Capitolo 11 Modellazione dei sistemi di acquaponica
11.8 Discussione e conclusioni
L’acquaponica è un complesso sistema tecnico e biologico. Ad esempio, possibili spiegazioni per i pesci che non crescono correttamente possono essere piccole razioni alimentari, qualità avversa dell’acqua, problemi tecnici che causano stress, ecc. A causa della biologia intrinsecamente lenta, le indagini scientifiche sulla validità di queste spiegazioni sarebbero noiose e richiedono diverse prove sperimentali per ottenere tutti i fattori importanti e le loro interazioni, richiedendo un sacco di strutture, competenze, tempo di ricerca e risorse finanziarie.
· Aquaponics Food Production Systems11.7 Strumenti di modellazione
In acquaponica, diagrammi di flusso o diagrammi di stock e di flusso (SFD) e diagrammi di ciclo causale (CLD) sono comunemente utilizzati per illustrare la funzionalità del sistema aquaponico. Di seguito verranno descritti i diagrammi di flusso e i CLD. 11.7.1 Grafici di flusso Per ottenere una comprensione sistemica dell’acquaponica, i diagrammi di flusso con i componenti più importanti dell’acquaponica sono un buon strumento per mostrare come fluisce il materiale nel sistema.
· Aquaponics Food Production Systems11.6 Modellazione acquaponica multi-loop
I progetti acquaponici tradizionali comprendono l’acquacoltura e le unità idroponiche che comportano il ricircolo di acqua tra i due sottosistemi (Körner et al. 2017; Graber e Junge 2009). In tali sistemi acquaponici a ciclo unico, è necessario effettuare un compromesso tra le condizioni di entrambi i sottosistemi in termini di pH, temperatura e concentrazioni di nutrienti, poiché pesci e piante condividono un ecosistema (Goddek et al. 2015). Al contrario, i sistemi acquaponici a doppio anello disaccoppiati separano le unità RAS e idroponiche l’una dall’altra, creando ecosistemi distaccati con vantaggi intrinseci sia per le piante che per i pesci.
· Aquaponics Food Production Systems11.4 Modellazione della Digestione Anaerobica
Fig. 11.10 Simulazione di TAN (XSubnHX-N,1/sub) in [mg/l] su 2 giorni = 2880 min con Q = 300 l/min (blu) e Q = 200 l/min (arancione) Fig. 11.11 Simulazione di nitrato-N (XSubNO3-N,1/sub) in [mg/l] su 50 giorni = 72.000 min con QSubbexC/Sub = 300 l/giorno (giallo), QSubexC/Sub = 480 l/giorno (arancione) e QSUBexC/Sub = 600 l/giorno (blu) La digestione anaerobica (AD) di materiale organico è un processo che coinvolge le fasi sequenziali di idrolisi, acidogenesi, acetogenesi e metanogenesi (Batstone et al.
· Aquaponics Food Production Systems11.3 Modellazione RAS
L’acquacoltura ittica globale ha raggiunto i 50 milioni di tonnellate nel 2014 (FAO 2016). Data la crescente popolazione umana, c’è una crescente domanda di proteine del pesce. La crescita sostenibile dell’acquacoltura richiede nuove tecnologie (bio) come i sistemi di ricircolo di acquacoltura (RAS). I RAS hanno un basso consumo di acqua (Orellana 2014) e consentono il riciclo di prodotti escretori (Waller et al. 2015). Il RAS fornisce condizioni di vita adeguate per i pesci, grazie a un trattamento delle acque in più fasi, come la separazione delle particelle, la nitrificazione (biofiltrazione), lo scambio di gas e il controllo della temperatura.
· Aquaponics Food Production Systems11.2 Sfondo
Sono disponibili molte definizioni di un sistema, che vanno da descrizioni sciolte a formulazioni matematiche rigorose. In quanto segue, un sistema è considerato un oggetto in cui diverse variabili interagiscono a tutti i tipi di scale spaziali e temporali e produce segnali osservabili. Questi tipi di sistemi sono anche chiamati sistemi aperti. Una rappresentazione grafica di un sistema aperto generale (S) con segnali di ingresso e uscita a valori vettoriali è rappresentata in Fig.
· Aquaponics Food Production Systems11.1 Introduzione
In generale, i modelli matematici possono assumere forme molto diverse a seconda del sistema in esame, che può variare dai sistemi sociali, economici e ambientali ai sistemi meccanici ed elettrici. Tipicamente, i meccanismi interni dei sistemi sociali, economici o ambientali non sono molto noti o compresi e spesso sono disponibili solo piccoli insiemi di dati, mentre la conoscenza preventiva dei sistemi meccanici ed elettrici è ad un livello elevato, e gli esperimenti possono essere fatti facilmente.
· Aquaponics Food Production Systems11,5 HP Modellazione di serre
L’uso dell’acqua di coltura e l’assorbimento dei nutrienti sono un sottosistema centrale dell’acquaponica. La parte HP è complessa, poiché l’assorbimento puro di acqua e sostanze nutritive disciolte non segue semplicemente una relazione lineare piuttosto semplice come, ad esempio, la crescita dei pesci. Per creare un modello completo, è necessario un simulatore di serra completo. Si tratta di sistemi sottomodelli di fisica delle serre, compresi i controllori del clima e la biologia delle colture, che coprono processi interattivi con fattori di stress biologici e fisici.
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