Solutions industrielles pour la gestion de la qualité de l'eau des étangs de pisciculture : comment sortir du goulot d'étranglement que constituent l'exploitation et la maintenance traditionnelles des systèmes de filtration par recirculation ?

                                   --Réduction de la consommation d'énergie 50%, coûts de fonctionnement et d'entretien vs. bénéfices écologiques du jeu technologique

Tout d'abord, les quatre principaux problèmes liés à l'exploitation et à l'entretien des étangs à poissons traditionnels‌

1. ‌Le piège de la consommation d'énergie élevée‌

   • Les échanges d'eau traditionnels reposent sur des pompes de grande puissance avec un remplacement fréquent de l'eau, et les coûts d'électricité représentent jusqu'à 40%-60% du coût total (dans le cas d'un étang à poissons de 100 m³, par exemple, la consommation annuelle d'électricité est >3000 kWh).
   • L'aération intermittente a entraîné de fortes fluctuations de l'oxygène dissous (2-8 mg/L), une augmentation du stress des poissons et une diminution des taux de croissance.

2. ‌crise de l'échec du biofilm‌

   • Les unités de filtration physique sont obstruées par une fréquence élevée de nettoyage manuel (1 à 2 fois par semaine), ce qui détruit la colonisation des colonies de bactéries nitrifiantes, et les nitrites (NO₂-) s'accumulent facilement et dépassent la norme (>0,2 mg/L).

3. ‌dépendance chimique‌

   • L'utilisation abusive d'algicides et de désinfectants perturbe l'équilibre microbien de la colonne d'eau, entraînant la prolifération de bactéries pathogènes résistantes aux médicaments (par exemple Aeromonas hydrophila) et une augmentation de la mortalité des poissons.

4. ‌externalité écologique négative‌

   • Les échanges d'eau rejettent des eaux usées contenant de l'azote et du phosphore (TN > 5 mg/L, TP > 1 mg/L), ce qui entraîne l'eutrophisation des masses d'eau environnantes et le risque de sanctions au titre de la réglementation environnementale.

‌Deuxièmement, le système de filtration de la circulation de la logique de "percée industrielle".‌

‌1. conception modulaire : traitement graduel, réduction précise de la consommation‌

• ‌segment physique: AdoptionSéparateur cyclonique + tamis autonettoyantCombinée, la pré-séparation des grosses particules d'impuretés par la force centrifuge (≥2000 rpm) réduit le colmatage de la laine filtrante de 701 TP3T et la demande de puissance de la pompe de 301 TP3T.
• ‌segment biologiqueIntroductionRéacteur à biofilm à lit mobile (MBBR)En remplaçant l'anneau céramique traditionnel par un support en polyéthylène haute densité (HDPE) (surface spécifique ≥ 800 m²/m³), la charge en bactéries nitrifiantes est multipliée par 3 et le HRT (temps de rétention hydraulique) est comprimé de 4 heures à 1,5 heure.
• ‌Récupération d'énergieLa consommation électrique globale du système est réduite de 52% par rapport au système traditionnel (données mesurées) grâce à l'utilisation du principe du siphon et de la disposition de l'écoulement par gravité pour réduire le lien de pompage.

‌2. le contrôle intelligent : de "l'exploitation et la maintenance empiriques" à "la gestion par algorithme".‌

• ‌Ajustement adaptatif DODes capteurs optiques d'OD ont été installés pour être reliés à des aérateurs à fréquence variable afin de maintenir l'OD à un niveau stable de 5±0,3 mg/L, et l'efficacité métabolique des poissons a été augmentée par 181 TP3T.
• ‌Système d'alerte précoce en matière d'IALe système de gestion du biofilm : prédit le cycle de vieillissement du biofilm grâce à une analyse multiparamétrique du pH, du potentiel d'oxydo-réduction (ORP) et de l'azote ammoniacal (NH₃), déclenche automatiquement les procédures de lavage à contre-courant et réduit les coûts de main d'œuvre O&M de 60%.

‌3. innovation matérielle : cycles d'adsorption et de régénération de longue durée‌

• ‌Zéolithe modifiéeLe processus de gravure à l'acide + chargement de nanofers a permis d'améliorer la capacité d'échange cationique (CEC) de 2 meq/g à 5,2 meq/g, l'efficacité d'adsorption de NH₄⁺ par 160% et d'étendre le cycle de régénération à 6 mois.
• ‌filtre photocatalytiqueLa maille en acier inoxydable revêtue de TiO₂ est excitée par la bande UV-A pour décomposer les colloïdes organiques et les sécrétions d'algues, et l'utilisation de produits chimiques est réduite par 90%.

‌III. étude de cas : analyse coûts-bénéfices d'un élevage de koïs à grande échelle‌

• ‌paramètre de baseÉtang à poissons : volume de 200 m³, densité de 40 queues/m³, échange annuel d'eau >1500 tonnes en mode traditionnel.
• ‌Programme de réhabilitationMise en place d'un système de filtration par recirculation (avec MBBR + oxydation avancée UV/O₃), avec un investissement total de 120 000 RMB.
• ‌Données opérationnelles: :
  • ‌la consommation d'énergieLa facture annuelle d'électricité est passée de 21 000 dollars à 0,98 million de dollars, soit une économie de 53% ;
  • ‌qualité de l'eauTN stable ≤ 0,3 mg/L, TP ≤ 0,05 mg/L, morbidité des poissons diminuée 70% ;
  • ‌gain économiqueLe résultat de cette étude est le suivant : une augmentation du revenu annuel de 150 000 dollars grâce à l'amélioration du taux de survie (de 82% à 95%), avec une période de retour sur investissement de <10 mois.

‌IV. conflit et équilibre : comment parvenir à une situation gagnant-gagnant à la fois pour la "réduction des coûts" et pour l'"écologie" ?‌

1. ‌levier technique: à traverseffet d'échelleDiluer le coût d'investissement initial (le coût unitaire du système >100m³ est réduit de 40%).
2. ‌politique de dividendeUtilisation de subventions environnementales (par exemple, incitations à la réduction des émissions de carbone, certification de la conservation de l'eau) pour compenser les dépenses liées à l'achat d'équipements 20%-30%.
3. ‌recettes à longue queueLa réduction des émissions polluantes pour éviter les amendes environnementales, l'augmentation des primes de marque (par exemple, la certification de l'aquaculture verte) et l'augmentation des prix de vente sur le marché 15%-25%.

‌V. Perspectives d'avenir : le saut du "niveau industriel" au "niveau intelligent"‌

• ‌jumeau numériqueLa modélisation 3D simule le débit d'eau et la distribution des bactéries en temps réel afin d'optimiser la stratégie d'agencement des médias filtrants ;
• ‌couplage photovoltaïqueL'autosuffisance énergétique du système peut atteindre 80% en déployant des films solaires flexibles dans des zones suffisamment ensoleillées ;
• ‌Personnalisation de la floreLa sélection ciblée de bactéries nitrifiantes tolérantes aux basses températures et au sel, basée sur le séquençage du macro-génome, élargit les scénarios d'application du système (par exemple, l'aquaculture marine, les zones à basses températures).

‌remarques finales‌
       Le système de filtration par recirculation n'est pas un simple "empilement d'équipements", mais un modèle traditionnel d'exploitation et d'entretien du milieu aquatique.La révolution logique sous-jacente--Grâce à la conception technique, le pouvoir de purification naturel peut être transformé en productivité contrôlable, et un équilibre parfait peut être trouvé entre la consommation d'énergie, le coût et l'écologie. Lorsque l'industrie ne sera plus bloquée par le choix binaire "changement d'eau ou poisson mort", l'aquaculture pourra véritablement entrer dans une nouvelle ère d'industrialisation verte.

‌      Soutien aux donnéesLes données de ce document proviennent du "China Aquatic Recirculation System Technology White Paper" de 2023 et des recherches de l'auteur sur le terrain, et le modèle théorique se réfère à l'algorithme d'optimisation MBBR publié dans Water Research vol. 215 (2022).