Sistema de aquicultura com recirculação industrial (RAS), como uma tecnologia emergente de aquicultura impulsionada por políticas nacionais de pesca, alcança intensificação, alta eficiência e sustentabilidade ambiental na aquicultura através da integração de equipamentos de engenharia industrial e tecnologias de controle ambiental. Isso éprincipais vantagensincluem:reciclagem de água, economia de mais de 90% de água, independência de restrições regionais e sazonais, regulação precisa dos principais fatores ambientais, como temperatura da água e oxigênio dissolvido, melhoria significativa da produtividade da terra e taxas de conversão alimentar. É reconhecida como uma direção crucial para o desenvolvimento sustentável da aquicultura. Caracterizada por “alto investimento, alta densidade e alto rendimento”, a sua adopção generalizada é limitada por factores como o elevado investimento inicial (custos de instalações e equipamentos) e elevadas barreiras técnicas (aclimatação de sementes e gestão da qualidade da água).
Peixe Mandarim (Siniperca chuatsi), como espécie de aquicultura de água doce de alto-valor, enfrenta desafios na agricultura tradicional, como doenças frequentes, dificuldade no controle da qualidade da água e rendimentos instáveis. Atualmente, as reservas técnicas para RAS industrial de peixe mandarim continuam insuficientes, faltando especialmente práticas sistemáticas em áreas como otimização de processos agrícolas, design de equipamentos dedicados e processos de purificação de água. Esta pesquisa tem como foco a reciclagem e utilização eficiente de recursos hídricos, visando construir o sistema de equipamentos de processo para a aquicultura industrial-terrestre de Peixe Mandarim. Através da otimização de dispositivos de descarga de resíduos com baixo-perturbamento e da integração da tecnologia de ligação de equipamentos, são realizadas pesquisas experimentais sobre indicadores-chave, como eficiência de purificação de água e capacidade de-carga biológica. O objetivo é desenvolver uma solução técnica replicável para apoiar o desenvolvimento de alta-qualidade da indústria da piscicultura mandarim.
1. Fluxo do processo de aquicultura com recirculação industrial
O núcleo de um RAS industrial é alcançar o equilíbrio hídrico dinâmico e a reciclagem por meio de um processo-de ciclo fechado de "filtração física - purificação biológica - desinfecção e oxigenação". "A criação de peixes começa com a captação de água"; parâmetros como velocidade do fluxo de água, temperatura, pH, concentração de nitrogênio amoniacal e nível de oxigênio dissolvido afetam diretamente o ambiente de crescimento do peixe mandarim. Este projeto de sistema segue o princípio de "sistemas pequenos, unidades múltiplas". Sua lógica central é: taxas de fluxo mais rápidas podem melhorar a eficiência do processamento do sistema, reduzir a quebra de grandes resíduos particulados e diminuir o consumo de energia de processamento subsequente; a remoção de poluentes segue a sequência "sólido → líquido → gás", o tratamento de resíduos sólidos é classificado por "tamanho de partícula grande → tamanho de partícula pequeno" e processos de filtração e desinfecção estão conectados sequencialmente.
Como mostrado emFigura 1, o fluxo do sistema é: a drenagem do tanque de cultura passa por pré-tratamento para remover grandes resíduos particulados, entra nos estágios de filtração grossa e fina para remover sólidos finos em suspensão, depois passa por um biofiltro para degradar substâncias nocivas como nitrogênio amoniacal e, finalmente, após desinfecção e oxigenação, retorna ao tanque de cultura, conseguindo qualidade controlada da água e reciclagem da água ao longo do processo.
2. Projeto e pesquisa de instalações e equipamentos para aquicultura de peixe mandarim
O projeto tradicional de instalações de aquicultura muitas vezes depende da experiência, levando facilmente a equipamentos ineficientes e desperdício de custos. Como mostrado emFigura 2, este estudo, baseado no princípio do balanço de massa, constrói um modelo para a capacidade máxima de suporte de biomassa do peixe mandarim. Ao calcular a taxa máxima de alimentação, o desperdício total e a produção de nitrogênio amoniacal, a seleção do equipamento científico é alcançada. Usando uma empresa de criação de peixes mandarim em Jiangxi como estudo de caso, o foco estava na otimização do dispositivo de descarga de resíduos de baixa{2}}perturbação e do sistema de ligação de equipamentos. O layout da oficina é mostrado emFigura 3. O layout do RAS industrial-terrestre para peixe mandarim é mostrado emFigura 4.
2.1 Projeto de parâmetros de recirculação de água de cultura
A taxa de recirculação é fundamental para a operação eficiente do sistema e precisa ser determinada de forma abrangente com base na densidade populacional do peixe mandarim, no volume de água e na capacidade de tratamento de água.
Fórmula de cálculo do volume de recirculação de água:Q = V × N
Onde: Q é o volume de recirculação de água (m³/h);
V é o volume de água de cultivo (m³);
N é o número de recirculações por dia (vezes/d).
Projeto do tanque de cultura: Diâmetro do tanque único 6m, altura 1,2m, altura do fundo do cone 0,3m.
O volume calculado é π×3²×1.2 + 1/3×π×3²×0,3 ≈ 33,91 m³, o volume real de água de cultura é de cerca de 30 m³. Uma única oficina contém 10 tanques de cultura, volume total de água 300 m³.
Parâmetros operacionais: A taxa de recirculação N é definida em 3-5 vezes/d; a circulação da água de reposição é de 10% do volume total de água (para compensar perdas por evaporação e descarga), ajustada em tempo real por meio de monitoramento online.
2.2 Projeto do Tanque de Cultura e do Dispositivo de Descarga de Resíduos
Como mostrado emFigura 5, o tanque de cultura foi projetado com o objetivo de "descarga rápida de resíduos e distribuição uniforme de água", usando um corpo de tanque circular combinado com uma estrutura de fundo cônico. Um dispositivo "Fish Toilet" é instalado na parte inferior para conseguir uma descarga-de resíduos com baixo impacto. O Fish Toilet foi otimizado da seguinte forma:
- Diâmetro do tubo de entrada/saída padronizado para 200 mm para aumentar a velocidade do fluxo.
- A placa de cobertura adota um design giratório simplificado para aprimorar o efeito de lavagem rotacional nos sedimentos do fundo e melhorar a capacidade de auto-limpeza.
3. Projeto e pesquisa de processos de tratamento de partículas sólidas
As partículas sólidas são tratadas por classificação de tamanho usando um processo de três-estágios de "pré-tratamento - filtração grossa - filtração fina". Parâmetros específicos são mostrados emTabela 1.
3.1 Processo de Pré-tratamento
Utiliza um decantador de fluxo vertical vinculado aos sistemas de drenagem lateral-e drenagem inferior-do tanque de cultura, usando separação por gravidade para remover partículas maiores ou iguais a 100μm. O decantador é conectado diretamente ao tanque de cultura para reduzir as perdas no transporte na tubulação e diminuir a carga nas etapas subsequentes de filtração.
3.2 Processo de Filtração Grosseira
Como mostrado emFigura 6, o processo de filtração grossa é centrado em um filtro de tambor de microtela. Os princípios de projeto incluem: localizar o equipamento próximo aos tanques de cultura para encurtar o comprimento da tubulação e reduzir o consumo de energia.
Usando um sistema de controle PLC para obter retrolavagem automática (4-6 vezes/d), coordenada com monitoramento on-line da qualidade da água para ajuste de parâmetros em tempo real.
Utilizando o projeto de fluxo por gravidade para reduzir o consumo de energia da bomba e diminuir os custos operacionais.
3.3 Processo de Filtragem Fina
Como mostrado emFigura 7, o processo de filtração fina purifica ainda mais a qualidade da água através da ação sinérgica do biofiltro e do equipamento de desinfecção.
- Biofiltro: seleciona meios de área de superfície-alta-específica-, tempo de retenção hidráulica de 1 a 2 horas, mantém oxigênio dissolvido maior ou igual a 5 mg/L, degrada nitrogênio amoniacal e nitrito.
- Equipamento de desinfecção: Esterilizador ultravioleta (dose 3-5 × 10⁴ μW·s/cm²) ou gerador de ozônio (concentração 0,1-0,3 mg/L, tempo de contato 10-15 min) para matar microrganismos patogênicos.
- Sistema de oxigenação: Oxigenador de oxigênio puro usado em conjunto com aeradores para garantir níveis estáveis de oxigênio dissolvido.
4. Layout do pipeline e sistema de controle
4.1 Projeto de Layout do Pipeline
As tubulações são categorizadas por função em quatro tipos: abastecimento de água, recirculação, descarga de resíduos e água de reposição. Princípios de design: Otimize o layout centrado em torno dos tanques de cultura, reduza os cotovelos e o comprimento da tubulação para minimizar a perda de carga; garantir entrada e saída equilibradas para manter níveis estáveis de água nos tanques de cultura; os tubos de descarga de resíduos têm uma inclinação (maior ou igual a 3%) para facilitar a coleta de resíduos por auto-fluxo.
4.2 Projeto do Sistema de Controle
O sistema adota uma arquitetura-de circuito fechado de "Sensores - Controladores - Atuadores", conforme mostrado emFigura 8. As funções principais incluem:
- Monitoramento-da qualidade da água em tempo real: Coleta de dados on-line por meio de sensores de oxigênio dissolvido, pH e nitrogênio amoniacal.
- Controle de ligação de equipamentos: Ajuste automático da retrolavagem da microtela, potência do oxigenador e tempo de execução do equipamento de desinfecção com base nos parâmetros de qualidade da água.
- Falta aviso: Alarmes sonoros e visuais acionados por parâmetros anormais, enviados para terminais de gerenciamento via Ethernet ou comunicação sem fio.
5. Análise de dados de teste de desempenho de equipamentos
Como mostrado emFigura 9, uma operação experimental de seis{0}}meses foi conduzida em uma base de criação de peixes mandarim em Jiangxi. O sistema não apresentou anormalidades no tratamento da água e o sistema de monitoramento e alerta precoce funcionou de forma estável.
Nenhuma anormalidade no tratamento da água foi encontrada durante a aplicação, o sistema de monitoramento, alerta precoce e controle funcionou de forma estável. A aeração nos tanques de cultivo foi utilizada em combinação com o controle de oxigênio dissolvido durante o processo de cultivo. A avaliação de desempenho dos principais equipamentos é mostrada emTabela 2.
Durante o ensaio, a densidade de estocagem atingiu 50-60 peixes/m³, taxa de sobrevivência maior ou igual a 90%, taxa de crescimento aumentou 20% em comparação com a agricultura tradicional, e a taxa de reciclagem de água atingiu 92%, atingindo metas de economia de energia e redução de emissões.
6. Resumo
O RAS industrial-sediado em terra para peixe mandarim atinge as metas de aquicultura de "economia de água, alta eficiência e proteção ambiental" por meio da integração de tecnologias inteligentes-de engenharia, baseadas em instalações e digitais-. As inovações desta pesquisa residem em: otimizar a seleção de equipamentos com base no modelo de capacidade de suporte de biomassa para melhorar a correspondência do sistema; melhorar o dispositivo-de descarga de resíduos com baixo impacto para aumentar a eficiência da remoção de resíduos; construir um sistema de controle de ligação de equipamentos para obter uma regulação precisa da qualidade da água.
Este sistema pode ser promovido e aplicado a outras pisciculturas de água doce, fornecendo uma referência técnica para a transformação da intensificação da aquicultura. O trabalho futuro precisa reduzir ainda mais os custos dos equipamentos e otimizar o desempenho dos sensores para aumentar a taxa de penetração da tecnologia.