Промышленные и альтернативные аэраторы на основе зелёной энергетики для рыбных водоёмов и озёр. Монография

Предисловие

Человечество жило, охотясь на различных животных, чтобы выжить в своем формировании как разумное существо. В древние времена люди жили племенами вдоль рек и озер, охотясь на водных существ, в том числе и на рыбу. Позже развитие процветало, и они занимались земледелием, животноводством и другими отраслями. Однако уже более двух тысяч лет люди занимаются разведением рыбы в искусственных водоемах.

Рыба и рыбопродукты играют важную роль в питании человека. Согласно рекомендациям Минздрава, для здорового развития каждого организма его ежедневный рацион должен содержать от 10 до 50 граммов рыбопродуктов в зависимости от возраста человека. Мясо рыбы содержит аминокислоты, витамины, микро- и макроэлементы, которых нет в других организмах животных. Рыбий жир является биологически активным веществом. Мясо рыбы предотвращает сердечно-сосудистые заболевания. Многие рыбные продукты входят в рацион и используются в питании детей раннего возраста и при лечении некоторых их заболеваний.

По медицинским нормам человеку рекомендуется потреблять в среднем 14 килограммов рыбы и рыбопродуктов в год. Поскольку это благо содержит много полезных веществ, необходимых для здоровья человека, его не найти в рыбных продуктах для улучшения обменных процессов в организме, профилактики сердечно-сосудистых заболеваний и профилактики эндокринных заболеваний. Детям особенно важно есть рыбу два раза в неделю. Защищает от таких заболеваний, как кариес, выпадение волос. Он также проясняет глаза, укрепляет память, продлевает жизнь. При повышении уровня холестерина в крови, при анемии, переломах костей, переутомлении и физических нагрузках, неврозах также полезно употреблять рыбное мясо. Повышает способность организма бороться с инфекциями и повышает иммунитет. В этом смысле очень важно наличие рыбных продуктов в рационе человека.

По мере развития, совершенствовалась технология рыбоводства, зависимость отрасли от внешних факторов становилась все меньше, а в результате использования и развития научных достижений рыбаки стали добиваться высоких результатов. Такой сектор экономики, как аквакультура, формировался и развивался особенно быстро в результате сокращения естественных рыбных запасов.

Аквакультура – уход за водными существами, включающий искусственное осеменение рыб, кормление и защиту от хищников, а также меры по повышению продуктивности. В этом случае выращивается стадо, которое является частной или корпоративной собственностью.

Существуют разные формы аквакультуры: в морской и пресной воде, в плавательных бассейнах, рыбных хозяйствах, плавательных бассейнах и промышленных системах и так далее. Объектом разведения являются рыбы, моллюски, ракообразные, водные растения и животные. По продуктивности лов бывает экстенсивным (до 30 ц/га) и интенсивным (более 100 ц/га).

Рыболовство в Узбекистане характеризовалось только нерестом карпа в грунтовых водах. То есть экстенсивно. В последние годы в рыбном хозяйстве внедряются современные передовые интенсивные технологии. Это технологии интенсивного рыбоводства в проточных водоемах и садкового рыбоводства.

Почему аквакультура важна для Узбекистана? До начала 1960-х годов рыболовство в стране существовало только в Аральском море. Однако в результате ирригационного строительства был нарушен естественный порядок всего бассейна и стал намечаться экологический кризис Аральского моря. Море высохло и сжалось, а вода стала такой соленой, что рыба не могла в ней жить. В Узбекистане из-за отсутствия возможности охотиться в открытом море рыболовство переместилось в регулируемые озера и водохранилища, используемые для ирригационных нужд. По объективным оценкам, в таких условиях рыболовство не могло в достаточной мере обеспечить потребности населения в рыбе.

С другой стороны, по всей республике были сооружены искусственные пруды – каналы и водохранилища, которые можно было использовать для разведения рыбы. В период с 1960 по 1980 годы в экономике Узбекистана была построена сеть рыбоводных хозяйств в новых искусственных прудах. Сегодня прудовые хозяйства существуют во всех регионах страны и являются основными производителями рыбы.

Анализы показывают, что производство мальков рыб, нерациональное использование естественных водоемов и искусственных озер являются самым слабым звеном рыбной отрасли. В результате урожай искусственных озер не превышает 20 центнеров с гектара. Это значительно ниже среднемирового показателя. В частности, особого внимания требуют изучение передового зарубежного опыта в области рыбного хозяйства, широкое внедрение интенсивных технологий и использование высокотехнологичных методов выращивания рыбы.

В стране принят ряд законодательных актов, направленных на ускорение развития рыбной отрасли, увеличение объемов с внедрением современных и инновационных методов производства рыбы, регулирование отрасли, обеспечение их качества и тщательного внедрения. В то же время интенсивному рыбоводству уделяется недостаточно внимания, проводится недостаточная работа по решению проблем развития рыбной отрасли в регионах, поддержке рыбного хозяйства.

Недостаточное внимание уделяется эффективному использованию закрепленных за рыбным хозяйством водных объектов на основе научного подхода, совершенствованию их мелиорации, а также широкому внедрению ресурсосберегающих технологий и инноваций. Данную магистерскую диссертацию можно рассматривать как стартовый шаг в решении этой проблемы.

Отечественного производства оборудования, инструментов и механизмов, необходимых для интенсивного рыбоводства, охоты и переработки, не налажено. В результате многие предприниматели тратят свое время и деньги, покупая их за границей. Зарубежные устройства довольно дорогие. Их импорт, транспортировка и эксплуатационные расходы удорожают базовую стоимость. Это означает, что в местных условиях существует высокий спрос на производство рыболовных снастей.

Не налажена должным образом работа по привлечению прямых иностранных инвестиций в рыбохозяйственный комплекс, не налажено эффективное, взаимовыгодное сотрудничество с зарубежными странами и организациями. Президент Республики Узбекистан принял ряд решений по развитию рыбной отрасли на ближайшие годы.

В Постановлении РQ-4005 от 06.11.2018 «О дополнительных мерах по дальнейшему развитию рыбной отрасли» рыбной отрасли уделяется особое внимание. В частности, поэтапное становление и продвижение в стране интенсивного рыбоводства, эффективное использование имеющихся водных ресурсов, широкое внедрение инновационных идей, научных разработок, современных технологий и научных достижений в области рыбного хозяйства.

Министерство сельского хозяйства Республики Узбекистан, Министерство водного хозяйства, Ассоциация «Узбекбаликсаноат» и Совет Министров Республики Каракалпакстан и областные хокимияты имеют искусственные водохранилища с бесперебойным водоснабжением.

Было указано следующее:

1. Ввести предложение по поэтапной специализации рыбного хозяйства хозяйства в интенсивном рыбоводстве.

2. Принять необходимые меры по привлечению средств международных финансовых организаций и иностранных банков для расширения финансирования рыбохозяйственных проектов коммерческими банками;

3. Выделить земельные участки для объектов рыбоводства во вновь создаваемых искусственных водоемах гарантируются только с применением интенсивных методов и ресурсосберегающих технологий и не оказывают отрицательного влияния на мелиорацию земель на основании заключения Минфина.

Академия наук Республики Узбекистан в сотрудничестве с Узбекской ассоциацией рыбного хозяйства налаживает тесное сотрудничество в целях дальнейшего укрепления интеграции науки и производства в рыбной отрасли. Разрабатываются методические рекомендации и типовые проекты по организации интенсивного рыбоводства в искусственных водоемах на основе передовых и современных технологий зарубежных стран с развитым рыбным хозяйством совместно с Министерством сельского хозяйства Республики Узбекистан и Ассоциацией «Узбекбаликсаноат».

При формировании государственных научно-технических программ фундаментальных, прикладных и инновационных исследований Министерства инновационного развития Республики Узбекистан планируется внедрение научных проектов, предполагающих разработку инновационных разработок и современных технологий для эффективного использования рыбохозяйственные организации.

Сама жизнь требует от нас перехода от аграрных методов рыболовства к промышленным. То есть надо последовательно внедрять самооправдавшиеся интенсивные методы в таких странах, как Китай, Вьетнам, Венгрия, Германия, не выбрасывая мальков рыб в бассейн и дожидаясь их естественного развития. При этом упор делается в основном на китайский метод. Преимущество его в том, что бассейны будут несколько уменьшены, а установка аэраторов повысит среднюю урожайность с 15—20 до 65—70 ц/га. Отрадно, что благодаря таким передовым методам в ближайшие годы в Узбекистане планируется увеличить спрос на кукурузу на 70%.

Использование аэраторов для повышения эффективности рыбного хозяйства имеет сегодня большое значение. Процесс аэрации происходит в бассейнах с помощью аэраторов.

Аэрация – это процесс добавления кислорода в воду. Поддержание концентрации растворенного кислорода в воде является важнейшим показателем воды в бассейне, который способствует удалению мертвых растений и других остатков питательных веществ, присутствующих в бассейне. Разделение донных отложений осуществляется микроорганизмами в придонном слое в воде и почве, а также в подземных отложениях на глубину до нескольких сантиметров. Этот процесс может происходить в аэробных или анаэробных условиях. Аэробное пищеварение требует постоянного источника кислорода. Процесс протекает максимально быстро на уровне насыщения до концентрации кислорода в воде.

Объектом исследования являются системы очистки водоемов рыбного хозяйства Ферганы. Когда же предметом исследования – рыбохозяйственные водоемы, аэраторы, состав загрязняющих веществ в водоемах, потребность в кислороде.

Научная новизна темы и планируемые научные гипотезы основаны на следующем:

· Увеличить количество кислорода в рыбоводных прудах с целью развития рыбной промышленности и повышения ее эффективности.

· Изучить и применить теоретические основы использования аэраторов в процессе кислородного насыщения воды в бассейнах.

· Исследовать вопрос применения зелёных аэраторов в рыболовном хозяйстве.

Когда же общая научная новизна всего исследования основывается на следующем:

1. Разработка методов использования аэраторов в рыбном хозяйстве.

2. Изучение современных типов аэраторов.

3. Разработка конструктивных схем стационарных аэраторов, адаптированных для производства на территории Республики Узбекистан.

4. Подбор и разработка аэраторов исходя из стоимости аэраторов, размеров и площади бассейнов.

Целью данного исследования встаёт необходимость изучить конструктивные схемы аэраторов, дешевую и эффективную технологию, которую можно производить в современных, простых в эксплуатации, недорогих и локальных условиях, и разработать научные рекомендации по повышению эффективности рыбоводства за счет использования аэраторов в рыбном хозяйстве..

Исходя из поставленной цели, планируется решить следующие задачи:

· Для улучшения использования аэраторов в развитии рыбного хозяйства принцип действия прост и внедрение высокоэффективных аэраторов.

· Совершенствование существующих методов вычислительных работ при реализации аэраторов.

· Удовлетворение прозрачности воды и потребности в кислороде в рыбоводных прудах за счет применения аэраторов. Это улучшит расщепление питательных веществ, необходимых рыбе для дыхания, что приведет к повышению эффективности рыбоводства.

Интенсивные методы выращивания рыбы в рыбном хозяйстве, венгерские ученые FAO (Продовольственная и сельскохозяйственная организация Объединенных Наций) консультант по повышению эффективности выращивания рыбы с использованием аэраторов; Сигмонд Джени, научный сотрудник Научно-исследовательского института рыболовства, аквакультуры и ирригации, консультант ФАО; турецкие ученые Озгюр Алтан и Раймонд ван Анрой, специалисты по аквакультуре из Регионального отделения ФАО в Центральной Азии; Юань Синьхуа, ученый из Всекитайского центра изучения пресноводного рыболовства Академии рыболовства, провел важное научное исследование.

Кроме того, российская компания «Салмо» уже несколько лет занимается производством аэраторов. В то же время они запатентовали несколько аэраторов. По словам руководителя этой компании Н. М. Белковского, с помощью аэраторов, разработанных фирмой «Салмо», потребность воды в кислороде можно удовлетворить от 30% до 80%, тем самым в несколько раз увеличив продуктивность рыбоводства.

Для полного освещения сути, целей и задач диссертации были проанализированы статьи и диссертации по применению аэраторов в рыбном хозяйстве. Краткое описание рассмотренных случаев приведено в табл. 1.

По данным кандидата сельскохозяйственных наук А. Р. Габаевой, кислород в водоемах днем образуется в результате фотосинтеза водорослей, а ночью его интенсивно усваивают все живые организмы. В искусственных бассейнах целесообразно насыщать воду кислородом с помощью аэратора.

Допустимое критическое значение количества кислорода составляет 2 мг/л, но в зависимости от сезона потребности рыб в кислороде меняются. Так, в докторской диссертации он развил мысль о том, что жизненные процессы у теплолюбивых рыб зимой замедляются, они могут жить при содержании кислорода в воде – 2—2,5 мг/л.

По результатам аквариумных опытов доктор биологических наук С. И. Савушкина, за счет усовершенствования технологии высокоплотного выращивания молоди карпа, путем аэрации, удалось снизить затраты корма для рыб в 5 раз, а также наблюдать увеличение массы рыбы в 3 раза. Эти результаты показаны применительно к простому экстенсивному методу.

Также в число исследованной литературы входят указы и постановления Президента Республики Узбекистан, постановления Кабинета Министров Республики Узбекистан, нормативные документы Ассоциации «Узбекбаликсаноат», книги по рыбному хозяйству и инновационным технологиям в области рыбного хозяйства, статьи в научных журналах, патенты, статистика.

Теоретическое решение, которое предполагается получить путем изучения применения аэраторов в рыбном хозяйстве и результатов его практического применения, позволит повысить эффективность рыбного хозяйства в 3—4 раза, выращивать больше рыбы, чем обычно, на малых водоемах. Это снизит цену и увеличит количество рыбы, попадающей на столы людей. Создание теоретической базы применения аэраторов для рыбного хозяйства Республики имеет большое значение для разработки методов расчета.

Глава первая. Общее описание вопроса

Дефицит растворенного в воде кислорода – основная причина не только гибели рыбы, но и другие обитатели водоёма. Причем это справедливо как для зимы, так и для лета. Наряду с болезнями, дефицит кислорода зачастую сводит к нулю все усилия, рыбных хозяйств. В отношении концентрации растворенного кислорода можно сказать определенно: при плохом кислородном режиме хорошей рыбной продуктивности не будет.

Разные виды рыб имеют различные пороговые концентрации кислорода. В ряде литератур приводятся данные о пороговых значениях кислорода для разных видов рыб (пересчитано из мл/л в более привычные мг/л О2) (Таблица 1.1). Однако при содержании рыбы в прудах нельзя ориентироваться на пороговые значения кислорода, т.к. состояние рыбы при пороговых значениях кислорода – это состояние сильнейшего стресса, предшествующее гибели. Любое уменьшение содержания кислорода, даже до 50% насыщения, может снизить потребление пищи и темп роста молодых рыб даже при наличии прочих благоприятных условий. Существует определенная хорошо выраженная зависимость между активным обменом (т.е. физической активностью) и насыщением воды кислородом. Для осетровых, окуневых и лососевых рыб диапазон кислородных потребностей лежит в пределах от 50 до 90% нормального насыщения. Иными словами, если содержание растворенного в воде кислорода, ниже этого уровня, рыба не может проявлять высокую активность, и в этом случае не будет хорошей рыбной продуктивности. Снижение содержания кислорода ниже 6 мг/л (45% насыщения) в осеннее – зимний период приводит к тому, что форель практически снизит потребление пищи и темп роста.

Исходя, из этого можно рекомендовать рыбным хозяйствам, поддерживать содержание кислорода в воде близким к полному насыщению 90—100% (или 12—13 мг/л в зимний период и 6—8 мг/л в летний).

Решить проблему дефицита кислорода в воде позволяют аэраторы – устройства, обогащающие воду кислородом.

В работе рассмотрена конструкция аэратора на основе альтернативных источников энергии – ветра для рыбных прудов и водоёмов. Для осуществления решения для данной проблемы был спроектирован и сконструирован автономный аэратор на основе ветровой энергии для рыбных прудов и водоёмов. Экспериментально, работа была произведена в научно-экспериментальной лаборатории «Инновационная разработка устройств на основе альтернативных источников энергии и внедрение их на практике» Ферганского Государственного Университета.

Изготовлены лабораторные и опытные образцы аэратора. Проведены их стендовые и натурные испытания. Натурные испытание выполнены совместно с рыбным фермерским хозяйством «Урокбой Ота» города Ферганы. Первые испытания показали, что рыбная продуктивность увеличенав два раза. Продолжаются научные и производственные работы по усовершенствованию аэратора.

Процесс сборки ветрового аэратора прост и не требует дорогостоящих деталей. Это автономно работающая установка. Для работы ему не нужно электричество – он использует энергию ветра. Для разработки аэратора сконструирован воздушный насос. Поставленная цель достигается тем, что воздушный насос на основе кинетической энергии ветра включает установленный на вышке вал, насаженным на нем ветровое колесо с восемью лопастями и эксцентриковым подшипником.

Эксцентриковый подшипник использован в воздушном насосе для преобразования вращательного движения в возвратно – поступательное движение с меньшей частотой. Внизу на площадке вышки установлен воздушный насос. Для движения воздуха по трубе, в воздушном насосе имеется два клапана, входной внизу и выходной сбоку.

Ветровое колесо с восемью лопастями вращается даже при очень слабом течении ветра. Для поворота колеса сторону ветра установлен поворотный механизм флюгера. С помощью установки вода насыщается кислородом.

Применение аэратора увеличивает обогащение водной среды кислородом, циркуляцию и потока образование, которое действует положительно на качество и количество обитателей водной среды. За счет интенсивной аэрации рыбная продуктивность водоёмов будет, увеличивается в 3—5 раза.

Хозяйства по выращиванию и поставке рыбной продукции на сегодняшний день имеют довольно большое значение. Обеспечение населения необходимыми природными пищевыми составляющими очень даже важно для продуктивности труда, увеличения эффективности всего общего процесса, а также для улучшения коэффициента «счастья» во всём государстве. Именно по этой причине улучшение рыбного производства является довольно актуальным вопросом на сегодняшний день.

Весь процесс производства рыбной продукции (выращивания рыб) состоит в увеличении популяции имеющихся в наличии особей. Сам предприниматель должен предоставлять не только продукцию в большом объёме, но также и качественную продукцию, то есть рыбы должны выращиваться в благоприятных, для их жизнедеятельности, условиях, что позволяет не только увеличивать их популяцию, но также и увеличивать и их массу, улучшать здоровье и делать организм рыб более стойким к различным заболеваниям.

Как известно, все живые существа дышат кислородом, в том числе и сами рыбы не являются исключением. Они как известно, обладают жаберным дыханием, что также не умоляет того факта, что и им необходим растворённый в воде кислород.

На данный момент необходимо указать крайнюю важность демонстрации наличия самой системы классификации, что сыграет также и роль в дальнейшем описании и последовательности.

Если же некоторые из этих существ, а именно класс млекопитающие отряда китообразных и подотряда зубатых китов, ярким примером которых являются дельфины, касатки и киты дышат полноценно кислородом непосредственно и на территории производителей рыбной продукции они довольно редки на данный момент, то остальное большинство представителей рыбной фауны, обладающие именно жабрами, дышат именно растворённым в воде кислородом.

И наличие большого количества растворённого кислорода в привычной для них среде обитания, конечно же приводит к улучшению их состояния здоровья, массы, численности и общему увеличению популяции, что вполне очевидно. И для достижения поставленной цели, вполне целесообразно использование технологии аэрации воды, то есть обогащения её кислородом.

Технология аэрации воды не является новой и сегодня широко применяется в различных развитых странах, а также уменьшенные модели присутствуют в любом аквариуме. Но важным недостатком их является факт того, что они используют для этого электрическую энергию. А в то время, когда экономия электрической энергии становится крайне важным фактором, своего рода визитной картой для выживания изобретения и когда мировой энергетический кризис уже показывает свою устрашающую голову, подобное расточительство драгоценной энергии, на производство которой затрачиваются не малые ресурсы (при этом общий объём потребляемой энергии планеты непреклонно увеличивается), крайне не допустим.

Благодаря этому моменту сегодня становится популярным вопрос об использовании аэраторов на зелёную энергию, то есть аэраторы, действующие на солнечных батареях, энергии ветра и некоторых других, на сегодняшний день уже менее популярных методах и технологиях.

В данной монографии подробно описывается технология новейших зелёных аэраторов, разработанных и экспериментально проверенных со стороны команды учёных-исследователей Ферганского Государственного Университета. Само исследование проводится с 2017-го года, когда впервые начиналось изучение теоретически данной технологии, после чего данный проект начал вызывать интерес и уже к 2019 году, после целого ряда экспериментов малого масштаба, имелась возможность для проведения полноценного эксперимента, когда и была создана настоящая модель ветряного аэратора для рыбного водоёма.