1. 软件概述
iRAS (intelligent Recirculating Aquaculture System) 是面向水产养殖工程师、设计院、高校研究者的循环水养殖系统 (RAS) 工程设计开源软件,也是国内首个覆盖"工艺设计 → P&ID 工艺图 → 设备清单 → 投资概算 → 可行性研究报告生成"完整工作流的工厂化养殖设计平台。
iRAS 适用于以下场景:
- 设计院: 陆基循环水养殖项目的早期工艺方案、概算、可研草稿编制
- 业主 / 投资方: 工厂化养殖项目的可行性快速评估
- 设备商 / EPC 总包: RAS 项目选型与方案对比
- 高校 / 研究者: 循环水养殖工程教学与课程设计
- 政府机构: 水产养殖产业园规划与项目评审
支持的 8 种主流养殖鱼种 (按盐度 + 温度自适应水质模型):
- 冷水海水鱼: 大西洋三文鱼 (大西洋鲑) · 大菱鲆 (适合青岛、烟台、大连等北方沿海项目)
- 温水海水鱼: 石斑鱼 · 对虾 (南美白对虾) · 鳗鱼 (适合海南、福建、广东等南方沿海项目)
- 温水淡水鱼: 罗非鱼 · 加州鲈 · 鳜鱼 (适合内陆 RAS 项目)
完整能力覆盖 工艺设计 → 碳酸盐平衡水化学 → P&ID 工艺图 → 设备清单 → 投资财务评价 → 16 章可研报告生成:
- 碳酸盐平衡求解 ⭐: 完整水化学物种平衡 — pH / NH₃ 物种 / 缓冲强度 β / 方解石饱和度 Ω, 平衡常数对照 PyCO2SYS 1.8.3 验证 (max|ΔpH| = 1e-5). 两种 pH 控制策略 (持碱度 / 持目标 pH), 大型海水 RAS 设计能直接对标 Atlantic Sapphire 高碱度 237 工况
- O₂ 物理校准: Q10 参考温度对齐到物种 metabRefTemp (与热模型一致); CO₂ 计算加入硝化产 CO₂ (NH₄⁺ + 2HCO₃⁻ + 2O₂ → NO₃⁻ + 2CO₂, 6.286 g/g TAN-N), 修复 v1.7 漏算
- 工艺设计: 多阶段养殖规模反推 + 精确循环方程水质稳态仿真 (TAN/TSS/DOM/NO₃/DO/CO₂ 沿程递减)
- 主流串联 + 旁路: 蛋白分离器 / AOP 高级氧化 / 反硝化反应器 混合建模, O₂ 按位置分配 (鱼池主增氧 + 生物滤池 (MBBR) 独立粗孔曝气)
- 氧锥拓扑 mainline / bypass: 与国际主流 (Linde SOLVOX / Pentair AES Speece / PR Aqua PPC) 接轨, 两种拓扑的泵功与投资差异由模型算出，可在工具里直接比选
- K-101 鱼池增氧鼓风机: 空气曝气模式补齐, 覆盖罗非鱼 / 对虾等温水鱼种
- 盐度体系: DO 饱和度修正 + 硝化效率修正 + 海水臭氧溴酸盐警告
- 设备规格与选型: 转鼓微滤机 RDF / MBBR 生物滤池 / UV 消毒 / 蛋分 / AOP / 反硝化 / 增氧锥 / CO₂ 脱气塔 / 主循环泵 / 旁路泵
- 站级设备: 液氧储罐等全场共用设备独立管理, 用户可调规格/数量/单价, iRAS 按全场日耗智能推荐
- 多模块并联 + N+1 备用: 工程化布局, 模块间故障隔离 (千吨级项目 4-6 模块, Atlantic Sapphire / Stolt Sea Farm 同款架构)
- P&ID 工艺图自动生成: 独立 pid.html 页面, 可导出为 PNG/SVG, 符合 ISA-5.1 标准
- 设备清单导出: 独立 equipment.html, 含每台规格 + 数量 + 单价 (设计院投资概算可直接引用)
- 完整热平衡: 车间温度由暖通维持 (T_room = 水温), 水侧计入代谢/设备/补水/蒸发/除湿/气液接触器, 车间侧计入围护/通风/室内产热; 4 工况一键切换 (挪威 Bergen / 青岛 / 海南 等典型场景, 热泵装机自动估算)
- 投资财务评价: NPV / IRR / 投资回收期 / 盈亏平衡点 + 8 张标准财务表 + 5 因子敏感性分析 + Excel 导出
- 16 章可行性研究报告: 按发改委 2017 编制规范输出 .docx 格式可研报告, 含工艺流程图 + 累计现金流 + Tornado 敏感性嵌入
物理模型基于公开文献 (Timmons & Ebeling 2010, Linde SOLVOX, Pentair AES Speece, Sharrer 2010, Millero 2010, Clegg & Whitfield 1995 等) 和工业实测数据 (Atlantic Sapphire, Nordic Aqua 宁波, Salmon Evolution, 国家海水鱼产业技术体系等) 校准, 不是经验调整。完整文献清单见 技术手册附录 E (40+ 篇核心文献)。
由 孙程 (25 年水处理工程师, 挪威 NTNU 博士) 发布, AGPL v3 协议永久免费开源。在线使用 iras.cn · 国内服务器 iras.dengdengtech.cn · 源码 github.com/chengsunmail/iras。商业咨询联系 6881509@qq.com。
本工具不替代正式的环境影响评价 / 安全评价 / 节能评价 / 施工图详细设计, 仅用于工程概算阶段 (精度 ±40%)。详见技术手册附录 F 完整免责声明。
iRAS 是什么
iRAS 是面向中国设计院、水产养殖工程师、高校研究者的循环水养殖 (RAS) / 工厂化养殖工程设计开源工具,覆盖工艺设计→P&ID 工艺图→设备清单→投资概算→16 章可研报告完整工作流。支持大西洋三文鱼、罗非鱼、对虾、石斑鱼、大菱鲆等 8 种主流鱼种。AGPL v3 永久免费。核心能力包括碳酸盐平衡水化学求解 (pH / NH₃ 物种 / 缓冲强度 / 方解石饱和度, 对照 PyCO2SYS 验证)、完整热平衡 (水侧与车间侧, 计入气液接触器热湿交换)、氧锥拓扑与空气曝气双路径、多模块并联与 N+1 备用。各版本的改动与依据见技术手册「版本演进说明」。1000t 三文鱼综合成本 38.88 元/kg (工艺运行成本) / 43.95 元/kg (企业全成本), 青岛冬工况。
🚀 版本升级说明
校验锚点 · 方解石饱和度 Ω 文案 (v1.9.3)
方解石饱和度 Ω: 此前界面上完全没有显示 —— 不是缺告警, 是连数字都看不到 (它已算出并进导出载荷)。现补一行并按 <0.8 危险 / <1.0 警戒着色。实测海水鱼种多数阶段欠饱和: 三文鱼 0.55–0.72、大菱鲆 0.56–0.75、石斑 0.63–0.81、对虾 0.90–1.53 (对虾苗种期 1.53 为过饱和, 其余全部 Ω < 1)。⚠ 本段数值随 v2.5 链式重导 (审计 B8) 更新过一次 —— 旧值 0.37–1.29 是集总口径下的鱼池 CO₂ 偏高所致。现由自检断言 N2 锚定, 数值再变会当场转红。这是模型算出的真实状态 —— 高密度 RAS 中 CO₂ 累积压低 pH、CO₃²⁻ 占比骤降。工程后果: Ω < 1 时水对碳酸钙不饱和, 持续溶蚀混凝土池体与水泥基砂浆。
全部版本的升级说明已统一收录在技术手册：
版本演进说明（每一版为什么这么改）与
逐版升级说明归档 v1.1 – v2.5（哪一版改了什么）。
2. 运行环境
本软件为纯前端单文件 HTML 应用，无需安装任何软件。
| 浏览器 | Chrome / Edge / Firefox / Safari 近 2 年版本 |
| 操作系统 | Windows / macOS / Linux 均可 |
| 内存 | 建议 4GB 以上 |
| 网络 | 首次加载需联网（CDN 加载 Tailwind / Chart.js） |
| 使用方式 | 双击 index.html 文件即可打开（下载后可改名为 iRAS.html） |
3. 功能概览
3.1 支持的品种
| 品种 | 水温 | 盐度 | 总周期 | 阶段 |
| 🐟 三文鱼 | 12-15°C | 淡→海水 | 24月 | 4 |
| 🐟 大菱鲆 | 16°C | 海水 28‰ | 18月 | 3 |
| 🐟 加州鲈 | 25°C | 淡水 | 10月 | 3 |
| 🐍 鳗鲡 | 26-28°C | 淡水 | 12月 | 3 |
| 🐟 鳜鱼 | 26°C | 淡水 | 8月 | 2 |
| 🐠 罗非鱼 | 28°C | 淡水 | 8月 | 3 |
| 🐡 石斑鱼 | 27°C | 海水 30‰ | 12月 | 3 |
| 🦐 对虾 | 30°C | 半咸水 15‰ | 4月 | 3 |
| 🧪 自定义 | 可调 | 可调 | 可调 | 1+ |
3.2 核心计算模块
- 精确循环方程：C_out = Δ/(1-R)，沿程每个处理单元降幅可视化
- O₂ 分配：鱼池增氧（液氧/微孔）只供鱼虾生理耗氧；BF 粗孔曝气独立供硝化+DOM 耗氧
- 盐度体系：Benson & Krause (1984) DO 饱和度 + 硝化盐度修正 f = max(1-0.01×S, 0.3)
- 投资概算：15 类设备单价可编辑 × 工程放大系数 (1.8-2.5)，精度标注 ±40%
- 参数自洽性校验：峰均比检查、海水臭氧溴酸盐警告
4. 快速开始
- 双击
index.html 文件，用浏览器打开
- 在「① 项目规模 & 鱼种选择」区选择鱼种、填写年产量目标（吨/年）
- 系统自动计算并展示全场汇总表和各阶段详细结果
- 展开各阶段卡片查看流程图、设备清单、成本明细、投资概算
- 调整工艺参数（循环倍数、去除率、增氧方式等），结果即时刷新
- 点「💾 保存方案」导出 JSON / 点「🖨️ 打印」导出 PDF
5. 操作指南
5.1 项目规模与鱼种选择
- 点击鱼种按钮选择品种（切换时会弹出确认框，建议先保存当前方案）
- 填写「成鱼年目标产量」（吨/年），系统立即反推所有阶段规模
- 顶部显示总存塘、总水体、总周期、总饲料、综合成本、投资概算摘要
5.2 单价配置
- 运行成本单价：电费、液氧、甲醇、NaHCO₃（元/kg）
- 设备直购单价：15 类设备的默认单价，可按当地行情调整（每项显示推荐范围）
- 工程总投资放大系数：默认 2.2，范围 1.8-2.5（含管道/电气/自控/安装/土建）
- CAPEX 折旧年限：设备 8 年（5-20 可调）+ 土建 20 年（10-30 可调）。年折旧 = 设备/年限设备 + 土建/年限土建，自动摊到日成本，影响"元/kg 鱼"综合成本
- CAPEX 地区系数：默认中国 1.0×。下拉切换：东南亚 1.1×、智利/南美 1.5×、北美 1.7×、北欧/挪威 2.0×。基于挪威 10000t 三文鱼项目 15 亿元实测反推。只乘 CAPEX（含设备/工程/折旧），OPEX 不变
- CAPEX 规模效应（Lang factor）：基准 1000 t/年（固定，iRAS 单价校准点），指数 0.10（用户可调）。规模因子 = (1000/产量)^指数。500t ×1.07（小型略偏贵），5000t ×0.85，10000t ×0.79（大型省钱）。设指数=0 关闭。基于挪威 10000t × rf=2.0 = 14.85 亿元 ↔ 实测 15 亿验证
5.3 养殖参数
每个阶段卡片的「养殖参数」折叠区包含：体重范围、月数、FCR、蛋白含量、最大日投饵率、峰值系数、水温、密度、盐度、损耗率、饲料单价。
点击「本阶段默认」可恢复到鱼种数据库的默认值（不影响工艺参数）。
5.4 工艺参数
每个阶段卡片的「工艺参数」折叠区包含 20+ 个可调参数：循环倍数、换水率、各处理单元去除率、增氧方式、DO 目标饱和度、液氧吸收效率、泵扬程/效率等。
点击「本阶段默认」可恢复工艺参数到默认值。
5.5 查看计算结果
每个阶段卡片包含以下可展开的结果区：
- 流程图：沿程各节点水质参数阶跃变化（鱼池→RDF→蛋分→BF→UV→增氧）
- 旁路面板：反硝化 / UV / AOP / 蛋分 / 热泵 / 系统排水 (质量守恒,V_total × 换水率)
- 图表：污染物沿程曲线 + 气体沿程曲线（Chart.js 交互式图表）
- 负荷推导：存塘量→投饵→污染物日产量的完整链路
- 设备规格清单：所有关键设备的选型参数（含 BF 曝气风机）
- 运行成本明细：峰值 vs 日均工况（饲料/增氧/泵/UV/臭氧/热泵/甲醇/碱度）
- 投资概算：逐项设备成本 + 工程总投资（标注 ±40% 精度）
5.6 添加/删除阶段
- 点击右上角「+ 添加阶段」：在末尾追加新阶段，体重自动衔接
- 点击阶段卡片底部「✕ 删除本阶段」：删除该阶段（至少保留 1 个），相邻体重自动调整
- 点击「↺ 恢复鱼种默认」：恢复当前鱼种的全部默认阶段（含增删的都会恢复）
- 所有操作都有确认框，防止误操作
5.7 保存与加载方案
- 自动保存：每次计算后自动存入浏览器 localStorage，下次打开自动恢复
- 💾 保存方案：导出 JSON 文件（可保存多个方案、可发给同事）
- 📂 加载方案：从 JSON 文件恢复全部参数（会弹出确认框）
- 数据只存在本机，不走网络，不上传服务器
5.8 打印/导出 PDF
点击「🖨️ 打印 / 导出PDF」：所有折叠区自动展开，切换为白底黑字打印样式，弹出浏览器打印对话框。选择「另存为 PDF」即可导出完整的 RAS 工程设计报告。
📋 参数手册
全部 108 个阶段级参数的定义、单位、默认值、典型范围、物理含义与调整建议，
已统一收录在技术手册 附录 G：工艺参数速查
（按 A–I 九组编排，与工艺参数面板同序）。
界面内每个参数的说明也可直接点击输入框标签前的 ⓘ 查看（含「何时调」建议）。
6. 计算方法学
6.1 多阶段规模反推
基于 Little's Law 应用于「尾数」而非「质量」：
N_steady = N_inflow × 停留时间(years)
biomass = N_steady × (W_start + W_end) / 2
从最后阶段向前递推，通过损耗率放大尾数。
6.2 精确循环方程
稳态条件：C_in = (C_in + Δ) × R
R = Π(1 - η_i) × (1 - dilution) 总通过率
C_out = Δ / (1 - R) 鱼池出水（本循环最高浓度）
C_in = Δ × R / (1 - R) 增氧后回水（下循环起点）
沿程：C_out × (1-η_rdf) × (1-η_skim) × (1-η_bio) × ... = C_in，闭合验证误差 = 0。
6.3 O₂ 需求三部分
- 鱼虾生理耗氧：feed × o2FishFactor (按物种 + Q10 自动算; 鲑0.20-0.23, 罗非0.27, 石斑0.30, 对虾0.40) → 鱼池主增氧供应
- 硝化菌耗氧：TAN × 4.57 kg O₂/d (化学计量) → BF 粗孔曝气供应 (SOTE 8%)
- 有机物氧化：feed × o2DOMfactor (默认 0.10, 可调 0.05-0.20) → BF 粗孔曝气供应
6.4 DO 饱和度
Benson & Krause (1984) + USGS 盐度修正公式。淡水精度 <0.1%，海水 ±3%。
6.5 碱度化学计量
- 硝化：1 g TAN-N 消耗 4.57 g O₂ + 7.14 g CaCO₃ 碱度
- 反硝化：1 g NO₃-N 理论回收 3.57 g CaCO₃ 碱度 (理论极限) / 工程实际 2.8 g (默认) ，消耗 2.47 g 甲醇 (Mokhayeri 2008 工业实测含 5-15% 残余) × 工程安全系数 (v1.6 默认 1.3, 含 DO 补偿 + 运行裕度, 与 Suhr 2014/Tsukuda 2015 RAS 实际 3.0-3.5 g/g 一致)
- NaHCO₃ 换算：1 kg NaHCO₃ ≈ 0.595 kg CaCO₃ 当量
7. 鱼种参数表（部分摘要）
| 品种 | 阶段 | 体重(g) | FCR | 投饵率 | 密度 | 温度 | 盐度 |
| 三文鱼 | 苗种 | 0.1→50 | 1.0 | 3.0% | 30 | 12°C | 0 |
| 成鱼 | 2000→5000 | 1.2 | 0.95% | 70 | 15°C | 30‰ |
| 加州鲈 | 苗种 | 1→50 | 0.9 | 4.0% | 25 | 25°C | 0 |
| 成鱼 | 250→600 | 1.3 | 1.2% | 50 | 25°C | 0 |
| 对虾 | 苗种 | 0.01→1 | 1.0 | 12% | 2 | 30°C | 15‰ |
| 养成后 | 10→30 | 1.6 | 3.5% | 15 | 30°C | 15‰ |
注：仅展示部分品种的首尾阶段，完整参数见软件内置数据库。所有参数均可在界面上自由修改。
8. 免责声明
⚠️ 本工具的计算结果仅供工程概算参考。
- 实际工程须结合现场水质监测、批量试验数据、当地规范与专业工程师判断
- 养殖生物参数（FCR、蛋白含量等）存在品种、饲料配方、养殖模式的显著差异
- 投资概算精度约 ±40%，实际造价须以厂商报价和工程招标为准
- 因使用本软件的计算结果产生的任何工程决策后果，作者与公司不承担责任
9. 参考文献
- Timmons, M.B., Ebeling, J.M. (2010). Recirculating Aquaculture, 2nd ed. Cayuga Aqua Ventures.
- Sharma, B., Ahlert, R.C. (1977). Nitrification and nitrogen removal. Water Research, 11(10).
- Benson, B.B., Krause, D. (1984). Concentration of oxygen dissolved in freshwater and seawater. Limnol. Oceanogr., 29(3).
- USEPA (2006). UV Disinfection Guidance Manual (UVDGM). EPA 815-R-06-007.
- Summerfelt, S.T. et al. (2009). Ozonation and UV irradiation in RAS. Aquacultural Engineering, 40(1).
- Mateju, V. et al. (1992). Biological water denitrification. Enzyme and Microbial Technology, 14(3).
- Rusten, B. et al. (2006). Nitrification of municipal wastewater in moving-bed biofilm reactors. Aquacultural Engineering.
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