ระบบการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำหมุนเวียนทางอุตสาหกรรม (RAS)ในฐานะเทคโนโลยีการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำที่เกิดขึ้นใหม่ซึ่งขับเคลื่อนโดยนโยบายการประมงในโรงงานแห่งชาติ ทำให้มีความเข้มข้น ประสิทธิภาพสูง และความยั่งยืนด้านสิ่งแวดล้อมในการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำ ผ่านการบูรณาการอุปกรณ์วิศวกรรมอุตสาหการและเทคโนโลยีการควบคุมสิ่งแวดล้อม ของมันข้อได้เปรียบหลักรวม:การรีไซเคิลน้ำช่วยประหยัดน้ำได้มากกว่า 90% ความเป็นอิสระจากข้อจำกัดในระดับภูมิภาคและตามฤดูกาล การควบคุมปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อมที่สำคัญอย่างแม่นยำ เช่น อุณหภูมิของน้ำและออกซิเจนที่ละลายในน้ำ ช่วยเพิ่มผลผลิตของที่ดินและอัตราการเปลี่ยนอาหารสัตว์ได้อย่างมาก- ได้รับการยอมรับว่าเป็นทิศทางสำคัญสำหรับการพัฒนาการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำที่ยั่งยืน ด้วยลักษณะพิเศษ "การลงทุนสูง ความหนาแน่นสูง และผลผลิตสูง" การนำไปใช้อย่างแพร่หลายถูกจำกัดโดยปัจจัยต่างๆ เช่น การลงทุนเริ่มแรกที่สูง (ต้นทุนของสิ่งอำนวยความสะดวกและอุปกรณ์) และอุปสรรคทางเทคนิคที่สูง (การปรับตัวให้เข้ากับสภาพแวดล้อมของเมล็ดพันธุ์และการจัดการคุณภาพน้ำ)
ปลาแมนดาริน (Siniperca chuatsi) ในฐานะสัตว์เพาะเลี้ยงน้ำจืดที่มีมูลค่าสูง- ต้องเผชิญกับความท้าทายในการทำฟาร์มแบบดั้งเดิม เช่น โรคที่พบบ่อย ความยากลำบากในการควบคุมคุณภาพน้ำ และผลผลิตที่ไม่แน่นอน ปัจจุบัน ปริมาณสำรองทางเทคนิคสำหรับ RAS ทางอุตสาหกรรมของปลาแมนดารินยังคงไม่เพียงพอ โดยเฉพาะอย่างยิ่งยังขาดการปฏิบัติที่เป็นระบบในด้านต่างๆ เช่น การเพิ่มประสิทธิภาพกระบวนการเลี้ยง การออกแบบอุปกรณ์เฉพาะ และกระบวนการทำน้ำให้บริสุทธิ์ งานวิจัยนี้มุ่งเน้นไปที่การรีไซเคิลและการใช้ทรัพยากรน้ำอย่างมีประสิทธิภาพ โดยมีเป้าหมายเพื่อสร้างระบบอุปกรณ์ในกระบวนการผลิตสำหรับการเพาะเลี้ยงปลาแมนดารินทางบก{3}} ด้วยการเพิ่มประสิทธิภาพของอุปกรณ์กำจัดของเสียที่มีการรบกวนต่ำ- และการบูรณาการเทคโนโลยีการเชื่อมโยงอุปกรณ์ จึงมีการดำเนินการวิจัยเชิงทดลองเกี่ยวกับตัวบ่งชี้สำคัญ เช่น ประสิทธิภาพการทำน้ำให้บริสุทธิ์ และความสามารถในการโหลดทางชีวภาพ- เป้าหมายคือการพัฒนาโซลูชันทางเทคนิคที่สามารถทำซ้ำได้เพื่อสนับสนุนการพัฒนาคุณภาพสูง-ของอุตสาหกรรมการเลี้ยงปลาแมนดาริน
1. ผังกระบวนการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำหมุนเวียนทางอุตสาหกรรม
แกนหลักของ RAS ทางอุตสาหกรรมคือการบรรลุถึงความสมดุลของน้ำแบบไดนามิกและการรีไซเคิลผ่านกระบวนการ-แบบวงปิดของ "การกรองทางกายภาพ - การทำให้บริสุทธิ์ทางชีวภาพ - การฆ่าเชื้อและการให้ออกซิเจน". "การเลี้ยงปลาเริ่มต้นด้วยการเลี้ยงน้ำ"; พารามิเตอร์ต่างๆ เช่น ความเร็วการไหลของน้ำ อุณหภูมิ pH ความเข้มข้นของแอมโมเนียไนโตรเจน และระดับออกซิเจนที่ละลายน้ำส่งผลโดยตรงต่อสภาพแวดล้อมการเจริญเติบโตของปลาแมนดาริน การออกแบบระบบนี้เป็นไปตามหลักการของ "ระบบขนาดเล็ก หลายหน่วย" ตรรกะหลักคือ: อัตราการไหลที่เร็วขึ้นสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการประมวลผลของระบบ ลดการแตกของของเสียที่มีอนุภาคขนาดใหญ่ และลดการใช้พลังงานในการประมวลผลที่ตามมา การกำจัดมลพิษเป็นไปตามลำดับ "ของแข็ง → ของเหลว → ก๊าซ" การบำบัดขยะมูลฝอยจะให้คะแนนตาม "ขนาดอนุภาคขนาดใหญ่ → อนุภาคขนาดเล็ก" ขนาด" และกระบวนการกรองและการฆ่าเชื้อจะเชื่อมโยงกันตามลำดับ
ดังแสดงในรูปที่ 1การไหลของระบบคือ: การระบายน้ำจากถังเพาะเลี้ยงผ่านการบำบัดล่วงหน้าเพื่อกำจัดของเสียที่เป็นอนุภาคขนาดใหญ่ เข้าสู่ขั้นตอนการกรองหยาบและละเอียดเพื่อกำจัดของแข็งแขวนลอยที่มีขนาดเล็ก จากนั้นผ่านตัวกรองชีวภาพเพื่อย่อยสลายสารที่เป็นอันตราย เช่น แอมโมเนียไนโตรเจน และสุดท้าย หลังจากการฆ่าเชื้อและให้ออกซิเจน ก็จะกลับสู่ถังเพาะเลี้ยง บรรลุการควบคุมคุณภาพน้ำและการรีไซเคิลน้ำตลอดกระบวนการ
2. การออกแบบและการวิจัยสิ่งอำนวยความสะดวกและอุปกรณ์เพาะเลี้ยงสัตว์น้ำปลาแมนดาริน
การออกแบบสถานที่เพาะเลี้ยงสัตว์น้ำแบบดั้งเดิมมักอาศัยประสบการณ์ ซึ่งนำไปสู่อุปกรณ์ที่ไม่มีประสิทธิภาพและสิ้นเปลืองต้นทุนได้ง่าย ดังแสดงในรูปที่ 2การศึกษานี้ใช้หลักการสมดุลของมวลเพื่อสร้างแบบจำลองความสามารถในการรับน้ำหนักชีวมวลสูงสุดของปลาแมนดาริน ด้วยการคำนวณอัตราการป้อนสูงสุด ของเสียทั้งหมด และการผลิตแอมโมเนียไนโตรเจน ทำให้สามารถเลือกอุปกรณ์ทางวิทยาศาสตร์ได้ การใช้องค์กรเลี้ยงปลาแมนดารินในมณฑลเจียงซีเป็นกรณีศึกษา การมุ่งเน้นคือการเพิ่มประสิทธิภาพอุปกรณ์กำจัดของเสียที่มีการรบกวนต่ำ- และระบบเชื่อมโยงอุปกรณ์ แผนผังเวิร์กช็อปแสดงอยู่ในรูปที่ 3- แผนผังของ RAS อุตสาหกรรมบนบก-สำหรับปลาแมนดารินแสดงอยู่ในนั้นรูปที่ 4.
2.1 การออกแบบพารามิเตอร์การหมุนเวียนน้ำวัฒนธรรม
อัตราการหมุนเวียนเป็นกุญแจสำคัญในการทำงานของระบบที่มีประสิทธิภาพ และจำเป็นต้องพิจารณาอย่างครอบคลุมโดยพิจารณาจากความหนาแน่นของฝูงปลาแมนดาริน ปริมาตรน้ำ และความสามารถในการบำบัดน้ำ
สูตรคำนวณปริมาณการหมุนเวียนน้ำ:Q = V × N
โดยที่: Q คือปริมาตรการหมุนเวียนของน้ำ (m³/h)
V คือปริมาตรน้ำในการเพาะเลี้ยง (m³)
N คือจำนวนการหมุนเวียนต่อวัน (ครั้ง/วัน)
การออกแบบถังเพาะเลี้ยง: ถังเดี่ยวเส้นผ่านศูนย์กลาง 6 ม. สูง 1.2 ม. ความสูงก้นกรวย 0.3 ม.
ปริมาตรที่คำนวณได้คือ π×3²×1.2 + 1/3×π×3²×0.3 ความเข้มข้น 33.91 ลบ.ม. ปริมาณน้ำในการเพาะเลี้ยงจริงคือประมาณ 30 ลบ.ม. เวิร์คช็อปแห่งเดียวประกอบด้วยถังเพาะเลี้ยง 10 ถัง ปริมาณน้ำรวม 300 ลบ.ม.
พารามิเตอร์การทำงาน: อัตราการหมุนเวียน N ตั้งไว้ที่ 3-5 ครั้ง/วัน; การไหลเวียนของน้ำส่วนเกินคือ 10% ของปริมาณน้ำทั้งหมด (เพื่อชดเชยการสูญเสียการระเหยและการระบาย) ปรับตามเวลาจริงผ่านการตรวจสอบออนไลน์
2.2 การออกแบบถังเพาะเลี้ยงและอุปกรณ์ระบายของเสีย
ดังแสดงในรูปที่ 5ถังเพาะเลี้ยงได้รับการออกแบบโดยมีเป้าหมาย "การปล่อยของเสียอย่างรวดเร็วและการกระจายน้ำที่สม่ำเสมอ" โดยใช้ตัวถังทรงกลมรวมกับโครงสร้างก้นกรวย มีการติดตั้งอุปกรณ์ "ส้วมสำหรับปลา" ที่ด้านล่างเพื่อให้มีการปล่อยของเสียที่รบกวนการรบกวนต่ำ- ห้องน้ำปลาได้รับการปรับให้เหมาะสมดังนี้:
- เส้นผ่านศูนย์กลางท่อทางเข้า/ทางออกที่ได้มาตรฐานอยู่ที่ 200 มม. เพื่อเพิ่มความเร็วการไหล
- แผ่นปิดใช้การออกแบบที่คล่องตัวในการหมุนเพื่อเพิ่มผลการชะล้างแบบหมุนบนตะกอนด้านล่าง และปรับปรุง-ความสามารถในการทำความสะอาดตัวเอง
3. การออกแบบและการวิจัยกระบวนการบำบัดอนุภาคของแข็ง
อนุภาคของแข็งได้รับการบำบัดโดยการจำแนกขนาดโดยใช้กระบวนการสาม-ขั้นตอนของ "การปรับสภาพล่วงหน้า - การกรองหยาบ - การกรองแบบละเอียด" พารามิเตอร์เฉพาะแสดงอยู่ในตารางที่ 1.
3.1 กระบวนการปรับสภาพ
ใช้ตัวตกตะกอนแบบไหลแนวตั้งที่เชื่อมโยงกับระบบ-ท่อระบายน้ำด้านข้างและด้านล่าง-ของถังเพาะเลี้ยง โดยใช้การแยกด้วยแรงโน้มถ่วงเพื่อกำจัดอนุภาคที่มีขนาดใหญ่กว่าหรือเท่ากับ 100μm ไม้ตายเชื่อมต่อโดยตรงกับถังเพาะเลี้ยงเพื่อลดการสูญเสียการขนส่งทางท่อ และลดภาระในขั้นตอนการกรองที่ตามมา
3.2 กระบวนการกรองหยาบ
ดังแสดงในรูปที่ 6กระบวนการกรองหยาบมีศูนย์กลางอยู่ที่ตัวกรองแบบดรัมแบบไมโครสกรีน หลักการออกแบบประกอบด้วย: การวางตำแหน่งอุปกรณ์ใกล้กับถังเพาะเลี้ยงเพื่อลดความยาวของท่อและลดการใช้พลังงาน
การใช้ระบบควบคุม PLC เพื่อให้เกิดการล้างย้อนอัตโนมัติ (4-6 ครั้ง/วัน) ประสานงานกับการตรวจสอบคุณภาพน้ำออนไลน์เพื่อการปรับพารามิเตอร์แบบเรียลไทม์
ใช้การออกแบบการไหลของแรงโน้มถ่วงเพื่อลดการใช้พลังงานของปั๊มและลดต้นทุนการดำเนินงาน
3.3 กระบวนการกรองแบบละเอียด
ดังแสดงในรูปที่ 7กระบวนการกรองแบบละเอียดทำให้คุณภาพน้ำบริสุทธิ์ยิ่งขึ้นด้วยการทำงานร่วมกันของอุปกรณ์กรองชีวภาพและอุปกรณ์ฆ่าเชื้อ
- ตัวกรองชีวภาพ: เลือกตัวกลางพื้นผิว-เฉพาะเจาะจง-สูง เวลากักเก็บไฮดรอลิก 1-2 ชม. คงสภาพออกซิเจนที่ละลายน้ำไว้มากกว่าหรือเท่ากับ 5 มก./ลิตร ลดคุณภาพแอมโมเนีย ไนโตรเจนและไนไตรท์
- อุปกรณ์ฆ่าเชื้อ: เครื่องฆ่าเชื้ออัลตราไวโอเลต (ขนาด 3-5 × 10⁴ μW·s/cm²) หรือเครื่องกำเนิดโอโซน (ความเข้มข้น 0.1-0.3 มก./ลิตร เวลาสัมผัส 10-15 นาที) เพื่อฆ่าเชื้อจุลินทรีย์ที่ทำให้เกิดโรค
- ระบบออกซิเจน: เครื่องผลิตออกซิเจนแบบออกซิเจนบริสุทธิ์ที่ใช้ร่วมกับเครื่องเติมอากาศเพื่อให้แน่ใจว่าระดับออกซิเจนละลายน้ำจะคงที่
4. เค้าโครงท่อและระบบควบคุม
4.1 การออกแบบเค้าโครงไปป์ไลน์
ท่อแบ่งออกเป็นสี่ประเภทตามหน้าที่: น้ำประปา การหมุนเวียน การกำจัดของเสีย และน้ำเสริม หลักการออกแบบ: ปรับเค้าโครงให้เหมาะสมโดยมีศูนย์กลางอยู่ที่ถังเพาะเลี้ยง ลดข้อศอกและความยาวของท่อเพื่อลดการสูญเสียส่วนหัว รับรองการไหลเข้าและออกที่สมดุลเพื่อรักษาระดับน้ำในถังเพาะเลี้ยงให้คงที่ ท่อระบายของเสียมีความลาดเอียง (มากกว่าหรือเท่ากับ 3%) เพื่อความสะดวก-ในการเก็บขยะไหลด้วยตนเอง
4.2 การออกแบบระบบควบคุม
ระบบใช้สถาปัตยกรรมลูปปิด-ของ "เซ็นเซอร์ - ตัวควบคุม - แอคทูเอเตอร์" ดังที่แสดงในรูปที่ 8- หน้าที่หลักได้แก่:
- การตรวจสอบคุณภาพน้ำแบบเรียลไทม์-: การรวบรวมข้อมูลออนไลน์ผ่านเซ็นเซอร์ออกซิเจนละลายน้ำ, pH และแอมโมเนียไนโตรเจน
- การควบคุมการเชื่อมโยงอุปกรณ์: การปรับอัตโนมัติของการล้างย้อนด้วยไมโครสกรีน พลังงานของตัวสร้างออกซิเจน และเวลารันไทม์ของอุปกรณ์ฆ่าเชื้อตามพารามิเตอร์คุณภาพน้ำ
- ความผิดพลาด คำเตือน: การเตือนด้วยเสียงและภาพที่เกิดจากพารามิเตอร์ที่ผิดปกติ ถูกส่งไปยังเทอร์มินัลการจัดการผ่านอีเทอร์เน็ตหรือการสื่อสารไร้สาย
5. การวิเคราะห์ข้อมูลการทดสอบประสิทธิภาพของอุปกรณ์
ดังแสดงในรูปที่ 9มีการดำเนินการทดลองเป็นเวลาหก-เดือนที่ฐานการเลี้ยงปลาแมนดารินในมณฑลเจียงซี ระบบไม่พบความผิดปกติในการบำบัดน้ำ และระบบติดตามและเตือนภัยล่วงหน้าทำงานได้อย่างเสถียร
ไม่พบความผิดปกติในการบำบัดน้ำระหว่างการใช้งาน การติดตาม การเตือนล่วงหน้า และระบบควบคุมทำงานได้อย่างเสถียร การเติมอากาศในถังเพาะเลี้ยงใช้ร่วมกับการควบคุมออกซิเจนละลายน้ำในระหว่างกระบวนการเลี้ยง การประเมินประสิทธิภาพของอุปกรณ์หลักแสดงอยู่ในตารางที่ 2.
ในระหว่างการทดลอง ความหนาแน่นของฝูงปลาอยู่ที่ 50-60 ตัว/ลบ.ม. อัตราการรอดมากกว่าหรือเท่ากับ 90% อัตราการเติบโตเพิ่มขึ้น 20% เมื่อเทียบกับการทำฟาร์มแบบดั้งเดิม และอัตราการนำน้ำกลับมาใช้ใหม่สูงถึง 92% ซึ่งบรรลุเป้าหมายการประหยัดพลังงานและลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจก
6. สรุป
RAS ทางอุตสาหกรรม-สำหรับปลาแมนดารินบนบกบรรลุเป้าหมายการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำในด้าน "การประหยัดน้ำ ประสิทธิภาพสูง และการปกป้องสิ่งแวดล้อม" ผ่านการบูรณาการทางวิศวกรรม สิ่งอำนวยความสะดวก-ตามสิ่งอำนวยความสะดวก และเทคโนโลยี-อัจฉริยะดิจิทัล นวัตกรรมของการวิจัยนี้อยู่ที่: การเพิ่มประสิทธิภาพการเลือกอุปกรณ์ตามแบบจำลองความสามารถในการรองรับชีวมวลเพื่อปรับปรุงการจับคู่ระบบ ปรับปรุงอุปกรณ์กำจัดของเสียที่มีการรบกวนต่ำ- เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการกำจัดของเสีย สร้างระบบควบคุมการเชื่อมโยงอุปกรณ์เพื่อให้เกิดการควบคุมคุณภาพน้ำที่แม่นยำ
ระบบนี้สามารถส่งเสริมและประยุกต์ใช้กับการเลี้ยงปลาน้ำจืดอื่นๆ ได้ โดยเป็นข้อมูลอ้างอิงทางเทคนิคสำหรับการเปลี่ยนแปลงที่รุนแรงของการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำ งานในอนาคตจำเป็นต้องลดต้นทุนอุปกรณ์และเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของเซ็นเซอร์ให้เหมาะสมเพื่อเพิ่มอัตราการเจาะเทคโนโลยี