養殖効率の向上における循環型養殖システム (RAS) の分析
*第 14 次 5 か年計画期間の国家漁業開発計画*では、スマート漁業の開発、水産養殖設備の近代化の促進、繁殖効率と資源利用レベルの向上が明確に求められています。伝統的な池の水産養殖モデルは、高い水使用量、大幅な土地占有、環境への影響などの課題に直面しており、現代の水産養殖開発の需要を満たすことが困難になっています。循環水産養殖システム（RAS）は、新しい集約的養殖モデルとして、水処理とリサイクル技術を利用して比較的閉鎖的な環境で水生生物の高密度養殖を実現し、明確な技術的利点を提供します。{4}}
1. 循環型養殖システムの概要
1.1 基本概念と構成要素
循環水産養殖システム（RAS）は、水処理とリサイクル技術を通じて、比較的閉鎖された環境で水生生物の高密度養殖を実現する、高度に集約された最新の水産養殖モデルです。{0} RAS は主に、培養ユニット、水処理ユニット、水質監視制御ユニットの 3 つの機能モジュールで構成されます。
1.2 動作原理
The operation of RAS is based on the principle of water purification and recycling. During the culture process, pollutants such as suspended solids and ammonia nitrogen produced by metabolism are first removed via mechanical filtration for particulate matter. The water then enters a biofilter where nitrifying bacteria convert toxic ammonia nitrogen into nitrite, which is further oxidized to nitrate. A protein skimmer removes dissolved organic matter through bubble adsorption, and a UV device eliminates pathogenic microorganisms. The multi-stage treated water is re-oxygenated, temperature-adjusted, and recirculated back into the culture tanks. During system operation, online monitoring equipment continuously tracks key parameters like pH (6.5–8.0), dissolved oxygen (>5mg/L）、アンモニア態窒素（<0.5 mg/L), which are regulated via automated control devices to maintain the optimal culture environment
2. RASにおける生産効率の分析
2.1 水環境制御能力
RAS の水環境制御能力は、主に水質パラメータの正確な制御と環境ストレス要因への迅速な対応に反映されます。この研究は、3 つの並列試験システム（それぞれ体積 50 m3、飼育密度 25 kg/m3）を備えた大規模 RAS 基地で実施され、180 日間継続的にデータをモニタリングし、次のような結果が得られました。-表1.
データは、RAS が溶存酸素の制御において非常に優れた性能を発揮することを示しています。夜間の酸素消費量のピーク時でも、可変周波数駆動 (VFD) ポンプと微孔性エアレーションの相乗効果により、理想的なレベルが維持されます。オンラインモニタリングと自動アルカリ投与システムを組み合わせた pH 調整は、連続モニタリング結果で良好な安定性を示しました。アンモニア態窒素の除去に関しては、標準条件下でのバイオフィルターの硝化効率が従来の方法と比較して大幅に向上しました。
PID 制御アルゴリズムを備えたチタンチューブ熱交換器を使用して実現された温度制御により、周囲温度が大きく変動しても水温を安定に保ちました。
180 日間の連続運転を通じて、システム内のすべての水質指標の適合率と安定性が従来の養殖モデルと比較して大幅に向上し、水環境制御における RAS の技術的利点と応用価値が十分に実証されました。さらに、主要な水質指標の遵守率は 98.5% に達し、溶存酸素、pH、アンモニア態窒素などの主要な指標の安定性は伝統的な養殖よりも 47% 高くなりました。
2.2 生物増殖性能
この研究では、RAS と伝統的な池養殖の間の成長性能の違いを比較する対象として淡水魚のソウギョ (Ctenopharyngodon idella) を選択しました。試験グループは 3 つの 50 m3 RAS ユニットで構成され、対照グループは 3 つの 500 m2 標準培養池を使用しました。どちらも 180 日のサイクルにわたって行われました (データは次のとおりです)。表2).
その結果、RAS における正確な環境制御と給餌管理により、ソウギョの成長パフォーマンスが大幅に向上することが示されました。恒温効果と水質安定性により摂餌活動が促進され、飼料変換効率が向上しました。
2.3 施設・設備の運用効率
RAS の運用効率は主に、次のように計算される総合エネルギー消費指数 (IEC) を通じて評価されます。
IEC=(P × T × η) / (V × Y)
どこ：
IEC=総合エネルギー消費指数 (kW・h/kg)
P=設置されているシステムの合計電力 (kW)
T=動作時間 (h)
η=設備負荷率
V=養殖水の体積 (m3)
Y=単位水量あたりの収量 (kg/m3)
動作データの分析により、主要な RAS 機器の次の主要な性能パラメータが示されました。ポンプ システムの動作効率は 85% に達し、従来のポンプと比較して 18% 向上しました。バイオフィルターのアンモニア態窒素処理負荷は 0.8 kg/m3・日で、従来のバイオフィルターと比較して 40% 増加しました。 UV 消毒ユニットは 99.9% 以上の滅菌効率を維持しました。
システム機器はインテリジェントなリンケージ制御を採用しており、水質パラメータに基づいて動作電力と稼働時間を自動的に調整します。たとえば、温度が安定している期間は、温度制御装置を負荷を下げて（例: 30%）稼働させることができ、夜間の低酸素消費期間には、エアレーション システムを省エネ可変周波数モードで稼働させることができます。-このインテリジェントな機器制御により、システムの平均総合エネルギー消費指数は 2.1 kW・h/kg となり、従来の培養モデルより 45% 低くなりました。
3. RAS の総合的なメリットの定量化
3.1 定量的な生産利益指標
この研究では、生産利益、品質利益、時間利益の 3 つの側面をカバーする、RAS 生産利益の定量的評価システムを確立しました。 10 か所の大規模 RAS 拠点からのデータ分析に基づくと、このシステムの包括的な生産利益指数は 0.85 に達し、従来の文化モデルと比較して 56% 改善されました。-
成果のメリット評価では、製品品質の向上による付加価値も考慮されます。{0} RAS の水産物は、伝統的な養殖と比較して、肉の質感や筋肉内脂肪含量などの感覚指標が大幅に改善され、市場プレミアム率 15% ～ 20% を達成しました。品質上の利点に関しては、システム内の正確な供給と環境制御により、製品サイズがより均一になり、プレミアム製品率が大幅に増加しました。文化の後期段階では、製品サイズの均一性が 92% 以上に達し、標準化された加工と大規模な販売が容易になりました。-
3.2 リソース消費の評価
ライフ サイクル アセスメント (LCA) 手法を使用して、システム運用中のリソース消費を定量化しました。主な評価指標には、淡水消費量、電力消費量、飼料投入量が含まれます（データは次のとおりです）。表3).
資源利用効率の分析により、このシステムは水処理およびリサイクル技術により高い効率と資源の保全を実現しており、水と土地の資源が最も大幅に節約されていることがわかりました。環境影響評価の結果、このシステムの炭素排出強度は伝統的な文化よりも 52% 低いことが示されました。
このシステムの資源保護における利点は、飼料利用効率の向上からも明らかです。インテリジェントな給餌システムと水質モニタリングデータを組み合わせることで、正確で定量的な給餌が可能になり、飼料の無駄が大幅に削減されました。研究によると、RAS の飼料変換率は伝統的な養殖と比較して 25% ～ 30% 向上します。人的資源の活用に関しては、自動化とインテリジェントな監視により、製品 1 トンあたりの労働時間が伝統的な文化の 0.48 時間から 0.15 時間に減少し、労働投入量が大幅に削減されると同時に労働環境も改善されました。
3.3 経済的実現可能性分析
経済的実現可能性は、正味現在価値 (NPV) および回収期間の方法を使用して評価されました。初期投資には、土木工事、機器の購入、設置、試運転が含まれます。運営コストには、エネルギー、人件費、飼料、メンテナンスが含まれます。収入源には、水産物の販売と水資源の節約による恩恵が含まれます。
EC= Σ [ (Ct - Ot) / (1 + r)^t ] - I0
どこ：
NPV=正味現在価値 (10,000 CNY)
I0=初期投資（10,000 CNY）
Ct=t 年の現金流入 (10,000 CNY/年)
Ot=t 年の現金流出 (10,000 CNY/年)
r=割引率 (%)
t=計算期間（年）
年間500トンの生産規模で計算すると、初期投資850万元、年間運営費420万元、年間売上750万元が必要となる。 8% のベンチマーク割引率を使用すると、回収期間は 3.2 年となり、財務的内部収益率 (IRR) は 28.5% になります。感度分析の結果、製品価格が±20%変動しても、プロジェクトは良好なリスク耐性を維持していることがわかりました。
4. 結論
循環水産養殖システム (RAS) は、水環境制御、生物増殖パフォーマンス、設備の運用効率の点で従来の養殖モデルを大幅に上回ります。今後の研究では、システム インテリジェンス レベルの強化、機器の運用効率の最適化、循環水産養殖の総合的なメリットをさらに高めるための大規模な推進モデルの探索に重点を置く必要があります。-