7-4 وحدة تربية الأحياء المائية

يتم اختيار صهاريج تربية الأسماك (الحجم والأرقام والتصميم) حسب حجم الإنتاج وأنواع الأسماك المستخدمة. واستخدم راكوسي وآخرون (2006) أربعة صهاريج كبيرة لصيد الأسماك لإنتاج O. niloticus تجاريا في نظام UVI Aquaponic (الولايات المتحدة الأمريكية). مع إنتاج أنواع الأسماك النهمة أو النهمة، مثل C. gariepinus، ينبغي استخدام العديد من الخزانات بسبب فرز فئات الحجم والإنتاج المتدرج (Palm et al. 2016). و ينبغي تصميم صهاريج الأسماك بحيث يمكن إزالة المواد الصلبة التي تستقر في قاع الصهاريج بصورة فعالة من خلال النفايات السائلة الموجودة في القاع. وتعتبر عملية إزالة النفايات الصلبة هذه أول خطوة حاسمة لمعالجة المياه في الأحياء المائية المقترنة كما هو الحال في الاستزراع المائي والأحياء المائية المنفصلة. وتنبع النفايات من الأعلاف غير المأكل، وبراز الأسماك، والكتلة الحيوية البكتيرية، والمواد الملوثة التي تنتج أثناء إنتاج الاستزراع المائي، مما يزيد من جودة المياه وتوافر الأوكسجين فيما يتعلق بتربية الأحياء المائية والوحدات المائية. وفي الاستزراع المائي، تتكون النفايات الصلبة إلى حد كبير من الكربون العضوي، الذي تستخدمه البكتيريا المتغايرة لإنتاج الطاقة من خلال استهلاك الأوكسجين. وكلما كانت إزالة النفايات الصلبة أفضل، كان الأداء العام للنظام أفضل لكل من الأسماك والنباتات، أي مع مستويات الأوكسجين المثلى وعدم تراكم الجسيمات في جذوسفير مما يثبط امتصاص المغذيات، ومع وجود خزانات مستديرة أو بيضاوية تثبت فعاليتها بشكل خاص (Knaus et al. 2015).

تم اختبار إنتاج الأسماك في الأحياء المائية المقترنة في فيشغلاس هاوس في ألمانيا على نطاقات مختلفة من أجل التأكد من فعالية التكلفة. وقد تم ذلك على نحو فعال على نطاق واسع (بحد أقصى 50 كيلوغراما، 35 سمكة-3/سوب) أو مكثف (بحد أقصى 200 كجم، 140 سمكة-3/سوب) في أفريقيا من سمك السلور. ولا يمكن التوصية بالإنتاج شبه المكثف (100 كجم كحد أقصى، 70 سمكة مسوب-3/سوب) بسبب توازن التكلفة السلبية والفوائد. وفي وضع الإنتاج شبه المكثف، كانت صيانة النظام والعمالة والمدخلات العلفية بنفس القدر من الإنتاج المكثف ولكن مع انخفاض إنتاج الكتلة الحيوية للأسماك والنباتات، ولم تؤتي أي مكاسب اقتصادية في وحدة الاستزراع المائي ثمارها (Palm et al. 2017). وقد نتج ذلك عن ارتفاع الطلب على الأوكسجين البيوكيميائي (BOD)، وارتفاع التشويه بسبب انخفاض توافر الأكسجين، وارتفاع أسعار صرف المياه نسبيا، وتمعدن اللاهوائي في الغالب مع هطول واضح، وانخفاض مستويات P و K، فضلا عن انخفاض قيم درجة الحموضة مع إنتاج الأسماك أقل بكثير مقارنة مع الظروف المكثفة. وعلى النقيض من ذلك، سمح الإنتاج الواسع النطاق للأسماك بتوافر أكسجين أعلى مع انخفاض أسعار صرف المياه وتوافر المغذيات بشكل أفضل لنمو النباتات. وهكذا، وفي ظل الظروف المذكورة أعلاه، فإن وحدة إنتاج أسماك RAS للأحياء المائية المقترنة إما تعمل في ظل ظروف إنتاج الأسماك المكثفة أو المكثفة، وينبغي تجنب الظروف الوسيطة.

7.4.1 الترشيح

أما أجهزة التوضيح، التي تسمى أحياناً أيضاً أجهزة الترسيب أو فواصل الدوامات (انظر أيضاً الفصل 3)، فهي أكثر الأجهزة استخداماً لإزالة النفايات الصلبة في أكوابونيكش (Rakocy et al. 2006؛ Nelson and Pade 2007؛ Danaher et al. الشكل 7.4). و يجب إزالة المسائل الجسيمية الأكبر حجما من النظام لتجنب المناطق التي تعاني من نقص الأوكسجين التي تنطوي على آثار مشوهة أو تطور HSUB2/Subs. تستخدم معظم أجهزة التصفيح إدراج الصفيحة أو الألواح للمساعدة في إزالة المواد الصلبة. وتدعم القيعان المخروطية تركيز الحمأة في القاع أثناء التشغيل والتنظيف، في حين تتطلب القيعان المسطحة كميات كبيرة من الماء لطرد الحمأة وإزالتها. أثناء التشغيل، تغرق المواد الصلبة في الجزء السفلي من المرطب لتشكيل الحمأة. اعتمادًا على مدخلات التغذية ووقت الاحتفاظ بها، يمكن أن تتراكم هذه الحمأة لتشكيل طبقات سميكة نسبيًا. يتحول النشاط الميكروبي داخل طبقات الحمأة تدريجياً نحو الظروف اللاهوائية، مما يحفز التشويه الميكروبي. وتقلل هذه العملية من النترات المتاحة للنباتات وينبغي تجنبها، خاصة إذا كانت مياه المعالجة ستستخدم في إنتاج النباتات المائية. وبالتالي، يمكن أن يؤدي نزع النيترينغ إلى نتائج عكسية في أكوابونيكش المقترن.

كثافة النفايات الصلبة التي يتم إزالتها بواسطة المرطب منخفضة إلى حد ما، بالمقارنة مع التكنولوجيات الأخرى، والصيانة تستغرق وقتا طويلا، وتنظيف المرطب مع المياه العذبة هو المسؤول عن فقدان المياه الرئيسية للنظام بأكمله. تتأثر الكمية المطلوبة من الماء بتصميمها العام والشكل السفلي وإمكانية الوصول إلى PVC يحير إلى مياه التنظيف (الشكل 7.4a، ب). تتطلب زيادة كثافة تخزين الأسماك كميات أكبر من تبادل المياه (كل يوم في الأسبوع في ظل ظروف مكثفة) للحفاظ على جودة المياه المثلى لإنتاج الأسماك، مما قد يؤدي إلى فقدان كميات كبيرة من مياه المعالجة، وفقدان كميات كبيرة من المواد الغذائية اللازمة للنباتات النمو. وعلاوة على ذلك، فإن الاستبدال بالمياه العذبة يدخل كربونات الكالسيوم والمغنيسيوم التي قد تترسب بعد ذلك بالفوسفات. ولذلك، فإن استخدام هذه المصفيات التي تعمل يدوياً يجعل التنبؤات بشأن تكوين مياه المعالجة فيما يتعلق بالنمو الأمثل للنباتات مستحيلة تقريباً (Palm et al. 2019). و سيكون من الأكثر فعالية اتباع مثال Naegle (1977) لفصل الحمأة الهوائية و اللاهوائية و تصريف النيتروجين الغازي مع نظام الحمأة المزدوج.

الشكل 7.4 مبدأ الترشيح المائي مع الرسوبيات (a-b) و (c) فلتر الأقراص (Pal-Aquakulur GmbH، أبتشاغن، ألمانيا) من سمك السلور الأفريقي التجاري (Clarias gariepinus) RAS في فيشغلاسهاوس (جامعة روستوك، ألمانيا)

ويمكن تحقيق إزالة أكثر فعالية للنفايات الصلبة عن طريق مرشحات البرميل أو الأقراص الأوتوماتيكية التي توفر حواجز ميكانيكية تمنع المواد الصلبة، والتي يتم إزالتها بعد ذلك عن طريق الشطف. وتهدف التطورات الجديدة إلى الحد من استخدام مياه الشطف من خلال تقنيات التنظيف الفراغي، مما يسمح بتركيز إجمالي المواد الصلبة في الحمأة بنسبة تصل إلى 18٪ (الدكتور غونتر شيبي، Pal-Aquakultur GmbH، ألمانيا، الاتصالات الشخصية، الشكل 7.4 ج). و هذه الإزالة الفعالة لل نفايات لها تأثير إيجابي على تكوين الحمأة, و تحسين التحكم في المياه السائلة من أجل تلبية متطلبات البستنة على نحو أفضل. خيار آخر هو تطبيق أجهزة تصفية متعددة (الرواسب) أو مكونات إزالة الحمأة في صف واحد.

الفلاتر الحيوية هي جزء أساسي آخر من RAS، لأنها تحول النيتروجين الأمونيا عن طريق الأكسدة الميكروبية إلى نترات (النتريفيكاتيون). و على الرغم من أن جذور النباتات و النظام نفسه يوفران أسطح لل بكتيريا النتروية, فإن القدرة على التحكم في نوعية المياه محدودة. الأنظمة التي لا تحتوي على الترشيح الحيوي تقتصر على المنشآت الصغيرة أو الهواية مع مدخلات تغذية منخفضة. وبمجرد زيادة الكتلة الحيوية للأسماك ومدخلات الأعلاف، يلزم توفير قدرة إضافية على الترشيح الحيوي للحفاظ على نوعية المياه الكافية لاستزراع الأسماك وتوفير كميات كافية من النترات لنمو النباتات.

أما بالنسبة إلى الأحياء المائية المحلية والصغيرة النطاق، فإن الوسائط النباتية (الحصى أو الطين الموسع على سبيل المثال) يمكن أن تكون كافية كمرشحات بيولوجية فعالة. ومع ذلك، نظرا للإمكانيات العالية للانسداد وبالتالي الحاجة إلى التنظيف اليدوي والصيانة المنتظمة، فإن هذه الطرق ليست مناسبة لأكوابونيكش التجارية على نطاق أوسع (Palm et al. 2018). بالإضافة إلى ذلك، أظهر كناوس وبالم (2017a) أن استخدام فلتر بيولوجي بسيط في الالتفافية قد زاد بالفعل من مدخلات التغذية اليومية المحتملة في نظام أكوابونيكالمقترن بنسبة 25٪ تقريبًا. المرشحات الحيوية الحديثة التي تستخدم في RAS المكثف فعالة في توفير قدرة كافية على النتروية لإنتاج الأسماك والنباتات. وبسبب زيادة تكاليف الاستثمار، تصبح هذه المكونات أكثر قابلية للتطبيق في النظم المائية التجارية المتوسطة والكبيرة.

7-4-1-1 الزراعة المائية في علم الأحياء المائية المقترن

ويمكن استخدام مجموعة واسعة من النظم الفرعية المائية (انظر أيضا [الفصل 4](/المجتمع/المقالات/الفصل 4-تكنولوجيات الهيدروبونية)) اعتمادا على حجم التشغيل (Palm et al. 2018). وما لم يكن لليد العاملة تأثير كبير على المحصول (أو الربح) ولم يكن النظام كبيرا جدا، يمكن استخدام نظم فرعية مائية فرعية مختلفة في الوقت نفسه. وهذا أمر شائع في أكوابونيكش المحلية والمظاهرة التي غالبا ما تستخدم أنظمة الركيزة السرير وسائل الإعلام (الرمل والحصى والبيرلايت، الخ) في الانحناء والتدفق، وقنوات دوك (ثقافة المياه العميقة أو أنظمة الطوافة) وحتى في كثير من الأحيان قنوات المغذيات عصامي (NFT). ومعظم كثافة اليد العاملة هي أسرة الركيزة الإعلامية (الرمل/الحصى) في أحواض الانحسار والتدفق، والتي يمكن أن تسد بسبب ترسب المخلفات وغالبا ما تحتاج إلى غسلها (Rakocy et al. 2006). بسبب التعامل مع الركائز، وعادة ما تكون هذه الأنظمة محدودة في الحجم. ومن ناحية أخرى، تتطلب النظم الفرعية المائية التابعة لشركة دوبروفينك WC عمالة أقل وأقل عرضة للصيانة، مما يتيح اعتمادها في مناطق زراعة أكبر. ولهذا السبب، توجد أنظمة DWC الفرعية بشكل رئيسي في الأنظمة المحلية إلى الصغيرة/شبه الموصلات، ومع ذلك، لا عادة في أنظمة أكوابونية واسعة النطاق. وفيما يتعلق بالإنتاج التجاري الأكبر حجما، لا تزال نسبة اليد العاملة والصيانة في نظام DWC مرتفعة للغاية. وحتى استخدام موارد المياه والطاقة في الضخ غير مؤات أيضا للنظم الواسعة النطاق.

وإذا كانت النظم المائية المغلقة مصممة للإنتاج الموجه نحو الربح، يجب أن ينخفض استخدام اليد العاملة بينما يجب زيادة مساحة الإنتاج. ولا يمكن تحقيق ذلك إلا عن طريق تبسيط إنتاج الأسماك إلى جانب تطبيق النظم الفرعية المائية سهلة التركيب. ويمكن، في الوقت الحاضر، اعتبار تقنية الأغشية المغذيات أنجع نظام مائي، يجمع بين العمالة المنخفضة ومناطق زراعة النباتات الكبيرة ونسبة جيدة من تكاليف المياه والطاقة والاستثمار. ومع ذلك، لا تنمو جميع النباتات المائية بشكل جيد في أنظمة NFT، وبالتالي فمن الضروري العثور على الخيار الصحيح للنباتات لكل نظام فرعي مائي، والذي يرتبط بدوره مع إمدادات المغذيات لأنواع معينة من الأسماك المتكاملة في تصميم النظم الفرعية المائية المحددة. بالنسبة لأكوابونيكش المقترن، يمكن أن يكون تحميل الجسيمات الأعلى في بعض الأحيان في الماء إشكالية بسبب انسداد القطرات والأنابيب والصمامات في منشآت NFT. وبالتالي، يجب أن تحتوي الأنظمة المائية الكبيرة على إدارة المياه الاحترافية مع الترشيح الميكانيكي الفعال لتجنب انسداد إعادة الدوران. عندما يتم ضمان الإمداد المستمر للمياه من خلال الأنابيب، يمكن استخدام نظام NFT في جميع أنواع الأنظمة المائية المقترنة، ولكن يوصى بإنتاجه في إطار الأنظمة الصغيرة/شبه التجارية وأنظمة واسعة النطاق (Palm et al. 2018).