1.循環型養殖システム（RAS）の概要
(1) 循環型養殖システムの特徴
循環水産養殖システム (RAS) は、集約的養殖に基づいて開発された新しい水産養殖モデルであり、養殖水の再循環と再利用を特徴としています。従来の集約的養殖の利点に加えて、RAS は廃水処理、水消費量の削減、廃水排出の最小限化において大きな利点をもたらします。 RASでは、給水システムの最適設計と複数の設備・機器の連携運用により、養殖水全量を繰り返しリサイクルすることが可能です。従来の集約養殖に比べ、温度管理、環境汚染の軽減、病気の予防・抑制などのエネルギー効率に優れています。
RAS では、包括的な浄水処理施設を統合して使用する必要があります。彼らのプロセス設計には、流体力学、生物学、機械工学、エレクトロニクス、化学、オートメーション情報技術など、複数の分野と産業技術の応用が含まれます。適切に設計された RAS は、温度、溶存酸素、栄養素などの水質パラメータを完全に制御でき、どのような状況でもシステムの水の 90% 以上を再循環によって再利用できます。-
(2)RASの本質とメリット
循環水産養殖システム (RAS) の本質は、工業化され近代化されたアプローチを通じて水産養殖生産をサポートし、最適化することにあります。 RAS は、水生環境の完全なプロセス制御を可能にすることで、温度、水の利用可能性、スペースなどの外部制約を部分的に克服し、年間を通じて複数バッチの連続生産を実現できます。-これにより、オフシーズンの農業と時間差での市場参入が可能となり、生産者に競争上の優位性とより高い経済的利益をもたらします。
(3)生産効率と資源利用
RAS の優れた生産パフォーマンスは、その高度な制御性とリソース効率の特性と密接に関係しています。{0}} -単位水量あたり-で、RAS での水産物の収量は、集中的な水産養殖による従来の流水養殖の 3 ～ 5 倍、池養殖の 8 ～ 10 倍高く、生存率は 10% 以上増加します。{6}}さらに、動物用医薬品および化学薬品の使用が 60% 近く削減されます。パフォーマンス指標におけるこれらの包括的な改善により、RAS の経済的および環境的利点の両方が保証されます。
(4) 水処理とシステム統合
RASでは、養殖水に物理的濾過、生物学的浄化、滅菌・消毒、脱気、酸素添加などの一連の処理を施し、完全または部分的に再利用します。同時に、培養環境の最適化を自動フィーダーなどの自動化機器と統合することで、ある程度の自動化とインテリジェントな管理が可能になります。
(5)技術基盤と特長
RAS は、漁業工学、機械設備、環境に優しい新しい素材、微生物学的規制、デジタル管理などの先進技術を統合しています。{0}外部条件による影響を最小限に抑えた完全に制御された生産環境により、RAS は水と土地の保全、温度調整のためのエネルギー需要の削減、安定した飼育条件、成長率の加速、高い飼育密度、環境に優しく、汚染のない製品の生産など、大きな利点を実証しています。-そのため、RAS は「21 世紀で最も有望な水産養殖モデルおよび投資の方向性」とみなされています。
(6) 中国における開発・応用
現在までに、中国では 900 を超える大規模 RAS が設計、建設されており、沿岸部の主要省から内陸部、さらには新疆ウイグル自治区にまで広がっています。これらのシステムは海洋と淡水の両方の用途を網羅しており、商業化に成功し、予想される生産目標を達成し、優れた運用パフォーマンスを実証しています。生産実践により、RAS は優れた生産性と環境上の利点を提供するだけでなく、他の水産養殖モデルと比較して単位収量あたりの生産コストが大幅に低いことが確認されています。
2.循環型養殖システム（RAS）の主要なプロセスと技術
循環水産養殖システム (RAS) は、産業エンジニアリング機器と技術を広範囲に活用しています。通常、それらは固体粒子を除去するためのプロセスユニットと設備で構成されます。浮遊粒子および可溶性有機物の除去。アンモニアや亜硝酸塩などの有毒で有害な可溶性無機塩の除去。病原体の制御。培養生物および微生物の代謝からの二酸化炭素の除去。酸素の補給。そして体温調節。関与する技術プロセスには、断熱と温度制御、固体粒子の除去、可溶性無機窒素とリンの除去、消毒と滅菌、酸素添加が含まれます。
(1)工業化・集約生産の特徴
RAS は工業用水産養殖の強力な特性をさらに強化し、土地と水資源の制約を克服しながら、高い生産効率と狭い土地占有率を提供します。 RAS は、高投入、高-産出、高密度、高効率の農業モデルとして、生態文明と持続可能な開発戦略に対する中国の包括的な目標と一致しています。
(2)生態学的・戦略的意義
RAS は、集中的、効率的、省エネ、排出削減-、環境に優しい機能により、中国の水産養殖を低炭素でグリーンな発展に向けて変革し、アップグレードするための重要な方向性となっています。- RASは数年連続で、中国農業農村部により主要な推奨水産養殖技術としてリストされています。
(3)現在の発展と動向
現在、このモデルは中国の学界と産業界の両方から広く認知されています。新しいシステム構築の規模と全体的な養殖能力は近年着実に増加しており、RASは中国の水産養殖産業の今後の重要な発展トレンドの1つとなっている。
3.循環型養殖システム（RAS）の研究と産業化の概要
(1)国際的な研究と産業化
初期の研究開発
最も初期の循環水産養殖システム (RAS) は 1950 年代に日本で登場しました。その後、多くの国が RAS の水処理および養殖技術の研究を開始しました。当初、これらの研究は都市廃水処理プロセスと水族館スタイルのシステム（培養密度はわずか 0.16 ～ 0.48 kg/m3）に基づいていました。{3}しかし、このようなアプローチでは、商業水産養殖特有の要件、特にシステムコスト、資源使用量、養殖水と浄化水の量の比率、システムの収容能力（通常 50～300 kg/m3）などの要件が考慮されていませんでした。{7}}その結果、研究活動は多くの挫折に遭遇し、大量のリソースを消費し、ゆっくりと進歩しました。
動的特性の認識
初期の研究では、RAS の重要な特徴である動的な性質も見落とされていました。システムが安定して健全に維持されるためには、魚の代謝廃棄物の生成速度と分解速度が動的平衡に達する必要があります。 {{3}1980 年代半ばまでに、pH、溶存酸素 (DO)、全窒素 (TN)、硝酸塩 (NO₃⁻)、生物化学的酸素要求量 (BOD)、化学的酸素要求量 (COD) などの水質パラメーターと水産養殖用水の変動パターンに対する理解が深まり、これらの動的な変化は徐々にシステム設計に統合されました。たとえば、酸素欠乏はエアレーションによって迅速に修正できますが、アンモニア濃度の上昇に対する硝化細菌の反応は大幅に遅れることがよくあります。したがって、効果的なシステム設計と運用には、相互作用する制限要因についてのより深い知識がますます重要になってきました。
初期の実践における課題
多くの水産養殖従事者は、フロースルー集中システムの経験はありましたが、RAS 操作の知識が不足していました。{0}その結果、飼育密度、給餌量、給餌頻度、水質管理を適切に管理できないことが多く、システムの水流や物質循環の不均衡を招き、最終的には操業上の障害を引き起こすことになりました。この科学的理解と管理経験の欠如は培養密度レベルに反映されています。実験室規模の RAS は通常 10 ～ 42 kg/m3 しか達成できませんでしたが、初期の商業規模の RAS は 6.7 ～ 7.9 kg/m3 という低い値を維持していました。-プロセスの最適化、エアレーションと酸素供給（液体酸素の使用など）、自動供給、適切な種の選択など、半世紀以上にわたる技術進歩を経て、-最新の RAS は多くの制限要因を克服し、50～300 kg/m3 の高い培養密度をサポートできるようになりました。
産業の成長と技術革新
伝統的な池の水産養殖が土地の競争と環境圧力により停滞に直面する中、ヨーロッパと北米の RAS は 1980 年代から 1990 年代にかけて急速な成長を経験しました。この産業の拡大には、大きな浮遊物質に対する加圧および非加圧フィルターの使用、消毒および有機物分解のためのオゾン処理、浸漬フィルター、散水フィルター、往復フィルター、回転生物学的接触器、ドラムバイオフィルター、流動層反応器などの複数の生物学的フィルターの開発、嫌気性脱窒装置などの技術的改良が伴いました。-これらの進歩により、RAS は徐々に成熟し、商業用途に参入しました。
米国の場合
米国は、集中的に栽培された種の栄養と生理学、病気の予防、水処理技術などの分野をカバーする、RASの基礎研究と応用研究の両方で主導的な地位を維持してきました。米国 RAS の主な特徴は、水質管理における高度な自動化と機械化です。コンピュータ-支援システムは、溶存酸素、pH、導電率、濁度、アンモニアのレベル、および温度、湿度、光の強さなどの環境条件を自動的に制御します。米国は先進的な産業基盤を活用し、酸素化、生物学的浄化、固形物の除去、選別、収穫にハイテク機器を広く採用しています。{8}}たとえば、メリーランド大学の海洋バイオテクノロジーセンターが開発した実験用 RAS には嫌気性処理プロセスが組み込まれており、デンマークの Aquatec{10}}Solutions によって設計されたシステムによく似ています。
4.工業化循環型養殖システム（RAS）開発の課題と対策
(1) 施設・設備の統合が不十分
中国の水処理、自動給餌、消毒、曝気設備は徐々に国際先進レベルに近づいているが、全体的なシステム統合は依然として不十分である。 RAS 機器の完全なセットを製造できる大規模企業が不足しているため、建設コストと複雑さが増大し、その結果、国内機器の急速な進歩が妨げられています。-
(2) 専用配合飼料の最適化の必要性
現在、中国の水産飼料配合は非常に均質であり、RAS および特定の養殖種向けに設計された特殊な飼料が不足しています。これにより、水処理システムの運用負荷が増大し、農業のパフォーマンスに影響を及ぼします。バランスのとれた栄養、低い浸出率、良好な飼料変換率を備えた、種に特化した RAS 飼料を開発する必要があります。-
(3) 疾病の予防と管理にはより高い精度が必要
高密度かつ高効率の農業では、システムの不均衡が発生すると病気が発生するリスクが高まり、閉鎖システムでは病原体を排除することが困難になります。-システムの最適化を強化して緩衝能力を向上させる一方、研究は魚の生理機能、ストレス反応、初期の病気の指標、効果的な病気の警告メカニズムに焦点を当てる必要があります。-
(4) エネルギー消費とコスト削減の大きな圧力
RAS では、多額の初期建設投資とエネルギー消費が避けられない課題です。省エネルギー対策は、機器レベルとシステム レベルの両方で実施する必要があります。これには、低エネルギー フィルター、CO₂ 除去装置、廃水処理技術、太陽光、風力、水源ヒート ポンプなどの再生可能エネルギー アプリケーションの開発が含まれます。-
(5) 運営・管理の標準化の欠如
現在、中国には RAS に関する統一された技術基準や規範がありません。その結果、システム設計、管理慣行、農業パフォーマンスは大きく異なり、運用上の失敗もよくあります。健全な養殖のための標準化された技術的枠組みを確立し、プロセスと管理の基準を改善し、標準化された生産のための実証プロジェクトを推進することが不可欠です。
(6) 基礎研究の強化の必要性
高密度で特定の水質条件下での養殖種の健康状態、システム動作中の生物膜の構造変化、栄養循環メカニズム、固体粒子の除去と無害な処理の最適な方法など、いくつかの側面についての科学的理解は依然として不十分です。{0}これらのギャップは、関連する技術や機器のさらなる開発を妨げます。
(7) 今後の発展動向と機会
これらの課題にもかかわらず、RAS は生産効率、環境の持続可能性、動物福祉の面で大きな利点をもたらします。これは、環境に優しく、環境に優しく、循環的で効率的な農業モデルとして、低炭素開発に向けた世界的なトレンドに沿ったものです。-中国漁業の近代化、生態文明の進歩、カーボンニュートラル目標の加速により、RASは急速な発展の新たな段階に入ると予想されている。