일반적으로 태평양 흰다리새우로 알려진 Litopenaeus vannamei는 높은 고기 생산량, 강한 스트레스 저항성 및 빠른 성장으로 가치가 있는 광염성 종입니다. 중국에서 양식되는 가장 중요한 새우 종 중 하나이다. 현재 중국에서 L. 흰다리새우의 주요 양식 모델에는 야외 연못, 작은 온실 연못, 높은-수위 연못이 포함됩니다. 그러나 국내 생산은 여전히 시장 수요를 충족시키지 못하여 상당한 수입이 필요합니다. 더욱이, 소규모 온실 농업과 같은 모델의 급속한 확장으로 인해 불완전한 기술 프레임워크, 빈번한 질병 발생, 폐수 처리 문제 등의 문제가 노출되었습니다. 자원 보존과 지속 가능한 개발을 옹호하는 배경에서, 집약적이고 효율적이며 환경 친화적인 농업 모델로 인식되는 순환 양식 시스템(RAS)은 최근 업계에서 광범위한 주목을 받아 왔습니다.
RAS는 산업적 방법을 사용하여 물 환경을 적극적으로 규제합니다. 이 제품은 물 소비량이 적고 발자국이 적으며 환경 오염이 최소화되어 있으며-질병이 적고 사육 밀도가 높은 고품질의 안전한 제품을 생산합니다. 생산은 지리나 기후에 크게 제한을 받지 않습니다. 이 모델은 높은 자원 활용 효율성을 자랑하며 높은 투자와 높은 생산량을 특징으로 하며 양식 산업의 지속 가능한 발전을 향한 중요한 경로를 나타냅니다. 현재 L. vannamei의 국내 양식은 해안 지역에 집중되어 있으며 주로 천연 해수를 이용합니다. 수자원 가용성과 환경 규제로 인해 제약을 받는 내륙 지역은 공급과 소비자 수요 사이의 심각한 불일치에 직면해 있습니다. 내륙 인공해수를 활용한 RAS 탐사는 현지 시장에 공급하고 지역경제 발전에 큰 의미를 갖는다. 본 실험은 내륙 환경에서 흰다리새우 실내 RAS를 성공적으로 구축하고 성공적인 재배주기를 수행했습니다. 시스템 구축, 인공해수 준비, 양식장 관리 등에 관한 방법과 자료는 내륙 흰다리새우 양식에 참고자료가 될 수 있다.
1. 재료 및 방법
1.1 재료
시험은 쓰촨성 Leiocassis longirostris Original Breeding Farm에서 수행되었습니다. 후기- 흰다리새우(P5 단계)는 칭다오해년수산종자산업기술유한회사 황화기지에서 공급되었으며 건강 상태가 양호했습니다. 사용된 사료는 Tongwei Group Co., Ltd.의 "Xia Gan Qiang" 브랜드였습니다. 주요 성분은 조단백질 44.00% 이상, 조지방 6.00% 이상, 조섬유 5.00% 이하, 조회분 16.00% 이하였습니다.
1.2 인공해수 준비
우물의 지하수를 원수로 사용했습니다. 소독(표백분말 30 mg/L, 72시간 통기), 잔류염소 제거(티오황산나트륨, 15 mg/L), 해독[에틸렌디아민사초산(EDTA), 10~30 mg/L]을 순차적으로 처리한 후 인공해수 제조에 사용하였다.
해염결정을 주성분으로 하여 염도 8의 인공해수를 제조하였다. 주요 구성 요소는 다음 목록에 나열되어 있습니다.표 1. Ca, Mg 및 K 원소를 보충하기 위해 식품-등급 CaCl₂, MgSO₄ 및 KCl을 사용했습니다. 제조 후 식품{3}}등급 NaHCO₃를 사용하여 총 알칼리도를 250mg/L(CaCO₃로)로 조정하였고, NaHCO₃와 구연산 일수화물을 사용하여 pH를 8.2~8.4로 조정하였다.
1.3 RAS 구축
1.3.1 전반적인 디자인 컨셉
독립적인 설계와 통합 적용을 결합한 L. 흰다리새우 RAS는 다단계 물리적 처리 및 생물학적 여과를 활용하여 구축되었습니다. 안정적인 운영, 경제적 투입 및 효율적인 생산량을 목표로 다양한 단계의 새우 성장 요구 사항에 따라 해당 시스템 운영 전략, 수질 조정 프로토콜 및 과학적 먹이 전략을 구현했습니다.
1.3.2 주요 프로세스 흐름 및 기술 매개변수
기존의 컨테이너{0}} 기반 양어 시스템을 수정하여 L. vannamei RAS를 구축했으며, 이는 양식 탱크, 복합 껍질/미립자 수집 장치(3{2}}배수 장치), 바이오필터, 순환 펌프 등으로 구성됩니다. 공정 흐름은 다음과 같습니다.그림 1.
시스템의 총 설계 용적은 750m3였으며, 수처리 시스템 용적은 150m3, 유효 배양량은 600m3였습니다. 설계된 배양 부하는 7kg/m3였습니다. 주요 기술 매개변수는 다음에 나열되어 있습니다.표 2.
1.3.3 구조 설계
6개의 팔각형 배양탱크를 2열로 배열하였다. 관리 편의성, 환경 안정성, 투자 비용 등을 고려하여 탱크의 주요 구조는 벽돌-콘크리트였습니다. 치수는 길이 10.0m, 너비 10.0m, 깊이 1.2m, 절단 모서리 3.0m입니다. 탱크당 유효 물량은 100m3였습니다. 탱크 바닥은 중앙 배수구쪽으로 경사(16%)를 가졌습니다.그림 2).
3{0}}방향 배수 장치는 중앙 수집기(죽은 새우, 껍질 및 큰 입자용), 수직 흐름 침전 수집기(깨진 껍질, 중간 입자, 배설물용) 및 사이펀 측면-배수 수집 상자(미세 껍질 및 작은-~-입자용)로 구성됩니다(그림 2).
컨디셔닝 탱크의 한 면에는 탱크 배출물에서 껍질과 입자를 수집하고 제거하기 위한 플라스틱 브러시 미디어 프레임이 포함되어 있습니다. 이 탱크에서는 칼슘, 마그네슘, 총 알칼리도 및 pH를 조정할 수 있습니다. 탱크 용량은 20m3였으며 수력학적 유지 시간은 0.13시간이었습니다.
순환 펌프는 에너지 효율을 위해 단일 스테이지 펌프를 사용하여 컨디셔닝 탱크 반대편에 위치했습니다.- 새우의 생태와 부하량을 기준으로 재순환율은 하루 2~6회로 설계되었습니다. 펌프 유량은 150m³/h, 헤드 10m, 출력 5.5kW였습니다.
브러시 필터에는 여러 개의 필터 백이 장착되었습니다. 백은 파이프 피팅을 통해 필터 입구에 연결되고 클램프로 고정되었습니다. 폐수는 파이프를 통해 가방으로 들어갔습니다. 백은 폴리프로필렌(PP)으로 만들어졌으며 플라스틱 브러시 미디어로 채워져 0.125mm보다 큰 입자를 효과적으로 차단합니다. 탄성매체탱크는 탱크본체(직사각형, 깊이 2m)와 격자프레임(면에 평행), 프레임에 설치된 탄성매체(그림 3). 매체는 폴리에스테르 필라멘트가 포함된 수많은 이중{1}링 플라스틱 링으로 구성되어 탱크 전체에 분산된 섬유 다발을 형성했습니다. 작동 원리는 매체의 차단을 통해 느린 흐름의 침강 효과를 생성하고 표면에 형성된 생물막을 활용하여 무기 질소와 인을 흡수, 분해 및 변환하는 것과 관련이 있습니다.
바이오 필터에는 탱크 본체(직사각형, 깊이 2m), 폭기 구성 요소 및 바이오{1}}여재(그림 4). 폭기 어셈블리에는 공기 분배 파이프가 포함되어 있습니다. 공기는 위에서 들어오고 아래에서 빠져나가며 완전히 혼합된 흐름 패턴을 만들어 냅니다. 탱크는 이동층 생물막 반응기(MBBR) 매체로 채워졌습니다. 표적화된 질화제 강화 및 알칼리도 조정을 통해 다수의 질화 박테리아가 배지에 부착되어 유기물을 소비하고 암모니아 및 아질산염 제거를 달성하여 질화 바이오필터를 구성합니다. 입구와 출구 파이프는 반대쪽에 있었고, 내벽에는 출구 스크린이 있었습니다. 이 시험에서 바이오필터 유효 부피는 K5 배지를 사용하여 시스템 배양 부피의 25%, 배지 충전 비율은 30%로 설정되었습니다.
시스템 폭기는 기계적 방법과 순수 산소 방법을 결합했습니다. 용존 산소(DO)가 높을 때는 기계적 통기가 기본이었습니다. 즉, 고압-와류 송풍기와 고품질-미공성 튜브를 디퓨저로 사용하여 O2 전달 효율을 최대화하고 소음을 줄였습니다. DO가 낮을 때 산소 발생기 + 마이크로-버블 워터 프로펠러를 사용하여 순수 산소 폭기를 보충했습니다. 산소 발생기 출력 O2 농도는 90% 이상이며 프로펠러의 나노-세라믹 디스크를 통해 분산됩니다. 높은 부하에서 산소 발생기 + 산소 콘 조합은 부스터 펌프를 사용하여 콘에 산소-과포화수를 생성하는 보조 폭기 역할을 했습니다.
1.4 수질 측정
암모니아 및 아질산염(N) 농도는 Aokedan 다중{0}}수질 분석기를 사용하여 측정되었습니다. 총 부유 물질(TSS)은 Hach DR 900 다중{3}}매개변수 분석기를 사용하여 측정되었습니다.
1.5 농장 관리 및 시스템 운영
재판은 2022년 8월 8일에 시작되어 74일간 지속되었습니다. 6개의 탱크가 모두 비축되었습니다. 입식 크기는 961개체/kg, 밀도는 약 403개체/m3, 총 241,800마리의 후-유충이었습니다. 급이 빈도는 하루 6회였으며 일일 배급량은 추정 바이오매스의 약 7.0%(초기)에서 2.5%(후기)로 감소했습니다.
시스템 순환은 입고 후 3일 후에 시작되었습니다.-처음에는 하루 2사이클, 이후에는 하루 4사이클로 증가했습니다. 실험 초기에는 매일 배수가 이루어졌으며 배수와 증발로 손실된 물만 보충했습니다. 나중에는 각 급식 후(1시간 후) 배수가 이루어졌으며 일일 물 교환은 초기 단계 보충량의 10% 미만-이었습니다.
초기에는 기계적 폭기(와류 송풍기)가 사용되었습니다. 이후 시스템 부하 증가로 인해 기계적 폭기, 산소 발생기 + 나노{2}}세라믹 디스크, 산소 발생기 + 산소 콘의 조합이 사용되었습니다.
탱크 내 DO, 온도, pH, 암모니아, 아질산염을 정기적으로 측정했습니다. 새우의 성장과 섭식을 관찰하고 기록했습니다.
1.6 데이터 처리 및 분석
데이터는 WPS Office Excel을 사용하여 정리되었습니다. 그래프는 Origin 2021을 사용하여 생성되었습니다.
물교환율(R), 사료전환율(F)을 계산하기 위해 다음 공식을 사용했습니다.CR) 및 생존율(RS):
R = 100% × V₁ / (V × t) ... (1)
FCR = W / (Wₜ − W₀) ... (2)
RS = 100% × S / N ... (3)
여기서: R은 일일 물 환율(%/d)입니다. V₁는 총 교환된 물의 양(m3)입니다. V는 전체 시스템 물의 양(m3)입니다. t는 배양일(d)이다. 에프CR사료전환율입니다. W는 총 사료 투입량(kg)입니다. Wₜ 및 W₀는 최종 수확량과 초기 입식량(kg)입니다. 아르 자형S생존율(%)입니다. S는 수확된 총 수(개체)입니다. N은 총 재고 수량(개인)입니다.
2. 결과
2.1 물교환
실험 기간 동안 총 물 교환량은 1,000m3였으며 일일 평균 교환율은 1.8%였습니다.
2.2 암모니아와 아질산염
탱크 내 암모니아 농도는 1.3 mg/L 미만으로 유지되었으며(5일 제외), 아질산염 농도는 1.6 mg/L 미만으로 유지되었으며, 두 가지 모두 비교적 안정적인 수준이었습니다(그림 5).
초기 단계(첫 15일)에는 탱크 암모니아가 급격히 감소한 반면 아질산염은 빠르게 증가하여 바이오필터에 생물막이 형성되고 암모니아가 아질산염으로 전환되었음을 나타냅니다. 중간-단계(15~50일)에 사료 공급이 증가함에 따라 암모니아 및 아질산염 농도는 안정적으로 유지되었으며, 이는 바이오필터에서 동기화된 암모니아 및 아질산염 산화와 안정적인 시스템 작동을 나타냅니다. 50일 이후에는 암모니아와 아질산염 모두 감소 추세를 보였는데, 이는 질화 능력이 향상되고 시스템이 더욱 성숙되었음을 의미할 수 있습니다. 이는 재판이 종료됨에 따라 더 이상 확인할 수 없습니다.
그림 6는 바이오필터 입구와 출구의 암모니아 경향이 유사했지만 곡선 사이의 간격이 점차 넓어져 암모니아 제거가 향상되었음을 나타냅니다. 입구와 출구의 아질산염 곡선은 거의 겹치며 전체적인 증가 추세를 나타내지 않아 시스템이 끝까지 아질산염 산화 용량을 유지했음을 나타냅니다.
2.3 용존산소와 총알칼리도
에 표시된 바와 같이그림 7, 증가하는 시스템 부하에도 불구하고 결합된 폭기 방법은 탱크 DO를 6 mg/L 이상으로 유지했습니다. 또한 NaHCO₃를 첨가함으로써 총알칼리도는 175~260 mg/L 사이로 유지되었습니다.
2.4 총 부유물질
주요 시스템 지점의 TSS 농도 추세는 다음과 같습니다.그림 8. 수직 흐름 퇴적물 수집기 및 사이펀 측면 상자(3{1}}방향 배수 장치의 일부)로 유입되는 TSS는 탱크의 TSS 경향을 반영합니다. 전체 TSS는 점진적으로 증가하여 중기{3}}후기(35일 이후)에 안정화되었으며, 연속적인 치료 단계를 거치면서 감소하는 경향을 보였습니다.
2.5 파밍 결과
총 입식량은 6개 탱크에 평균 403개체/m3의 밀도로 평균 크기가 0.52g인 포스트{2}}유충 241,800마리였습니다. 74일 후 총 수확량은 3,012.2kg, 평균 크기 15.82g, 평균 생존율 78.75%, 평균 수확량 5.02kg/m3였습니다. 총 사료 투입량은 3,386.51 kg, FCR1.18. 계산된 비용(종자, 사료, 건강 제품, 전기, 인공 해수, 소독)은 총 155,870.6위안입니다. 새우 판매 수익은 192,780.8 CNY였으며 해당 기간 동안 36,910.2 CNY의 이익을 얻었습니다.
3. 토론
최근 몇 년 동안 RAS는 흰다리새우 양식에 매우 유망한 방향이 되었습니다. 이번 시도에서는 배양조, 복합쉘/미립자 포집, 브러시 필터, 바이오필터, 폭기 장치 등을 포함하는 RAS를 구축하고 내륙 실내 농업 1주기를 성공적으로 수행했습니다.
기존 RAS에 비해 이 시스템은 더 간단합니다. 구조적으로는 상대적으로 고정비와 유지비가 많이 드는 드럼필터, 프로틴스키머 등 장비를 생략했다. 대신에 더 간단한 수처리 장치를 사용하여 입자 및 용존 오염물질에 대한 다단계 복합 처리 장치를 만들었고, 더 간단한 공정과 더 낮은 비용으로 우수한 수질 관리를 달성했습니다.
다양한 성장 단계와 시스템 부하에 맞춘 다양한 수질 관리 방법을 사용하여 시스템은 암모니아와 아질산염을 각각 1.3 및 1.6mg/L 미만, DO를 6mg/L 이상으로 유지하여 궁극적으로 5.02kg/m3의 수율을 달성했습니다. 이는 Yang Jing et al.의 결과에 가깝습니다. 또한, 수처리 시스템은 일평균 환율을 1.8%로 제어하여 처리 용량을 최대한 활용하고 비용을 크게 절감했습니다.
RAS는 환경적 이점, 제품 안전 및 질병 감소를 제공합니다. 운송 제한으로 인해 흰다리새우(L. vannamei)는 내륙 시장에서 큰 잠재력을 갖고 있습니다. 내륙의 흰다리새우에 대한 RAS 수행은 업계 동향과 일치합니다. 현재 내륙 새우 양식은 주로 담수에서 이루어지고 있어 생산량과 품질이 해양 양식에 비해 뒤떨어져 있습니다. 이 실험에서 인공 해수를 사용하면 이러한 격차가 부분적으로 해결되었습니다. 그러나 현재 인공 해수의 높은 비용으로 인해 질소 및 인 제거를 위한 RAS 프로세스를 최적화하여 물 재사용이 가능해야 하며 이는 비용을 절감하는 효과적인 방법이며 내륙 L. vannamei RAS의 주요 연구 초점이 되어야 합니다.
FCRRAS 성능을 나타내는 중요한 지표입니다. 최종 FCR이 실험에서 1.18의 비율은 전통적인 집약적 농업과 비슷합니다. 폐쇄형 시스템인 RAS의 장점은 입력 재사용에 있습니다. 수처리 능력 강화를 바탕으로 F를 낮추기 위한 정밀한 사료 공급 전략 수립CR다음 최적화 초점이 되어야 합니다.