FarmHub
9.1 Введение
Системы Aquaponic предлагают различные преимущества, когда дело доходит до производства продуктов питания инновационным и устойчивым способом. Помимо синергетического эффекта увеличения воздушной концентрации COSub2/Sub для тепличных культур и снижения общего потребления тепловой энергии при выращивании рыбы и сельскохозяйственных культур в одном и том же пространстве (Körner et al. 2017), аквапоника обладает двумя основными преимуществами для круговорота питательных веществ. Во-первых, сочетание рециркулирующей системы аквакультуры с гидропонным производством позволяет избежать сброса в уже загрязненные грунтовые воды аквакультуры, обогащенные растворенным азотом и фосфором (Buzby and Lin 2014; Guangzhi 2001; van Rijn 2013), и, во-вторых, это позволяет удобрять непочвенные культуры с тем, что можно считать органическим раствором (Goddek et al.
· Aquaponics Food Production Systems8.7 Воздействие на окружающую среду
Основываясь на примере 8.2, имеются данные о том, что обработка осадка в реакторах может оказать благотворное воздействие на повторное использование питательных веществ, особенно фосфора. Биореакторные системы, такие как последовательная двухступенчатая система реактора УАСБ, могут повысить эффективность рециркуляции фосфора до 300% ([глава 10](/сообщество/изделия/глава 10-аэробная и анаэробная обработка для аквапонического шлама-восстановления и минерализации)). Ранее в [главе 2](/communitity/articles/глава 2-аквапоника - закрытие цикла - на ограниченных водных ресурсах и питательных веществах) мы обсуждали фосфорный парадокс в отношении как дефицита фосфатов, так и проблем с эвтрофикацией.
· Aquaponics Food Production Systems8.6 Экономические последствия
Технологии, которые приносят меньшую прибыль, но лучше для окружающей среды, обычно внедряются только тогда, когда операторы получают стимул в виде субсидий или политики, заставляют их делать это. В случае одноконтурных систем аквапоники привлекательность заключается в новой технологии и подходе системы к устойчивому использованию ресурсов, а не в ее экономическом потенциале. Тем не менее, последние публикации свидетельствуют об увеличении производства: зелень растет лучше в развязанных средах, чем в стерильных гидропонных системах (Delaide et al.
· Aquaponics Food Production Systems8.5 Мониторинг и контроль
В классическом управлении обратной связью, как PI или PID (пропорционально-интегрально-производная), контролируемые переменные (CV) непосредственно измеряются, сравниваются с уставкой, и впоследствии возвращаются в процесс через закон управления обратной связью. На рис. 8.10 сигналы, без аргумента времени, обозначаются маленькой буквой, где y - управляемая переменная (CV), которая сравнивается с эталонным сигналом r. Ошибка отслеживания ε (т.е. r - y) подается в контроллер, либо в аппаратном или программном обеспечении, с которого входной сигнал управления u, также известный как управляемая переменная (MV), генерируется.
· Aquaponics Food Production Systems8.4 Калибровка многоконтурных систем
Для определения размера системы аквапоники требуется балансировка входных и выходных питательных веществ. Здесь мы в основном применяем тот же принцип, что и размер одноконтурной системы. Тем не менее, этот подход немного сложнее, но он будет полностью проиллюстрирован на примере. Рис. 8.5 Схема, показывающая баланс массы в четырехконтурной системе аквапоники; где msubfeed/sub - это растворенные питательные вещества, добавляемые в систему через корм. Добавить этикетки: Qsubdis/Sub - Qsubx/Sub для дистиллята, возвращаемого в HP; «шлам» для питательных веществ, поступающих в реактор
· Aquaponics Food Production Systems8.3 Цикл перегонки и опреснения
В развязанных системах аквапоники наблюдается односторонний поток из РАС в узел гидропоники. На практике растения забирают воду, поставляемую РАС, которая, в свою очередь, пополняется пресной (например, водопроводной или дождевой) водой. Необходимый отток из блока RAS равен разнице между водой, покидающей систему ВД через установки (и через дистилляционную установку), и водой, поступающей из реактора минерализации в гидропонике (рис. 8.4). Упрощенное резюме заключается в том, что долгосрочная потребность в потоке воды от RAS до HP равна потреблению сельскохозяйственной воды в результате эвапотранспирации и хранения растительной воды в растительной биомассе.
· Aquaponics Food Production Systems8.2 Цикл минерализации
В RAS для поддержания качества воды из системы необходимо удалить твердый и насыщенный питательными веществами ил. Добавляя дополнительный цикл рециркуляции ила, накапливающиеся отходы РАС могут быть преобразованы в растворенные питательные вещества для повторного использования растениями, а не выброшены (Emerenciano et al. 2017). В биореакторах микроорганизмы могут разбить этот шлам на биодоступные питательные вещества, которые впоследствии могут быть доставлены растениям (Delaide et al. 2018; Goddek et al. 2018; Monsees et al. 2017a, b).
· Aquaponics Food Production Systems8.1 Введение
Как обсуждалось в главах 5 и [7](/community/articles/chapter-7 пар аквапоники), одноконтурные системы аквапоники хорошо исследованы, но такие системы имеют субооптимальную общую эффективность (Goddek et al. 2016; Goddek and al.. По мере того, как аквапоника доходит до промышленного производства, особое внимание уделяется повышению экономической жизнеспособности таких систем. Одна из лучших возможностей для оптимизации производства с точки зрения урожайности может быть реализована путем развязки компонентов в системе аквапоники для обеспечения оптимальных условий роста как рыбы, так и растений.
· Aquaponics Food Production Systems7.9 Некоторые преимущества и недостатки связанной аквапоники
Следующая дискуссия раскрывает ряд ключевых плюсов и проблем связанной аквапоники: Pro: Смежные аквапонные системы имеют множество преимуществ для производства продуктов питания, особенно экономят ресурсы в различных масштабах производства и в широком спектре географических регионов. Основная цель этого производственного принципа заключается в наиболее эффективном и устойчивом использовании дефицитных ресурсов, таких как корма, вода, фосфор в качестве ограниченного питательного вещества и энергии растений. В то время как аквакультура и гидропоника (как самостоятельная) по сравнению с аквапоникой являются более конкурентоспособными, связанная аквапоника может иметь преимущество с точки зрения устойчивости и, следовательно, оправдание этих систем, особенно если рассматривать их в контексте, например, изменения климата, сокращения ресурсов, сценариев которые могут изменить наше видение устойчивого сельского хозяйства в будущем.
· Aquaponics Food Production Systems7.8 Вопросы системного планирования и управления
Связанная аквапоника зависит от питательных веществ, которые обеспечиваются рыбными установками, либо коммерчески интенсивно используемыми РАС, либо резервуарами, которые хранятся в обширных условиях при небольших операциях. Плотность рыб в последнем часто составляет около 15—20 кг/мсуп3/сап (тилапия, карп), но обширное производство африканского сома может быть выше до 50 кг/мсуп3/сап. Такие различия в плотности залегания оказывают значительное влияние на потоки питательных веществ и наличие питательных веществ в растениях, на требования в отношении контроля и корректировки качества воды, а также на соответствующие методы управления.
· Aquaponics Food Production Systems