Наземни рециркулиращи аквакултури: 95% намаление на консумацията на вода и стабилно производство на риба през цялата година — зелената революция в съвременната аквакултура

1. Резюме

Докато традиционното отглеждане на риби в земни езера и клетки среща множество предизвикателства – включително дефицит на вода, замърсяване на околната среда и чести избухвания на заболявания – наземните рециркулиращи аквакултурни системи (RAS) се превръщат в ключовата посока за трансформация и модернизация на аквакултурната индустрия. Чрез основни технологии като физическо филтриране, биологично почистване, стерилизация и дезинфекция, контрол на температурата и аерация тази система постига рециркулационен коефициент над 95 % за водата, използвана в аквакултурата, което води до спестяване на вода с 90–95 % спрямо традиционните аквакултурни модели. Тя осигурява стабилно и контролируемо производство през цялата година, независимо от сезонни или климатични условия. В този документ се представя систематичен преглед на техническите принципи, основните предимства и приложимите сценарии за наземните рециркулиращи аквакултурни системи.

2. Индустриален фон: Защо е необходима наземната рециркулираща аквакултура?

2.1 Традиционното аквакултуриране от дълго време се основава на екстензивна модел, който е „на милостта на времето“, и се изправя пред следните ключови предизвикателства:

(1) Високо потребление на вода: Традиционното отглеждане в земени водоеми изисква големи обеми смяна на водата; за производството на 1 килограм риба са необходими приблизително 5–10 тона вода, което води до сериозно прахосване на водните ресурси.

(2) Високи екологични рискове: Непосредственото изхвърляне на отпадни води от аквакултурата води до евтрофикация на водите; в някои региони вече са въведени строги стандарти за изхвърляне на отпадни води, което поставя традиционните модели под натиск да се съобразяват с тях.

(3) Затруднена профилактика и контрол на заболяванията: Разпространението на патогени в открити водни среди е неуправляемо; при възникване на епидемия загубите са огромни. Прекомерната употреба на антибиотици също представлява риск за безопасното хранене.

(4). Ограничения, свързани със сезона и климата: Температурата на водата се променя според сезона; в по-студените региони отглеждането е невъзможно през зимата, което оставя само 6–8 месеца ефективно отглеждане годишно.

(5). Нестабилна продукция и качество: Неконтролируемите плътности на засаждане и значителните колебания в качеството на водата водят до непостоянни размери на рибата, което затруднява задоволяването на търсенето на висококачествения пазар за стабилна доставка.

Наземните рециркулиращи аквакултурни системи (RAS) бяха разработени точно за решаване на тези проблеми и представляват фундаментален преход в аквакултурата — от „зависеща от времето“ към „прецизно фабрично отглеждане“.

2.2 Технически принципи: Как функционират рециркулиращите аквакултурни системи?

Основната концепция на наземните рециркулиращи аквакултурни системи е „без отвеждане на вода, рециклиране и прецизен контрол“. Аквакултурната вода циркулира непрекъснато в рамките на системата; след многостепенна обработка тя се връща в отглеждащите резервоари, образувайки затворен цикъл. Пълна РАС-система обикновено включва следните основни модули:

(1). Отглеждащи резервоари: Основното пространство за растежа на рибата, обикновено кръгли или каналовидни бетонни или PE резервоари, оборудвани с централна дренажна конструкция, за да се осигури централизирано отстраняване на неизядената храна и изпражнения.

(2). Микрофилтрационна единица/ротационен барабанен филтър: Първата стъпка на физическо филтриране, при която се премахват твърди суспендирани вещества (неизядена храна, изпражнения, слуз и др.) от водата. Точността на филтрирането обикновено е 40 —100 микрометра, което предотвратява натрупването на органични вещества в системата.

(3). Биологичен филтър (система за нитрифициране): Основният биохимичен модул на системата. Използва нитрифициращи бактерии, за да превръща силно токсичния амонячен азот (NH₃/NH₄⁺), произведен от метаболизма на рибите, в по-малко токсичен нитрат (NO₃⁻), като по този начин поддържа безопасно качество на водата.

(4). УФ стерилизация/озонова дезинфекция: Използва ултравиолетова светлина или озон за унищожаване на патогени, вируси и яйца на паразити във водата, като намалява риска от заболявания и минимизира или дори напълно елиминира необходимостта от антибиотици.

(5). Система за аерация: Поддържа нивото на разтворен кислород във водата на 5 mg/L или повече чрез използване на чист кислород, микробули и нанобули или течен кислород, което гарантира задоволяването на дихателните нужди на рибите при високоплътни отглеждания. —и нанобули или течен кислород, което гарантира задоволяването на дихателните нужди на рибите при високоплътни отглеждания.

(6). Система за контрол на температурата: Използвайки топлинни помпи, котли или геотермална енергия, тази система точно регулира температурата на водата в оптималния диапазон за растеж на целевия вид риба (напр. 26°C —28 °C), което осигурява аквакултура с постоянно температурно регулиране през цялата година.

(7). Дегазация и корекция на pH: Излишният CO₂ се отстранява от водата, а pH се поддържа в подходящия диапазон от 7,0 —8,5, за да се създаде стабилна химична среда за нитрифициращи бактерии и риби.

(8). Интелигентна система за мониторинг: Проследява в реално време ключови параметри като температура на водата, разтворен кислород, pH, амонячен азот и нитрит; активира автоматични аларми при аномалии; и поддържа дистанционно управление.

Горепосочените модули работят последователно. Водата от отглеждащите резервоари преминава през филтрация → биохимично третиране → дезинфекция → аерация → контрол на температурата, преди окончателно да се върне в отглеждащите резервоари и да завърши един цикъл. Системата обикновено извършва 8–24 цикъла на ден, което гарантира постоянно стабилно качество на водата.

3. Основни предимства

3.1 Екстремна икономия на вода: Преодоляване на ограниченията във водните ресурси

Рециркулиращите аквакултурни системи на сушата използват само 5 —10 процента от водата, необходима при традиционните методи. За всеки килограм произведен риба рециркулиращата система изисква само приблизително 100 —200 литра вода, докато традиционният метод с естествени прудове изисква 5 000 —10 000 литра. В епохата на все по-ограничените водни ресурси това предимство позволява провеждането на аквакултури в засушливи вътрешни райони и на околовръстните територии на градовете.

Подкрепа с данни: Дневният обем за попълване на водата в рециркулиращите системи за аквакултури обикновено е само 1 %-5%от общия воден обем, което води до спестяване на повече от 95 %.

Стабилно производство през цялата година, независимо от сезона

Система за контрол на температурата поддържа температурата на водата в оптималния диапазон за растеж на целевите видове риби, напълно елиминирайки ограниченията, свързани със сезона и климата. В студените северни региони, където традиционното аквакултуриране изцяло спира през зимата, рециркулиращите системи осигуряват непрекъснато отглеждане през цялата година — 365 дни в годината, като годишните добиви са 5–10 пъти по-високи в сравнение с традиционните методи при еквивалентна площ.

Сценарии на приложение: В северни региони като Шандун и Ляонин системите RAS се използват за годишно отглеждане на Litopenaeus vannamei; тъй като креветките се прибират през зимата, когато цените са по-високи, печалбите значително нарастват.

3.2 Контролируема честота на заболявания и безопасно качество на аквакултурните продукти

Затворената аквакултурна среда прекъсва пътищата на предаване на външни патогени; в комбинация с дезинфекция чрез ултравиолетово излъчване и озон, заболяванията намаляват с повече от 80 процента спрямо традиционните методи. Тъй като по време на отглеждането не се изискват антибиотици, получените водни продукти отговарят на стандарта за „зелена храна“ или дори на органичните стандарти, което задоволява изискванията на пазарите за висококачествени и експортни стоки.

Сценарии за приложение: отглеждане без антибиотици на високостойностни видове, като например сьомга, групер и калифорнийски бас, което позволява директно доставяне към висококачествени търговски канали като Hema и Sam’s Club.

3.3 Отглеждане с висока плътност, удвояващо производството на единица площ

Точните възможности за аерация и контрол на качеството на водата в рециркулиращата аквакултурна система позволяват плътност на отглеждане от 50 —100 кг/м³, което е 20 —50 пъти по-високо от това при традиционните земени прудове (1 —3 kg/m³). Това значително намалява необходимата площ от земя и рязко подобрява ефективността на използването ѝ, което прави системата подходяща за региони с ограничени земеделски ресурси.

3.4 Нулеви оттокове, екологично чиста

Малкото количество твърди отпадъци, генерирани от системата, се събират централизирано и могат да се използват за производство на органични торове или биогаз за електрогенерация; не се изхвърля замърсена вода във водни обекти. Моделът на рециркулиращо аквакултурно отглеждане напълно отговаря на националните „Стандарти за изхвърляне на аквакултурни оттокове“ и политиката за развитие на „зелената риболовна индустрия“. На фона на все по-строгите екологични проверки той е единственото устойчиво решение за мащабно аквакултурно отглеждане.

3.5 Интелигентно управление, намалена зависимост от ръчния труд

Съвременните системи за рециркулиращо аквакултуриране (RAS) са оборудвани с датчици на Интернета на нещата (IoT) и автоматизирани платформи за управление. Параметрите на качеството на водата се качват в облака в реално време, като се изпращат автоматични предупреждения при аномалии и се осъществява автоматизирана координация на оборудването. За управлението на аквакултурен обект с капацитет 1000 м³ са необходими само 2 —3 оператора, което значително намалява разходите за труд и сложността на управлението.

4. Сравнение на наземните рециркулиращи аквакултурни системи с традиционните аквакултурни модели

Таблица 1: Подробно сравнение на различните системи за отглеждане

5подходящи видове за аквакултура

Наземните рециркулиращи системи за аквакултура са подходящи за широк спектър от ценни водни видове, включително, но не само:

(1) Пресноводни видове: калифорнийски бас, мандаринов риба, жълт котешки риба, осетрови, дъга пъстърва, кой, тилапия, лоач

(2) Морски/солено-сладководни видове: бели крака креветки, групер, жълти крокер, атлантически сьомга, морски бас, фугу

(3) Специални водни видове: юни, мекочерупчести костенурки, китайски гигантски саламандри, кончета, декоративни риби

6типични сценарии за приложение

(1). Основани върху фабрики аквакултурни бази на околовръстните райони на градовете: Преобразяване на неизползвани фабрични сгради или складове в инсталации за рециркулираща аквакултура (RAS), разположени близо до пазарите на потребителите, за да се осигури директно доставяне на живи и пресни продукти, като по този начин се намаляват загубите при транспортирането и се изключват посредниците. Типичен мащаб: 500 —5 000 м³ обем на водата, с годишна стойност на производството от 5 —50 милиона юаня.

(2). Внегодишна аквакултура в студени региони: В региони с висока надморска височина, висока географска ширина и студен климат системите RAS се използват за отопляемо зимно отглеждане, което позволява „зимен реколт на скариди и внегодишно доставяне на пазара“, с ценови надценки от 30 %-50%.

(3). Интеграция на комплексно възстановяване на солено-алкалните земи с аквакултура: Развиването на системи за рециркулираща аквакултура върху солено-алкални земи едновременно възстановява почвата и генерира икономически резултати, постигайки по този начин „възстановяване чрез аквакултура“.

(4). Наземни бази за подпомагане на първичните аквакултурни стада за дълбоководно и океанско отглеждане: Тези бази осигуряват междинен етап на отглеждане на висококачествени първични стада, предназначени за големи дълбоководни и океански мрежести кошове и аквакултурни кораби. Системите за рециркулираща аквакултура гарантират здравото развитие на първичните стада в контролирана среда, което подобрява процентите на оцеляване при пускането им в морето.

7. Често задавани въпроси (ЧЗВ)

В: Каква е приблизителната първоначална инвестиция за наземна рециркулираща аквакултура?

А: В зависимост от отглежданите видове, мащаба на производството и нивото на автоматизация, строителната цена на кубичен метър вода е приблизително 400–1100 щатски долара/м³. Стандартизирана инсталация за рециркулираща аквакултура с капацитет 1000 м³ изисква общо инвестиция от около 415 000–1,1 милиона щатски долара. Въпреки високата първоначална инвестиция, благодарение на високия добив, ниските загуби и дългосрочните доходи инвестициите обикновено се възстановяват в рамките на 3 —5 години.

В: Високи ли са разходите за електричество за системите за рециркулиращо аквакултуриране?

А: Разходите за електричество са един от основните операционни разходи на системата за рециркулиращо аквакултуриране (RAS) и представляват приблизително 30–40 % от общите операционни разходи. Чрез използването на технологии за спестяване на енергия, като високоэффективни помпи, управление с променлива честота и рекуперация на отпадътна топлина чрез топлинни помпи, разходите за електричество на килограм риба могат да се поддържат между 0,3 и 0,5 щатски долара, докато общата икономическа ефективност остава по-висока в сравнение с традиционните системи.

В: Кои региони са подходящи за развитие на наземни системи за рециркулиращо аквакултуриране?

А: Теоретично всеки регион е подходящ, но предимствата са най-изразени в следните случаи: 1).вътрешни региони с дефицит на вода; 2). северни региони със студени зимни месеци; 3).предградия на градовете, където земята е ограничена; 4).райони около речни водосборни басейни със строги изисквания за опазване на околната среда; 5).региони с богати запаси от непригодни за обработване земи, като солено-алкални почви и пустеещи терени.

В: Има ли разлика във вкуса между рибата от рециркулиращи аквакултурни системи и тази от традиционните земени езера?

А: При подходящи плътности на засаждане и хранителни формули рибата от рециркулиращи аквакултурни системи има плътно месо и е свободна от землист мирис; при някои видове (като сьомга и калифорнийски бас) вкусът дори надвишава този на рибата от традиционните системи. Ключът е в чистотата на водата и липсата на остатъци от антибиотици, което води до все по-голямо приемане от страна на потребителите.

В: Трудно ли е да се поддържа системата? Изисква ли специализиран персонал?

А: Съвременните RAS системи са високо автоматизирани. Рутинното поддържане включва предимно: ежедневни проверки на работата на оборудването, регулярно почистване на микроподовите филтри, наблюдение на параметрите на качеството на водата и допълване на пробиотиците и хранителните вещества. Обикновените работници могат да бъдат обучени за работа с системата за 1 —2 седмици, а доставчиците на системи обикновено осигуряват техническо обучение и поддръжка след продажбата.

8. Свържете се с нас

Ако желаете да научите повече за техническите решения, конфигурациите на оборудването и анализите на възвращаемостта на инвестициите за наземни рециркулиращи аквакултурни системи или да запазите посещение на демонстрационен обект, моля, не се колебайте да се свържете с нас.

Фигура 1: Снимка на наземен рециркулиращ аквакултурен обект