8-1 مقدمة

كما نوقش في الفصول. [5](/المجتمع/المقالات/الجزء الثاني - محددة أكوابونيكس-التكنولوجيا) و [7](/المجتمع/المقالات/الفصل 7-المقترنة - أكوابونيكس-أنظمة)، يتم بحث أنظمة أكوابونيكش أحادية الحلقة بشكل جيد، ولكن هذه الأنظمة لديها كفاءة شاملة دون الأمثل (Goddek et al. 2016؛ Goddek و Kek إسمان 2018). ومع ارتفاع مستوى الإنتاج على المستوى الصناعي, كان هناك تركيز على زيادة الجدوى الاقتصادية لهذه النظم. يمكن تحقيق واحدة من أفضل الفرص لتحسين الإنتاج من حيث محصول الحصاد عن طريق فك ربط المكونات داخل نظام أكوابونيكش لضمان ظروف النمو المثلى لكل من الأسماك والنباتات. تختلف الأنظمة المنفصلة عن الأنظمة المقترنة بالأرق لأنها تفصل بين حلقات المياه والمغذيات لكل من وحدة الاستزراع المائي والوحدة المائية عن بعضها البعض، وبالتالي توفر التحكم في كيمياء المياه في كلا النظامين. يقدم الشكل 8.1 نظرة عامة تخطيطية للنظام التقليدي المقترن (A)، ونظام ثنائي الحلقات (B)، ونظام منفصل متعدد الحلقات (C). بيد أن هناك جدلا كبيرا بشأن ما إذا كانت نظم علم الأحياء المائية المنفصلة مفيدة اقتصاديا على النظم الأكثر تقليدية, نظرا لأنها تحتاج إلى مزيد من الهياكل الأساسية. ولل إجابة على هذا السؤال, من الضروري النظر في تصميمات مختلفة لل نظام من أجل تحديد نقاط قوتها و ضعفها.

ويمكن اعتبار مفهوم النظام المائي ذي الحلقة الواحدة المقترنة كما هو موضح في الشكل 8-1 أ الأساس التقليدي لجميع أنظمة الأحياء المائية التي يعاد فيها تدوير المياه بحرية بين وحدات الاستزراع المائي والمياه، في حين يتم تصريف الحمأة المغذيات. ومن العوائق الرئيسية لهذه النظم أنه من الضروري إجراء مقايضات في ظروف تربية كلا النظامين الفرعيين من حيث الأس الهيدروجيني ودرجة الحرارة وتركيزات المغذيات (الجدول 8-1).

الشكل 8.1 تطور أنظمة أكوابونيكش. (أ) نظام أكوابونيكش تقليدي أحادي الحلقة، و (ب) نظام أكوابونيكش بسيط منفصل، و (ج) نظام أكوابونيكش متعدد الحلقات. الخط الأزرق لتقف على مدخلات المياه، والمخرجات، والتدفقات، والأحمر لمنتجات النفايات

وعلى النقيض من ذلك، فإن نظم الأحياء المائية المنفصلة أو ثنائية الحلقات تفصل وحدات الاستزراع المائي والمياه عن بعضها البعض (الشكل 8-1 ب). وهنا، فإن تحجيم الوحدة المائية هو جانب حاسم، لأنه من الناحية المثالية يحتاج إلى استيعاب العناصر الغذائية التي توفرها وحدة الأسماك مباشرة أو عن طريق تمعدن الحمأة (مثل استخراج المغذيات من الحمأة وتوفيرها للنباتات في شكل قابل للذوبان). والواقع أن كل من حجم مساحة النبات والظروف البيئية (مثل السطح، ومؤشر مساحة الأوراق، والرطوبة النسبية، والإشعاع الشمسي، وما إلى ذلك) يحددان كمية المياه التي يمكن تبخرها وهي العوامل الرئيسية التي تحدد معدل استبدال مياه RAS. وبالتالي يتم استبدال المياه المرسلة من RAS إلى الوحدة المائية بالمياه النظيفة التي تقلل من تركيزات المغذيات وبالتالي تحسن نوعية المياه (Monsees et al. 2017a, b). تعتمد كمية المياه التي يمكن استبدالها على معدل تبخر النباتات التي يتم التحكم فيها بواسطة الإشعاع الصافي، ودرجة الحرارة، وسرعة الرياح، والرطوبة النسبية، وأنواع المحاصيل. ومن الجدير بالذكر أن هناك تبعية موسمية، حيث يتبخر المزيد من المياه في المواسم الأكثر دفئا وأكثر شمسا، وهو أيضا عندما تكون معدلات نمو النباتات هي الأعلى. وقد اقترح Goddek et al. (2015) و Kloas et al. (2015) هذا النهج كنهج لتحسين تصميم النظم ذات الحلقة الواحدة والاستفادة بشكل أفضل من القدرات لضمان الأداء الأمثل لنمو النبات. وقد تم اعتماد هذا المفهوم، في جملة أمور، من قبل ECF في برلين، ألمانيا، و_UrbanFarmers_ المفلسة الآن في لاهاي، هولندا.

على الرغم من الفوائد المحتملة، واجهت التجارب الأولية مع تصميم حلقة واحدة منفصلة مع عيوب خطيرة. وقد نتج ذلك عن الكميات العالية من العناصر الغذائية الإضافية التي كانت هناك حاجة إلى إضافتها إلى الحلقة المائية بالنظر إلى أن مياه العملية المتدفقة من RAS إلى الحلقة المائية تعتمد بحتة على التبخر والنتح (Goddek et al. 2016; Kloas et al. 2015; Reyes Lastiri et al. 2016). وتتجه المغذيات أيضاً إلى التراكم في نظم RAS عندما تكون معدلات التبخر والنتح أقل، ويمكن أن تصل إلى مستويات حرجة، مما يتطلب نزيفاً دورياً من الماء (Goddek 2017).

يتطلب التغلب على هذه العيوب تنفيذ حلقات إضافية للحد من كمية النفايات المنتجة في النظام (Goddek و Körner 2019). هذه النظم متعددة الحلقات موضحة في الشكل 8-1 ج وتعزز نهج الحلقتين (8-1 ب) بوحدتين سيتم استكشافهما عن كثب في الفصلين الفرعيين التاليين وكذلك الفصل [10](/المجتمع/المقالات/الفصل 10-المعالجة الهوائية واللاهوائية - من أجل الحمأة - تخفيض وتعدين) و [11 ](/المجتمع/المقالات/الفصل 11-أكوابونيكس-نظم النمذجة):

1 - تمعدن العناصر الغذائية وتعبئتها بكفاءة، باستخدام نظام مفاعلات لاهوائية من مرحلتين للحد من تصريف المغذيات من النظام عن طريق حمأة الأسماك

2 - تقنية التقطير الحراري/تحلية المياه لتركيز محلول المغذيات في وحدة الزراعة المائية من أجل تقليل الحاجة إلى أسمدة إضافية

وقد تم تنفيذ هذه النهج جزئيا من قبل مختلف منتجي الأحياء المائية مثل الشركة الإسبانية Nerbreen (الشكل 8.1) (Goddek and Keesman 2018) وكذلك كيكابوني Agriventures Ltd. في نيروبي، كينيا، (فان جوركوم وآخرون 2019) (الشكل 8.2).

الشكل 8.2 صور لنظام متعدد الحلقات الموجود في (1) إسبانيا (NerBreen) و (2) كينيا (كيكابوني أغريفنتشر المحدودة). في حين أن نظام نيربيين يقع في بيئة خاضعة للرقابة، فإن نظام كيكابوني يستخدم نظام نفق احباط شبه مفتوح

من حيث المزايا الاقتصادية (Goddek and Körner 2019؛ Delaide et al. 2016)، فإن تحسين ظروف النمو في كل حلقة من نظم الأحياء المائية المنفصلة له مزايا متأصلة لكل من النباتات والأسماك (Karimanzira et al. 2016; Kloas et al. 2015) عن طريق الحد من تصريف النفايات وكذلك تحسين استعادة وإمدادات المغذيات (غودديك وكيسمان 2018؛ كاريمانزيرا وآخرون 2017؛ يوغيف وآخرون 2016). في عملهم، ديلايد وآخرون. (2016)، غودديك وفيرمولين (2018)، وودكوك (بيرس. Comm.) أن أنظمة أكوابونيكش المنفصلة تحقق أداء نمو أفضل من مجموعات التحكم في أكوابونيكش المائية ذات الحلقة الواحدة. وعلى الرغم من ذلك، هناك العديد من المشاكل التي لا تزال بحاجة إلى حل، بما في ذلك القضايا التقنية مثل توسيع نطاق النظام، وتحسين البارامترات، والخيارات الهندسية لتكنولوجيات الاحتباس الحراري لمختلف السيناريوهات الإقليمية. في بقية هذا الفصل، سنركز على بعض التطورات الراهنة لتقديم لمحة عامة عن التحديات المستمرة، فضلا عن التطورات الواعدة في هذا المجال.