Endüstriyel devridaimli su ürünleri yetiştiriciliği sistemi (RAS)Ulusal tesis balıkçılık politikaları tarafından yönlendirilen yeni ortaya çıkan bir su ürünleri teknolojisi olarak, endüstriyel mühendislik ekipmanı ve çevresel kontrol teknolojilerinin entegrasyonu yoluyla su ürünleri yetiştiriciliğinde yoğunlaştırma, yüksek verimlilik ve çevresel sürdürülebilirlik elde edilir. Onuntemel avantajlarkatmak:su geri dönüşümü %90'dan fazla su tasarrufu, bölgesel ve mevsimsel kısıtlamalardan bağımsızlık, su sıcaklığı ve çözünmüş oksijen gibi temel çevresel faktörlerin hassas şekilde düzenlenmesi, arazi verimliliğinin ve yem dönüşüm oranlarının önemli ölçüde iyileştirilmesi. Su ürünleri yetiştiriciliğinin sürdürülebilir gelişimi için çok önemli bir yön olarak kabul edilmektedir. "Yüksek yatırım, yüksek yoğunluk ve yüksek üretim" ile karakterize edilen bu yöntemin yaygın olarak benimsenmesi, yüksek ilk yatırım (tesis ve ekipman maliyetleri) ve yüksek teknik engeller (tohum iklimlendirmesi ve su kalitesi yönetimi) gibi faktörler tarafından kısıtlanmaktadır.
Mandalina Balığı (Siniperca chuatsi)),-değeri yüksek bir tatlı su su ürünleri türü olarak, geleneksel tarımda sık görülen hastalıklar, su kalitesi kontrolündeki zorluklar ve istikrarsız verimler gibi zorluklarla karşı karşıyadır. Şu anda, Mandarin Balığı endüstriyel RAS'ına yönelik teknik rezervler yetersiz kalıyor; özellikle tarım süreci optimizasyonu, özel ekipman tasarımı ve su arıtma süreçleri gibi alanlarda sistematik uygulamalar eksik. Bu araştırma, Mandarin Balığı'nın karada-endüstriyel su ürünleri yetiştiriciliği için proses ekipman sistemi oluşturmayı hedefleyerek, su kaynaklarının verimli bir şekilde geri dönüştürülmesi ve kullanılmasına odaklanmaktadır. Düşük-rahatsızlığa neden olan atık boşaltma cihazlarının optimizasyonu ve ekipman bağlantı teknolojisinin entegrasyonu yoluyla, su arıtma verimliliği ve biyolojik-yük kapasitesi gibi temel göstergeler üzerine deneysel araştırmalar yürütülmektedir. Amaç, Mandalina Balığı yetiştiriciliği endüstrisinin yüksek-kaliteli gelişimini desteklemek için tekrarlanabilir bir teknik çözüm geliştirmektir.
1. Endüstriyel Devridaimli Su Ürünleri Proses Akışı
Endüstriyel RAS'ın özü, kapalı-döngü süreci aracılığıyla dinamik su dengesi ve geri dönüşüm elde etmektir "fiziksel filtreleme - biyolojik saflaştırma - dezenfeksiyon ve oksijenasyon". "Balık yetiştirmek suyun yükseltilmesiyle başlar"; su akış hızı, sıcaklık, pH, amonyak nitrojen konsantrasyonu ve çözünmüş oksijen seviyesi gibi parametreler, Mandarin Balığının büyüme ortamını doğrudan etkiler. Bu sistem tasarımı "küçük sistemler, çoklu birimler" ilkesini izler. Temel mantığı şudur: daha hızlı akış hızları, sistem işleme verimliliğini artırabilir, büyük parçacıklı atıkların kırılmasını azaltabilir ve sonraki işlem enerji tüketimini azaltabilir; kirleticilerin uzaklaştırılması "katı → sıvı → gaz" sırasını takip eder, katı atık arıtması "büyük parçacık boyutu → küçük parçacık boyutu" ile derecelendirilir ve filtreleme ve dezenfeksiyon işlemleri sırayla bağlanır.
Gösterildiği gibiŞekil 1Sistem akışı şu şekildedir: Kültür tankından gelen drenaj, büyük partiküllü atıkları uzaklaştırmak için ön arıtmaya tabi tutulur, ince askıdaki katıları uzaklaştırmak için kaba ve ince filtreleme aşamalarına girer, ardından amonyak nitrojen gibi zararlı maddeleri ayrıştırmak için bir biyofiltreden geçer ve son olarak dezenfeksiyon ve oksijenlendirmeden sonra kültür tankına geri döner ve süreç boyunca kontrollü su kalitesi ve su geri dönüşümü elde edilir.
2. Mandalina Balıkçılığı Tesisleri ve Ekipmanlarının Tasarımı ve Araştırması
Geleneksel su ürünleri yetiştiriciliği tesisi tasarımı genellikle deneyime dayanır ve bu da kolaylıkla verimsiz ekipmana ve maliyet israfına yol açar. Gösterildiği gibiŞekil 2Bu çalışma, kütle dengesi ilkesine dayalı olarak Mandalina Balığının maksimum biyokütle taşıma kapasitesi için bir model oluşturmaktadır. Maksimum besleme hızı, toplam atık ve amonyak nitrojen üretimi hesaplanarak bilimsel ekipman seçimi sağlanır. Jiangxi'deki bir Mandarin Balığı çiftliği işletmesini örnek olay olarak kullanarak, odak noktası düşük-rahatsız edici atık boşaltma cihazının ve ekipman bağlantı sisteminin optimize edilmesiydi. Atölye düzeni şekilde gösterilmiştir.Şekil 3. Mandalina Balığı için kara-tabanlı endüstriyel RAS'ın düzeni şu şekilde gösterilmiştir:Şekil 4.
2.1 Kültür Suyu Devridaimi Parametre Tasarımı
Devridaim oranı, sistemin verimli bir şekilde çalıştırılmasının anahtarıdır ve Mandarin Balığı stok yoğunluğu, su hacmi ve su arıtma kapasitesine göre kapsamlı bir şekilde belirlenmesi gerekir.
Su devridaim hacmi hesaplama formülü:Q = V × N
Burada: Q su devridaim hacmidir (m³/h);
V, kültür suyu hacmidir (m³);
N, günlük devridaim sayısıdır (kez/gün).
Kültür Tankı Tasarımı: Tek tank çapı 6m, yükseklik 1,2m, koni taban yüksekliği 0,3m.
Hesaplanan hacim π×3²×1.2 + 1/3×π×3²×0,3 ≈ 33,91 m³, gerçek kültür suyu hacmi ise yaklaşık 30 m³'tür. Tek bir atölyede 10 adet kültür tankı bulunmaktadır, toplam su hacmi 300 m³'tür.
Çalışma Parametreleri: Devridaim hızı N, 3-5 kez/gün'e ayarlanmıştır; İlave su sirkülasyonu, çevrimiçi izleme yoluyla gerçek zamanlı olarak ayarlanan toplam su hacminin %10'udur (buharlaşma ve deşarj kayıplarını telafi etmek için).
2.2 Kültür Tankı ve Atık Deşarj Cihazı Tasarımı
Gösterildiği gibiŞekil 5Kültür tankı, konik bir alt yapı ile birleştirilmiş dairesel bir tank gövdesi kullanılarak "hızlı atık tahliyesi ve eşit su dağıtımı" hedefleriyle tasarlanmıştır. Düşük-rahatsız edici atık tahliyesi sağlamak için alt tarafa bir "Balık Tuvaleti" cihazı yerleştirilmiştir. Balık Tuvaleti şu şekilde optimize edildi:
- Akış hızını artırmak için giriş/çıkış borusu çapı 200 mm'ye standartlaştırıldı.
- Kapak plakası, dip çökeltileri üzerindeki rotasyonel yıkama etkisini geliştirmek ve kendi kendini-temizleme yeteneğini geliştirmek için, dönen ve modern bir tasarıma sahiptir.
3. Katı Partikül Arıtma Proses Tasarımı ve Araştırması
Katı parçacıklar, üç-aşamalı "ön arıtma - kaba filtreleme - ince filtreleme" işlemi kullanılarak boyut sınıflandırmasına göre işlenir. Belirli parametreler şurada gösterilmiştir:Tablo 1.
3.1 Ön Arıtma Süreci
100μm'den büyük veya eşit parçacıkları çıkarmak için yerçekimi ayırmayı kullanarak kültür tankının yan-drenaj ve alt-drenaj sistemlerine bağlı dikey akışlı bir çökelticiden yararlanır. Yerleşimci, boru hattı taşıma kayıplarını azaltmak ve sonraki filtreleme aşamalarındaki yükü azaltmak için doğrudan kültür tankına bağlanır.
3.2 Kaba Filtrasyon Süreci
Gösterildiği gibiŞekil 6kaba filtreleme işlemi, mikro ekranlı tambur filtreye odaklanır. Tasarım ilkeleri şunları içerir: boru hattı uzunluğunu kısaltmak ve enerji tüketimini azaltmak için ekipmanı kültür tanklarına yakın yerleştirmek.
Gerçek zamanlı parametre ayarlaması için çevrimiçi su kalitesi izlemeyle koordineli olarak otomatik geri yıkamayı (4-6 kez/gün) gerçekleştirmek için bir PLC kontrol sisteminin kullanılması.
Pompa güç tüketimini azaltmak ve işletme maliyetlerini düşürmek için yerçekimi akış tasarımından yararlanılır.
3.3 İnce Filtrasyon Süreci
Gösterildiği gibiŞekil 7İnce filtreleme işlemi, biyofiltre ve dezenfeksiyon ekipmanının sinerjik etkisi yoluyla su kalitesini daha da arındırır.
- Biyofiltre: Yüksek-özel-yüzey-alan ortamını seçer, hidrolik tutma süresi 1-2 saattir, çözünmüş oksijeni 5 mg/L'den büyük veya ona eşit tutar, amonyak nitrojeni ve nitriti bozar.
- Dezenfeksiyon Ekipmanları: Patojenik mikroorganizmaları öldürmek için ultraviyole sterilizatörü (doz 3-5 × 10⁴ μW·s/cm²) veya ozon jeneratörü (konsantrasyon 0,1-0,3 mg/L, temas süresi 10-15 dakika).
- Oksijenasyon Sistemi: Sabit çözünmüş oksijen seviyelerini sağlamak için havalandırıcılarla birlikte kullanılan saf oksijen oksijenatörü.
4. Boru Hattı Yerleşimi ve Kontrol Sistemi
4.1 Boru Hattı Yerleşim Tasarımı
Boru hatları işlevlerine göre dört türe ayrılır: su temini, devridaim, atık tahliyesi ve tamamlama suyu. Tasarım ilkeleri: Kültür tanklarının etrafındaki yerleşimi optimize edin, kafa kaybını en aza indirmek için dirsekleri ve boru hattı uzunluğunu azaltın; kültür tanklarında sabit su seviyelerini korumak için dengeli giriş ve çıkış sağlamak; atık boşaltma boruları, atıkların kendi kendine akışla toplanmasını kolaylaştırmak için (%3'ten büyük veya eşit) bir eğime sahiptir-.
4.2 Kontrol Sistemi Tasarımı
Sistem, şekilde gösterildiği gibi "Sensörler - Denetleyici - Aktüatörler"den oluşan kapalı-döngü mimarisini benimserŞekil 8. Temel işlevler şunları içerir:
- Gerçek-zamanlı su kalitesi izleme: Çözünmüş oksijen, pH ve amonyak nitrojen sensörleri aracılığıyla çevrimiçi veri toplama.
- Ekipman bağlantı kontrolü: Mikro ekran geri yıkama, oksijenatör gücü ve dezenfeksiyon ekipmanı çalışma süresinin su kalitesi parametrelerine göre otomatik olarak ayarlanması.
- Arıza uyarı: Anormal parametreler tarafından tetiklenen, Ethernet veya kablosuz iletişim yoluyla yönetim terminallerine iletilen sesli ve görsel alarmlar.
5. Ekipman Performans Testi Veri Analizi
Gösterildiği gibiŞekil 9, Jiangxi'deki bir Mandarin Balığı çiftliği üssünde altı-aylık bir deneme operasyonu gerçekleştirildi. Sistemde su arıtmada herhangi bir anormallik yaşanmadı ve izleme ve erken uyarı sistemi istikrarlı bir şekilde çalıştı.
Uygulama sırasında su arıtmasında herhangi bir anormalliğe rastlanmadı; izleme, erken uyarı ve kontrol sistemi stabil olarak çalıştı. Yetiştirme tanklarındaki havalandırma, çiftçilik süreci boyunca çözünmüş oksijen kontrolüyle birlikte kullanıldı. Ana ekipmanın performans değerlendirmesi aşağıdaki şekilde gösterilmiştir:Tablo 2.
Deneme sırasında stok yoğunluğu 50-60 balık/m³'e ulaştı, hayatta kalma oranı %90'a eşit veya daha büyük, büyüme oranı geleneksel tarıma kıyasla %20 arttı ve su geri dönüşüm oranı %92'ye ulaşarak enerji tasarrufu ve emisyon azaltma hedeflerine ulaşıldı.
6. Özet
Mandarin Balığı için kara-tabanlı endüstriyel RAS, mühendislik, tesis-tabanlı ve dijital-akıllı teknolojilerin entegrasyonu yoluyla "su tasarrufu, yüksek verimlilik ve çevre koruma" şeklindeki su ürünleri yetiştiriciliği hedeflerine ulaşıyor. Bu araştırmanın yenilikleri şunlarda yatmaktadır: sistem eşleşmesini iyileştirmek için biyokütle taşıma kapasitesi modeline dayalı ekipman seçiminin optimize edilmesi; atık giderme verimliliğini artırmak için düşük-rahatsız edici atık boşaltma cihazının iyileştirilmesi; Hassas su kalitesi düzenlemesi elde etmek için bir ekipman bağlantı kontrol sisteminin inşa edilmesi.
Bu sistem, su ürünleri yetiştiriciliğinin yoğunlaştırılmış dönüşümü için teknik bir referans sağlayarak, diğer tatlı su balığı yetiştiriciliğine desteklenebilir ve uygulanabilir. Gelecekteki çalışmaların ekipman maliyetlerini daha da düşürmesi ve teknoloji penetrasyon oranını artırmak için sensör performansını optimize etmesi gerekiyor.