8.2 حلقة التمعدن

في RAS، يجب إزالة الحمأة الصلبة والغنية بالمغذيات من النظام للحفاظ على جودة المياه. وبإضافة حلقة إضافية لإعادة تدوير الحمأة، يمكن تحويل نفايات RAS المتراكمة إلى مغذيات مذابة لإعادة استخدامها من قبل النباتات بدلاً من التخلص منها (Emerenciano et al. 2017). وداخل المفاعلات الحيوية، يمكن للكائنات الدقيقة أن تحطم هذه الحمأة إلى مغذيات متاحة بيولوجياً، يمكن تسليمها بعد ذلك إلى النباتات (Delaide et al. 2018؛ Goddek et al. 2018؛ Monsees et al. 2017a، b). العديد من الأنظمة المائية ذات الحلقة الواحدة تشمل بالفعل أجهزة هضم هوائية (Rakocy et al. 2004) واللاهوائية (Yogev et al. 2016) لتحويل العناصر الغذائية المحاصرة في حمأة الأسماك وجعلها متاحة بيولوجيا للنباتات. ومع ذلك، فإن دمج مثل هذا النظام في نظام أكوابونيكش أحادي الحلقة له العديد من العيوب:

1 - عامل تخفيف النفايات السائلة الغنية بالمغذيات أعلى بكثير عند تصريفها إلى نظام أحادي الحلقة فيما يتعلق بتفريغها إلى وحدة الزراعة المائية فقط. على نحو فعال، والمغذيات المخففة عن طريق الدخول في اتصال مع كميات كبيرة من الأسماك تربية المياه.

2 - وتتعرض الأسماك دون داع إلى النفايات السائلة لمفاعل التمعدن؛ فعلى سبيل المثال، يمكن أن تشمل النفايات السائلة للمفاعلات اللاهوائية الأحماض الدهنية المتطايرة والأمونيا التي يمكن أن تضر بالأسماك؛ وتمثل هذه المفاعلات أيضاً مصدراً إضافياً لاحتمال إدخال مسببات الأمراض.

3 - ويمكن استعادة حوالي 90% من العناصر الغذائية المحتجزة في الحمأة عندما يتم الحفاظ على RassLudge عند درجة حموضة 4 (Jung and Lovitt 2011). مثل هذا الرقم الهيدروجيني المنخفض غير ممكن عند تشغيل المفاعلات الحيوية عند درجة الحموضة حوالي 7 (Goddek et al. 2018)، وهي قيمة الأس الهيدروجيني المعتادة في أنظمة أكوابونيكش حلقة واحدة.

الشكل 8.3 الرقم الهيدروجيني التقريبي للمياه داخل مكونات النظام المختلفة بالإضافة إلى مياه المعالجة. يشير «~» إلى تقريب

وفيما يتعلق بالرقم الهيدروجيني، يبين الشكل 8-3 قيم الأس الهيدروجيني التقريبية لتدفقات مياه العملية المعنية في نظام أكوابونيكش متعدد الحلقات (على سبيل المثال كما هو موضح في الشكل 8-1 ج). ويبين الشكل 8-3 أيضاً تأثير مفاعلات التمعدن على أداء النظام ككل، استناداً إلى المفاعلات اللاهوائية التي اقترحها Goddek et al. (2018). ولا يمثل هذا النظام سوى حل واحد ممكن لمعالجة الحمأة، مع نُهج بديلة نوقشت في الفصل [10](/المجتمع/المقالات/الفصل 10-المعالجة الهوائية واللاهوائية - من أجل الحمأة المائية - الحمأة - التخفيض والتمعدن). انخفاض درجة الحموضة في مياه العملية المتدفقة من النظام الفرعي RAS إلى الحلقة المائية كما هو موضح في الشكل 8.3 يوضح التحمض في حلقة تركيز المغذيات (أي أن المياه المنزوعة المعادن لها الرقم الهيدروجيني 7). وبالتالي، فإن النفايات السائلة لديها درجة حموضة أقل من منفذ RAS، مما يقلل من الحاجة إلى ضبط الرقم الهيدروجيني لظروف نمو النبات المثلى.

** الجدول 8-1** نظرة عامة على ظروف النمو المثلى للأسماك والنباتات والظروف التشغيلية المفضلة لمعالجة إعادة تدوير المغذيات الحمأة

الجدول ثياد tr class = «رأس» ثسوبسيستيم/ث أنواع/وظيفة/ال درجة الحموضة /ث درجة الحرارة (درجة مئوية) /ث ثنترات (Nosub3/الفرعية) (ملغ/لتر) /ث /tr /thead tbody tr class = «غريب» td rowspan=“2"نظام إعادة تدوير الاستزراع المائي (RAS) /td تيديوريتشروميس نيلوتيكوس/ط (البلطي النيلي) /td td7-9 (روس 2000) /td td27—30 (السيد 2006) /td td<100—200 (دالسغارد وآخرون 2013) /td /tr tr class = «حتى» تديونكورهينشوس ميكيس/ط (سمك السلمون المرقط قوس قزح) /تد td6.5-8.5 (منظمة الأغذية والزراعة 2005) /td td15 (كوغلان ورينجلر 2005) /td td<40 (ديفيدسون وآخرون. 2011; شريدر وآخرون. 2013) /TD /tr tr class = «غريب» td rowspan = “2"الهيدروبونيك/TD تيلكتيكا ساتيفا/ط (الخس) /تد td5.5-6.5 (Resh 2012) /td td21—25 (Resh 2012) /td td730 (ريش 2012) /td /tr tr class = «حتى» تدليكوبرسيكون إسكولنتوم (الطماطم) /تد td6.3-6.5 (Resh 2002) /td td18-24 (Resh 2002) /td td666 (سونيفيلد وفوغت 2009) /td /tr tr class = «غريب» td rowspan = “2"مفاعل اللاهوائي/تد TDMethanogenesis/TD td6.8-7-4 (دي ليموس تشيرنيتشارو 2007) /td td30-35 (ألفاريز وليدن 2008؛ دي ليموس تشيرنيتشارو 2007) /td td—/td /tr tr class = «حتى» TDSludge تعبئة/تد td4.0 (جونغ ولوفيت 2011) /تد TDN/a/TD td—/td /tr /tbody /الجدول يعمل نظام المفاعل ذي المرحلتين على النحو التالي:

• في المرحلة الأولى (الرقم الهيدروجيني حوالي 7 لتوفير الظروف المثلى لتهيئة الميثان؛ الجدول 8-1)، يتم تقسيم المادة العضوية للحفاظ على درجة عالية من إنتاج الميثان (أي إزالة الكربون). وأبلغ ميرزويان وغروس (2013) عن انخفاض إجمالي المواد الصلبة المعلقة بنحو 90%، وذلك باستخدام تكنولوجيا مفاعل الحمأة اللاهوائية بطانية. ومن المفيد أن (1) يتم حصاد الغاز الحيوي كمصدر للطاقة المتجددة، و (2) يتم إنتاج كميات أقل من الأغذية المنخفضة القيمة في المرحلة الثانية. وينبغي أن يكون وقت الاحتفاظ بالحمأة في المرحلة الأولى عدة أشهر، قبل إزالة العناصر الغذائية المتراكمة في الحمأة (مثل تجميع فوسفات الكالسيوم) في المرحلة الثانية.

• في المرحلة الثانية، يتم تعبئة العناصر الغذائية في المواد الصلبة المعلقة بشكل فعال وتصبح متاحة لامتصاص النبات. هذه التعبئة هي الأكثر فعالية في بيئة منخفضة الرقم الهيدروجيني (Goddek et al. 2018؛ Jung و Lovitt 2011). وبمجرد أن تنخفض درجة الحموضة للمفاعلات الحمضية، فإنها تظل مستقرة عادة؛ وبالتالي يلزم تنظيم أقل للدرجة الحموضة في الوحدة المائية.

وقد تتطلب النفايات السائلة الغنية بالمغذيات بعض المعالجة اللاحقة اعتمادا على كمية المواد الصلبة المعلقة الكلية المقيسة ومركبات VFs. ومع ذلك، فمن المهم أن نضع في اعتبارنا أن الأمونيا يمكن أن تحفز نمو النبات، مثل الخضر الورقية، عندما تمثل 5-25٪ من إجمالي تركيز النيتروجين (جونز 2005). ومع ذلك، فإن خضروات الفاكهة مثل الطماطم أو الفلفل الحلو حساسة بشكل خاص للأمونيا في محلول المغذيات. و سيلزم في النظم التي تزرع هذه الأنواع من المحاصيل معالجة هوائية لاحقة لل نفايات السائلة أو مستنقع مائي جيد التهوية.

رقم 8-2-1 تحديد تدفقات المياه والمغذيات

وفيما يتعلق بتحديد حجم النظام (القسم 8-4)، يلزم معرفة كمية المياه المتدفقة من نظام RAS عن طريق المفاعل (المفاعلات) إلى وحدة الزراعة المائية (Qsubmin/sub) (المكافئ 8-1):

$Q_ {دقيقة} (كغ/يوم) =\ فارك {n_ {تغذية}\ مرات k_ {الحمأة}} {\ pi_ {الحمأة}} $ (8.1)

حيث nsubfeed/sub هو كمية تغذية الأسماك بالكيلوغرام، ksubsudge/sub هو معامل نسبة تغذية الأسماك ينتهي بها المطاف كحمأة، و πsubsubsudge/sub هي نسبة مجموع المواد الصلبة (أي الحمأة) في تدفق المياه الحمأة التي تدخل حلقة التمعدن.

ويمكن زيادة تركيز الحمأة بإضافة جهاز فصل الجاذبية قبل المفاعلات الحيوية، وتوجيه المتفوق «الواضح» إلى نظام RAS. ويمكن استخدام هذه الصيغة أيضاً للحصول على مدخلات لتحجيم المفاعل استناداً إلى وقت الاحتفاظ الهيدروليكي ([الفصل 10](./10-علاجات هوائية ولاهوائية - من أجل أكوابونيك-الحمأة - الاختزال والمعدن.md)). وينتهي الأمر بما يتراوح بين 20 و40% من علف الأسماك كمجموع المواد الصلبة المعلقة في الحمأة المشتقة من RAS (Timmons and Ebeling 2013). وكمثال على ذلك، تبين أن حمأة البلطي تحتوي على نحو 55% من العناصر الغذائية التي تمت إضافتها إلى النظام عن طريق الأعلاف (Neto and Ostrensky 2013؛ Yavuzcan Yildiz et al. 2017) والتي تمثل موردا قيما لنمو المحاصيل.

والمغذيات الرئيسية التي يمكن استردادها عن طريق عملية التمعدن هي N و P. As P (أحد المكونات الرئيسية للحمأة) هو المغذيات الكبيرة الأكثر قيمة من حيث التكلفة والتوافر لإنتاج المحاصيل، وينبغي أن يكون العنصر الأول الذي يتم تحسينه في النظام المائي.

يتم حساب معدل التمعدن لحلقة التمعدن على النحو التالي:

$ المعادن (غ/يوم) = (n_ {تغذية}\ مرات 1000) π_ {تغذية}\ مرات _ {الحمأة}\ مرات _ {دقيقة} $ (8.2)

حيث _n_subfeed/sub هو مدخلات التغذية إلى النظام (بالكيلوغرام)؛ _π_subfeed/subis نسبة المغذيات في تركيبة الأعلاف؛ _π_subsludge/subis نسبة عنصر معين مشتق من التغذية ينتهي في الحمأة؛ و hsubmin/subis كفاءة التمعدن وتعبئة نظام المفاعل .

و تتمثل الخطوة الأخيرة في تحديد تركيز العنصر المعني في النفايات السائلة لحلقة التمعدن:

$المغذيات\ تركيز\ (ملغ/لتر) =\ فراك {التمعدن\ مرات 1000} {Q_ {مين}} $ (8.3)

مثال 8.1**

يتم تغذية نظام RAS لدينا مع 10 كجم من تغذية الأسماك يوميا. ونحن نفترض أن 25% من تغذية الاحتياطي الفيدرالي ينتهي بها المطاف كحمأة. في نظامنا، نستخدم مستوطن تدفق شعاعي (RFS) لتركيز الحمأة إلى المادة الجافة 1٪. وبالتالي، يتم حساب التدفق من RAS إلى HP عبر حلقة التمعدن على النحو التالي:

$Q_ {دقيقة}\ (كجم/يوم) =\ فارك {10kg\ مرات\ 0.25} {0.01} =250\ حوالي 250 كجم/يوم $

قررنا أن حجم نظامنا على P. محتوى P من تغذية لدينا (في معظم الحالات المقدمة من قبل الشركة المصنعة للتغذية) هو 1.5٪ و 55٪ منه ينتهي في الحمأة (نيتو وأوسترينسكي 2013). ونحن نفترض أن مفاعلاتنا تحقق كفاءة التمعدن بنسبة 90٪ لهذا العنصر. لذلك، يمكن تحديد غرام P المنقولة إلى وحدة الزراعة المائية كل يوم:

$ المعادن\ (غ/يوم) = (10kg\ مرات 1000)\ مرات 0.55\ مرات 0.015\ مرات 0.9 = 74.25$

تركيز النفايات السائلة في نتيجة لذلك:

$المغذيات\ تركيز\ (ملغ/لتر) =\ فارك {74,25g\ مرات 1000} {250 لتر} =297\ ملغ/لتر $

هذا التركيز من P في النفايات السائلة في مربع المثال أعلاه هو ما يقرب من ستة أضعاف مما كانت عليه في معظم محاليل المغذيات المائية. ويدعم بحث Goddek et al. (2018) هذا العدد النظري، ويفيدون بأن حمأة RAS تحتوي على 150 و 200 ملغ/لتر من P لنظامين مستقلين، على التوالي (1٪ TSS الحمأة)، مع محتوى P للأسماك 0.83٪ في تغذية المادة الجافة لهذا الأخير (200 ملغ/لتر).