Наземные рециркуляционные аквакультурные системы: сокращение потребления воды на 95 % и стабильное производство рыбы в течение всего года — зелёная революция в современной аквакультуре

1. Реферат

Поскольку традиционное прудовое и клеточное рыбоводство сталкивается с рядом проблем — нехваткой воды, загрязнением окружающей среды и частыми вспышками заболеваний — наземные замкнутые системы аквакультуры (RAS) становятся ключевым направлением трансформации и модернизации отрасли аквакультуры. Благодаря таким базовым технологиям, как физическая фильтрация, биологическая очистка, стерилизация и дезинфекция, контроль температуры и аэрация, эта система обеспечивает повторное использование более 95 % воды для аквакультуры, что позволяет сократить её расход на 90–95 % по сравнению с традиционными методами рыбоводства. Она обеспечивает стабильное и контролируемое производство круглый год, независимо от сезонных или климатических условий. В данной статье представлен системный обзор технических принципов, ключевых преимуществ и сфер применения наземных замкнутых систем аквакультуры.

2. Отраслевой контекст: почему необходимы наземные замкнутые системы аквакультуры?

2.1 Традиционное рыбоводство на протяжении длительного времени опиралось на экстенсивную модель, находящуюся «во власти погоды», и сталкивается со следующими ключевыми проблемами:

(1) Высокое потребление воды: при традиционном прудовом рыбоводстве в грунтовых прудах осуществляется значительный объём водозамены; для производства 1 килограмма рыбы требуется примерно 5–10 тонн воды, что приводит к серьёзному расточительному использованию водных ресурсов.

(2) Высокие экологические риски: прямой сброс сточных вод от рыбоводных хозяйств вызывает эвтрофикацию водоёмов; в некоторых регионах уже введены строгие нормативы по сбросу сточных вод, что создаёт давление на традиционные модели с целью обеспечения их соответствия.

(3) Сложности в профилактике и контроле заболеваний: распространение патогенов в открытых водных средах невозможно контролировать; при вспышке заболевания потери носят колоссальный характер. Чрезмерное применение антибиотиков также создаёт риски для безопасности пищевых продуктов.

(4). Ограничения, обусловленные сезоном и климатом: Температура воды колеблется в зависимости от времени года; в более холодных регионах выращивание рыб невозможно зимой, поэтому эффективное время выращивания составляет лишь 6–8 месяцев в году.

(5). Нестабильность объёмов и качества продукции: Неуправляемая плотность посадки и значительные колебания качества воды приводят к неоднородности размеров рыбы, что затрудняет удовлетворение спроса высококлассного рынка на стабильные поставки.

Наземные замкнутые аквакультурные системы (RAS) были разработаны именно для решения этих проблем и означают фундаментальный переход в аквакультуре — от «зависимости от погоды» к «точному заводскому производству».

2.2 Технические принципы: Как работают замкнутые аквакультурные системы?

Основная концепция наземных рециркуляционных аквакультурных систем — «отсутствие сброса воды, рециркуляция и точный контроль». Вода для аквакультуры непрерывно циркулирует внутри системы; после многоступенчатой очистки она возвращается в выращивательные резервуары, образуя замкнутый цикл. Полная система RAS обычно состоит из следующих основных модулей:

(1) Выращивательные резервуары: основное пространство для роста рыб, как правило, круглые или проточные бетонные или ПЭ-резервуары, оснащённые центральной дренажной конструкцией для централизованного удаления несъеденного корма и фекалий.

(2) Блок микрофильтрации / барабанный фильтр: первая ступень физической фильтрации, удаляющая взвешенные твёрдые частицы (несъеденный корм, фекалии, слизь и т. д.) из воды. Точность фильтрации обычно составляет от 40 —до 100 микрометров, что предотвращает накопление органических веществ внутри системы.

(3). Биологический фильтр (система нитрификации): Основной биохимический модуль системы. Использует нитрифицирующие бактерии для преобразования высокотоксичного аммиачного азота (NH₃/NH₄⁺), образующегося в результате метаболизма рыб, в менее токсичный нитрат (NO₃⁻), обеспечивая тем самым безопасное качество воды.

(4). УФ-стерилизация/озоновая дезинфекция: Использует ультрафиолетовое излучение или озон для уничтожения патогенов, вирусов и яиц паразитов в воде, снижая тем самым риск вспышек заболеваний и минимизируя или полностью исключая необходимость применения антибиотиков.

(5). Система аэрации: Поддерживает содержание растворённого кислорода в воде на уровне 5 мг/л и выше с помощью чистого кислорода, микробузырьков или нанобузырьков либо жидкого кислорода, гарантируя удовлетворение дыхательных потребностей рыб при выращивании в условиях высокой плотности посадки. —и нано-пузырьков или жидкого кислорода, обеспечивая тем самым удовлетворение дыхательных потребностей рыб при выращивании в условиях высокой плотности посадки.

(6). Система контроля температуры: С использованием тепловых насосов, котлов или геотермальной энергии эта система точно поддерживает температуру воды в оптимальном диапазоне для роста целевого вида рыб (например, 26 °C) —28 °C), что обеспечивает круглогодичное выращивание рыб при постоянной температуре.

(7). Дегазация и коррекция pH: из воды удаляется избыточный CO₂, а уровень pH поддерживается в оптимальном диапазоне 7,0 —8,5, создавая стабильную химическую среду для нитрифицирующих бактерий и рыб.

(8). Интеллектуальная система мониторинга: в режиме реального времени отслеживает ключевые параметры — температуру воды, содержание растворённого кислорода, pH, аммиачный азот и нитриты; автоматически срабатывает при обнаружении отклонений; поддерживает удалённое управление.

Указанные модули работают последовательно. Вода из выращивающих резервуаров проходит фильтрацию → биохимическую очистку → дезинфекцию → аэрацию → терморегуляцию, после чего возвращается в выращивающие резервуары, завершая один цикл. Система обычно выполняет 8–24 цикла в сутки, обеспечивая стабильно высокое качество воды.

3. Ключевые преимущества

3.1 Экстремальное сбережение воды: преодоление ограничений водных ресурсов

Наземные рециркуляционные аквакультурные системы используют лишь 5 —10 процентов воды, необходимой традиционными методами. Для производства одного килограмма рыбы рециркуляционная система требует всего около 100 —200 литров воды, тогда как традиционный метод земляных прудов требует 5000 —10 000 литров. В эпоху всё более ограниченных водных ресурсов это преимущество позволяет осуществлять аквакультуру в засушливых внутренних регионах и на окраинах городов.

Поддержка данными: ежедневный объём пополнения воды в системах рециркуляционной аквакультуры обычно составляет лишь 1 %-5%от общего объёма воды, что обеспечивает экономию воды свыше 95 %.

Стабильное производство круглый год без ограничений по сезонам

Система контроля температуры поддерживает температуру воды в оптимальном диапазоне для роста целевых видов рыб, полностью устраняя ограничения, связанные с сезоном и климатом. В холодных северных регионах, где традиционное рыбоводство полностью прекращается зимой, системы замкнутого водоснабжения (RAS) обеспечивают непрерывное выращивание круглый год — 365 дней в году, а годовой объём производства на единицу площади превышает показатели традиционных методов в 5–10 раз.

Сферы применения: в северных регионах, таких как Шаньдун и Ляонин, системы RAS используются для круглогодичного выращивания креветок Litopenaeus vannamei; поскольку урожай креветок собирается зимой, когда цены выше, прибыль значительно возрастает.

3.2 Контролируемый уровень заболеваемости и безопасное качество водных продуктов

Закрытая среда аквакультуры прерывает пути передачи внешних патогенов; в сочетании с дезинфекцией ультрафиолетом и озоном заболеваемость снижается более чем на 80 процентов по сравнению с традиционными методами. Поскольку в процессе выращивания антибиотики не применяются, получаемая продукция соответствует стандартам «Зелёной пищи» или даже органического производства, что отвечает требованиям высококлассных рынков и экспортных рынков.

Сферы применения: выращивание ценных видов без антибиотиков — например, лосося, груперов и калифорнийского окуня, что позволяет напрямую поставлять продукцию в премиальные розничные каналы, такие как Hema и Sam’s Club.

3.3 Высокоплотное выращивание, удвоение объёма продукции на единицу площади

Точная аэрация и контроль качества воды в системе рециркуляционной аквакультуры позволяют достигать плотности выращивания 50 —100 кг/м³, что в 20 —50 раз превышает показатели традиционных грунтовых прудов (1 —3 кг/м³). Это значительно сокращает требуемую площадь земли и заметно повышает эффективность её использования, что делает систему подходящей для регионов с ограниченными земельными ресурсами.

3.4 Нулевой сброс сточных вод, экологичность

Небольшое количество твёрдых отходов, генерируемых системой, собирается централизованно и может использоваться в качестве органического удобрения или для производства биогаза; загрязнённая вода не сбрасывается в водоёмы. Циркуляционная аквакультурная модель полностью соответствует национальным «Стандартам сброса сточных вод аквакультуры» и политике развития «Зелёной аквакультуры». На фоне всё более жёстких экологических проверок это — единственно устойчивое решение для крупномасштабной аквакультуры.

3.5 Интеллектуальное управление, снижение зависимости от рабочей силы

Современные системы рециркуляционного аквакультурного производства (RAS) оснащены датчиками Интернета вещей (IoT) и автоматизированными платформами управления. Параметры качества воды передаются в облако в режиме реального времени, с автоматическими оповещениями о нештатных ситуациях и автоматической координацией работы оборудования. —для управления аквакультурным объектом мощностью 1000 м³ требуется всего 2–3 оператора, что значительно снижает трудозатраты и сложность управления.

4. Сравнение наземных систем рециркуляционного аквакультурного производства и традиционных моделей аквакультуры

Таблица 1: Подробное сравнение различных систем выращивания

5подходящие виды для аквакультуры

Наземные рециркуляционные аквакультурные системы подходят для широкого спектра ценных водных видов, включая, но не ограничиваясь следующими:

(1) Пресноводные виды: калифорнийский окунь, рыба-мандарин, жёлтый сом, осётр, радужная форель, карпы кои, тилапия, линь

(2) Морские и солоноватоводные виды: креветка белоногая, каменный окунь, жёлтый корюшковый окунь, атлантический лосось, морской окунь, фугу

(3) Специализированные водные виды: угри, черепахи с мягким панцирем, китайский гигантский саламандр, морские коньки, декоративные рыбы

6типичные сценарии применения

(1). Аквакультурные базы на основе заводов на окраинах городов: преобразование неиспользуемых заводских зданий или складов в объекты систем рециркуляционного аквакультурного производства (RAS), расположенные вблизи потребительских рынков для прямой поставки живой и свежей продукции, что снижает транспортные потери и исключает посредников. Типичный объём: 500 —5 000 м³ водного объёма при годовой стоимости выпускаемой продукции от 5 —50 млн юаней.

(2). Внесезонная аквакультура в холодных регионах: в высокогорных, высокоширотных и суровых климатических регионах системы RAS используются для обогреваемого зимнего выращивания, обеспечивая «зимний урожай креветок и поставки на рынок вне сезона» с премией к цене до 30 %. %-50%.

(3). Комплексное восстановление засоленных и засодовых земель в сочетании с аквакультурой: разработка систем рециркуляционного аквакультурного производства на засоленных и засодовых землях одновременно способствует восстановлению почвы и генерирует экономическую отдачу, обеспечивая таким образом «восстановление через аквакультуру».

(4). Наземные вспомогательные базы по выращиванию молоди для глубоководного и оффшорного аквакультурного производства: эти базы обеспечивают промежуточную стадию выращивания высококачественной молоди, предназначенной для крупных глубоководных и оффшорных плавучих садков и аквакультурных судов. Системы рециркуляционного аквакультурного производства гарантируют здоровый рост молоди в контролируемой среде, тем самым повышая показатели выживаемости при выпуске в море.

7. Часто задаваемые вопросы (FAQ)

Вопрос: Какова примерная первоначальная инвестиция в наземные рециркуляционные аквакультурные системы?

A:В зависимости от выращиваемого вида, масштаба производства и уровня автоматизации стоимость строительства на один кубический метр воды составляет приблизительно 400–1100 долларов США/м³. Для стандартизированного объекта рециркуляционного аквакультурного производства объёмом 1000 м³ общий объём инвестиций составляет примерно 415 000–1 100 000 долларов США. Хотя первоначальные затраты велики, благодаря высокой продуктивности, низким потерям и долгосрочной доходности инвестиции, как правило, окупаются в течение трёх —5 лет.

Вопрос: Высоки ли затраты на электроэнергию для систем рециркуляционного аквакультурного выращивания?

A:Затраты на электроэнергию составляют одну из основных статей эксплуатационных расходов системы РАС и приблизительно равны 30–40 % от общей суммы эксплуатационных расходов. Применение энергосберегающих технологий — таких как высокоэффективные насосы, регулирование частоты вращения и рекуперация тепла от тепловых насосов — позволяет удерживать затраты на электроэнергию в пределах 0,3–0,5 долл. США за килограмм выращиваемой рыбы, при этом общая экономическая эффективность остаётся выше, чем у традиционных систем.

Вопрос: В каких регионах целесообразно развивать наземные рециркуляционные аквакультурные системы?

A:Теоретически подходит любой регион, однако преимущества наиболее выражены в следующих случаях: 1).внутренние регионы с дефицитом водных ресурсов; 2). северные регионы с холодными зимами; 3).пригородные зоны с ограниченными запасами земельных ресурсов; 4).районы вокруг речных бассейнов с жёсткими требованиями в области охраны окружающей среды; 5).регионы, богатые непригодными для сельского хозяйства земельными ресурсами, например, солончаковые и заброшенные земли.

Вопрос: Существует ли разница во вкусе между рыбой, выращенной в системах рециркуляционного аквакультурного производства, и рыбой из традиционных грунтовых прудов?

A:При надлежащей плотности посадки и правильно подобранных кормовых смесях рыба из систем рециркуляционного аквакультурного производства имеет плотную мякоть и не имеет землистого запаха; для некоторых видов (например, лосося и калифорнийского окуня) вкус даже превосходит вкус рыбы из традиционных систем. Ключевой фактор — высокое качество воды и отсутствие остатков антибиотиков, что способствует растущему признанию со стороны потребителей.

Вопрос: Сложно ли обслуживать такую систему? Требуются ли для этого специалисты?

A:Современные системы RAS высокоавтоматизированы. Рутинное техническое обслуживание включает: ежедневный осмотр работы оборудования, регулярную очистку микрофильтрационных экранов, контроль параметров качества воды, а также пополнение пробиотиков и питательных веществ. Обычных работников можно обучить эксплуатации системы в течение 1 —2 недели, а поставщики систем, как правило, предоставляют техническое обучение и послепродажную поддержку.

8. Свяжитесь с нами

Если вы хотите узнать больше о технических решениях, конфигурациях оборудования и анализе возврата инвестиций для наземных рециркуляционных аквакультурных систем или забронировать посещение демонстрационного объекта, пожалуйста, не стесняйтесь связаться с нами.

Рисунок 1: Фотография наземного рециркуляционного аквакультурного объекта