10.1 परिचय

एक्वापोनिक्स की अवधारणा एक टिकाऊ उत्पादन प्रणाली होने के साथ जुड़ी हुई है, क्योंकि यह माइक्रोन्यूट्रेंट्स (यानी नाइट्रोजन (एन), फास्फोरस (पी), पोटेशियम (के), कैल्शियम (सीए), मैग्नीशियम (एमजी) और सल्फर (एस) में समृद्ध जलीय कृषि प्रणाली (एस) और सूक्ष्म पोषक तत्व (यानी लौह (फे), मैंगनीज (Mn), जस्ता (Zn), तांबा (Cu), बोरान (बी) और मोलिब्डेनम (मो)) पौधों निषेचन के लिए (Graber और जंग 2009; Licamele 2009; निकोल्स और Savidov 2012; Turcios और Papenbrock 2014)। एक बहुत बहस का सवाल यह है कि क्या यह अवधारणा अर्ध बंद-लूप प्रणाली होने की अपनी महत्वाकांक्षा से मेल खा सकती है, क्योंकि सिस्टम में प्रवेश करने वाले पोषक तत्वों की उच्च मात्रा पोषक तत्व युक्त मछली कीचड़ (एंडट एट अल। 2010; नेलर एट अल 1999; नेटो और ओस्ट्रेंस्की 2013) का निर्वहन करके बर्बाद हो जाती है। दरअसल, आरएएस और एक्वापोनिक सिस्टम में अच्छी पानी की गुणवत्ता बनाए रखने के लिए, ठोस हटाने के लिए पानी को लगातार छानना होगा। ठोस निस्पंदन के लिए दो मुख्य तकनीकों को एक जाल में कणों को बनाए रखना है (यानी ड्रम फिल्टर के रूप में जाल निस्पंदन) और कणों को स्पष्टीकरण में छानने की अनुमति देना है। अधिकांश पारंपरिक पौधों में, इन यांत्रिक निस्पंदन उपकरणों से कीचड़ बरामद की जाती है और सीवेज के रूप में छुट्टी दी जाती है। सबसे अच्छे मामलों में, कीचड़ सूख जाती है और भूमि के खेतों पर उर्वरक के रूप में लागू होती है (ब्रॉड एट अल। 2017)। विशेष रूप से, 50% तक (शुष्क पदार्थ में) मछली द्वारा ठोस के रूप में उत्सर्जित किया जाता है (चेन एट अल 1997), और मछली फ़ीड के माध्यम से एक्वापोनिक सिस्टम में प्रवेश करने वाले अधिकांश पोषक तत्व इन ठोस पदार्थों में जमा होते हैं और इसलिए कीचड़ में (नेटो और ओस्ट्रेंस्की 2013; श्नाइडर एट अल। इसलिए, प्रभावी ठोस निस्पंदन हटा देता है, उदाहरण के लिए, 80% से अधिक मूल्यवान पी (मोन्सी एट अल। 2017) जो अन्यथा पौधे के उत्पादन के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। इसलिए, एक्वापोनिक अनुप्रयोगों के लिए इन मूल्यवान पोषक तत्वों को रीसाइक्लिंग करना महत्वपूर्ण है। हाइड्रोपोनिक इकाई में उनका पुन: उपयोग करने के लिए कीचड़ में निहित पोषक तत्वों को खनिज बनाने में सक्षम एक उपयुक्त कीचड़ उपचार का विकास पोषक तत्व लूप को उच्च डिग्री तक बंद करने में योगदान देने और इस प्रकार एक्वापोनिक सिस्टम के पर्यावरणीय प्रभाव को कम करने के लिए एक आवश्यक प्रक्रिया प्रतीत होता है (Goddek एट अल। 2015; गॉडडेक और कीसमैन 2018; गॉडडेक और कोरनर 2019)।

यह प्रयोगात्मक अध्ययनों में दिखाया गया है जो एक्वापोनिक पोषक तत्व समाधान (यानी पोषक तत्वों की कमी के अलावा) को पूरक करता है, हाइड्रोपोनिक्स (डेलाइड एट अल। 2016; आरयू एट अल। 2017; साहा एट अल 2016) की तुलना में पौधों के विकास को बढ़ावा देता है। इसलिए, कीचड़ खनिज भी एक्वापोनिक प्रणाली के प्रदर्शन में सुधार करने का एक आशाजनक तरीका है क्योंकि पुनर्प्राप्त पोषक तत्वों का उपयोग एक्वापोनिक समाधान के पूरक के लिए किया जाता है। इसके अलावा, साइट पर खनिज इकाइयां एक्वापोनिक सुविधाओं की आत्मनिर्भरता भी बढ़ा सकती हैं, खासकर पी के रूप में परिमित संसाधनों के संबंध में जो पौधों के विकास के लिए आवश्यक है। पी खनन गतिविधियों द्वारा उत्पादित किया जाता है, जिससे जमा दुनिया भर में समान रूप से वितरित नहीं होते हैं। इसके अलावा, इसकी कीमत पिछले दशक (मैकगिल 2012) के भीतर 800% तक बढ़ी है। इस प्रकार, एक्वापोनिक सिस्टम में लागू खनिज इकाइयों को भी भविष्य की आर्थिक सफलता और स्थिरता में वृद्धि की संभावना है।

एक्वापोनिक्स में स्लज उपचार को अतीत में किए जाने की तुलना में अलग-अलग संपर्क करने की आवश्यकता है। दरअसल, पारंपरिक अपशिष्ट जल उपचार में, मुख्य उद्देश्य एक निर्जलित और साफ प्रवाह प्राप्त करना है। उपचार प्रदर्शन अपशिष्ट जल से बाहर दूषित पदार्थों (जैसे ठोस, नाइट्रोजन (एन), फास्फोरस (पी), आदि) को हटाने के मामले में व्यक्त किए जाते हैं और प्राप्त गुणवत्ता (टेकोबैनोग्लस एट अल। इस पारंपरिक दृष्टिकोण का उपयोग करते हुए, कई अध्ययनों ने मात्रात्मक सबूत प्रदान किए हैं कि रासायनिक ऑक्सीजन की मांग (सीओडी) और कुल निलंबित ठोस पदार्थों (टीएसएस) का लगातार अनुपात एरोबिक, एनारोबिक और अनुक्रमिक एरोबिक- एनारोबिक स्थितियों (Goddek एट अल। 2018; चौधरी एट अल। 2010; मिर्जोयान एट अल 2010; वान रिजन 2013) हालांकि, एक्वापोनिक सिस्टम में, मछली से अपशिष्ट जल को एक मूल्यवान उर्वरक स्रोत माना जाता है। बंद-लूप दृष्टिकोण के भीतर, छुट्टी दे दी गई ठोस भाग को कम करने की आवश्यकता होती है (यानी कार्बनिक कमी अधिकतम), और प्रदूषण में पोषक तत्व सामग्री को अधिकतम करने की आवश्यकता होती है (यानी पोषक तत्व खनिज अधिकतम किया जाता है)। इसलिए, एक्वापोनिक्स में अपशिष्ट जल उपचार के प्रदर्शन को अब दूषित पदार्थों को हटाने के मामले में व्यक्त करने की आवश्यकता नहीं है बल्कि इसके दूषित पदार्थों में कमी और पोषक तत्व खनिज क्षमता के संदर्भ में व्यक्त किया जाना चाहिए।

कुछ अध्ययनों ने जैविक कमी के प्रयोजनों के लिए एरोबिक और एनारोबिक उपचार के साथ मछली कीचड़ को पचाने की कार्यात्मक क्षमता का प्रदर्शन किया है (Goddek एट अल। 2018; वैन रिजन एट अल 1995)। बायोरिएक्टर में एनारोबिक उपचार के साथ, उच्च शुष्क पदार्थ (यानी टीएसएस) में कमी प्रदर्शन (जैसे 90% से अधिक) प्राप्त किया जा सकता है जबकि मीथेन का उत्पादन भी किया जा सकता है (वैन लियर एट अल। 2008; मिर्ज़ोयान और ग्रॉस 2013; योगेव एट अल।

कीचड़ का एरोबिक उपचार कार्बनिक पदार्थ को कम करने का एक बहुत ही प्रभावी तरीका है, जो श्वसन के दौरान COSUB2/उप में ऑक्सीकरण होता है (Eq 10.1 देखें)। उदाहरण के लिए, 90% की कमी दर (यहां निलंबित ठोस, सीओडी और बीओडी कमी के रूप में निर्धारित) को जल संसाधन वसूली सुविधा (एसईओ एट अल 2017) से सूचित किया गया था। एरोबिक प्रक्रियाएं एनारोबिक की तुलना में तेजी से होती हैं, लेकिन वे अधिक महंगा हो सकते हैं (चेन एट अल 1997) कीचड़ के निरंतर वातन के रूप में पानी के मिश्रण को ऊर्जावान पंप या मोटर्स की आवश्यकता होती है। इसके अलावा, पोषक तत्वों के महत्वपूर्ण अंश माइक्रोबियल बायोमास में परिवर्तित हो जाते हैं और पानी में भंग नहीं रहते हैं।

हालांकि इन अध्ययनों मछली कीचड़ की जैविक कमी क्षमता से पता चला है, केवल कुछ लेखकों विशिष्ट पोषक तत्वों की रिहाई की जांच की है (एन और पी के लिए उदाहरण के लिए) मछली कीचड़ से। इन अध्ययनों में से अधिकांश इन विट्रो बैच प्रयोगों में कम थे (कॉनरॉय और Couturier 2010; Monsees एट अल। 2017; स्टीवर्ट एट अल। 2006) और एक ऑपरेटिंग आरएएस (योगेव एट अल। हालांकि सिद्धांत में कुछ हद तक चर्चा की (Goddek एट अल। 2016; Yogev एट अल। 2017), अनुसंधान अब शुरू करने के लिए व्यवस्थित रूप से एरोबिक और अवायवीय रिएक्टरों दोनों के लिए मछली कीचड़ के कार्बनिक कमी और पोषक तत्व खनिज प्रदर्शन की जांच करने के लिए है और पानी की संरचना और संयंत्र पर इसके प्रभाव विकास। इसलिए, इस अध्याय का उद्देश्य विभिन्न मछली कीचड़ उपचारों पर एक सिंहावलोकन देना है जिसे कार्बनिक कमी और पोषक तत्व खनिज प्राप्त करने के लिए एक्वापोनिक सेटअप में एकीकृत किया जा सकता है। कुछ डिजाइन दृष्टिकोणों को हाइलाइट किया जाएगा। एक्वापोनिक कीचड़ उपचार के संदर्भ में पोषक द्रव्यमान संतुलन दृष्टिकोण पर चर्चा की जाएगी, और कीचड़ उपचार के प्रदर्शन को मापने के लिए विशिष्ट पद्धति विकसित की जाएगी।