Système d'aquaculture industrielle à recirculation (RAS), en tant que technologie aquacole émergente motivée par les politiques nationales de pêche des installations, permet d'obtenir une intensification, une efficacité élevée et une durabilité environnementale dans l'aquaculture grâce à l'intégration d'équipements d'ingénierie industrielle et de technologies de contrôle environnemental. C'estprincipaux avantagesinclure:recyclage de l'eau économisant plus de 90 % de l'eau, indépendance des contraintes régionales et saisonnières, régulation précise des facteurs environnementaux clés tels que la température de l'eau et l'oxygène dissous, améliorant considérablement la productivité des terres et les taux de conversion alimentaire. Il est reconnu comme une orientation cruciale pour le développement durable de l’aquaculture. Caractérisée par « un investissement élevé, une densité élevée et un rendement élevé », son adoption généralisée est limitée par des facteurs tels qu'un investissement initial élevé (coûts des installations et des équipements) et des barrières techniques élevées (acclimatation des semences et gestion de la qualité de l'eau).
Poisson mandarin (Siniperca chuatsi), en tant qu'espèce d'aquaculture d'eau douce-de grande valeur, est confrontée à des défis dans l'agriculture traditionnelle tels que des maladies fréquentes, des difficultés de contrôle de la qualité de l'eau et des rendements instables. Actuellement, les réserves techniques pour les RAS industrielles du poisson mandarin restent insuffisantes, en particulier en raison du manque de pratique systématique dans des domaines tels que l'optimisation des processus d'élevage, la conception d'équipements dédiés et les processus de purification de l'eau. Cette recherche se concentre sur le recyclage et l'utilisation efficaces des ressources en eau, dans le but de construire le système d'équipement de traitement pour l'aquaculture industrielle terrestre du poisson mandarin. Grâce à l'optimisation des dispositifs d'évacuation des déchets à faible perturbation et à l'intégration de la technologie de liaison des équipements, des recherches expérimentales sur des indicateurs clés tels que l'efficacité de la purification de l'eau et la capacité de charge biologique sont menées. L'objectif est de développer une solution technique reproductible pour soutenir le développement de haute -qualité de l'industrie de la pisciculture mandarine.
1. Flux de processus d’aquaculture industrielle en recirculation
Le cœur d'un RAS industriel consiste à parvenir à un équilibre dynamique de l'eau et à son recyclage via un processus en boucle fermée-de "filtration physique - purification biologique - désinfection et oxygénation". "L'élevage du poisson commence par la montée de l'eau"; des paramètres tels que la vitesse d'écoulement de l'eau, la température, le pH, la concentration d'azote ammoniacal et le niveau d'oxygène dissous affectent directement l'environnement de croissance du poisson mandarin. La conception de ce système suit le principe des « petits systèmes, unités multiples ». Sa logique de base est la suivante : des débits plus rapides peuvent améliorer l'efficacité du traitement du système, réduire la casse des gros déchets particulaires et réduire la consommation d'énergie du traitement ultérieur ; l'élimination des polluants suit la séquence « solide → liquide → gaz », le traitement des déchets solides est classé selon « grande taille de particules → petite taille de particules », et les processus de filtration et de désinfection. sont connectés séquentiellement.
Comme le montreFigure 1, le flux du système est le suivant : le drainage du réservoir de culture subit un prétraitement pour éliminer les grosses particules, entre dans des étapes de filtration grossière et fine pour éliminer les fines matières en suspension, puis passe à travers un biofiltre pour dégrader les substances nocives comme l'azote ammoniacal, et enfin, après désinfection et oxygénation, retourne au réservoir de culture, obtenant une qualité d'eau contrôlée et un recyclage de l'eau tout au long du processus.
2. Conception et recherche sur les installations et équipements d’aquaculture de poissons mandarins
La conception traditionnelle des installations aquacoles repose souvent sur l’expérience, ce qui conduit facilement à un équipement inefficace et à un gaspillage de coûts. Comme le montreFigure 2, cette étude, basée sur le principe du bilan de masse, construit un modèle de capacité de charge maximale de biomasse du poisson mandarin. En calculant le taux d'alimentation maximal, le total des déchets et la production d'azote ammoniacal, la sélection des équipements scientifiques est réalisée. En utilisant une entreprise de pisciculture mandarine dans le Jiangxi comme étude de cas, l'accent a été mis sur l'optimisation du dispositif d'évacuation des déchets à faible perturbation et du système de liaison des équipements. L'aménagement de l'atelier est présenté dansFigure 3. La disposition du RAS industriel-terrestre pour le poisson mandarin est illustrée dansFigure 4.
2.1 Conception des paramètres de recirculation de l’eau de culture
Le taux de recirculation est essentiel au fonctionnement efficace du système et doit être déterminé de manière exhaustive en fonction de la densité de peuplement du poisson mandarin, du volume d'eau et de la capacité de traitement de l'eau.
Formule de calcul du volume de recirculation d'eau :Q = V × N
Où : Q est le volume d’eau recirculée (m³/h) ;
V est le volume d'eau de culture (m³) ;
N est le nombre de recirculations par jour (fois/j).
Conception du réservoir de culture : diamètre du réservoir unique 6 m, hauteur 1,2 m, hauteur du fond du cône 0,3 m.
Le volume calculé est π×3²×1.2 + 1/3×π×3²×0,3 ≈ 33,91 m³, le volume réel d'eau de culture est d'environ 30 m³. Un seul atelier contient 10 cuves de culture, volume d'eau total 300 m³.
Paramètres de fonctionnement : le taux de recirculation N est fixé à 3-5 fois/j ; la circulation de l'eau d'appoint représente 10 % du volume total d'eau (pour compenser les pertes par évaporation et rejet), ajustée en temps réel grâce à une surveillance en ligne.
2.2 Conception du réservoir de culture et du dispositif d’évacuation des déchets
Comme le montreFigure 5, le réservoir de culture est conçu dans le but de « déversement rapide des déchets et distribution uniforme de l'eau », en utilisant un corps de réservoir circulaire combiné à une structure de fond conique. Un dispositif « Toilettes à poissons » est installé au fond pour obtenir une évacuation des déchets à faible-perturbation. Les toilettes à poissons ont été optimisées comme suit :
- Diamètre du tuyau d'entrée/sortie normalisé à 200 mm pour augmenter la vitesse d'écoulement.
- La plaque de recouvrement adopte une conception rotative simplifiée pour améliorer l'effet de rinçage rotatif sur les sédiments du fond et améliorer la capacité d'auto-nettoyage-.
3. Conception et recherche du processus de traitement des particules solides
Les particules solides sont traitées par classification granulométrique à l'aide d'un processus en trois -étapes : "prétraitement - filtration grossière - filtration fine". Les paramètres spécifiques sont affichés dansTableau 1.
3.1 Processus de prétraitement
Utilise un décanteur à flux vertical relié aux systèmes de drainage latéral-et de fond-du réservoir de culture, utilisant la séparation par gravité pour éliminer les particules supérieures ou égales à 100 μm. Le décanteur est directement connecté au réservoir de culture pour réduire les pertes de transport par pipeline et alléger la charge sur les étapes de filtration ultérieures.
3.2 Processus de filtration grossière
Comme le montreFigure 6, le processus de filtration grossière est centré sur un filtre à tambour à micro-écran. Les principes de conception comprennent : placer l'équipement à proximité des réservoirs de culture pour raccourcir la longueur du pipeline et réduire la consommation d'énergie.
Utilisation d'un système de contrôle PLC pour obtenir un rétrolavage automatique (4-6 fois/j), coordonné avec la surveillance de la qualité de l'eau en ligne pour un ajustement des paramètres en temps réel.
Utilisation d'une conception à écoulement gravitaire pour réduire la consommation électrique de la pompe et réduire les coûts d'exploitation.
3.3 Processus de filtration fine
Comme le montreFigure 7, le processus de filtration fine purifie davantage la qualité de l'eau grâce à l'action synergique du biofiltre et de l'équipement de désinfection.
- Biofiltre : Sélectionne des milieux de surface-spécifiques-de surface-élevés, temps de rétention hydraulique de 1 à 2 h, maintient l'oxygène dissous supérieur ou égal à 5 mg/L, dégrade l'azote ammoniacal et les nitrites.
- Équipement de désinfection: Stérilisateur ultraviolet (dose 3-5 × 10⁴ μW·s/cm²) ou générateur d'ozone (concentration 0,1-0,3 mg/L, temps de contact 10-15 min) pour tuer les micro-organismes pathogènes.
- Système d'oxygénation: Oxygénateur d'oxygène pur utilisé conjointement avec des aérateurs pour assurer des niveaux d'oxygène dissous stables.
4. Disposition du pipeline et système de contrôle
4.1 Conception du tracé du pipeline
Les canalisations sont classées selon leur fonction en quatre types : approvisionnement en eau, recirculation, évacuation des déchets et eau d'appoint. Principes de conception : Optimiser la disposition centrée autour des réservoirs de culture, réduire les coudes et la longueur des canalisations pour minimiser la perte de charge ; assurer un flux entrant et sortant équilibré pour maintenir des niveaux d’eau stables dans les réservoirs de culture ; Les tuyaux d'évacuation des déchets ont une pente (supérieure ou égale à 3 %) pour faciliter la collecte à flux automatique des déchets.
4.2 Conception du système de contrôle
Le système adopte une architecture en boucle fermée- de "Capteurs - Contrôleur - Actionneurs", comme indiqué dansFigure 8. Les fonctions de base comprennent :
- Surveillance-de la qualité de l'eau en temps réel: Collecte de données en ligne via des capteurs d'oxygène dissous, de pH et d'azote ammoniacal.
- Contrôle de liaison d'équipement: Ajustement automatique du rétrolavage du micro-écran, de la puissance de l'oxygénateur et de la durée de fonctionnement de l'équipement de désinfection en fonction des paramètres de qualité de l'eau.
- Faute avertissement: Alarmes sonores et visuelles déclenchées par des paramètres anormaux, poussées vers les terminaux de gestion via Ethernet ou communication sans fil.
5. Analyse des données de test de performance de l'équipement
Comme le montreFigure 9, une opération test de six mois-a été menée dans une base de pisciculture Mandarin dans le Jiangxi. Le système n'a connu aucune anomalie dans le traitement de l'eau et le système de surveillance et d'alerte précoce a fonctionné de manière stable.
Aucune anomalie dans le traitement de l'eau n'a été constatée lors de l'application, le système de surveillance, d'alerte précoce et de contrôle a fonctionné de manière stable. L'aération dans les réservoirs de culture a été utilisée en combinaison avec le contrôle de l'oxygène dissous pendant le processus agricole. L'évaluation des performances de l'équipement principal est présentée dansTableau 2.
Au cours de l'essai, la densité de peuplement a atteint 50 à 60 poissons/m³, le taux de survie supérieur ou égal à 90 %, le taux de croissance a augmenté de 20 % par rapport à l'agriculture traditionnelle et le taux de recyclage de l'eau a atteint 92 %, atteignant ainsi les objectifs d'économie d'énergie et de réduction des émissions.
6. Résumé
Le RAS industriel terrestre-pour Mandarin Fish atteint les objectifs de l'aquaculture : "économie d'eau, haute efficacité et protection de l'environnement" grâce à l'intégration de technologies d'ingénierie,-basées sur des installations et-intelligentes numériques. Les innovations de cette recherche résident dans : l'optimisation de la sélection des équipements basée sur le modèle de capacité de charge de la biomasse pour améliorer l'adéquation du système ; améliorer le dispositif d'évacuation des déchets à faible-perturbation pour améliorer l'efficacité de l'élimination des déchets ; construire un système de contrôle de liaison d'équipement pour obtenir une régulation précise de la qualité de l'eau.
Ce système peut être promu et appliqué à d’autres piscicultures d’eau douce, fournissant une référence technique pour la transformation intensive de l’aquaculture. Les travaux futurs doivent réduire davantage les coûts d’équipement et optimiser les performances des capteurs afin d’augmenter le taux de pénétration de la technologie.