FarmHub
11.7 Инструменты моделирования
В аквапонике для иллюстрации функциональности аквапонической системы обычно используются блок-схемы или схемы запаса и потока (SFD) и каузальные петли (CLD). Ниже будет описана блок-схема и CLD. 11.7.1 Блок-схемы Чтобы получить системное представление о аквапонике, блок-схемы с наиболее важными компонентами аквапоники являются хорошим инструментом, чтобы показать, как материал течет в системе. Это может помочь, например, найти недостающие компоненты и несбалансированные потоки и главным образом повлиять на детерминанты подпроцессов. На рисунке 11.18 показана простая блок-схема аквапоники.
· Aquaponics Food Production Systems11.6 Многоконтурное аквапоническое моделирование
Традиционные аквапонные конструкции состоят из аквакультурных и гидропонных установок, включающих рециркуляцию воды между обеими подсистемами (Körner et al. 2017; Graber and Junge 2009). В таких одноконтурных аквапонных системах необходимо найти компромисс между условиями обеих подсистем с точки зрения pH, температуры и концентрации питательных веществ, поскольку рыбы и растения разделяют одну экосистему (Goddek et al. 2015). В отличие от этого, развязанные двухконтурные аквапонные системы отделяют РАС и гидропоники друг от друга, создавая отдельные экосистемы с присущими им преимуществами как для растений, так и для рыб.
· Aquaponics Food Production Systems11.5 Моделирование парниковых газов ВД
Использование сельскохозяйственных вод и поглощение питательных веществ является центральной подсистемой аквапоники. Части HP сложны, так как чистое поглощение воды и растворенных питательных веществ не просто следуют простой линейной зависимости, например, рост рыбы. Для создания полнофункциональной модели необходим полный симулятор теплицы. Это включает подмодельные системы физики теплиц, включая контроллеры климата и биологию сельскохозяйственных культур, охватывающие интерактивные процессы с биологическими и физическими стрессорами. Тем не менее, с точки зрения HP, парниковый климат является основным драйвером для полной аквапонной системы, включая, рядом с балансами питательных веществ, петли обратной связи тепла, производимого рыбой, и дополнительные COSub2/Sub, поставляемые растениям, согласно данным Körner et al.
· Aquaponics Food Production Systems11.4 Моделирование анаэробного сбраживания
Рис. 11.10 Моделирование ТАН (xSubNHX-N,1/sub) в [мг/л] в течение 2 дней = 2880 мин при Q = 300 л/мин (синий) и Q = 200 л/мин (оранжевый) Рис. 11.11 Моделирование нитрата-N (xSubNO3-n,1/sub) в [мг/л] в течение 50 дней = 72 000 мин при QSubexc/sub = 300 л/сут (желтый), QSubexc/sub = 480 л/сут (оранжевый) и QSubexc/sub = 600 л/суб (синий) Анаэробное сбраживание органического материала — это процесс, который включает последовательные этапы гидролиза, ацидогенеза, ацетогенеза и метаногенеза (Batstone et al.
· Aquaponics Food Production Systems11.3 Моделирование РАН
Мировая рыбоводческая аквакультура достигла 50 млн. тонн в 2014 году (FAO 2016). Учитывая рост численности населения, растет спрос на рыбные белки. Устойчивый рост аквакультуры требует новых (биотехнологий) технологий, таких как рециркулирующие системы аквакультуры (РАС). RAS имеют низкое потребление воды (Orellana 2014) и позволяют перерабатывать экскрементные продукты (Waller et al. 2015). В результате многоступенчатой очистки воды, такой как разделение частиц, нитрификация (биофильтрация), газообмен и температурный контроль, RAS обеспечивают подходящие условия жизни для рыб.
· Aquaponics Food Production Systems11.2 Справочная информация
Имеется множество определений системы, начиная от неполных описаний и заканчивая строгими математическими формулировками. Таким образом, система рассматривается как объект, в котором различные переменные взаимодействуют во всех видах временных и пространственных масштабах и который производит наблюдаемые сигналы. Эти типы систем также называются открытыми системами. Графическое представление общей открытой системы (S) с векторными входными и выходными сигналами представлено на рис. 11.2. Таким образом, несколько входов или выходов объединяются в одну стрелку. Таким образом, системные переменные могут быть скалярами или векторами.
· Aquaponics Food Production Systems11.1 Введение
В целом математические модели могут принимать очень разные формы в зависимости от изучаемой системы, которые могут варьироваться от социальных, экономических и экологических до механических и электрических систем. Как правило, внутренние механизмы социальных, экономических или экологических систем не очень хорошо известны или понятны, и зачастую имеются лишь небольшие наборы данных, в то время как предварительные знания механических и электрических систем находятся на высоком уровне, и эксперименты могут быть легко проведены. Кроме того, форма модели также в значительной степени зависит от конечной цели процедуры моделирования.
· Aquaponics Food Production Systems10.6 Выводы
Обработка рыбного шлама в целях восстановления и восстановления питательных веществ находится на ранней стадии внедрения. Необходимы дальнейшие исследования и улучшения, и этот день будет наблюдаться с растущими заботами о циклической экономике. Действительно, рыбный шлам следует рассматривать скорее как ценный источник, а не как одноразовые отходы.
· Aquaponics Food Production Systems10.5 Методология количественной оценки эффективности снижения осадка и минерализации
Для определения сбраживания аквапонной обработки ила в аэробных и анаэробных биореакторах необходимо следовать специальной методике. В этой главе представлена методология, адаптированная для целей обработки аквапонных шламов. Конкретные уравнения были разработаны для точного количественного определения их производительности (Delaide et al. 2018), и их следует использовать для оценки эффективности обработки, применяемой в конкретном аквапонном растении. Для того чтобы оценить эффективность лечения, необходимо применять подход к балансу массы. Это требует, чтобы ТВУ, ХПК и массы питательных веществ определялись для всех входов реактора (т.
· Aquaponics Food Production Systems10.4 Анаэробные процедуры
Анаэробное сбраживание (АД) уже давно используется для стабилизации и уменьшения массы ила, в основном из-за простоты эксплуатации, относительно низких затрат и производства биогаза в качестве потенциального источника энергии. Общее стехиометрическое представление анаэробного сбраживания можно описать следующим образом: $CNHAOB+ (n-a/4-b/2)\ cdot H_2O\ rarr (n/2-a/8+b/4)\ cdot CO_2+ (n/2+a/8-b/4)\ cdot CH4$ (10.4) Уравнение 10.4 Общий баланс массы биогаза (март 1992 года). Теоретическая концентрация метана может быть рассчитана следующим образом: $ [CH_4] =0.5+ (a/4+b/2) /2n$ (10,5)
· Aquaponics Food Production Systems