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多階段整合超密集蝦生產系統.pdf

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階段 整合 密集 生產 系統
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摘要
申請專利號:

CN201680003778.5

申請日:

20160211

公開號:

CN106998670A

公開日:

20170801

當前法律狀態:

有效性:

審查中

法律詳情:
IPC分類號: A01K61/59 主分類號: A01K61/59
申請人: 皇家蝦業有限責任公司
發明人: M·坎普,A·P·布朗迪
地址: 美國阿利桑那
優先權: 62/140,392
專利代理機構: 北京派特恩知識產權代理有限公司 代理人: 胡春光;張穎玲
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201680003778.5

授權公告號:

法律狀態公告日:

法律狀態類型:

摘要

一種蝦養殖方法,其中所有生長階段和基本操作都被模塊化和整合以形成由定制設計的網絡物理平臺控制的多階段同步超密集蝦生產系統。模塊化部件包括:后期幼體培育模塊,長大生產模塊,循環水產養殖系統(RAS)模塊,飼料分配模塊以及由與人機接口模塊(HIM)整合的可編程邏輯控制器(PLC)組成的調節元件。

權利要求書

1.一種模塊化蝦生產系統,包括:a.生產子單元模塊;b.再循環水產養殖系統(RAS)模塊;c.飼料分配模塊;以及d.計算機控制模塊,其中蝦生產的基本操作被模塊化和整合以形成由定制設計的網絡物理平臺控制的多階段同步超密集蝦生產系統,所述網絡物理平臺通過嵌入生產子單元模塊、再循環水產養殖系統(RAS)模塊和飼料分配模塊中的傳感器采集數據,以允許通過耦合反饋環控制一個或多個和與人機接口模塊(HIM)整合的可編程邏輯控制器(PLC)通信的設備裝置,以便保持蝦的同步生產周期的水產養殖環境;其中生產子單元模塊包括至少一個長方體箱,該長方體箱具有在箱的中部較淺的沿長度方向升高的深度線,具有位于箱的一個端部的收獲凹坑結構和位于箱的另一端部的蓋結構;長方體箱能夠容納水并裝有用于引入和排出水的至少一個閥;其中再循環水產養殖系統與生產子單元模塊流體連通;其中飼料分配模塊與生產子單元模塊流體連通;并且其中計算機控制模塊與人機接口模塊(HIM)以及連接到后期幼體培育模塊、生產子單元模塊、再循環水產養殖系統模塊或飼料分配模塊的一個或多個設備裝置電連通。2.根據權利要求1所述的模塊化蝦生產系統,其還包括:后期幼體培育模塊;后期幼體再循環水產養殖系統(PLRAS)模塊;其中后期幼體培育模塊的基本操作被整合到由定制設計的網絡物理平臺控制的多階段同步超密集蝦生產系統中,所述網絡物理平臺通過嵌入后期幼體培育模塊和后期幼體再循環水產養殖系統(PLRAS)模塊中的傳感器采集數據,允許通過耦合反饋環控制一個或多個和與人機接口模塊(HIM)整合的程序邏輯控制器(PLC)通信的設備裝置,以便保持后期幼體蝦的同步生產周期的水產養殖環境;其中后期幼體培育模塊具有用于產生幼齡蝦的至少一個淺水箱,后期幼體培育模塊與后期幼體再循環水產養殖系統(PLRAS)模塊、飼料分配模塊和計算機控制模塊流體連通。3.根據權利要求2所述的模塊化蝦生產系統,其中后期幼體培育模塊包括具有約8ft×約8ft×約1.5ft的尺寸的一個或多個淺水箱,其朝著位于箱的拐角中的立管成約0.5-1.5%的角度傾斜;其中一個或多個淺水箱堆疊在后期幼體培育conex容器的內部;其中淺水箱中的水深保持在30-50cm范圍內,優選約40cm的平均深度;其中每個淺水箱中的水深使用通過后期幼體培育conex容器的壁插入設備隔室中的立管獨立地保持;其中轉向閥和泵通過從儲箱循環來保持水位。4.根據權利要求1所述的模塊化蝦生產系統,其中生產子單元模塊包括具有約7.9ft×約52ft×約1.55ft的尺寸的一個或多個長方體箱,其包括在一個端部處的收獲凹坑和在另一端部處的再循環端蓋,其中每個長方體箱堆疊在具有約8ft×約53ft×約9.6ft的尺寸的第一conex容器的內部;其中再循環水產養殖系統(RAS)模塊還包括泵、連接和閥以形成從RAS模塊到包含在第一conex容器內部的每個生產子單元模塊的長方體箱的獨立連接的閉環再循環;其中再循環水產養殖系統(RAS)包含在第二conex容器內。5.根據權利要求1所述的模塊化蝦生產系統,其中所述設備裝置還包括用于監測、保持或改變模塊化蝦生產系統的部件,包括:可編程邏輯控制器(PLC),特定光級;水循環率;高于35cm的生產子單元長方體箱水位;在29-33℃范圍內的水溫;pH濃度;在10-14份/千份的范圍內的鹽濃度;在大于4.5mg/L的范圍內的溶解氧水平;氮代謝物濃度;用于檢測表面聲波的調制以感測物理現象的傳感器;總溶解固體指數;在箱中發生的視覺事件;箱中的現場或錄制視覺事件或其組合。6.根據權利要求5所述的模塊化蝦生產系統,其中用于監測、保持或改變蝦的同步生產周期的水產養殖環境的部件,其中可編程邏輯控制器(PLC)包括控制模塊化蝦生產系統的不同部件或過程并根據系統的運行要求進行編程的工業計算機;用于監測、保持或改變特定光級的部件包括安裝在每個生產子單元的水管線上方的發光二極管(LED);用于監測、保持或改變水循環率的部件包括泵和閥;用于監測、保持或改變箱水位的部件包括液位傳感器;用于監測、保持或改變水溫的部件包括在通過微分散噴嘴分配到水中之前通過熱交換器預調節到31℃的壓縮空氣;用于監測、保持或改變pH濃度的部件包括pH探頭;用于監測、保持或改變在10-14份/千份的范圍內的鹽濃度的部件包括電導率傳感器,其測量水通過電流的能力并警告用戶或直接進行調節;用于監測、保持或改變在大于4.5mg/L的范圍內的溶解氧水平的部件包括極譜分析、快速脈沖、電流和光學類型的溶解氧傳感器;用于監測、保持或改變氮代謝物濃度的部件包括警告用戶的傳感器;用于監測、保持或改變檢測表面聲波的調制以感測物理現象的傳感器的部件包括;用于監測、保持或改變總溶解固體指數的部件包括警告用戶的傳感器;用于監測、保持或改變在箱中發生的現場或錄制視覺事件的部件包括連接的電荷耦合電視(CCTV)相機。7.根據權利要求1所述的模塊化蝦生產系統,其還包括布置在每個生產子單元上方并帶有計算機控制的致動閥的高壓水管線,其中高壓水可以以脈沖形式釋放到每個生產子單元中,所述脈沖從再循環端蓋開始朝著收獲凹坑移動以便于蝦的收獲。8.根據權利要求1所述的模塊化蝦生產系統,其中再循環水產養殖系統(RAS)包括與閉環系統流體連接的儲存箱;其中閉環系統包括與泵流體連接的移動床生物反應器(MBBR);泵與生產子單元流體連接;生產子單元與用于去除碎屑的微濾網筒狀過濾器流體連接;微濾網筒狀過濾器與MBBR和上流式厭氧污泥床反應器流體連接;MMBR具有與用于從水中除去乳化的蛋白質物質并將水返回到MBBR的泡沫分餾器的流體連接;泡沫分餾器具有與用于處理和除去將用作高氮肥料或填埋垃圾的污泥的上流式厭氧污泥床反應器的流體連接;上流式厭氧污泥床反應器與循環水儲箱流體連接;其中儲存箱與經過濾的天然海水箱或井水箱流體連通,所述經過濾的天然海水箱或井水箱與混合箱流體連接,所述混合箱用于將水和海鹽混合成期望鹽度以轉移到儲存箱。9.根據權利要求1所述的模塊化蝦制造系統,其中淺水箱和長方體箱由以下材料制成,包括:玻璃纖維,木質復合材料,合成塑料,聚乙烯,丙烯,丙烯腈丁二烯,苯乙烯,環氧涂層鋼,金屬或其組合。10.根據權利要求1所述的模塊化蝦生產系統,其中淺水箱和長方體箱放置在聯運容器內部。11.根據權利要求1所述的模塊化蝦生產系統,其中每個長方體箱包括:多個端口,所述端口通過箱壁插入以允許放置用于曝氣的微分散噴嘴;定向噴嘴,使用再循環水產養殖系統(RAS)再處理的水可以通過所述定向噴嘴被泵送以在每個箱中在逆時針方向上循環水。12.根據權利要求1所述的模塊化蝦生產系統,其中每個長方體箱的收獲凹坑構造有用于收集和去除碎屑以及收獲蝦的出口。13.一種使用模塊化蝦生產系統具有成熟蝦的同步生產周期的方法,所述方法包括:a.為蝦的同步生產周期準備水產養殖環境;b.在后期幼體培育模塊中蓄養后期幼體蝦;c.在后期幼體培育模塊中將后期幼體蝦養殖到幼齡階段蝦,形成第一階段蝦群;d.將第一階段蝦轉移到生產子單元長方體箱;e.在生產子單元長方體箱中生長幼齡階段蝦持續第一時期,形成第二階段蝦群;f.將第二階段蝦群分到兩個獨立生產子單元長方體箱中;g.在兩個獨立生產子單元長方體箱的每一個中生長第二階段蝦群持續第二時期,形成第三階段蝦群;h.收獲第三階段蝦群的一部分;i.將第三階段蝦群分到兩個獨立生產子單元長方體箱中;j.在兩個獨立生產子單元長方體箱的每一個中生長第三階段蝦群持續第三時期,形成第四階段蝦群;k.收獲第四階段蝦群;l.通過重復步驟(a)至(k)并確保模塊化蝦生產系統的生產子單元長方體箱一旦通過不同蝦群的相應分配被清空就被重新補充來建立同步生產周期,其中所有的蝦生長階段和基本操作都被模塊化和整合以形成由定制設計的網絡物理平臺控制的多階段同步超密集蝦生產系統,所述網絡物理平臺通過嵌入后期幼體培育模塊、長大生產模塊、再循環水產養殖系統(RAS)模塊和飼料分配模塊中的傳感器采集數據,其允許與人機接口模塊(HIM)整合的可編程邏輯控制器(PLC)通過耦合反饋環調節所有方面;其中蝦生長條件包括有利于蝦成熟的照明,喂食,水溫,水位,水pH和水鹽濃度;后期幼體培育模塊具有用于生產幼齡蝦的至少一個淺水箱,后期幼體培育模塊與第一個生產子單元長方體箱、再循環水系統(RAS)模塊、飼料分配模塊和計算機控制模塊流體連接;每個長方體箱包括在箱的中部較淺的沿長度方向升高的深度線,具有位于箱的一個端部的凹坑結構和位于箱的另一端部的蓋結構;長方體箱能夠容納水并裝有用于引入和排出水的至少一個閥;其中再循環水產養殖系統與后期幼體培育模塊和生產子單元模塊流體連通;其中飼料分配模塊與生產子單元模塊流體連通;并且其中計算機控制模塊與人機接口模塊(HIM)和連接到后期幼體培育模塊、生產子單元模塊、再循環水產養殖系統模塊或飼料分配模塊的一個或多個設備裝置配合。14.根據權利要求13所述的方法,其還包括用以下步驟來代替步驟(k)至(l):(k)收獲第四階段蝦群的一部分;(l)將第四階段蝦群分到兩個獨立的生產子單元長方體箱中;(m)在兩個獨立的生產子單元長方體箱的每一個中生長第四階段蝦群持續第四時期,形成第五階段蝦群;(n)收獲第五階段蝦群;(o)通過重復步驟(a)至(n)并確保模塊化蝦生產系統的生產子單元長方體箱一旦通過不同蝦群的相應分配被清空就被重新補充來建立同步生產周期。15.根據權利要求13所述的方法,其還包括將密度為4,000-8,000/m的后期幼體蝦蓄養到安裝在培育模塊中的每個垂直堆疊的淺水箱中。16.根據權利要求13所述的方法,其還包括通過監測、保持或改變以下參數準備蝦的同步生產周期的水產養殖環境:特定光級;水循環率;在30-50cm的范圍內的淺水箱水位;高于35cm的生產子單元長方體箱水位;在29-33℃范圍內的水溫;pH濃度;在10-14份/千份的范圍內的鹽濃度;在大于4.5mg/L的范圍內的溶解氧水平;氮代謝物濃度;用于檢測表面聲波的調制以感測物理現象的傳感器;總溶解固體指數;在箱中發生的視覺事件;箱中的現場或錄制視覺事件或其組合。17.根據權利要求16所述的方法,其還包括:通過使用壓縮空氣準備水產養殖環境,所述壓縮空氣在通過微分散噴嘴分配到培育箱的水中之前通過培育模塊中的熱交換器預調節到31℃。18.根據權利要求16所述的方法,其還包括:通過在每個生產子單元嵌入用于水溫,水位,鹽度,溶解氧,pH,總溶解固體(TDS),氮代謝物水平(氨,亞硝酸鹽,硝酸鹽)以及聲學(喂食活動)的傳感器來準備水產養殖環境;其中所有物理和化學測量數據經由網絡物理平臺通過與人機接口模塊(HIM)整合的可編程邏輯控制器(PLC)進行連接以便實時反饋和調節。19.根據權利要求16所述的方法,其還包括:通過使用計算機控制的飼料分配系統準備水產養殖環境,所述飼料分配系統從附接料斗抽取四種不同飼料中的一種;并且基于來自可編程邏輯控制器(PLC)的信號將水合飼料分配到目標生產子單元。20.根據權利要求16所述的方法,其還包括:通過在每個生產子單元中嵌入傳感器以便使用用于控制模塊化蝦生產系統的不同部件或過程的可編程邏輯控制器(PLC)來監測、保持或改變模塊化蝦生產系統來準備水產養殖環境,其中PLC根據系統的操作要求進行編程;用于監測、保持或改變特定光級的部件包括安裝在每個生產子單元的水管線上方的發光二極管(LED);用于監測、保持或改變水循環率的部件包括泵和閥;用于監測、保持或改變箱水位的部件包括液位傳感器;用于監測、保持或改變水溫的部件包括在通過微分散噴嘴分配到水中之前通過熱交換器預調節到31℃的壓縮空氣;用于監測、保持或改變pH濃度的部件包括pH探頭;用于監測、保持或改變在10-14份/千份的范圍內的鹽濃度的部件包括電導率傳感器,其測量水通過電流的能力并警告用戶或直接進行調節;用于監測、保持或改變在大于4.5mg/L的范圍內的溶解氧水平的部件包括極譜分析、快速脈沖、電流和光學類型的溶解氧傳感器;用于監測、保持或改變氮代謝物濃度的部件包括警告用戶的傳感器;用于監測、保持或改變檢測表面聲波的調制以感測物理現象的傳感器的部件包括;用于監測、保持或改變總溶解固體指數的部件包括警告用戶的傳感器;用于監測、保持或改變在箱中發生的現場或錄制視覺事件的部件包括連接的電荷耦合電視(CCTV)相機。21.根據權利要求16所述的方法,其還包括:使用布置在每個生產子單元上方并且連接到計算機控制的致動閥的高壓水管線收獲蝦,所述計算機控制的致動閥以從再循環端蓋開始朝著收獲凹坑移動的脈沖方式被啟動。

說明書

相關申請

不適用。

聯邦資助研究

在本發明的開發中沒有使用聯邦資金。

聯合研究協議

不適用。

序列表

不適用。

背景技術

水產養殖正處于十字路口。面對提高單位面積生產率的壓力,水產養殖有機會從他人的錯誤中學習并采取可持續的管理實踐。這個年輕產業的長期成功和經濟可行性取決于與其當前全球需求驅動的爆發性擴張并行的旨在解決疾病、廢物和飼料三重可持續發展挑戰的創新和解決方案。世界范圍的蝦生產實踐是不可持續的,因為:

·氣候和地理限制

·生態限制-土地破壞

·飼料問題-魚粉含量

·勞工虐待和社會動蕩

·蝦類疾病-急性肝胰腺壞死綜合征(APNS)或早期死亡綜合征(EMS),桃拉(Taura)病毒,白斑病毒(WSSV),由真菌導致的肝腸孢子蟲(EHP)等

·人體健康問題(包括禁用化學品和抗生素的飼料添加劑)

·加工-衛生程序或者說缺乏衛生程序

·支持當地食品的運動和生活方式

承上所述,蝦是美國最喜歡消費的海產品。然而,國內需求與國內供應之間存在巨大差距,這導致對進口蝦產品的依賴和日益增長的聯邦貿易逆差。除了進口到美國的蝦的數量問題外,進口蝦的質量可能會低于國內生長的蝦,并且具有在某些進口產品中發現存在抗生素殘留物的人體健康問題。美國食品和藥物管理局負責檢查進口到美國的海產品,但該機構只能檢查進入美國市場的一小部分產品。

鑒于蝦產品的聯邦貿易逆差不斷增加,以及對食品安全的擔憂,存在迫切的理由來支持美國蝦養殖業。由于對環境污染、疾病傳播、生產成本和氣候問題的擔憂,使用傳統方法擴大美國蝦養殖業是不可行的。傳統上,蝦已經在沿海池塘中養殖,其中使用流經的水進行交換來保持可接受的水質。然而,流入水可成為病毒性蝦病原體的載體,并且池塘流出水會不利地影響沿海水質。另外,擴大沿海地區的蝦養殖場可能導致多種用途的沖突,并且由于蝦對溫水的要求,傳統的蝦養殖場限制于較南的緯度(Moss,SM,“Shrimp Aquaculture”,The Research,Education,and Economics Information System(REEIS)of the U.S.Department of Agriculture(USDA),Oceanic Institute Makapuu Point,2010年8月1日,Web,2012年7月31日)。

關于陸基產業化蝦養殖的可持續性,其在約三十多年前隨著陸基水產養殖的引進(特別是東南亞和拉丁美洲地區)發生了巨變。考慮到海產品用于出口而不是當地使用,水產養殖過程從傳統的小規模低環境沖擊的生產方式轉變為產業化大規模高環境沖擊的生產方式。隨著產業擴展到國際市場,對自然環境的破壞率和對當地社區的相關不良后果加快。生態足跡呈對數增加,隨之而來的是破壞。伴隨環境破壞而來的是疾病的發生:桃拉(Taura)病毒,白斑病毒(WSSV),傳染性皮下和血液壞死病毒(IHNNV),由細菌導致的急性肝胰腺壞死綜合征(APNS)或早期死亡綜合征(EMS),以及由真菌導致的肝腸孢子蟲(EHP)等。

美國的蝦養殖歷史既短暫又不穩定。在三十年前美國展示了以產業規模養殖太平洋白蝦(凡納濱蝦)的可行性,隨著這一發展,蝦養殖在20世紀80年代初在美國變得商業上可行,且直到21世紀初生產水平保持增加。實現在美國廣泛擴散養殖的第一種技術是單階段半密集池塘模式,其中從孵化場獲得的后期幼體直接投放到池塘中。使用該過程可以實現5-10MT/ha/收成的生產率。但是,由于氣候條件,每年只能產生一次收成。因此,美國的蝦養殖在經濟上相對于每年多次收成是常態的熱帶地區不具競爭力。這導致了自21世紀初開始美國的蝦養殖生產迅速下降。蝦生產實際上轉移到了海外。如今美國每年消耗>600,000噸蝦。野生捕撈和養殖蝦滿足<3%的美國需求。美國蝦進口價值在2014年攀升了67%。國內水產養殖滿足“<1%”的美國消費。

盡管在熱帶地區進行蝦生產似乎存在優勢,但是也存在明顯的問題。熱帶地區的生產是不可持續的,它也有悖于支持當地食品的運動。世界各地越來越多的人們不信任他們的食物來源,因為生產受到不惜任何代價的青睞,即使這意味著摻雜有害化學品或不衛生的加工工藝。除了不信任之外,還認識到應當以可持續的方式生產食品,而目前的技術并不反映這種推動力。

十多年前認識到,鑒于美國的需求,變革是至關重要的。美國聯邦政府和與墨西哥灣和大西洋南部地區接壤的州政府支持研究開發使美國農民能夠與熱帶地區的全年生產競爭的新技術。大體而言,必須開發和實施新技術。

任何技術開發必須適應地理和氣候要求,即應當盡量最小化對陸地的利用,并且蝦生長所必需的環境改造(溫度)不能是能量密集的。實現這些的唯一方式就是將生產置于室內,即在諸如封閉倉庫的結構內。這轉而允許生產更接近消費者,無論這些人是美國人還是世界上任何其他公民。然而,在室內簡單地復制池塘生長的條件是不可接受的,因為倉庫結構將必須是巨大的,即占地許多英畝(公頃),并且是能量密集的。為了最小化上述問題,已考慮到垂直養殖技術。

堆疊溝道中的垂直養殖的描述可以追溯至至少1973年。Durwood Duggar指出King James在20世紀80年代使用堆疊溝道養殖蝦(Duggar,D.,標題為“Intensive Shrimp Production Economic Challenges”,BioCepts International,Inc.,Web,2011年9月29日)。甚至在此之前,Ron Wulff和Durwood Duggar在1973年為Ralston Purina Mariculture Research Center的密集蝦生產工作開發了一種堆疊溝道系統。除了蝦養殖以外,至少自2001年開始已實施了在堆疊溝道中使用淺至10cm的水進行超密集魚養殖的魚類水產養殖(Oiestad V.,“Hyper-Intensive Fish Farming,Shallow Raceways Save Space,Water”,Global Aquaculture Alliance,Web,2001)。盡管描述了水產養殖的垂直堆疊,但仍然存在如何將這樣的節省空間模式納入工業生產和實踐中的挑戰。還有待解決的是節能問題,結構工程問題,飼料分配、溶解氧、溫度、水質的保持,以及如何在保持控制的同時整合過程。用本發明解決了這些問題,其中蝦生產的基本操作被模塊化和整合以形成由定制設計的網絡物理平臺控制的多階段同步超密集蝦生產系統,所述平臺通過嵌入生產子單元模塊、再循環水產養殖系統(RAS)模塊和飼料分配模塊的傳感器采集數據,以允許通過耦合反饋環控制和與人機接口模塊(HIM)整合的可編程邏輯控制器(PLC)通信的一個或多個設備裝置,以便保持蝦的同步生產周期的水產養殖環境。

發明內容

本公開一般涉及將包括培育場、堆疊生產組件、水再循環水產養殖系統(RAS)和飼料分配設備的模塊化部件與計算機控制設備一起設計和整合成同步操作的多階段超密集蝦生產系統,允許每年12至17個生產周期(收成)。整合系統設計成消除從蓄養后期幼體(“PLs”)時直到完成生長收獲蝦時固有存在的生產限制,由此最大化產量。

任何生產模式的核心是系統可以支持的每單位面積的承載能力或生物量。研究表明蝦可以在淺水箱中以4kg/m2的生物量持續地生長。當該限制應用于單階段生產系統(如陸基池塘、箱或溝道)時,生長周期結束時的生物量是可以生產多少蝦的決定因素。所以,盡管最初可以蓄養成千上萬的后期幼體并且仍然不超過4kg/m2的生物量,但是承載能力將迅速被超過并且系統將崩潰。多階段同步生產系統減輕該約束,原因是系統的承載能力在生產周期的任何階段或時期,即從蓄養到收獲,都未被超過。

從保守的角度操作,在圖1和表1中呈現了基于~3kg/m2的生物量和多階段生產周期的許多可能的蝦生產模式之一。在該模式中,使用四個階段。在實踐中,通過將后期幼體蓄養到培育場中執行階段1,其中它們在~1個月中生長到幼齡階段(0.7-1g)(表1)。通過將幼齡蝦轉移到生產模塊的生產子單元#1(或稱為溝道)執行階段2。當生物量開始超過系統的承載能力時,即在生長~4周后,通過在生產子單元#2和#3之間均勻再分蝦來減小蝦密度(階段3)。轉移通過重力實現,即連接管安裝在生產子單元#1和#2或子單元#1和#3之間。懸浮在水中的蝦通過重力從上級生產子單元(即,#1)移動到下級#2或#3生產子單元。對建立同步生產周期不可或缺的是,只要#1被清空,就用從培育場轉移的幼齡蝦補充以便重新啟動周期。

在額外~4周之后,#2和#3的承載能力已被超過。不能僅通過將內容物再分到#4和#5中減少蝦生物量。應當考慮下一階段的承載能力或生物量。在每月周期結束時每只蝦的重量將顯著增加。在該情況下,蝦數量應當減少。在該情況下通過將子單元3的內容物均勻分到子單元4和5中減少蝦數量。類似地將子單元2的蝦內容物均勻分到子單元6和子單元7中。在額外時期(即~4周)之后,重量為~26g的蝦從子單元4、5、6和7被收獲并且可以被提供用于出售。

替代地,可以采用五階段模式(參見圖2)。在該模式中,通過將后期幼體蓄養到培育場中執行階段1,其中它們在~1個月中生長到幼齡階段(0.7-1g)。通過將幼齡蝦轉移到生產模塊的生產子單元#1執行階段2。與上述的四階段模式同樣的情況適用于五階段模式,即當生物質開始超過系統的承載能力時,即在生長~4周后,應當減小蝦密度。這通過在生產子單元#2和#3之間均勻再分蝦來實現(階段3)。在額外~4周之后,#2和#3的承載能力將再次被超過。不能簡單地通過將#2和#3的內容物轉移到#4和#5減少蝦數量,原因是在短時期內#4和#5的承載能力將被大大超過。作為替代應當執行蝦的部分收獲,并且然后將#2和#3中的蝦的剩余部分轉移到#4和#5。在附加時期(即~4周)之后,由于上述原因執行另一部分收獲,并且#4和#5中的蝦的剩余部分相應地轉移到#6和#7以便最終生長。在同步生產中,重量約為15、24和30g的蝦可以在每月周期結束時提供用于出售。使用所描述的模式,每年可以生產13次蝦收成。

無論采用四階段還是五階段模式,兩者都取決于了解蝦養殖所需的化學、物理和生物條件。作為冷血動物,凡納濱蝦(太平洋白腿蝦)應當保持在約21℃-37℃的范圍內的可持續溫度。然而,更加重要的是應當較高地調節溫度以最大化生命功能。出于實際目的,這意味著環境溫度應當保持在30-32℃的窄范圍內,優選31℃。大多數氣候區域(包括熱帶地區)的溫度限制施加了最優范圍之外的條件。除了環境溫度,水質是蝦生產的核心。已經采用三種不同的方法:這些方法包括非再循環系統,再循環水產養殖系統(RAS),和來自天然源的精制流經系統。盡管水產養殖有許多變化,但所有蝦系統都必須解決鹽度,固體廢物清除,溶解氧控制,氨氮控制,二氧化碳控制,pH(堿度)方面的水質問題。允許與本公開相關的控制的唯一系統是RAS變型。

對蝦養殖所需的化學、物理和生物條件的了解允許蝦養殖在美國迅速發展。然而,在美國蝦養殖的歷史既短暫且從經濟角度來看不穩定。太平洋白蝦(凡納濱蝦)被迅速廣泛地接受為在美國大規模生產蝦的最可行的物種。美國的蝦養殖在20世紀80年代初迅速擴大,直到21世紀初生產水平不斷提高。在美國允許廣泛養殖的第一種技術是單階段半密集池塘模式,其中從孵化場獲得的后期幼體被直接蓄養在池塘中。使用該過程,可獲得每收成每公頃5公噸以上(MT/ha/收成)的產量。然而,由于氣候考慮,每年只能有一次收成。相對于熱帶蝦養殖,美國農場是不具競爭力的。蝦養殖轉移到海外,接著是自21世紀初以來美國的陸基蝦養殖生產迅速下降。

對上述情況的認識促使研究人員開發將使美國農民能夠抵御熱帶地區全年生產的經濟優勢的技術。在美國專利第8,336,498號中描述的技術部分地是為了解決這些問題而開發的。

美國專利第8,336,498號中描述的技術在范圍上受到限制,并且涉及與蝦生產相關的方面的子集。早在1973年堆疊溝道就用于蝦養殖,并且最近已成為魚養殖的標準做法(見上文)。堆疊溝道本身僅僅是設計如本文所公開的蝦養殖的整合系統方法的一個因素。

所有水產養殖系統(即池塘、箱或堆疊溝道等)包含對于每平方米的水足跡可以生長的蝦的數量和生物質量的物理和生物限制。許多因素屬于該限制,并且通常涉及作用于蝦的化學和物理壓力。設計了生產蝦的多階段方法以減輕壓力和承載能力限制。

在框架內思考,本公開一般涉及由模塊化子單元組成的整合多階段超密集蝦生產系統的設計和操作。子部件設計成組裝在結構單元中,所述結構單元包括由可重復使用的鋼構成的聯運容器、貨運容器或海運集裝箱,或類似類型的結構。所有子單元都是專門建造的,就如同聯運容器是為了有效的安全存儲、結構剛性和可堆疊而設計的。

模塊是定制設計的,并且包括用于后期幼體的蝦培育場,由在剛性自支撐容器中制造和構造的生產子單元組成的生產組件,用于處理水的再循環水產養殖系統(RAS),計算機控制的飼料分配系統,以及連接到每個模塊用于操作整合多階段蝦生產系統的計算機站。

本公開的實施例可以實現以下優點中的一個或多個:

與常規技術相比,蝦的水產養殖生產每重量蝦使用的總水量顯著更小。

與常規技術相比,蝦的水產養殖在平均水深上顯著更低(例如低至2.5cm,或低2-3倍)。

與常規技術相比,蝦的水產養殖獲得每重量蝦使用的面積顯著更小(例如,底板空間)。

蝦的水產養殖獲得的每m2水足跡的蝦產量顯著更大,即,>100kg蝦/m2水足跡/年。換句話說,生產能力>1,000,000kg/ha水足跡/年。

與常規技術相比,蝦的水產養殖獲得的每平方米密度更高。

即使在大于100kg/m2水足跡的生產水平下,蝦的水產養殖實現的存活率顯著更大,即>80%的存活率。

蝦的水產養殖使用為生長優化的飼料系統。

蝦的水產養殖使用允許每天24小時將蝦喂飽的飼料系統。

蝦的水產養殖使用允許與蝦的重量成比例的適當尺寸的飼料的飼料系統。

蝦的水產養殖使用擠壓蒸煮制造的漂浮飼料。

蝦的水產養殖使用計算機控制的點分配系統。

蝦的水產養殖使用先進工程,其部署針對環境感測開發的定制網絡物理平臺,所述環境感測包括:水溫,鹽度,溶解氧,濁度,含氮代謝物,聲學傳感器(飼料消耗水平)等。

蝦的水產養殖使用工程改造和設計將生產與環境隔離以允許獨立于地理和氣候限制操作的設備。

蝦的水產養殖使用安裝在聯運容器中的垂直堆疊生產子單元,由此允許重新考慮結構支撐設備和設計。

蝦的水產養殖使用同步生產周期。生產不再是批處理。

附圖說明

通過參考結合附圖的以下描述可獲得對本發明的實施例和優點的更完整和徹底的理解,其中相同的附圖標記表示相同的特征,并且其中:

圖1示出了四階段超密集蝦生產模式的流程圖。階段1培育場(1101)與階段2生產子單元1(1201)流體連通。階段2生產子單元1(1201)與階段3生產子單元2(1301)和階段3生產子單元3(1401)流體連通。階段3生產子單元2(1301)與階段4生產子單元6(1701)和階段4生產子單元7(1801)流體連通。階段3生產子單元3(1401)與階段4生產子單元4(1501)和階段4生產子單元5(1601)流體連通。

圖2示出了五階段超密集蝦生產模式的流程圖。階段1培育場(2101)與階段2生產子單元1(2201)流體連通。階段2生產子單元1(2201)與階段3生產子單元2(2301)和階段3生產子單元3(2401)流體連通。階段3生產子單元2(2301)可以進行部分收獲(2310)并且與階段4生產子單元4(2501)流體連通。階段3生產子單元3(2401)可以進行部分收獲(2320)并且與階段4生產子單元5(2601)流體連通。階段4生產子單元4(2501)可以進行部分收獲(2330)并且與階段5生產子單元6(2701)流體連通。階段4生產子單元5(2601)可以進行部分收獲(2340)并且與階段5生產子單元7(2801)流體連通。

圖3A示出了聯運容器的部分透視側視圖,示出用于養殖蝦后期幼體的堆疊培育箱和支撐設備的位置。圖3B示出了聯運容器的外部側視圖,示出了用于服務訪問的進入面板和門的位置。圖3C示出了聯運容器的端視圖,其中門被顯示。圖3D示出了從端部視角觀察的、在聯運容器中構造的堆疊培育箱的橫截面。圖3E示出了圖3A的右半部的放大圖,以允許增加的細節。

圖4示出了具有外部尺寸指示的優選的聯運容器。

圖5示出了堆疊的兩個聯運容器和垂直布置在其中的生產子單元的橫截面的示意圖。

圖6示出了聯運容器的部分透視側視圖,示出了垂直布置在兩個堆疊的聯運容器中的生產子單元。收獲凹坑與排列在每個生產子單元的水位上方的進入門一起在左側被顯示。

圖7A示出了從上方觀察的生產子單元。也示出了其中的水的定向流動。圖7B示出了沿著位于圖7A的左端的收獲凹坑的線性軸線的橫截面。圖7C示出了在圖7A的左側沿著生產子單元軸線的收獲凹坑的詳細視圖。

圖8A示出了制造成形成子框架的不銹鋼絲,100密耳高密度聚乙烯(HDPE)布置在所述子框架上以形成水隔室。圖8B示出了通過生產子單元的橫截面,示出了附接有支撐托架的橫向支架的細節。支撐托架支撐焊接到聯運容器的壁時的生產子單元的重量。

圖9示出了設計為將用作整合多階段生產系統的一部分的模塊的再循環水產養殖系統(RAS)的詳細流程圖。

圖10示出了設計成將尺寸合適的飼料分配到生產子單元的計算機控制的飼料分配系統的詳細示意圖。

定義:

可編程邏輯控制器(PLC)是工業計算機控制系統,其連續監測輸入設備的狀態并基于定制程序進行決策以控制輸出設備的狀態。使用該類型的控制系統可以大大增強幾乎任何生產線、機器功能或過程。然而,使用PLC的最大好處是能夠在收集和傳達重要信息的同時改變和復制操作或過程。本發明的優選PLC包括1-12個數字輸入;1-18個數字輸出;1-12個模擬輸入(0-12伏特);模擬輸出,熱電偶;RS232接口;USB接口。使用可從Velocio Networks Inc(Huntsville,Alabama)商購的PCL,用戶可以使用軟件來實現:過程控制,機器控制,運動系統控制,自動測試,家居自動化。在ACE,BRANCHED,EMBEDDED產品的數據表中討論了PCL和/或其等同物的描述(參見Branch PCL,Velocio Networks Inc,Huntsville AL,pg 1-6,2014;以及Ace PCL,Velocio Networks Inc,Huntsville AL,pg 1-6,2014)。

在本發明中理解的電通信是任何類型的信息(語音,字母數字,視覺,數據,信號,或其他類型的信息)通過有線或無線(即,無線電信號,UV,光,手機等)傳播的電信號傳輸的通信。取決于用于傳輸或承載信號的手段,電通信可以分為有線或無線。有線通信通常在許多系統中與不同形式的無線電通信(例如,與無線電中繼通信和衛星通信)組合使用。根據國際電信聯盟的分類,電通信也包括通過光和其他電磁系統傳輸信息。

具體實施方式

為了滿足提高每單位面積生產率以及最小化成本的壓力,設計了由沿著功能線構想的模塊組成的多階段超密集蝦生產系統。最重要的考慮是,每個功能模塊都必須設計成使得它可以整合成整體。另外,所有模塊都從異地制造和快速現場組裝的角度進行設計。

本文公開了一種整合的多階段超密集蝦生產系統,其利用第一階段蝦培育場和由用于蝦生長的堆疊生產子單元組成的生產單元,兩者都采用設計成最大化產量同時最小化生產成本的清水閉環再循環水產養殖系統(RAS)。整合的蝦生產系統也包括計算機控制的飼料分配系統,調節壓力驅動的曝氣系統,用于環境感測的定制設計的網絡物理平臺,所述環境感測包括:水溫,鹽度,溶解氧,濁度,氮代謝物(氨,亞硝酸鹽,硝酸鹽),聲學傳感器(喂食活動),和使用CCTV相機實時視覺監測每個生產子單元以獲得與每個生產子單元相關的狀況(曝氣,循環,飼料利用,收獲等)。

可編程邏輯控制器和用戶接口。

可編程邏輯控制器(PLC)或可編程控制器是用于典型工業機電過程(例如機械控制)的自動化的數字計算機。PLC在許多產業中用于許多機器。PLC設計為用于數字和模擬輸入和輸出的多種布置,擴展的溫度范圍,對電氣噪聲的抗干擾,以及對振動和沖擊的抵御。控制機器操作的程序通常存儲在電池備份或非易失性存儲器中。PLC是“硬”實時系統的示例,因為輸出結果必須在有限時間內響應于輸入條件產生,否則將導致非預期的操作。本領域普通技術人員理解,PLC與人機接口模塊一起允許人與機器進行交互以從人端進行機器的有效操作和控制,同時機器反饋有助于操作者的決策制定過程的信息。在人機交互的工業設計領域中,用戶接口是人與機器之間發生交互的空間。Siemens(西門子公司,華盛頓特區,美國),Allen Bradley-Rockwell(密爾沃基,威斯康星州,美國),制造商包括:YSI by Xylem(Pointe-Claire,魁北克,加拿大),Pentair Aquatic(桑福德,北卡羅來納州,美國),Campbell Scientific(洛根,猶他州,美國),AQ1(霍巴特,塔斯馬尼亞州,澳大利亞),Ametek(伯溫,賓夕法尼亞州,美國),Hach(拉夫蘭,科羅拉多州,美國),以及具有可用的PLC設備的其他定制自動化系統將在本發明的精神和范圍內。

傳感器/探頭:

監測pH。pH檢測器是用于電位測量水溶液的pH(其是氫離子的濃度或活性)的裝置。其他確定pH的方法和儀器也可以用于本發明。也可以使用能夠指示pH的紙。存在許多商業產品可提供用于確定pH的探頭和傳感器的多種不同手段,其中的每一個在本發明的精神和范圍內。

水溫傳感器/探頭:存在用于測量水溫的各種傳感器。通常,從傳感器/檢測器傳輸的電信號可以被記錄并且轉換成不同的測量單位,包括℃,°F和°K。存在許多商業產品可提供用于確定溫度的探頭和傳感器的多種不同手段,其中的每一個在本發明的精神和范圍內。

鹽度傳感器容易且精確地測量溶解在水溶液中的全部鹽的含量。鹽度傳感器能夠測量各種鹽度的水,從微咸水到海水,甚至超鹽水環境。存在許多商業產品可提供用于確定鹽度的探頭和傳感器的多種不同手段,其中的每一個在本發明的精神和范圍內。

溶解氧傳感器。溶解氧探頭可以用于進行各種實驗以確定溶解氧水平的變化,溶解氧水平是水產養殖環境中的質量指標之一。溶解氧是指存在于水或其他液體中的游離、非復合氧的水平。由于其對生活在水體中的生物的影響,溶解氧是評估水質的重要參數。存在許多商業產品可提供用于確定溶解氧的探頭和傳感器的多種不同手段,其中的每一個在本發明的精神和范圍內。例如,“directindustry.com”的在線目錄包括各種各樣的溶解氧探頭。另外,Mettler-Toledo Ingold Inc(比勒利卡,馬塞諸塞州01821美國)是銷售可用作對本發明有用的氧傳感器的氧傳感器和探頭的許多公司之一。

濁度傳感器。濁度是由通常肉眼不可見的大量單獨的顆粒(類似于空氣中的煙霧)導致的流體混濁或渾濁。濁度的測量是水質的一項關鍵測試。存在許多商業產品可提供用于確定濁度的探頭和傳感器的多種不同手段,其中的每一個在本發明的精神和范圍內。例如,名為“directindustry.com”的在線目錄包括各種各樣的濁度傳感器。另外,Mettler-Toledo Ingold Inc(比勒利卡,馬塞諸塞州01821美國)是銷售可用作對本發明有用的濁度傳感器的濁度傳感器和探頭的許多公司之一。

氮代謝物(氨,亞硝酸鹽,硝酸鹽)檢測。氮是蛋白質和核酸中的關鍵化學元素,因此生物體必須代謝氮才能存活。存在許多商業產品可提供用于確定氮代謝物的探頭、傳感器和檢測的多種不同手段,其中的每一個在本發明的精神和范圍內。

聲學傳感器(喂食活動)表面聲波傳感器是依賴于表面聲波的調制來感測物理現象的一類微機電系統(MEMS)。傳感器將輸入電信號轉換成機械波,與電信號不同,該機械波可容易受到物理現象的影響。隨后裝置將該波轉換回電信號。可以使用輸入和輸出電信號之間的幅度、相位、頻率變化或時間延遲來測量期望現象的存在。存在許多商業產品可提供用于確定進食活動的探頭和傳感器的多種不同手段,其中的每一個在本發明的精神和范圍內。

相機。使用CCTV相機實時視覺監測每個生產子單元以獲得與每個生產子單元相關的狀況(曝氣,循環,飼料利用,收獲等)。存在許多商業產品可提供用于視覺監測生產的多種不同手段,其中的每一個在本發明的精神和范圍內。紅外CCTV也是可行的選擇。在優選的實施例中,使用Water Proof700TVL(BW Group,中國)和Hikvision DS-2CD2012-I-4MM 1.3MP Outdoor Bullet IP相機(Hikivision,工業市,加利福尼亞州,美國)。

聲音喂食系統。本發明使用為蝦農提供的基于SF200傳感器的喂食控制系統。該系統使用無源聲學來識別蝦喂食活動,并隨后使用該信息由自適應喂食算法來控制飼料輸送時間。自適應算法確保輸送的飼料匹配蝦的食欲,使得如需要則每天24小時喂飽動物而沒有浪費。未詳細闡述的其他喂食系統也被認為在本發明的精神和范圍內。

培育模塊

滿足上述表1中所列的生產水平需要大量的后期幼體(PL)。所以,對與成長階段分開執行的培育階段提出了高要求。為了滿足該要求,必須設計高容量的培育模塊。

本文公開了將蝦的后期幼體以4,000-8,000/m2的密度蓄養到在Conex中垂直堆疊的箱中。每個箱包含與在后期幼體的預平衡中使用的相同鹽度的水。通過將其循環通過類似于下面針對生產模塊(參見RAS模塊)描述的再循環水產養殖系統(RAS)來保持每個箱中的水。水持續曝氣并保持在31-33℃。

根據本公開的一個實施例,后期幼體可以以5,000-12,000/m2的密度蓄養到在Conex中垂直堆疊的堆疊淺水箱中(圖3A、D和E(601))。箱可以由許多不同的材料制成,所述材料包括玻璃纖維,木質復合材料,合成塑料(例如聚乙烯,丙烯,丙烯腈丁二烯,苯乙烯等),環氧涂層鋼,金屬及其組合。在一個期望的考慮中,箱由丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)制成,具有到前角部的0.5-1.5%斜率,前角部中設置有立管。在安裝箱之前,容器的Conex(Conex)內部的所有表面都完全用耐化學腐蝕材料(例如環氧樹脂)密封以防止鹽水腐蝕。

每個箱601(圖3A、D和E)中的鹽水深度保持在30-50cm,優選40cm的平均深度。使用立管獨立地保持每個箱中的箱水深度,該立管通過Conex的壁插入后期幼體蓄養在其中的設備隔室(602)中。在后期幼體養殖期間,分流閥和泵將通過從儲箱(606)循環來保持水位。

加熱和/或冷卻設備位于設置在每個Conex 602(圖3A)中的設備隔室的中央。通過將維持在31-33℃的流體介質循環通過固定在每個培育箱底部由聚乙烯(PEX)管道組成的液壓循環系統來維持每個箱中的溫度。這種循環與箱的內容物完全無關。

為了曝氣目的,使用位于設備隔室602(圖3A)中的熱交換器將空氣預調節至31-33℃,然后將空氣分配到后期幼體箱601(圖3A、D和E)中的水中。

計算機控制的致動器控制飼料分配,該飼料分配通過管608(圖3A)涌入(一個或多個)箱中,所述管連接到位于設備隔室607(圖3B)的左側和右側的可通過門接近的隔室中的箱堆之間的料斗。值得注意的是面板切入Conex 604的前部和前部相對側(后側)的左側和右側(圖3B)。這些面板允許進入每個培育箱,因為它們位于每個箱的邊緣上方。它們位于該處的目的是為了在每個箱中的放置濾網,該濾網增加表面積并在箱中用作擋板。此外,在每個周期之后,需要對箱進行清潔并且面板切口允許方便的進入。在操作條件下的每個面板切口由門周圍的墊圈密封。當不需要進入時門被鎖上。

603(圖3E)所示的面板是設備隔室的蓋。類似地,605(圖3C)顯示位于Conex的每個端部的門。

培育階段可以進行25-40天,優選30天。在該時期結束時,后期幼體已成長為0.4-0.7g幼齡蝦。時間可以有所不同。可能的情況是希望加速或減緩蝦的生長,這可以部分地通過調高或調低水溫和/或喂食速度來實現。

在培育階段結束時,幼齡蝦可以被量化并轉移到生產模塊中來長大。

長大生產模塊

當考慮倉庫中的蝦生產時最典型的限制是水足跡,即在地面水平由水占據的面積。本文公開的多階段系統允許每年>100kg/m2水足跡的生產(見上表1),該量明顯大于任何其他系統。其是單階段生產系統中(如在地面溝道中或地面箱中)每平方米生長量的十幾倍。

在陸基箱或位于地面的溝道中養殖蝦通常需要約一米的平均水深,該重量對堆疊系統來說是不可實現的。然而,如美國專利第8,336,488號中所公開的,蝦可以在低至10cm的平均水深下養殖,使得能夠堆疊生產子單元并且由此允許增加每個水足跡(即,占據的地面面積)的蝦產量。

根據本文公開的更具體的實施例是用于超密集多階段蝦生產模塊的設計,其利用整合到兩個堆疊的“高貨柜”(Hi-cube,HC)Conex單元中的專用生產子單元。HC Conex單元典型地在每個端部安裝門并且由波紋耐候鋼構成(圖4)。每個HC可以堆疊并且具有帶開口的鑄件,該開口用于位于每個拐角處的扭鎖緊固件。為了本文公開的目的,每個單元通常具有9英尺6英寸(2.896米)的高度和53英尺(16.15米)的長度。當堆疊時兩個Conex容器的高度為19英尺(5.79米)。

根據本公開的另一實施例,蝦可以在在Conex容器中制造的一系列堆疊生產子單元中生長。在每個生產子單元內容納的是用于生長蝦的低平均深度的水。圖5中提供了一種這樣的設計,其示出了堆疊在第一聯運容器(5200)的頂部上的第二聯運容器(5100)。圖5中示出了生產子單元垂直布置在其中的兩個聯運容器的橫截面。生產子單元201、202、203和204被整合到上部Conex容器214中,205、206和207位于下部Conex容器中。每個Conex容器的生產子單元的數量可以不受限制地重新配置。還在圖5中示出了生產子單元子框架的配置。示出了壁208,基部和升高的中心點212。

Conex結構具有結構剛性,具有四個自支撐壁并且是線性的,從而形成矩形盒。結構剛性由波紋鋼的焊接鋼壁和鋼框架賦予。結構剛性是至關重要的,因為基部Conex必須支持直接放置在頂部上的一個或多個相同尺寸的結構。另外,當生產子單元201-207填充水并且重量被轉移到Conex的壁和向下轉移到角支撐件時,每個Conex應當能夠保持結構完整性。沿著x軸、y軸或z軸不能有任何尺寸變化,否則將導致高度差,其將引起生產子單元中的水深變化和蝦生產問題。

生產模塊的配置在圖6中進一步示出。圖6中示出了兩個堆疊的Conex聯運容器(712、713)的部分透視側視示意圖,其中生產子單元(701、702、703、704、705、706、707)垂直地布置在每一個中。收獲凹坑711被示出為位于每個生產子單元的左端。還示出了安裝在生產子單元702、703、704、705、706和707的水位正上方的通道門面板。這些門具有墊圈和鎖定布置,使得當關閉時它們形成完全緊密密封。門特意定位成允許監測蝦和與生產子單元相關的狀況,例如飼料分配,水循環,曝氣等。712的頂板和生產子單元701之間的垂直空間有限。如之前所述,每個Conex的生產子單元的數量是靈活的并且可以變化。或者所有生產子單元在設計上相同。

所有生產子單元具有相同的設計,并且在插入Conex之前在外部制成單元。沿著每條溝道的長度沒有高度差。每個生產子單元中的水深設定為35cm或更大的平均深度。圖7A中示出了一個這樣的生產子單元配置。每個生產子單元寬為~2.4米并且為15.5米長。在一個端部構造稱為凹坑412(圖7A、B和C)的用于包容性目的的結構并且在相對端部構造端蓋結構(圖7A)。它設計成促進水循環。

圖7A中的生產子單元模塊的描述包括長方體箱,其具有在箱的中部較淺的沿長度方向升高的深度線(參見橫截面8A和8B),具有位于箱的第一端部的凹坑結構(圖7B和7C)和位于箱的第二端部的蓋結構。長方體箱能夠容納淡水或鹽水。再循環水產養殖系統與生產子單元模塊流體連通。另外,飼料分配模塊與生產子單元模塊流體連通。計算機控制模塊與連接到生產子單元模塊、再循環水產養殖系統模塊和/或飼料分配模塊的一個或多個設備模塊連接。

根據更具體的實施例,由多個子結構406、408(圖7B和C)組成的凹坑的深度為25至35cm,所述深度從圖7B的底部402和圖7C的402、404到基部408測得。凹坑長度404(圖7C)為1.2米長。在生產子單元整個周圍延伸的側壁402和404(圖7A、B和C)的高度為40cm。凹坑的側壁與生產子單元的其余部分的壁鄰接。當容器門關閉時,每個生產子單元相對于位于上方和下方的那些生產子單元形成隔離的封閉隔室。端壁412和417在拐角處向外成5-15度角以促進水循環并消除盲點碎屑積聚。

凹坑結構412(圖7A、B和C)具有多階段整合超密集生產系統工作所必需的許多功能。從功能的角度來看,在凹坑409、410、411和413的底部設計了四個物理開口(圖7A)。通過定向噴嘴(見下文)在逆時針方向循環的水在通過并與凹坑412中的水相互作用時將減慢。存在于水中的廢物將沉淀出來,積聚在底部408上(圖7B)。為了清除的目的,通過將水送經加蓋的定向噴嘴409(圖7A)使包括蝦排泄物的碎屑緩緩地懸浮并通過濾網加蓋的出口411和413捕獲碎屑。具有濾網的出口411、413對廢物是可滲透的。濾網尺寸確定成保留蝦。通過濾網蓋的水和碎屑被泵送到再循環水產養殖系統(RAS),參見下面的RAS模塊(圖9)。出口410(圖7A和7C)也位于凹坑內,即在底部。該出口用于轉移和收獲蝦。為了描述的目的,大直徑的撓性管可以連接到410,并且當閘閥打開時,水與蝦一起將通過開口。水和蝦由此可以轉移到較低層級的生產子單元或輸送到收獲箱。在任一情況下,通常期望定量正在轉移或收獲的蝦的數量。這可以通過將撓性管連接到Larcose蝦計數器(Flanery,W.,Kramer,K.,Steimle,E.,和Kristjansson,H.,“Brief Description of the Larcose Shrimp Counter”,VAKI Aquaculture Systems Ltd.,Web,2013年2月21日)并允許懸浮在水中的蝦通過連接到計算機的光電傳感器而實現,其中使用計算機成像軟件來處理圖像并計數蝦的數量。例如,Larcose蝦計數器是基于視頻的計數系統,其使用計算機成像識別來計數后期幼體。它可以識別從約3mm至200mm的任何物體。它可以計數小至PL-5的后期幼體,甚至可以區分活的和死的幼體。使用流經計數系統可以避免捕網、水冷和統計猜測。

在部分轉移的情況下,實時計數允許經營者根據需要量化并將蝦分配到生產子單元中。它消除了捕網和/或統計猜測。如果要將蝦作為活蝦提供出售,則該計數器的使用也得到應用,即,它允許經營者在銷售時數出交付給客戶的蝦的數量。

生產子單元中的水位由立管和深度傳感器保持。根據需要,通過從作為RAS一部分的儲箱泵送到每個生產子單元中的水來恢復水深。在生產子單元周圍的水循環由從RAS泵送到生產子單元中的循環水和圍繞生產子單元的線性長度的側壁定位的空氣分散噴嘴驅動。

圖7A、B和C是生產子單元的整體設計。為了制造目的,構造了由大尺寸不銹鋼絲網組成的線框子結構。它被成形為形成生產子單元的基部604(圖8A)和側壁602(圖8A和B)。為了完成生產子單元的構造,將100密耳的高密度聚乙烯(HDPE)襯墊裝配在子框架上,并且在需要的地方接頭被熱焊接以形成防水隔室。

構成生產子單元的子結構和襯墊通過橫向支架603(圖8B)以線性間隔被支撐。橫向支架605(圖8A)中的切口定位成便于進行操作所需的管道和布線安裝。例如,當轉移或收獲蝦時,可以啟動具有穿過橫向支架切口605并通向計算機控制的致動閥的路徑的高水壓管線。從再循環端蓋開始朝著收獲凹坑412(圖7A)移動的連續脈沖序列的水可以用于從生產子單元清除任何蝦。這是必要的步驟,因為盡管它們可以被排出水從生產子單元沖出,但一定百分比傾向于因試圖抵抗水流而擱淺。

生產子單元床604制造成使得它是平坦的,橫向離開側壁602(圖8A)30cm,然后向上至中心并向下延伸到達相對側壁。因此它形成拱形結構,其具有在支撐支架603(圖8B)的中心點正上方~20cm的中心高度。從功能的角度來看,升高的中心有助于沿著生產子單元的線性軸線的水循環以及曝氣、碎屑清除、形成增加的表面積并且通過在生產子單元的任一側產生深水排水通道以便于蝦的收獲。

還在圖8A和B中示出位于每個支撐支架603(圖8B)的端部處的托架601。當生產子單元安裝在Conex中時,托架焊接到壁并且是完全組裝的生產子單元的支撐手段。

生產模塊中的每個生產子單元獨立地連接到閉環水再循環水產養殖系統(RAS)模塊。RAS模塊的流程圖在圖9中示出。在循環回到單獨的生產子單元之前,使用熱交換器將經RAS處理的水加熱至(31-33℃)。類似地,壓縮空氣在通過生產模塊側(Conex壁)和生產子單元的側壁中的連接端口被注入之前進行預處理。通過擴散器注入的空氣量將由可以由計算機控制的流量閥和壓力調節器控制。

曝氣是蝦養殖中的關鍵必需品。在生產模塊外部的環境空氣可能在一天中變化很大。用于曝氣的冷空氣可以顯著降低水溫,減緩蝦的新陳代謝,即蝦的生長,并提高生產的能量成本。所以,將使用經調節的壓縮空氣對每個生產子單元中的水進行充氧。

附加的監測特征體現在生產模塊的設計中。在操作中,生產模塊內的每樣東西都與環境外部環境隔離。所以,必須設計一種方法以在長大期間監測安裝在Conex容器內的生產子單元上方的通道空間內的活動。這是目標,LED位于每個生產子單元的水管線上方的壁上,并且電荷耦合電視(CCTV)相機策略性地置于每個生產子單元的上方。來自每個CCTV相機的信號反饋到中央工作站從而可在那里監測信號。長大期間保持低強度照明。照明不經常地升高至足以進行檢查以確定是否存在循環、飼料分配和消耗或蝦本身的問題的水平。

網絡物理系統(“CPS”)是協調控制物理實體的計算元件的系統。與傳統的嵌入式系統不同,完備的CPS通常設計為具有物理輸入和輸出的交互元件的網絡,而不是獨立的設備。該理念與具有適合引導路徑的計算智能的智能機構的機器人和傳感器網絡的概念密切相關。科學與工程的不斷發展將借助于智能機構來改善計算機與物理元件之間的聯系,這大大增加在其中公開的本發明的精神和范圍內的網絡物理系統的適應性、自主性、效率、功能性、可靠性、安全性和可用性。例如,其他監測設備包括嵌入每個生產子單元中的水質傳感器。經由網絡物理平臺連接的傳感器的數據將實時反饋給中央計算機。待監測的物理和化學測量包括:水溫,鹽度,溶解氧,pH,總溶解固體(TDS),氮代謝物水平(氨,亞硝酸鹽,硝酸鹽)以及聲學(喂食活動)。

再循環水產養殖系統(RAS)模塊

根據本文所述的具體實施例,蝦長大生產模塊內的堆疊生產子單元應當使用閉環RAS進行操作。圖9中示出的是設計成與整合多階段蝦生產系統一起操作的RAS。簡而言之,如圖9中所示,流入的經過濾的天然海水102或井水104在放置到儲存容器109之前與海鹽108組合達到所需的鹽度。然后將鹽水通過泵分配到在生產模塊中構造的生產子單元110、112、114、116、118、120和122。直接泵送到每個生產子單元的水不被曝氣。它獨立地提供給每個生產子單元111、113、115、117、119、121和123。

關閉回路,以受控的速率從蝦在其中生長的每個生產子單元110、112、114、116、118、120和122去除水,并在將其泵送到移動床生物反應器(MBBR)124進行再處理以去除懸浮廢物特別是氨之前,將其送至微濾網筒狀過濾器126以去除碎屑(多余的飼料,糞便等)。泵送到MBBR 124的水向下傾瀉通過自然空氣的交叉射流以除去二氧化碳。然后它通過微珠介質以對水進行脫氮。附著到介質的細菌將氨轉化成硝酸鹽。來自MBBR124的水循環通過泡沫分餾器125以除去乳化的蛋白質物質并返回到MBBR。然后通過泵130將經調節的水返回到每個生產子單元(110、112、114、116、118、120和122)。來自124和125的水飽和廢物被轉移到127即上流式厭氧污泥床反應器127進行處理。來自127的污泥根據需要被去除并且用作高氮肥或送至垃圾填埋場。水放置在儲存器128中以便再循環到操作中。

飼料分配模塊

蝦將全天候消耗飼料,因此設計了完成該目標的系統以便最大化蝦的生產。存在與非漂浮蝦飼料相關的幾個問題。例如,在水表面上分散或通過在單點注入的飼料在接觸時迅速形成水合物。水迅速浸出營養物質和/或化學引誘物。因此,非漂浮蝦飼料不僅營養不佳,而且經過一段時間,蝦甚至不能檢測到它。飼料成為細菌的營養來源,導致氨的產生提高。也難以判斷蝦是否吃了所有這種飼料,原因是不能通過水看到這種飼料。因此,可能容易使蝦被喂食太多的飼料,導致浪費和水污染,或被喂食過少的飼料,導致生長較慢。也可能發生非最佳喂食,原因是非漂浮蝦飼料應當通過喂食系統分散在水面上;否則它將簡單地在一個地區下沉,而不是在所有地區中將飼料同等地提供給蝦。通過插入生產子單元上方的進入面板(見圖6)提供到生產模塊的通路,但不可思議的是,每天可以例行多次打開面板以分配飼料和/或機械系統可以完成這一工作而不會大大增加成本。總之,需要新的蝦養殖系統和方法來解決上述一個或多個問題以及其他困難。

為了在本文描述實施例的目的選擇漂浮飼料。優選的是通過對產品進行巴氏滅菌的擠壓蒸煮法和預處理制備的漂浮飼料,原因是該技術適合于制備穩定的小直徑飼料。如在美國專利申請公告US 2012/0204801中所述,使用漂浮飼料有利于:使用機械點喂食系統喂食蝦,每天24小時每當需要時喂食蝦,減少由于未消耗的飼料引起的水污染和浪費,通過觀察飼料何時被消耗以優化喂食速率,增加蝦生長速度,減小蝦死亡率,改善整體蝦健康狀況,減少飼料中的營養物質浸出,減少生產系統排放(去除水)帶來的飼料損失,以及減少生產一磅蝦所需的飼料量,即減少FCR(飼料轉化率)。

多階段蝦生產系統提出了獨特的問題,即一個尺寸的飼料不適合所有。長大階段2的小蝦(見表1)不能有效地消耗適合長大階段4的蝦(見表1)的飼料顆粒。所以,設計一種可以實時為每個生產子單元提供尺寸適當的飼料的系統,其中可能存在大小為0.7-30克以上的蝦。

除了飼料考慮之外,在設計飼料分配系統時必須處理環境因素。在長大生產模塊內的整個環境,但更重要的是在每個生產子單元占據的體積中的環境是高度水飽和的。飼料顆粒(包括漂浮飼料顆粒)將團聚到使飼料通過重力和/或通過空氣驅動分配系統被引入的任何管的壁。所以,將從Environmental Technologies Inc.最初設計的系統改進的飼料分配系統整合到本文公開的多階段生產系統中以處理相關問題。

為了解決上述問題,設計了按需飼料分配系統來分配四種不同大小的飼料。另外,通過水合飼料并通過飼料管將其直接泵送到每個生產子單元來消除環境因素。分配系統在圖10中示出。該系統圍繞將四種不同大小的飼料從儲存料斗選擇性地分配到生產子單元310、312、314和316的目標進行設計。切換源由計算機控制的致動器實現。

簡而言之,選擇的飼料通過計算機控制的驅動器從飼料倉307(圖10)經由螺旋輸送器320輸送到水合箱32。緊接著將水泵送321到水合箱322中,并且懸浮的飼料被立即泵送326到歧管324。當歧管324處的計算機控制的致動閥打開時,現在存在于歧管324中的懸浮飼料隨后由泵通過注水分配管306分配到期望的生產子單元,即,310、312、314或316。在排放之后,來自323的加壓水通過致動器控制閥325沖洗到歧管324中,并且隨后通過分配管306以在下一個喂食周期啟動之前清除系統中的任何殘余物。沖洗將防止飼料積聚,飼料浸出等。每個喂食管通過每個容器的壁傳輸到每個生產子單元的水位上方的喂食點,允許單點喂食。與飼料分配系統一起示出了用于生產子單元311、313、315和317的曝氣裝置(圖10)。

實施例1:

一種優選的模塊化蝦生產系統包括若干單元,其包括:

a.后期幼體培育模塊;

b.生產子單元模塊;

c.再循環水產養殖系統(RAS)模塊;

d.飼料分配模塊;以及

e.計算機控制模塊,

系統的基本操作被模塊化和整合以形成由定制設計的網絡物理平臺控制的多階段同步超密集蝦生產系統,所述平臺通過嵌入到后期幼體培育模塊、生產子單元模塊、再循環水產養殖系統(RAS)模塊和飼料分配模塊中的傳感器采集數據,其允許與人機接口模塊(HIM)整合的程序邏輯控制器(PLC)通過耦合反饋環調節所有方面以便保持蝦的同步生產周期的水產養殖環境。優選的后期幼體培育模塊包括用于生產幼齡蝦的至少一個淺水箱。后期幼體培育模塊與后期幼體循環水系統(“PLRAS”)模塊、飼料分配模塊和計算機控制模塊流體連接。后期幼體培育模塊具有所有設備以成為獨立單元,但是一些方面可以整合到整個生產系統中。生產子單元模塊包括至少一個長方體箱,其具有在箱的中部較淺的沿長度方向升高的深度線,具有位于箱的一個端部的收獲凹坑結構和位于箱的另一端部的蓋結構。該長方體箱能夠容納水并裝有用于引入和排出水的至少一個閥。再循環水產養殖系統(RAS)與生產子單元模塊流體連通。飼料分配模塊與生產子單元模塊流體連通。計算機控制模塊與人機接口模塊(“HIM”)電連通。在優選實施例中,一個或多個設備裝置連接到后期幼體培育模塊、生產子單元模塊、再循環水產養殖系統模塊或飼料分配模塊。

后期幼體培育模塊包括具有約8ft×約8ft×約1.5ft的尺寸的一個或多個淺水箱,其朝著位于箱的拐角中的立管成約0.5-1.5%的角度傾斜。淺水箱中的水深保持在30-50cm范圍內,優選約40cm的平均深度。優選的生產子單元模塊的尺寸包括具有約7.9ft×約52ft×約1.55ft的尺寸的一個或多個長方體箱,其包括在一個端部處的收獲凹坑和在另一端部處的再循環端蓋。這些長方體箱的每一個堆疊在具有約8ft×約53ft×約9.6ft的尺寸的第一conex容器的內部。再循環水產養殖系統(RAS)模塊由泵、連接和閥組成,形成從RAS模塊到包含在第一conex容器內部的每個生產子單元模塊的長方體箱的獨立連接的閉環再循環。在優選實施例中,再循環水產養殖系統(RAS)包含在第二conex容器內。

優選的模塊化蝦生產系統包含用于監測、保持或改變模塊化蝦生產系統的某些設備和/或裝置。例如,這樣的設備可以具有可編程邏輯控制器(PLC)以便控制特定光級;水循環率;箱水位;在29-33℃范圍內的水溫;pH濃度;在10-14份/千份的范圍內的鹽濃度;在大于4.5mg/L的范圍內的溶解氧水平;氮代謝物濃度;用于檢測表面聲波的調制以感測物理現象的傳感器;總溶解固體指數;在箱中發生的視覺事件;箱中的現場或錄制視覺事件;或其組合。

在優選實施例中,用于監測、保持或改變蝦的同步生產周期的水產養殖環境的部件依賴于可編程邏輯控制器(PLC),其本質上是控制模塊化蝦生產系統的不同部件或過程并根據系統的運行要求進行編程的工業計算機。許多現成的和/或定制的系統可從Siemens,Allen Bradley(Rockwell)獲得,或可從其他供應商獲得許多其他定制PLC系統。

用于監測、保持或改變特定光級的優選部件包括安裝在每個生產子單元的水管線上方的發光二極管(LED),其在本領域中是已知的,原因是LED已在市場上多年。用于監測、保持或改變水循環率的部件包括泵和閥,其也可從許多商業制造商獲得。用于監測、保持或改變箱水位的部件包括液位傳感器。用于監測、保持或改變水溫的部件包括在通過微分散噴嘴分配到水中之前通過熱交換器預調節到31℃的壓縮空氣。用于監測、保持或改變pH濃度的部件包括pH探頭。用于監測、保持或改變在10-14份/千份的范圍內的鹽濃度的部件包括電導率傳感器,其測量水通過電流的能力并警告用戶或直接進行調節。用于監測、保持或改變在大于4.5mg/L的范圍內的溶解氧水平的部件包括極譜分析、快速脈沖、電流和光學類型的溶解氧傳感器。用于監測、保持或改變氮代謝物濃度的部件包括警告用戶的傳感器。上述許多傳感器的制造商包括Xylem by YSI,Pentair Aquatic,Campbell Scientific,AQ1,Ametek和Hach。

用于監測、保持或改變檢測表面聲波的調制以感測物理現象的傳感器的優選部件包括諸如來自AQ1系統的聲學喂食傳感器。更具體地,用于蝦的SF200聲音喂食系統是為蝦農所用的世界上第一個基于傳感器的喂食控制系統。該系統使用無源聲學來識別蝦喂食活動,并且然后經由自適應喂食算法使用該信息來控制飼料輸送時間。自適應算法確保輸送的飼料匹配蝦的食欲,使得需要時每天24小時喂飽動物而沒有浪費。

而且,用于監測、保持或改變在箱中發生的現場或錄制視覺事件的優選部件包括連接的電荷耦合電視(“CCTV”)相機。一種優選型號包括紅外CCTV型號:中國BW Group出售的Water Proof700TVL。其他型號包括Hikvision DS-2CD2012-I-4MM 1.3MP Outdoor Bullet IP相機,來自Hikivision美國,工業市,加利福尼亞州。

模塊化蝦生產系統的另一優選實施例包括高壓水管線,其帶有在每個生產子單元上方布置的計算機控制的致動閥。使用該配置,高壓水可以以脈沖形式釋放到每個生產子單元中,所述脈沖從再循環端蓋開始并迫使蝦向收獲凹坑移動以便于蝦的收獲。

上述的優選再循環水產養殖系統(RAS)包括與閉環系統流體連接的儲存箱。閉環系統包括與泵流體連接的移動床生物反應器(MBBR)。優選的泵與生產子單元流體連接。優選的生產子單元與用于去除碎屑的微濾網筒狀過濾器流體連接。優選的微濾網筒狀過濾器與MBBR和上流式厭氧污泥床反應器流體連接。優選的MMBR具有與用于從水除去乳化的蛋白質物質并將水返回到MBBR的泡沫分餾器的流體連接。優選的泡沫分餾器具有與用于處理和除去污泥以將其用作高氮肥料或填埋垃圾的上流式厭氧污泥床反應器的流體連接。優選的上流式厭氧污泥床反應器與循環水儲箱流體連接。優選的儲存箱與經過濾的天然海水箱或井水箱流體連通,所述經過濾的天然海水箱或井水箱與混合箱流體連接,所述混合箱用于將水和海鹽混合成期望鹽度以轉移到儲存箱。

淺水箱和長方體箱可以由以下材料制成,包括:玻璃纖維,木質復合材料,合成塑料,聚乙烯,丙烯,丙烯腈丁二烯,苯乙烯,環氧涂層鋼,金屬或其組合。然而,本領域已知的其它建筑材料也可以用于箱制造,并且將被認為在本發明的精神和范圍內。每個長方體箱可以構造有多個端口,所述端口通過箱壁插入以允許放置用于曝氣的微分散噴嘴,定向噴嘴,使用再循環水產養殖系統(RAS)再處理的水可以通過所述定向噴嘴被泵送以在每個箱中在任何方向上,但優選在逆時針方向上循環水。另外,每個長方體箱的優選收獲凹坑構造有用于收集和去除碎屑以及收獲蝦的出口。優選的淺水箱和長方體箱已設計成具有一定的尺寸,因此它們可以放置在聯運容器內部。

實施例2:

本發明的第二個實施例包括一種使用模塊化蝦生產系統的具有成熟蝦的同步生產周期的方法。優選的方法包括:

a.為蝦的同步生產周期準備水產養殖環境;

b.在后期幼體培育模塊中蓄養后期幼體蝦;

c.在后期幼體培育模塊中將后期幼體蝦養殖到幼齡階段蝦以達到期望大小,形成第一階段蝦群;

d.將第一階段蝦轉移到生產子單元長方體箱;

e.在生產子單元長方體箱中生長幼齡階段蝦持續第一時期(即直到蝦達到期望大小),形成第二階段蝦群;

f.將二階段蝦群分到兩個獨立生產子單元長方體箱中;

g.在兩個獨立生產子單元長方體箱的每一個中生長第二階段蝦群持續第二時期(即直到蝦達到期望大小),形成第三階段蝦群;

h.收獲第三階段蝦群的一部分;

i.將第三階段蝦群分到兩個獨立生產子單元長方體箱中;

j.在兩個獨立生產子單元長方體箱的每一個中生長第三階段蝦群持續第三時期(即直到蝦達到期望大小),形成第四階段蝦群;

k.收獲第四階段蝦群。

優選實施例通過重復步驟(a)至(k)建立同步生產周期,并確保模塊化蝦生產系統的生產子單元長方體箱一旦通過不同蝦群的相應分配被清空就被重新補充。另外,為了第五階段或以上的蝦群可以繼續這些步驟。模塊化蝦生產系統的可能階段的數量的擴展將取決于所需的生產規模。然而,如果可以增加模塊,則x階段蝦群的數量可以擴展并且將被認為在本發明的精神和范圍內。

優選的發明理解,所有的蝦生長階段和基本操作都被模塊化和整合以形成由定制設計的網絡物理平臺控制的多階段同步超密集蝦生產系統,所述平臺通過嵌入后期幼體培育模塊、生產子單元模塊(即與長大生產模塊相同)、再循環水產養殖系統(RAS)模塊和飼料分配模塊中的傳感器采集數據,其允許與人機接口模塊(HIM)整合的可編程邏輯控制器(PLC)通過耦合反饋環調節所有方面。優選的蝦生長條件包括有利于最佳和有效的蝦成熟的照明,喂食,水溫,水位,水pH和水鹽水濃度的最佳條件。由于模塊化水產養殖系統允許在任何氣候條件下養殖蝦,因此本領域普通技術人員應當理解,這些參數中的一些可能需要基于地理(即濕度,海拔,溫度等)進行優化。優選的后期幼體培育模塊具有用于生產幼齡蝦的至少一個淺水箱,其中后期幼體培育模塊與后期幼體再循環水系統(“PLRAS”)模塊、飼料分配模塊和計算機控制模塊流體連接。

優選的長方體箱具有當充滿水時在箱的中部較淺的沿長度方向升高的深度線。收集凹坑結構位于箱的一個端部并且蓋結構位于箱的另一端部。生產子單元模塊的優選長方體箱能夠容納水并裝有用于引入和排出水的至少一個閥。優選的再循環水產養殖系統與后期幼體培育模塊和生產子單元模塊流體連通;其中飼料分配模塊與生產模塊中的每個生產子單元流體連通。優選的計算機控制模塊與人機接口模塊(“HIM”)和連接到后期幼體培育模塊、生產子單元模塊、再循環水產養殖系統模塊或飼料分配模塊的一個或多個設備裝置接口。

一種優選的方法包括將密度為4,000-8,000/m2的后期幼體蝦蓄養到安裝在培育模塊中的每個垂直堆疊的淺水箱中。另外,通過監測、保持或改變以下參數保持蝦的同步生產周期的優選水產養殖環境:特定光級;水循環率;在30-50cm的范圍內的淺水箱水位;高于35cm的淺水箱水位;在29-33℃范圍內的水溫;pH濃度;在10-14份/千份的范圍內的鹽濃度;在大于4.5mg/L的范圍內的溶解氧水平;氮代謝物濃度;用于檢測表面聲波的調制以感測物理現象的傳感器;總溶解固體指數;在箱中發生的視覺事件;箱中的現場或錄制視覺事件或其組合。用于準備水產養殖環境的更優選的方法是使用在通過微分散噴嘴分配到培育箱水中之前通過培育模塊中的熱交換器預調節到31℃的壓縮空氣。

而且,通過為每個生產子單元嵌入用于水溫,水位,鹽度,溶解氧,pH,總溶解固體(TDS),氮代謝物水平(氨,亞硝酸鹽,硝酸鹽)以及聲學(喂食活動)的傳感器來幫助準備和保持水產養殖環境。簡而言之,絕大多數物理和化學測量數據經由網絡物理平臺通過與人機接口模塊(HIM)整合的可編程邏輯控制器(PLC)進行連接以便實時反饋和調節。

準備水產養殖環境包括使用計算機控制的飼料分配系統,其從來自附接料斗的四種或以上不同飼料中的一種抽取飼料。然后基于來自可編程邏輯控制器(PLC)的信號將干式飼料水合并分配到目標生產子單元。

準備水產養殖環境的另一種方法包括在每個生產子單元中嵌入傳感器以便使用用于控制模塊化蝦生產系統的不同部件或過程的可編程邏輯控制器(PLC)來監測、保持或改變模塊化蝦生產系統,其中PLC根據系統的操作要求進行編程。用于監測、保持或改變特定光級的優選部件包括安裝在每個生產子單元的水管線上方的發光二極管(LED)。用于監測、保持或改變水循環率的優選部件包括泵和閥。用于監測、保持或改變箱水位的優選部件包括液位傳感器。用于監測、保持或改變水溫的優選部件包括通過在通過微分散噴嘴分配到水中之前通過熱交換器預調節到31℃的壓縮空氣。用于監測、保持或改變pH濃度的優選部件包括pH探頭或用于測量pH的其它裝置。用于監測、保持或改變在10-14份/千份的范圍內的鹽濃度的優選部件包括電導率傳感器,其測量水通過電流的能力并警告用戶或直接進行調節。用于監測、保持或改變在大于4.5mg/L的范圍內的溶解氧水平的優選部件包括極譜分析、快速脈沖、電流和光學類型的溶解氧傳感器;用于監測、保持或改變氮代謝物濃度的部件包括警告用戶的傳感器;用于監測、保持或改變檢測表面聲波的調制以感測物理現象的傳感器的部件包括;用于監測、保持或改變總溶解固體指數的部件包括警告用戶的傳感器;用于監測、保持或改變在箱中發生的現場或錄制視覺事件的部件包括連接的電荷耦合電視(“CCTV”)相機。

一種收獲蝦的優選方法包括使用在每個生產子單元上方布置并且連接到計算機控制的致動閥的高壓水管線,所述高壓水管線以從再循環端蓋開始朝著收獲凹坑移動的脈沖形式被啟動。

盡管上面僅具體描述了本發明的示例性實施例,但是將領會在不脫離本發明的精神和預期范圍的情況下,這些示例的修改和變化是可能的。例如,本領域普通技術人員將領會,在不脫離本發明的精神和范圍的情況下,特別是溝道尺寸,蝦重量和時間的度量是近似的并且可以在一定程度上變化。本領域普通技術人員還將領會,在大多數情況下,所包含的水的重量占生產子單元重量的大部分。因此,可以垂直地布置具有比本文所述更高的壁的生產子單元,但是其中水深仍然在所述壁高度左右。安裝生產子單元的容器的側有效地成為生產子單元側的延伸。

本領域普通技術人員將領會,本文制造的生產組件和生產子單元可以具有各種尺寸。聯運容器的長度通常為20ft(6.1m),40ft(12.2m),45ft(13.7m)和53ft(16.5m),并且具有可變的高度。也可以在多次迭代中連接容器,并在內部制造生產子單元,從而產生增加的蝦生產。不受限制地,可以想到容器狀剛性結構可以構造成具有與通常可用的容器不同的寬度、長度和高度。這樣的結構將再次提供蝦的生產顯著增加的可能性。事實上如此描述的結構可能是連接到培育場、RAS和飼料模塊以及計算機啟動控制的獨立建筑物。如本文所述的模塊的生產模式是示例性的,并且將這些模塊設計成滿足市場需求被認為在本發明的精神和范圍內。

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