Aqu @teach: المرشح الحيوي

الفلتر الحيوي هو قلب كل نظام إعادة تدوير الاستزراع المائي. تعتمد صحة الأسماك، وبالتالي النجاح الاقتصادي، على التشغيل الصحيح للمرشح الحيوي. ويمكن أن تكون مستويات الأمونيا والنتريت العالية في خزانات الأسماك ناجمة عن عدة عوامل. واحدة من هذه يمكن أن تكون سيئة التصميم أو تشغيل دون الأمثل للمرشح الحيوي (صغيرة جدا، وليس مختلطة بالتساوي، ومستويات النترات عالية جدا، ودرجة الحموضة منخفضة جدا، تسمم المرشح الحيوي عن طريق الملح أو العلاج الطبي، تهوية منخفضة جدا أو عالية جدا، وما إلى ذلك). الجانب الرئيسي الآخر من فشل التصميم هو عدم كفاية إعادة تدوير المياه. يمكن للمرشح الحيوي أن يتحلل فقط ما يتلقاه من خزان السمك. إذا كان معدل إعادة الدوران منخفضًا جدًا، فلن يؤدي حتى المرشح الحيوي ذي الأبعاد إلى جودة مياه جيدة. لتجنب ذلك، اتبع المثال في الفصل 2 لحساب معدل إعادة تدوير الصحيح للنظام الخاص بك.

هل مطلوب فلتر بيولوجي منفصل؟

في الأنظمة ذات الكثافة المنخفضة لخزن الأسماك، يمكن لقاع نمو الوسائط أن يتولى دور كل من إزالة المواد الصلبة والترشيح الحيوي. إذا كان حمل المواد الصلبة مرتفع جدا، يمكن أن يحدث انسداد والمناطق اللاهوائية، مما يقلل من كفاءة الترشيح الحيوي. لذلك، إذا كان السرير المتنامي يعمل كمرشح بيولوجي، فمن المستحسن إما تخزين الأسماك منخفضة جدا أو جهاز منفصل لإزالة المواد الصلبة.

اختيار المرشح الحيوي

نوع الفلتر الحيوي الأكثر استخدامًا في أكوابونيكش وفي راس هو مفاعل الفلتر الحيوي القاعدي المتحرك (MBBR) (الشكل 13، الجدول 6). تتكون وسائط مرشح السرير المتحرك من هياكل بلاستيكية صغيرة (1-2 سم) ذات مساحة سطح محددة عالية (مثل Kaldence k1). يتم الاحتفاظ بوسائط المرشح هذه في حركة مستمرة عن طريق التهوية (على سبيل المثال من خلال إدخال الهواء من خلال ألواح الهواء في الجزء السفلي من خزان الترشيح الحيوي). الحركة المستمرة من وسائل الإعلام لها تأثير التنظيف الذاتي على وسائل الإعلام مرشح ويمنع نمو البكتيريا واسعة النطاق. لتنظيف فلتر السرير المتحرك يجب أن تكون منفصلة عن راس ومن ثم عكسي مرة واحدة تقريبا في الأسبوع.

تدعم وسائل الإعلام الناقل نمو الأغشية الحيوية الميكروبية من خلال توفير مساحة كبيرة. عادة، يتم ملء MBBR 40-60٪ مع biocarriers، مما يخلق مساحة سطح مطلقة من 300-600 م^2/م3حجم المفاعل الحيوي. حركة الهواء يخلق قوى القص على الأفلام الحيوية ويحافظ على نمو وانهيار الفيلم الحيوي في التوازن. إذا كان الفيلم الحيوي على الناقلين يحصل سميكة جدا، ثم التهوية منخفضة جدا، وإذا كان غير موجود، ثم التهوية عالية جدا. ميزة رئيسية من MBBR هي التفريغ والتهوية عن طريق تدفق الهواء، والتي لا توفرها مرشحات السرير الثابتة.

مرشحات سرير ثابتة تحتوي على وسائط تصفية بيولوجية ثابتة. كما يعمل فلتر السرير الثابت كجهاز لإزالة المواد الصلبة حيث أنه يمتلك قدرات ترشيح لتصفية المواد الصلبة المتبقية والمركبات العضوية التي لم يتم تصفيتها في وحدة فصل المواد الصلبة. إذا كان التحميل العضوي أعلى من التدهور الطبيعي على السطح، يمكن أن تصبح كعكة المرشح مسدودة بسبب نمو الجسيمات والبكتيريا. يحتاج المرشح إلى غسل عكسي بانتظام ومعالجة مياه الغسيل العكسي بشكل منفصل (عن طريق الترسيب وما إلى ذلك). (الجدول 6).

المرشحات الصاعدة هي آخر أنواع المرشحات الثلاثة الشائعة وتعمل عن طريق قذف المياه من خلال كومة من ناقلات الأفلام الحيوية. أكبر فائدة من مرشح هزيلة هو تأثير التفريغ العالي من خلال ارتفاع سطح الماء إلى الهواء الناجم عن هزيلة. العيب الرئيسي هو تكاليف الضخ العالية اللازمة لجلب المياه إلى الارتفاع المطلوب. وبما أن هذه الناقلات لا يتم نقلها بانتظام كما هو الحال في MBBR، فإن الفيلم الحيوي ينمو أكثر سمكا على هذه الناقلات ويقلل من معدل النتريفيكاتيون. مرشحات الصب شائعة جدا في أكوابونيكش، لأنها تمكن تبادل الغاز (تفريغ ثاني_أكسيد الكربون والتهوية) في خطوة واحدة. وبالإضافة إلى ذلك، فإنها تحتاج فقط إلى دوران المياه وعدم وجود جهاز تهوية إضافي مثل MBBR (مثل منفاخ)، مما يجعلها نظام سهل جدا لبناء.

الشكل 13: نسختين من المرشحات الحيوية للوسائط المتحركة دون المستوى الأمثل: (يسار) biofilter يحتوي على الكثير من الرقائق الحيوية (الصورة R. Bolt)؛ (يمين) مرشح بيولوجي مع عدم وجود تهوية (الصورة: U. Strniša)

الجدول 6: أنواع المرشحات الحيوية وإيجابياتها وسلبياتها من حيث أداء النظام: مفاعل بيوفيلم قاعدي متحرك (MBBR)، فلتر السرير الثابت ومرشح القذف

نوع الفلتر الحيوي	البناء الأساسي	إيجابيات وسلبيات
مفاعل بيوفيلم السرير المتحرك (MBBR		النتريكاتيون ++ الترشيح - تفريغ الهواء +
فلتر سرير ثابت		النتريكتيون + الترشيح + تفريغ الغاز -
تصفية هزيلة		النتريفيتي+الترشيح -التفريغ ++ (إذا كانت مهوية) -

التفريغ والتهوية

و يحتاج صهاريج (خزانات) الأسماك, و المرشح الحيوي, و السرير (المواشي) المزروعة جميعها إلى تهوية مناسبة. هناك العديد من الطرق لتوفير ذلك، بما في ذلك استخدام مضخات النقل الجوي، وبخاخات المياه، ومجاذيف، والدوارات، والمنافيخ، والضواغط. كما هو الحال مع ضخ المياه، يجب أن تكون تهوية المياه موثوقة وفعالة من حيث الطاقة. ويمكن توفير التهوية في أنظمة أصغر باستخدام مضخة هواء موفرة للطاقة وطويلة الأمد وأنابيب فينيل من الدرجة الغذائية متصلة بالحجارة الهوائية الموضوعة في قاع الخزانات أو بالقرب منه وتزرع الأسرة. لا تكون مضخات الهواء كبيرة بشكل عام بما يكفي لتهوية الأنظمة الأكبر حجمًا، والتي تميل إلى استخدام منفاخ تجدد أو مولد أكسجين.

في أكوابونيكش، وتستخدم مضخات الهواء وحجارة الهواء لإجبار الهواء على الماء لتوفير جذور النباتات والأسماك مع الأكسجين. مضخات الهواء متوفرة على نطاق واسع في مجموعة من الأحجام، من صغيرة جدا إلى كبيرة جدا مع القدرة على تشغيل من واحد إلى العديد من الأحجار الهوائية، كل منها يدخل مئات من فقاعات صغيرة من الهواء النقي والغني بالأكسجين في المحلول. في حين أنه من الأسهل لدفع الهواء من الحجر الجوي الذي هو في المياه الضحلة، كنت لا تحصل على الكثير من الأوكسجين في الماء كما تفعل إذا كان الحجر الجوي هو أعمق. عندما يكون الحجر الهوائي أعمق عدد كبير من الفقاعات التي تخرج أصغر بسبب ارتفاع ضغط المياه، والتي لديها معا مساحة سطح أكبر من أقل فقاعات أكبر، وأنها تضطر إلى السفر أبعد من ذلك إلى السطح، مع المياه المحيطة امتصاص الأكسجين من الفقاعات على طول الطريق ل الجزء العلوي من الخزان حيث انفجرت على السطح.

مدخلات الأكسجين عالية الكفاءة

وتقنيات الأوكسجين الأساسية هي أنبوب U-، مخروط الأوكسجين، وانخفاض الأوكسجين الرأس (الأشكال 14-16، الجدول 7).

الجدول 7: خصائص الاحتمالات المختلفة لتخصيب الأكسجين عالي الكفاءة في RAS

تقنية الأوكسجين البسيطة لإذابة الأكسجين في مياه النظام هي U-Pipe (الشكل 14). يتم حقن الأكسجين في الجزء السفلي من أنبوب عميق يبلغ طوله 10-30 م يتدفق من خلاله ماء النظام. بسبب الرأس الهيدروليكي العالي، يؤدي الضغط العالي إلى انحلال الأكسجين العالي في عمود الماء. ومع ذلك، وبما أن هذه التقنية تتطلب بناء هياكل في عمق الأرض، فإن هذه الطريقة غالبا ما تكون غير قابلة للتنفيذ من الناحية العملية.

الشكل 14: U-الأنابيب

مخروط الأوكسيجينات (الشكل 15) يستخدم نفس المبدأ مثل أنبوب U-. والفرق هو أن الضغط الهيدروليكي العالي يسببه مضخة (التي تستخدم الكثير من الطاقة). هذه التكنولوجيا مناسبة بشكل خاص لتغطية الذروة في الطلب على الأكسجين، ولها كفاءة عالية من حيث حل الأكسجين.

الشكل 15: مخروط الأكسجين لإذابة الأكسجين النقي عند الضغط العالي المصدر: Timmons and Ebeling 2007 (يسار)، Bregnballe 2015 (يمين)

يستخدم الأوكسجين ذو الرأس** (LHO) (الشكل 16) طريقة أخرى لتخصيب الأكسجين. يتدفق الماء من خلال لوحة مثقبة ويسبب ارتفاع المياه إلى مساحة سطح الغاز في غرفة الخلط أدناه. تعمل منظمات LHO بشكل اقتصادي للغاية، على الرغم من أنها لا تستطيع تحقيق تركيزات أكسجين عالية بقدر ما تستطيع المخاريط.

الشكل 16: الأوكسجين المنخفض الرأس

تخصيب الأكسجين منخفض الكفاءة

و يبين الشكل 17 و الجدول 8 إمكانيات مختلفة لتخصيب الأوكسجين منخفض الكفاءة.

الشكل 17: الاحتمالات المختلفة لتخصيب الأكسجين المنخفض الكفاءة في الاستزراع المائي

الجدول 8: خصائص الاحتمالات المختلفة لتخصيب الأكسجين المنخفض الكفاءة في RAS

الأكسجين الفقاعي الدقيق أو تحميل

الأكسجين الخشنة الفقاعة الفقاعة

الهواء المضغوط الخشنة

*حقوق الطبع والنشر © شركاء مشروع Aqu @teach. Aqu @teach هي شراكة استراتيجية إيراسموس في التعليم العالي (2017-2020) بقيادة جامعة غرينتش، بالتعاون مع جامعة زيوريخ للعلوم التطبيقية (سويسرا)، والجامعة التقنية في مدريد (إسبانيا)، وجامعة ليوبليانا ومركز ناكلو التقني الحيوي (سلوفينيا) . *