونی و اکسیژن رسانی". "پرورش ماهی با بالا آوردن آب شروع می شودپارامترهایی مانند سرعت جریان آب، دما، pH، غلظت نیتروژن آمونیاکی، و سطح اکسیژن محلول به طور مستقیم بر محیط رشد ماهی ماندارین تأثیر میگذارند. این طراحی سیستم از اصل «سیستمهای کوچک، چند واحدی» پیروی میکند. منطق اصلی آن این است: سرعتهای جریان سریعتر میتواند کارایی پردازش سیستم را بهبود بخشد، میزان شکستگی فرآیند را کاهش دهد و ذرات بزرگ را کاهش دهد. از دنباله "جامد → مایع → گاز" پیروی می کند، تصفیه زباله های جامد بر اساس "اندازه ذرات بزرگ → اندازه ذرات کوچک" درجه بندی می شود و فرآیندهای فیلتراسیون و ضد عفونی به طور متوالی به هم متصل می شوند.
همانطور که در نشان داده شده استشکل 1جریان سیستم به این صورت است: زهکشی از مخزن کشت برای حذف ضایعات بزرگ ذرات تحت پیش تصفیه قرار می گیرد، برای حذف مواد معلق ریز وارد مراحل فیلتراسیون درشت و ریز می شود، سپس از فیلتر زیستی عبور می کند تا مواد مضری مانند نیتروژن آمونیاکی را تجزیه کند، و در نهایت، پس از ضد عفونی و کنترل مجدد آب در مخزن اکسیژن، آب را دوباره به چرخه کنترل می کند. فرآیند
2. طراحی و تحقیق در مورد تاسیسات و تجهیزات پرورش ماهی ماندارین
طراحی تاسیسات آبزی پروری سنتی اغلب به تجربه متکی است و به راحتی منجر به تجهیزات ناکارآمد و هدر رفتن هزینه می شود. همانطور که در نشان داده شده استشکل 2، این مطالعه بر اساس اصل تعادل جرم، مدلی برای حداکثر ظرفیت حمل زیست توده ماهی ماندارین ایجاد می کند. با محاسبه حداکثر نرخ تغذیه، کل ضایعات و تولید نیتروژن آمونیاکی، انتخاب تجهیزات علمی حاصل می شود. با استفاده از یک شرکت پرورش ماهی ماندارین در جیانگشی به عنوان مطالعه موردی، تمرکز بر بهینه سازی دستگاه تخلیه زباله با اختلال کم-و سیستم اتصال تجهیزات بود. طرح کارگاه در نشان داده شده استشکل 3. طرحبندی RAS صنعتی مبتنی بر زمین-برای ماهی ماندارین در نشان داده شده استشکل 4.
2.1 طراحی پارامترهای گردش آب کشت
نرخ گردش مجدد کلید عملکرد کارآمد سیستم است و باید به طور جامع بر اساس تراکم ذخیره ماهی ماندارین، حجم آب و ظرفیت تصفیه آب تعیین شود.
فرمول محاسبه حجم گردش آب:Q = V × N
جایی که: Q حجم گردش آب (m³/h) است.
V حجم آب کشت (m³) است.
N تعداد دفعات چرخش در روز (بار در روز) است.
طراحی مخزن فرهنگ: قطر مخزن تکی 6 متر، ارتفاع 1.2 متر، ارتفاع مخروطی پایین 0.3 متر.
حجم محاسبه شده π×3²×1.2 + 1/3×π×3²×0.3 ≈ 33.91 m³ است، حجم واقعی آب کشت حدود 30 m³ است. یک کارگاه منفرد شامل 10 مخزن کشت، حجم کل آب 300 متر مکعب است.
پارامترهای عملیاتی: نرخ گردش مجدد N روی 3-5 بار در روز تنظیم شده است. گردش آب آرایشی 10٪ از حجم کل آب (برای جبران تلفات تبخیر و تخلیه) است که در زمان واقعی از طریق نظارت آنلاین تنظیم می شود.
2.2 طراحی مخزن کشت و دستگاه تخلیه زباله
همانطور که در نشان داده شده استشکل 5مخزن کشت با اهداف "تخلیه سریع زباله و توزیع یکنواخت آب" با استفاده از بدنه مخزن دایره ای همراه با ساختار زیرین مخروطی طراحی شده است. یک دستگاه "توالت ماهی" در پایین نصب شده است تا به تخلیه زباله کم-آشفتگی برسد. توالت ماهی به صورت زیر بهینه شده است:
- قطر لوله ورودی/خروجی استاندارد شده تا 200 میلی متر برای افزایش سرعت جریان.
- صفحه پوششی از یک طراحی کارآمد چرخشی استفاده می کند تا اثر شستشوی چرخشی بر روی رسوبات پایینی را افزایش دهد و قابلیت خود تمیز کردن{0}}را بهبود بخشد.
3. طراحی و تحقیق فرآیند تصفیه ذرات جامد
ذرات جامد با طبقهبندی اندازه با استفاده از یک فرآیند سه مرحلهای «پیش تصفیه - فیلتراسیون درشت - فیلتراسیون ریز» پردازش میشوند. پارامترهای خاص در نشان داده شده استجدول 1.
3.1 فرآیند پیش تصفیه
از یک ته نشین کننده جریان عمودی متصل به سیستم های-زهکشی و پایینی-تخلیه مخزن کشت، با استفاده از جداسازی گرانشی برای حذف ذرات بزرگتر یا مساوی 100 میکرومتر استفاده می کند. ته نشین کننده مستقیماً به مخزن کشت متصل می شود تا تلفات حمل و نقل خط لوله را کاهش دهد و بار در مراحل بعدی فیلتراسیون را کاهش دهد.
3.2 فرآیند فیلتراسیون درشت
همانطور که در نشان داده شده استشکل 6، فرآیند فیلتراسیون درشت روی یک فیلتر درام میکرو صفحه متمرکز است. اصول طراحی عبارتند از: قرار دادن تجهیزات در نزدیکی مخازن کشت برای کوتاه کردن طول خط لوله و کاهش مصرف انرژی.
استفاده از یک سیستم کنترل PLC برای دستیابی به شستشوی معکوس خودکار (4-6 بار در روز)، هماهنگ با نظارت بر کیفیت آب آنلاین برای تنظیم پارامتر در زمان واقعی.
استفاده از طراحی جریان گرانشی برای کاهش مصرف برق پمپ و کاهش هزینه های عملیاتی.
3.3 فرآیند تصفیه خوب
همانطور که در نشان داده شده استشکل 7فرآیند فیلتراسیون خوب، کیفیت آب را از طریق عملکرد هم افزایی فیلترهای زیستی و تجهیزات ضد عفونی بیشتر تصفیه می کند.
- بیوفیلتر: محیط های{0}}خاص-سطح- بالا، زمان ماند هیدرولیکی 1-2 ساعت را انتخاب می کند، اکسیژن محلول را بیشتر یا مساوی 5 میلی گرم در لیتر نگه می دارد، نیتروژن و نیتریت آمونیاکی را تجزیه می کند.
- تجهیزات ضد عفونی: ضدعفونی کننده اشعه ماوراء بنفش (دوز 3-5 × 104 μW·s/cm²) یا مولد ازن (غلظت 0.1-0.3 mg/L، زمان تماس 10-15 دقیقه) برای از بین بردن میکروارگانیسم های بیماری زا.
- سیستم اکسیژن رسانی: اکسیژن ساز خالص اکسیژن که به همراه هواده ها برای اطمینان از سطوح اکسیژن محلول پایدار استفاده می شود.
4. طرح بندی خط لوله و سیستم کنترل
4.1 طراحی چیدمان خط لوله
خطوط لوله بر اساس عملکرد به چهار نوع تقسیم می شوند: تامین آب، گردش مجدد، تخلیه زباله و آب آرایشی. اصول طراحی: بهینه سازی چیدمان متمرکز در اطراف مخازن کشت، کاهش زانوها و طول خط لوله برای به حداقل رساندن از دست دادن سر. اطمینان از جریان ورودی و خروجی متعادل برای حفظ سطح آب پایدار در مخازن کشت. لوله های تخلیه زباله دارای شیب (بیشتر یا مساوی 3٪) برای تسهیل جمع آوری زباله از طریق جریان خود{2}} هستند.
4.2 طراحی سیستم کنترل
سیستم از معماری حلقه بسته -حسگرهای - کنترل کننده - محرک ها استفاده می کند همانطور که در نشان داده شده استشکل 8. توابع اصلی عبارتند از:
- پایش کیفیت آب در زمان واقعی-: جمع آوری اطلاعات آنلاین از طریق سنسورهای اکسیژن محلول، pH و نیتروژن آمونیاکی.
- کنترل اتصال تجهیزات: تنظیم خودکار شستشوی معکوس میکرو صفحه نمایش، قدرت اکسیژناتور و زمان اجرا تجهیزات ضد عفونی بر اساس پارامترهای کیفیت آب.
- تقصیر هشدار: آلارم های صوتی و تصویری که توسط پارامترهای غیرعادی فعال می شوند و از طریق اترنت یا ارتباطات بی سیم به پایانه های مدیریتی منتقل می شوند.
5. تجزیه و تحلیل داده های تست عملکرد تجهیزات
همانطور که در نشان داده شده استشکل 9، یک عملیات آزمایشی شش ماهه- در یک پایگاه پرورش ماهی ماندارین در جیانگشی انجام شد. این سیستم هیچ گونه ناهنجاری تصفیه آب را تجربه نکرد و سیستم نظارت و هشدار اولیه به طور پایدار عمل کرد.
هیچ گونه ناهنجاری تصفیه آب در طول کاربرد یافت نشد، سیستم نظارت، هشدار اولیه و کنترل به طور پایدار عمل کرد. هوادهی در مخازن کشت در ترکیب با کنترل اکسیژن محلول در طول فرآیند کشاورزی استفاده شد. ارزیابی عملکرد تجهیزات اصلی در نشان داده شده استجدول 2.
در طول آزمایش، تراکم ذخایر ماهی به 50-60 ماهی در متر مکعب رسید، نرخ بقای بیشتر یا مساوی 90 درصد، نرخ رشد 20 درصد در مقایسه با کشاورزی سنتی افزایش یافت، و نرخ بازیافت آب به 92 درصد رسید و به اهداف صرفه جویی در انرژی و کاهش انتشار رسید.
6. خلاصه
RAS صنعتی مستقر در زمین برای ماهی ماندارین به اهداف آبزی پروری «صرفه جویی در آب، راندمان بالا و حفاظت از محیط زیست» از طریق ادغام فناوریهای هوشمند مهندسی،-مبتنی بر تأسیسات و دیجیتال- دست مییابد. نوآوری های این تحقیق عبارتند از: بهینه سازی انتخاب تجهیزات بر اساس مدل ظرفیت حمل زیست توده برای بهبود تطابق سیستم. بهبود دستگاه تخلیه زباله با اختلال کم-برای افزایش کارایی حذف زباله. ساخت یک سیستم کنترل اتصال تجهیزات برای دستیابی به تنظیم دقیق کیفیت آب.
این سیستم را می توان برای سایر پرورش ماهیان آب شیرین ترویج و اعمال کرد و یک مرجع فنی برای تشدید تحول آبزی پروری ارائه کرد. کار آینده نیاز به کاهش بیشتر هزینه تجهیزات و بهینه سازی عملکرد سنسور برای افزایش نرخ نفوذ فناوری دارد.