1.Oversikt over resirkulerende akvakultursystemer (RAS)
(1) Egenskaper ved resirkulerende akvakultursystemer
Resirkulerende akvakultursystemer (RAS) er en ny akvakulturmodell utviklet på grunnlag av intensiv akvakultur, preget av resirkulering og gjenbruk av kulturvann. I tillegg til fordelene med konvensjonell intensiv akvakultur, tilbyr RAS betydelige fordeler innen avløpsvannbehandling, reduksjon av vannforbruk og minimering av utslipp av avløp. Gjennom optimalisert design av vannforsyningssystemet og koordinert drift av flere anlegg og enheter, muliggjør RAS gjentatt resirkulering av hele kulturvannvolumet. Sammenlignet med tradisjonell intensiv akvakultur er de overlegne når det gjelder energieffektivitet for temperaturkontroll, reduksjon av miljøforurensning og forebygging og kontroll av sykdommer.
RAS krever integrert bruk av et omfattende sett med vannrense- og behandlingsanlegg. Prosessdesignet deres involverer bruk av flere disipliner og industrielle teknologier, inkludert fluidmekanikk, biologi, maskinteknikk, elektronikk, kjemi og automasjonsinformasjonsteknologi. Et godt-utformet RAS kan oppnå full kontroll over vannkvalitetsparametere som temperatur, oppløst oksygen og næringsstoffer, og under alle omstendigheter kan mer enn 90 % av systemvannet gjenbrukes gjennom resirkulering.
(2) Essensen og fordelene med RAS
Essensen av resirkulerende akvakultursystemer (RAS) ligger i å støtte og optimalisere akvakulturproduksjonen gjennom industrialiserte og moderniserte tilnærminger. Ved å aktivere full-prosessregulering av vannmiljøet, kan RAS delvis overvinne ytre begrensninger som temperatur, vanntilgjengelighet og plass, og dermed oppnå helårs-kontinuerlig-batchproduksjon. Dette gir mulighet for oppdrett utenfor-sesongen og forskjøvet markedsinngang, og gir produsentene et konkurransefortrinn og høyere økonomisk avkastning.
(3)Produksjonseffektivitet og ressursbruk
Den utmerkede produksjonsytelsen til RAS er nært knyttet til dets svært kontrollerbare og ressurseffektive-egenskaper. På en per-enhet-vannbasis er utbyttet av akvatiske produkter i RAS 3–5 ganger høyere enn for tradisjonell strømning-gjennom intensiv akvakultur og 8–10 ganger høyere enn for damakvakultur, mens overlevelsesraten øker med mer enn 10 %. Videre reduseres bruken av veterinærmedisiner og kjemiske midler med nesten 60 %. Disse omfattende forbedringene i ytelsesindikatorer sikrer både de økonomiske og økologiske fordelene med RAS.
(4) Vannbehandling og systemintegrasjon
I RAS gjennomgår kulturvann en rekke behandlinger, inkludert fysisk filtrering, biologisk rensing, sterilisering og desinfeksjon, avgassing og oksygenering, noe som tillater hel eller delvis gjenbruk av vannet. Samtidig kan optimering av kulturmiljøet integreres med automatisert utstyr som fôringsautomater, noe som muliggjør en viss grad av automatisering og intelligent styring.
(5)Teknologiske grunnlag og nøkkelfunksjoner
RAS integrerer avansert teknologi fra fiskeriteknikk, mekanisk utstyr, nye miljøvennlige- materialer, mikroøkologisk regulering og digital forvaltning. På grunn av det fullt kontrollerte produksjonsmiljøet, som er minimalt påvirket av ytre forhold, demonstrerer RAS betydelige fordeler, inkludert vann- og landbevaring, redusert energibehov for temperaturregulering, stabile oppdrettsforhold, akselererte veksthastigheter, høye besetningstettheter og produksjon av -økovennlige, forurensningsfrie-produkter. Som sådan blir RAS sett på som "den mest lovende akvakulturmodellen og investeringsretningen i det 21. århundre."
(6) Utvikling og applikasjon i Kina
Til dags dato har mer enn 900 store- RAS blitt designet og konstruert i Kina, som strekker seg over store kystprovinser så vel som innlandsregioner, og strekker seg til og med til Xinjiang. Disse systemene, som omfatter både marine og ferskvannsapplikasjoner, har blitt kommersialisert med suksess, oppfyller forventede produksjonsmål og viser utmerket operasjonell ytelse. Produksjonspraksis bekrefter at RAS ikke bare gir overlegen produktivitet og miljøfordeler, men også oppnår betydelig lavere produksjonskostnader per enhetsutbytte sammenlignet med andre akvakulturmodeller.
2. Nøkkelprosesser og teknologier for resirkulerende akvakultursystemer (RAS)
Resirkulerende akvakultursystemer (RAS) gjør utstrakt bruk av industrielt ingeniørutstyr og teknologier. Typisk består de av prosessenheter og anlegg for fjerning av faste partikler; fjerning av suspenderte partikler og løselig organisk materiale; eliminering av giftige og skadelige løselige uorganiske salter som ammoniakk og nitritt; patogen kontroll; fjerning av karbondioksid fra metabolismen til dyrkede organismer og mikroorganismer; oksygentilskudd; og temperaturregulering. De tekniske prosessene som er involvert inkluderer termisk isolasjon og temperaturkontroll, fjerning av faste partikler, fjerning av løselig uorganisk nitrogen og fosfor, desinfeksjon og sterilisering, samt oksygenering.
(1) Industrialiserte og intensive produksjonsfunksjoner
RAS forbedrer de intensive egenskapene til industriell akvakultur ytterligere, og tilbyr høy produksjonseffektivitet og lite landbruk, samtidig som det overvinner begrensningene til land- og vannressurser. Som en jordbruksmodell med høy-input, høy-utgang, høy-tetthet og høy-effektiv jordbruksmodell, er RAS i tråd med Kinas overordnede mål for økologisk sivilisasjon og bærekraftige utviklingsstrategier.
(2) Økologisk og strategisk betydning
Med sine intensive, effektive,-energisparende, utslippsreduserende-og miljøvennlige funksjoner har RAS blitt en viktig retning for å transformere og oppgradere akvakultur i Kina mot lav-karbon og grønn utvikling. I flere år på rad har RAS vært oppført av det kinesiske landbruks- og landbruksdepartementet som en viktig anbefalt akvakulturteknologi.
(3) Nåværende utvikling og trender
For tiden har denne modellen fått bred anerkjennelse fra både akademia og industri i Kina. Omfanget av nye systemkonstruksjoner og den totale oppdrettskapasiteten har økt jevnt og trutt de siste årene, noe som gjør RAS til en av de viktigste fremtidige utviklingstrendene for Kinas akvakulturindustri.
3. Oversikt over forskning og industrialisering av resirkulerende akvakultursystemer (RAS)
(1) Internasjonal forskning og industrialisering
Tidlig forskning og utvikling
Det tidligste resirkulerende akvakultursystemet (RAS) dukket opp i Japan på 1950-tallet. Deretter begynte mange land forskning på vannbehandling og akvakulturteknologier for RAS. Opprinnelig var disse studiene basert på kommunale prosesser for avløpsvannbehandling og akvarium-systemer (med kulturtettheter på bare 0,16–0,48 kg/m³). Slike tilnærminger tok imidlertid ikke hensyn til de unike kravene til kommersiell akvakultur-spesielt når det gjelder systemkostnader, ressursbruk, forholdet mellom kultur- og rensevannsvolumer og systemets bæreevne (typisk 50–300 kg/m³). Som et resultat møtte forskningsinnsatsen mange tilbakeslag, forbrukte store mengder ressurser og gikk sakte frem.
Gjenkjennelse av dynamiske egenskaper
Tidlige studier overså også en viktig egenskap ved RAS: dens dynamiske natur. Produksjons- og nedbrytningshastigheten av fiskemetabolske avfall må nå dynamisk likevekt for at systemet skal forbli stabilt og sunt. På midten av-1980-tallet, med økende forståelse av vannkvalitetsparametere-som pH, oppløst oksygen (DO), totalt nitrogen (TN), nitrat (NO₃⁻), biokjemisk oksygenbehov (BOD) og kjemisk oksygenbehov (COD) - og deres variasjonsmønstre i akvakulturvann, ble disse dynamiske endringene integrert i systemdesignet gradvis. For eksempel kan oksygenmangel raskt korrigeres ved lufting, men responsen til nitrifiserende bakterier på økende ammoniakkkonsentrasjoner henger ofte betydelig etter. Dermed ble dypere kunnskap om samvirkende begrensende faktorer stadig viktigere for effektiv systemdesign og drift.
Utfordringer i tidlig praksis
Mange akvakulturutøvere hadde erfaring med flyt-gjennom intensive systemer, men manglet kunnskap om RAS-drift. Som et resultat klarte de ofte ikke å kontrollere besetningstetthet, fôringsmengder, fôringsfrekvens og vannkvalitetsstyring, noe som førte til ubalanse i systemets vannstrøm og materialsyklus og til slutt forårsaket driftssvikt. Denne mangelen på vitenskapelig forståelse og ledelseserfaring gjenspeiles i kulturtetthetsnivåer: RAS i laboratorie-skala oppnådde vanligvis bare 10–42 kg/m³, mens RAS i tidlig kommersiell-skala holdt seg så lavt som 6,7–7,9 kg/m³. Etter mer enn et halvt århundre med teknologisk fremskritt-inkludert prosessoptimalisering, lufting og oksygenering (f.eks. bruk av flytende oksygen), automatisert fôring og valg av passende arter{13}}har moderne RAS overvunnet mange begrensende faktorer og kan nå støtte høye kulturtettheter på 50–300 kg/m³.
Industriell vekst og teknologiske innovasjoner
Ettersom tradisjonell dam-akvakultur møtte stagnasjon på grunn av landkonkurranse og miljøpress, opplevde RAS i Europa og Nord-Amerika rask vekst mellom 1980- og 1990-tallet. Denne industrielle ekspansjonen ble ledsaget av teknologiske forbedringer, inkludert bruken av trykksatte og ikke-trykksatte filtre for store suspenderte faste stoffer, ozonering for desinfeksjon og nedbrytning av organisk materiale, og utviklingen av flere biologiske filtre som nedsenkede filtre, sildrende filtre, frem- og tilbakegående filtre, roterende biologiske brønnkontaktorer for roterende brønner, anaerobe denitrifikasjonsenheter. Med disse fremskrittene modnet RAS gradvis og gikk inn i kommersiell bruk.
Saken om USA
USA har opprettholdt en ledende posisjon innen både grunnleggende og anvendt RAS-forskning, og dekker områder som ernæring og fysiologi til intensivt oppdrettsarter, sykdomsforebygging og vannbehandlingsteknologier. Et nøkkeltrekk ved US RAS er deres høye grad av automatisering og mekanisering i vannkvalitetskontroll. Datamaskinassisterte-systemer regulerer automatisk oppløst oksygen, pH, konduktivitet, turbiditet og ammoniakknivåer, samt miljøforhold som temperatur, fuktighet og lysintensitet. Ved å utnytte sin avanserte industrielle base har USA bredt tatt i bruk høy-teknologisk utstyr for oksygenering, biologisk rensing, fjerning av faste stoffer, sortering og høsting. For eksempel inkluderer det eksperimentelle RAS utviklet av Center of Marine Biotechnology ved University of Maryland anaerobe behandlingsprosesser, som ligner mye på systemer designet av Aquatec{10}}Solutions i Danmark.
4.Utfordringer og mottiltak for utvikling av industrialiserte resirkulerende akvakultursystemer (RAS)
(1) Utilstrekkelig integrering av fasiliteter og utstyr
Selv om Kinas utstyr for vannbehandling, automatisk fôring, desinfeksjon og lufting gradvis har nærmet seg det internasjonale avanserte nivået, er den generelle systemintegrasjonen fortsatt utilstrekkelig. Mangelen på store-bedrifter som er i stand til å produsere komplette sett med RAS-utstyr, har økt konstruksjonskostnadene og kompleksiteten, og hindrer dermed rask utvikling av husholdningsutstyr.
(2) Behov for optimalisering av spesialisert fôr
For tiden er vannfôrformler i Kina svært homogene og mangler spesialisert fôr designet for RAS og spesifikke dyrkede arter. Dette øker den operasjonelle belastningen av vannbehandlingssystemer og påvirker oppdrettsytelsen. Det er nødvendig å utvikle arts--spesifikke RAS-fôr med godt-balansert ernæring, lave utvaskingshastigheter og gunstige fôrkonverteringsforhold.
(3) Sykdomsforebygging og -kontroll krever større presisjon
Oppdrett med høy-tetthet og høy-effektivitet øker risikoen for sykdomsutbrudd når systemubalanser oppstår, og patogener er vanskelige å eliminere i lukkede systemer. Systemoptimalisering bør forbedres for å forbedre bufferkapasiteten, mens forskning bør fokusere på fiskefysiologi, stressresponser, tidlige sykdomsindikatorer og effektive-sykdomsvarslingsmekanismer.
(4) Betydelig press av energiforbruk og kostnadsreduksjon
Høye anleggsinvesteringer og energiforbruk er uunngåelige utfordringer ved RAS. Energisparende tiltak bør implementeres både på utstyrs- og systemnivå, inkludert utvikling av lav-energifiltre, enheter for fjerning av CO₂, teknologier for behandling av avløpsvann og fornybare energiapplikasjoner som sol-, vind- og vannvarmepumper-.
(5) Mangel på standardisering i drift og ledelse
Foreløpig er det ingen enhetlige tekniske standarder eller normer for RAS i Kina. Som et resultat varierer systemdesign, ledelsespraksis og oppdrettsytelse mye, og driftssvikt er vanlig. Det er viktig å etablere et standardisert teknisk rammeverk for sunn akvakultur, forbedre prosess- og styringsstandarder og fremme demonstrasjonsprosjekter for standardisert produksjon.
(6) Behov for styrket grunnforskning
Vitenskapelig forståelse av flere aspekter er fortsatt utilstrekkelig, inkludert helsestatusen til dyrkede arter under høy-tetthet og spesifikke vannkvalitetsforhold, biofilmstrukturelle endringer under systemdrift, næringssyklusmekanismer og optimale metoder for fjerning og ufarlig behandling av faste partikler. Disse hullene hindrer videre utvikling av relevant teknologi og utstyr.
(7) Fremtidige utviklingstrender og muligheter
Til tross for disse utfordringene tilbyr RAS betydelige fordeler innen produksjonseffektivitet, miljømessig bærekraft og dyrevelferd. Som en grønn, økologisk, sirkulær og effektiv jordbruksmodell er den i tråd med globale trender mot lav-karbonutvikling. Med moderniseringen av Kinas fiskerier, utviklingen av økologisk sivilisasjon og akselerasjonen av karbonnøytralitetsmålene, forventes RAS å gå inn i en ny fase med rask utvikling.