Aqu @teach: Классификация аквапоники

Разграничение аквапоники и других интегрированных технологий иногда неясно. Palm et al. (2018) предложила новое определение аквапоники, в соответствии с которым большинство (> 50%) питательных веществ, поддерживающих рост растений, должны быть получены из отходов, образующихся при кормлении водных организмов.

Аквапоника в более узком смысле (аквапоника sensu stricto) применяется только к системам с гидропоникой и без использования почвы. Некоторые из новых интегрированных систем аквакультуры, объединяющих рыбу с водорослями, также подпадают под эту концепцию. С другой стороны, термин аквапоника в более широком смысле (аквапоника sensu lato) может применяться к системам, которые включают в себя технологии садоводства и растениеводства, которые используют процессы минерализации, буферные и питательные функции различных субстратов, включая почву. Palm et al. (2018) предлагает термин «аквапоническое земледелие» для этих видов деятельности.

Таблица 2: Классификация аквапоники в соответствии с различными принципами проектирования с примерами для каждой категории (адаптирована с Maucieri et al. 2018)

Аквапоника может преследовать различные цели или заинтересованные стороны — от научных исследований и разработок, образовательной и социальной деятельности до натурального сельского хозяйства и производства продовольствия в коммерческих масштабах. Она может быть реализована различными способами и средами, такими как засушливые и загрязненные земли, производство во дворе, городское сельское хозяйство и т.д. Хотя система может одновременно выполнять несколько задач, включая озеленение и украшения, социальное взаимодействие и производство продуктов питания, как правило, она не может достичь всех этих целей. в то же время. Для удовлетворительного выполнения каждой из возможных целей компоненты системы должны удовлетворять различные, иногда контрастные, требования. Выбор подходящей аквапонической системы для конкретной ситуации должен основываться на реалистичных оценках (включая, в соответствующих случаях, разумный бизнес-план) и должен привести к индивидуальному решению. Если следовать классификации Maucieri et al. (2018), которая классифицирует аквапонные системы по различным категориям (например, тип заинтересованной стороны, режим работы, размер, тип гидропонной системы и т.д.), то несколько различных варианты выбора подходящей аквапонической системы (табл. 2). Любое решение должно приниматься в пределах имеющегося бюджета, хотя можно построить систему при очень низких затратах.

Классификация по режиму эксплуатации: экстенсивная (с интегрированным использованием осадка) и интенсивная (с сепарацией осадка)

Одной из частей аквапонной системы является аквариум, в котором рыба кормятся, и через их обмен веществ фекалии и аммиак выводятся в воду. Однако высокие концентрации аммиака являются токсичными для рыб. Через нитрифицирующие бактерии аммиак превращается в нитрит, а затем в нитрат, который относительно безвреден для рыбы и является предпочтительной формой азота для выращивания таких культур, как овощи. Обширное производство включает биофильтр, а также удаление осадка непосредственно в гидропонной установке, используя субстраты, которые обеспечивают надлежащую поддержку роста биопленки, такие как гравий, песок и керамогранит. Интенсивное производство использует отдельный биофильтр и систему сепарации шлама. Оба метода эксплуатации имеют свои преимущества и недостатки. В то время как интегрированное использование осадка позволяет полностью перерабатывать питательные вещества, отрицательные аспекты включают мутную воду и довольно низкую производительность биофильтра, что позволяет лишь ограниченное количество рыбных запасов. Раздельное удаление осадка и биофильтр, с другой стороны, позволяют интенсивно закладывать рыбу до 100 и более кг/м³. Положительные аспекты включают чистую воду, низкую концентрацию БПК (биохимическая потребность в кислороде), меньшую микробную нагрузку и оптимизированную производительность биофильтра. Однако эти системы допускают лишь частичную рециркуляцию питательных веществ. Может потребоваться дополнительный этап обработки осадка (на месте или вне участка), такой как соединение биодигестов ила или вермикомпостирование (Goddek _et al._2016b).

#

Рис. 4. Система Aquaponic с интегрированным использованием ила

#

Рис. 5: Возможное расположение аквапонной системы с сепарацией ила

Управление водным циклом

Закрытая петля (соединенные) системы: аквапонные системы могут быть сконструированы и эксплуатированы как рециркуляционный контур, при этом поток воды движется в обоих направлениях, от бассейна рыбы к гидропонной установке и наоборот. Вода постоянно циркулирует из РАН в гидропонный блок, и обратно в РАН.

Открытая петля: в последнее время произошли изменения в направлении независимого контроля над каждым системным блоком, главным образом из-за различных экологических требований к рыбе и растениям. Такие системы, в которых аквакультура, гидропоника и, если это применимо, реминерализация рыбного ила могут контролироваться независимо, называются развязанными аквапонными системами (ДАПС). Разсоединенные аквапонные системы состоят из РСА, соединенного с гидропонным блоком (с дополнительным резервуаром) с помощью одностороннего клапана. Вода отдельно рециркулируется внутри каждой системы и поставляется по требованию из РСА на гидропонный блок, но она не поступает обратно (Goddek et al. 2016a; Monsees et al. 2017).

На рис. 6 показана схематическая иллюстрация связанной и развязанной аквапоники. В соединенной (замкнутой контуре) системе, состоящей из RAS (синего цвета: резервуары для выращивания, осветлитель и биофильтр), непосредственно соединенной с гидропонным блоком (зеленый: NFT-лотки), вода постоянно циркулируется из RAS в гидропонный блок и обратно в RAS. В развязанной (открытой контуре) аквапонной системе, состоящей из РАС, соединенной с гидропонным блоком (с дополнительным резервуаром) с помощью одноходового клапана, вода отдельно рециркулируется внутри каждой системы, и вода поступает по запросу из РАС на гидропонный узел, но не возвращается в РАС.

#

Рисунок 6: Схематическая иллюстрация связанной (слева) и развязанной (справа) аквапоники.

Типы гидропонной системы, используемые в аквапонике

Техника питательной пленки

В системах Nutrient Film Technique (NFT) вода из аквариума проходит через дно горизонтальной трубы ПВХ в тонкой пленке. Эти трубы имеют отверстия, вырезанные в верхнюю часть, в которых растения выращиваются таким образом, что их корни мотаются в воде, протекающей по дну. Питательные вещества из бака поглощаются растениями, и поскольку их корни только частично погружены, это позволяет им контактировать с атмосферным кислородом.

Таблица 3: Преимущества и недостатки НФТ

Рисунок 7: Технология питательной пленки (NFT). Left — Схема всей системы. Справа — Фото системы (Фото ZHAW)

Техника Медиа-постели

Кровати, наполненные носителями, являются самым популярным дизайном для мелкомасштабной аквапоники. Эти конструкции эффективно используют пространство, имеют относительно низкую первоначальную стоимость и подходят для новичков из-за их стабильности и простоты. Средство используется для поддержки корней растений и функционирует как механический и биологический фильтр.

Таблица 4: Преимущества и недостатки техники медиапостели

Figure 8: Техника постели. Left — Схема всей системы. Справа — пример из ZHAW Waedenswil (Фото: Роберт Юнге)

Глубокая вода или плавучий плот

Системы глубоководной культуры (DWC) используют «плот» из полистирола, который плавает на 30 см воды. Плот имеет отверстия, в которых растения выращиваются в сетчатых горшках, так что их корни погружаются в воду. Плот также может быть помещен, чтобы плавать непосредственно в аквариуме, или он может перекачивать воду из резервуара в систему фильтрации, а затем в каналы, содержащие ряд плотов. Аэратор подает кислород как в воду в резервуаре, так и в воду, содержащую плот. Так как корни не имеют среды для прилипания, эту систему можно использовать только для выращивания листовой зелени или трав, а не больших растений. Это самая популярная система для коммерческих целей, благодаря скорости и простоте сбора урожая.

Таблица 5: Преимущества и недостатки глубоководной культуры

#

Рисунок 9: Глубоководные или плавучие плоты культуры. Left — Схема всей системы. Правая — Салат, растущий на плоту из пенополистирола с корнями, подвешенными

Использование пространства: горизонтальные и вертикальные системы

В большинстве аквапонных систем используются горизонтальные резервуары или плащи для выращивания овощей, эмулируя традиционное земледелие на суше. Однако с годами появились и развивались новые технологии «живая стена» и вертикальное земледелие, которые, если они связаны с аквакультурой аквапонной системы, могут позволить выращивать больше растений вертикально, а не горизонтально, и тем самым сделать системы более продуктивными (Khandaker & Kotzen 2018).

Горизонтальные системы обладают преимуществом эффективного использования дневного света и могут функционировать без дополнительного освещения даже в зимний период. Поэтому они имеют низкое потребление электроэнергии. Первоначальные инвестиционные затраты являются средними/низкими, особенно если цена на землю низкая.

Вертикальные системы представляют собой оптимальное компактное решение, что делает их очень подходящими для городских объектов, либо для украшения для гиперлокального производства продуктов питания. Тем не менее, они требуют растущих огней над растущими клумбами. Они также требуют меньшего количества водяных насосов, но более высокой мощности, что приводит к более высокому потреблению электроэнергии. Первоначальные инвестиционные затраты также высоки.

*Авторское право © Партнеры проекта Aqu @teach. Aqu @teach является стратегическим партнерством Erasmus+ в области высшего образования (2017-2020), возглавляемым Университетом Гринвича, в сотрудничестве с Цюрихским университетом прикладных наук (Швейцария), Техническим университетом Мадрида (Испания), Люблянским университетом и Биотехническим центром Naklo (Словения) . *