Техника медиа-постели

Кровати, наполненные носителями, являются самым популярным дизайном для мелкомасштабной аквапоники. Этот метод настоятельно рекомендуется для большинства развивающихся регионов. Эти конструкции эффективны с пространством, имеют относительно низкую первоначальную стоимость и подходят для новичков из-за их простоты. В средах, среда используется для поддержки корней растений, а также та же среда функционирует как фильтр, как механический, так и биологический. Эта двойная функция является основной причиной того, что блоки сред являются самыми простыми; в следующих разделах показано, как методы NFT и DWC требуют изолированных и более сложных компонентов для фильтрации. Тем не менее, техника медиа-ложе может стать громоздкой и относительно дорогой в больших масштабах. Среды могут засоряться, если плотность запасов рыбы превышает грузоподъемность ложек, и это может потребовать отдельной фильтрации. Выпаривание воды выше в средах с большей площадью поверхности, подверженной воздействию солнца. Некоторые средства массовой информации очень тяжелые.

Существует много конструкций для медиа-кроватей, и это, вероятно, наиболее адаптируемая техника. Например, Бумина — это аквапонический метод, используемый в Индонезии, в котором используется множество небольших кроватей, соединенных с резервуаром для рыбы в грунте (раздел 9.4.3). Кроме того, переработанные материалы могут быть легко перенаправлены для хранения сред и рыбы.

Динамика потока воды

На рисунке 4.50 показаны основные компоненты аквапонной системы, использующей слюды, включая аквариум, слюды, резервуар для отстойника и водяной насос, а также бетонные блоки для опоры. Это проще всего понять, следуя потоку воды через систему. Вода течет силой тяжести из аквариума, через простой механический фильтр и в подложки среды. Эти кровати полны пористых биофильтраторов, которые служат как механическим, так и биологическим фильтром и местом для минерализации. Эти кровати размещают колонию нитрифицирующих бактерий, а также обеспечивают место для роста растений. Выйдя из спальных мест, вода спускается вниз в резервуар, опять же по гравитации. На данный момент вода относительно свободна от твердых и растворенных отходов. Наконец, эта чистая вода перекачивается обратно в аквариум, что приводит к повышению уровня воды и переливу из аквариума обратно в спальные места, завершая цикл. Некоторые медиа-площадки предназначены для затопления и дренажа, что означает, что уровень воды поднимается до определенной точки, а затем полностью сливается. Это добавляет кислород к корням растений и способствует биофильтрации аммиака. Другие методы орошения среды используют постоянный поток воды, либо входящей в одну сторону ложа и выходящей из другой, либо распределяемой через систему капельного орошения.

Конструкция Медиа-кровати

Материалы

Кровати могут быть изготовлены из пластика, стекловолокна или деревянной рамы с водонепроницаемым резиновым или полиэтиленовым покрытием на основании и внутри стен. Самые популярные медиа-кровати «сделай сам» (DIY) изготавливаются из пластиковых контейнеров, модифицированных КСГМГ или даже старых ванн (Рисунок 4.51).

Все вышеперечисленное можно использовать в качестве кроватей и других типов цистерн, если они отвечают следующим требованиям:

• достаточно сильный, чтобы удерживать воду и растущую среду без разрушения;

• способен выдерживать сложные погодные условия;

• изготовлены из пищевого материала, безопасного для рыб, растений и бактерий;

• может быть легко подключен к другим компонентам блока с помощью простых сантехнических деталей;

и

• могут быть размещены в непосредственной близости от других компонентов блока.

Форма

Стандартная форма для кроватей носителя представляет собой прямоугольник шириной около 1 м и длиной 1-3 м. Могут использоваться или изготавливаться большие кровати, но они требуют дополнительной опоры (например, бетонные блоки) для удержания своего веса. Кроме того, более длинные кровати могут иметь неравномерное распределение твердых веществ, которые, как правило, накапливаются на входе воды, повышая риск возникновения анаэробных пятен. Кровати не должны быть настолько широкими, чтобы фермер/оператор не мог добраться по крайней мере на полпути.

Глубина

Глубина слоя среды важна, так как она контролирует объем корневого пространства в блоке, который определяет типы овощей, которые могут быть выращены. Если выращивать крупные плодоовощные овощи, такие как помидоры, окра или капуста, среда должна иметь глубину 30 см, без которой более крупные овощи не имели бы достаточного пространства для корней, испытывали бы матирование корней и дефицит питательных веществ и, вероятно, перевалили бы (рис. 4.52).

Мелкие листовые зеленые овощи требуют только 15-20 см глубины среды, что делает их хорошим выбором, если размер медиакровати ограничен. Несмотря на это, некоторые эксперименты показали, что даже более крупные культуры могут выращиваться в мелководье, если концентрация питательных веществ достаточна.

Выбор носителя

Все применимые растущие медиа будут иметь несколько общих и важных критериев. Средство должно иметь достаточную площадь поверхности, оставаясь проницаемой для воды и воздуха, позволяя тем самым бактериям расти, вода течь и корни растений дышать. Средство должно быть инертным, не пыльным и нетоксичным, и оно должно иметь нейтральный рН, чтобы не влиять на качество воды. Важно тщательно мыть среду перед тем, как поместить ее в кровати, особенно вулканический гравий, содержащий пыль и крошечные частицы. Эти частицы могут засорять систему и потенциально повредить жабры рыб. Наконец, важно работать с материалом, который удобен для фермера. Эти основные критерии перечислены ниже:

• большая площадь поверхности для роста бактерий;

• нейтральный рН и инертный (что означает, что среда не выщелачивает потенциально токсичные вещества);

• хорошие дренажные свойства;

• легко работать с;

• достаточное пространство для течения воздуха и воды в пределах среды;

• наличие и рентабельность;

и

• Легкий вес, если это возможно.

Обсуждаются несколько общих средств массовой информации, отвечающих этим критериям:

Вулканический гравий (туф)

Вулканический гравий является наиболее популярным средством для использования в средствах массовой информации и рекомендуется там, где это возможно (рис. 4.53). Три лучших качества вулканического гравия заключаются в том, что он имеет очень высокое соотношение площади поверхности к объему, он может быть дешевым и легко получить, и он почти химически инертен. Вулканический гравий имеет отношение площади поверхности к объему около 300 м^2/м3в зависимости от размера частиц, что обеспечивает достаточно места для колонизации бактерий. Вулканический гравий изобилует во многих местах по всему миру. После мытья пыли и грязи вулканический гравий практически полностью химически инертен, за исключением небольших выбросов микроэлементов, таких как железо и магний, а также поглощения фосфатов и ионов калия в течение первых нескольких месяцев с момента запуска установки установки. Рекомендуемый размер вулканического гравия 8-20 мм в диаметре. Меньший гравий, скорее всего, засоряет твердыми отходами, а более крупный гравий не обеспечивает поверхности или поддержки растений по мере необходимости.

Известняк

Известняк не рекомендуется использовать в качестве растущей среды, хотя он обычно используется (рис. 4.54). Известняк, осадочная порода, менее желателен, чем другие среды, поскольку он имеет меньшее соотношение площади поверхности к объему, тяжелый и не инертный. Известняк состоит в основном из карбоната кальция (CaCo₃), который растворяется в воде и влияет на качество воды. Известняк увеличит KH воды, что также увеличит рН (см. раздел 3.3). Поэтому этот материал лучше использовать там, где источники воды очень низки по щелочности или кислотности, так как в случае щелочной воды это потребовало бы постоянной кислотной коррекции

приходящие воды. Тем не менее, небольшое добавление известняка может помочь уравновесить подкисляющий эффект нитрифицирующих бактерий, что может компенсировать необходимость регулярной буферизации воды в хорошо сбалансированных системах. Известняк может быть не таким удобным для работы с точки зрения посадки и сбора урожая, и он может испытывать засорение, если не выбрана надлежащая гранулометрия. Тем не менее, это часто самая дешевая и наиболее распространенная форма гравия доступна. Известняк допустим в качестве среды только в том случае, если нет других сред, но имейте в виду его влияние на качество воды.

Свет глинистый заполнитель

Свет керамзированного глиняного заполнителя** (**LECA) состоит из керамзированной глиняной гальки (Рисунок 4.55) Первоначально он был изготовлен для теплоизоляции крыш зданий, но в последнее время используется в гидропонике. Эти гальки круглые по форме и очень легкие по сравнению с другими субстратами.

Они очень удобны в работе и идеально подходят для производства на крыше. Площадь поверхности LECA составляет около 250-300 м²/м³, что находится в пределах целевого диапазона. Тем не менее, LECA является относительно дорогим и нешироко доступен во всем мире. Он поставляется в различных размерах; для аквапоники рекомендуются большие размеры с диаметрами 8-20 мм. Этот материал может дать дополнительные преимущества производителям в случае размещения медиа-кроватей непосредственно на крышах (в зависимости от дизайна). На самом деле, здание может извлечь выгоду из дополнительной изоляции, что может снизить затраты на охлаждение/отопление домов.

Другие возможные варианты носителей

Если вышеперечисленные носители недоступны, можно использовать другие носители. Альтернативы включают: щебень речного русла, который обычно является известняком, но может иметь низкое соотношение площади поверхности к объему в зависимости от гранулометрии; пемза (также каменная вата), бело-серый вулканический материал, также широко используемый в качестве растущей среды в гидропонике; переработанный пластик, хотя пластик плавает и должен быть удерживается под водой слоем гравия сверху; или органические субстраты, такие как кокосовое волокно, опилки, торфяный мх или рисовая оболочка, которые часто являются недорогими, но могут стать аноксичными, ухудшаясь со временем и засоряя систему. Тем не менее, органический субстрат может быть использован в течение некоторого времени в аквапонике, и как только он начнет ухудшаться, среда может быть удалена из системы, компостирована и использована в качестве ценного добавления почвы для почвенных культур. В таблице 4.1 обобщены основные характеристики всех упомянутых выше сред выращивания.

ТАБЛИЦА 4.1

Характеристика различных растительных сред

Смещение воды по средам

В зависимости от среды, он будет занимать примерно 30-60 процентов от общего объема медиа-ложа. Этот процент поможет определить размер резервуара для отстойника для каждого блока, потому что резервуар для отстойника, по крайней мере, должен содержать общий объем воды, содержащийся во всех подстилках. Резервуары отстойника должны быть немного негабаритными для обеспечения того, чтобы насос всегда располагал достаточным количеством воды, чтобы он мог работать без высыхания.

Например, для медиаложа объемом 1 000 литров (размеры 2 м длиной × 2 м шириной × 0,25 м средней глубиной) растущая среда вытесняет 300-600 литров этого пространства, и поэтому объем воды слоя носителя составит 400-700 литров. Рекомендуется, чтобы объем отстойника составлял не менее 70 процентов от общего объема отстойника. Для этого примера резервуар отстойника должен быть примерно 700 литров.

Фильтрация

Кровати для сред служат очень эффективными фильтрами, как механическими, так и биологическими. В отличие от систем NFT и DWC (о которых говорится ниже), метод сред использует комбинированный фильтр и растениеводство. Кроме того, слой среды обеспечивает место для минерализации, которая отсутствует в системах NFT и DWC. Однако при высокой плотности чулок (\ >15 кг/м³) механическая фильтрация может быть перегружена и может столкнуться с риском засорения среды и создания опасных анаэробных пятен.

Механический фильтр

Среднезаполненный слой функционирует как большой физический фильтр, улавливающий и содержащий твердые и взвешенные рыбные отходы и другие плавучие органические мусор. Эффективность этого фильтра будет зависеть от размера частиц среды, поскольку мелкие частицы более плотно упакованы и улавливают больше твердых веществ. Кроме того, высокий расход воды может вытеснять частицы через слой среды и выйти из фильтра. Со временем улавливаемые твердые отходы будут разрушаться и минерализоваться. Надлежащим образом сбалансированная система будет обрабатывать все поступающие твердые отходы.

При неправильном размере кроватей носителя в зависимости от плотности чулка, слой носителя может засоряться твердыми веществами. Это указывает на ошибку в исходной конструкции, когда коэффициент подачи использовался для балансировки системы. Такая ситуация приводит к засоренности твёрдых отходов, плохой циркуляции воды, аноксических зон и опасных условий. Когда это происходит, среда должна быть промыта, что является трудоемкой, нарушает цикл выращивания растений и может кратковременно нарушать нитрифицирующие бактерии.

Чтобы избежать такой ситуации, убедитесь, что в оригинальной конструкции учитывалась плотность закормления, режим подачи, а для расчета требуемой площади слоя носителя использовался коэффициент подачи. Кроме того, в конструкцию устройства может быть интегрировано другое устройство улавливания твердых частиц. Это также рекомендуется в тех случаях, когда плотность закормления превышает 15 кг/м³ и/или если скорость кормления превышает 50 г/сут для каждого квадратного метра растительного слоя. Существует несколько вариантов для этого дополнительного механического фильтра. Рудиментарная и дешевая техника — прикрепить старый, сиротский носок к крану, куда вода из аквариума попадает в медиаложу. Этот простой фильтр может быть удален каждый день и промыт. Еще один более сложный метод заключается в том, чтобы поместить 3-5-литровое ведро внутри среды с несколькими маленькими отверстиями (6-8 мм), просверленными в боковых поверхностях (рис. 4.31). Губки, нейлоновая сетка или даже растущая среда (вулканический гравий, LECA) могут быть завязаны в пористой инертной сетке и помещены в это ведро. Этот фильтр будет улавливать твердые отходы, а затем фильтр может периодически удаляться для промывки и замены.

Биологическая фильтрация

Все растущие среды, описанные здесь, имеют большую площадь поверхности, где нитрифицирующие бактерии могут колонизироваться. Из всех аквапонных конструкций, медиа-кровати имеют самую биологическую фильтрацию из-за огромной площади сред, на которой могут расти бактерии. Способность биофильтрации может быть ограничена или потеряна в том случае, если пласты среды становятся аноксичными, при понижении температуры или при низком качестве воды, но, как правило, в клубах сред содержится более чем адекватная биологическая фильтрация.

Минерализация

Со временем твердые и взвешенные рыбные отходы и все другие отходы медленно разбиваются биологическими и физическими процессами на простые питательные вещества в виде простых молекул и ионов, которые растения могут легко поглощать. Если шлам накапливается в слое среды и не уходит, это может указывать на то, что процесс минерализации является недостаточным. В этом случае рекомендуется использовать более эффективную механическую фильтрацию и отдельно обрабатывать отфильтрованные отходы. Этот процесс более подробно описан в разделе 4.2.2 и главе 5.

Три зоны медиа-пластов - характеристики и процессы

Характер подтопления и стока среды создает три отдельные зоны, которые можно считать микроэкосистемами, различающимися по содержанию воды и кислорода. В каждой зоне находится разнообразная группа бактерий, грибов, микроорганизмов, червей, насекомых и ракообразных. Одним из наиболее важных является нитрифицирующие бактерии, используемые для биофильтрации, но есть много других видов, которые все играют роль в разрушении рыбных отходов. Не важно знать обо всех этих организмах, однако в данном разделе кратко описываются различия между этими тремя зонами и некоторыми экологическими процессами, происходящими в каждой из них.

Сухая зона

Верхняя 2-5 см кровати — сухая зона (Рисунок 4.56). Эта зона функционирует в качестве светового барьера, предотвращая попадание света в воду напрямую, что может привести к росту водорослей. Он также предотвращает рост грибка и вредных бактерий у основания стебля растений, что может вызвать воротниковую гниль и другие заболевания растений. Другая причина наличия сухой зоны заключается в том, чтобы минимизировать испарение из кроватей, покрывая влажную зону от прямого света. Кроме того, полезные бактерии чувствительны к прямому солнечному свету.

Сухая и влажная зона

Это зона, которая обладает как влажностью, так и высоким газообменом. В методах подтопления и дренажа (обсуждается ниже) это пространство 10-20 см, в котором периодически происходит наводнение и дренаж (рис. 4.57). Если не использовать методы наводнения и слива, то эта зона будет тем путем, по которому вода протекает через среду. Большая часть биологической активности будет происходить в этой зоне. В этой зоне активны развитие корней, колонии полезных бактерий и полезные микроорганизмы. Растения и животные получают воду, питательные вещества и кислород из-за границы между воздухом и водой.

Одним из распространенных методов является добавление червей в медиа-ложе, которые будут жить в этой сухой и влажной зоне. Черви будут способствовать распаду твердых рыбных отходов, и они также будут потреблять любые мертвые листья или корни. Эта деятельность позволит предотвратить засорение системы отходами. Дополнительную информацию о червях и вермикомпосте см. в разделе 9.1.1.

Влажная зона

Эта зона, нижняя 3-5 см кровати, остается постоянно влажной. В этой зоне накапливаются мелкие твердые частицы, и поэтому здесь расположены организмы, которые наиболее активны в минерализации. К ним относятся гетеротрофные бактерии и другие микроорганизмы. Эти организмы отвечают за разрушение отходов на более мелкие фракции и молекулы, которые могут быть поглощены растениями в процессе минерализации.

орошающие кровати

Существуют различные методы доставки воды в спальные места, каждый из которых может быть релевантным в зависимости от местного наличия материалов, степени технологии желаемой или опыта операторов. Вода может просто просачиваться из труб, равномерно распределенных по среде; это вполне приемлемая конструкция. Некоторые эксперты доказали, что постоянные конструкции течения, при которых уровень воды в растительном слое всегда одинаков, поддерживают те же темпы роста растений, что и более сложные методы. Эти водораспределительные системы могут засоряться твердыми рыбными отходами и должны периодически очищаться.

Метод под названием «наводнение и слив», также известный как «эбб-и-поток», может быть использован в тех случаях, когда система водопровода приводит к затоплению среды водой из аквариума, а затем дренажу обратно в резервуар отстойника. Это достигается с помощью автосифонов или временной откачки. Такое чередование между затоплением и сливом гарантирует, что растения имеют как свежие питательные вещества, так и достаточный поток воздуха в корневой зоне. Это тем самым пополняет уровень кислорода для растений и бактерий. Он также гарантирует, что достаточно влаги в постели всегда, чтобы бактерии могли процветать в их оптимальных условиях. Обычно эти системы проходят полный цикл 1-2 раза в час, но некоторые успешные системы работают только 3-4 раза в день. Конструкция систем подтопления и слива не является единственным методом для сред, и управление циклом потока воды может вызывать разочарование и отнимать много времени для начинающих операторов.

В этой публикации кратко обсуждаются два популярных метода затопления и осушения слоя, хотя существуют и другие методы, такие как зацикливаемый сифон, и являются предметом текущих исследований.

Сифон колокола

Сифон колокола представляет собой тип автосифона, который использует несколько физических законов гидродинамики и позволяет плавать среды автоматически, периодически, без таймера (рис. 4.58). Действие, время и конечный успех сифона зависят от скорости потока воды в ложу, которая является постоянной. Колокольные сифоны, тем не менее, могут быть тонкими и требуют внимания.

Динамика потока воды

Вода течет в каждое растение с постоянным расходом. По мере того, как вода заполняет растущее русло, она достигает вершины стояка и начинает капать через стоячую трубу обратно в бак картера. Без колокольной части сифона колокола это создавало бы состояние постоянной высоты воды. Вместо этого, по мере того, как вода продолжает падать через водопровод, колокол, который сидит над трубой что-то вроде шляпы, действует как герметичный замок и производит эффект сифона. Это всасывание внутри колокола запускает сифон. После запуска, вся вода с кровати начинает быстро смывать вниз стояк, так как колокол держит его герметичное уплотнение. Слив через трубу быстрее, чем постоянный приток из аквариума. Когда вода в растущем слое стекает весь путь вниз вниз, воздух попадает в дно колокола и немедленно останавливает сифон. Затем вода медленно заполняется и повторяется весь цикл снова непрерывно. Дополнительную информацию о колокольных сифонах см. в разделе «Дальнейшее чтение» в конце этой публикации.

Основные компоненты сифона колокола

Три основных компонента сифона колокола описаны ниже. Обратите внимание, что подробные инструкции по пониманию, построению и оптимизации колокольных сифонов, а также фотографии этих компонентов приведены в Приложении 8. Размеры стояка, колокола и средства защиты полностью зависят от размера растущего слоя и расхода входящей воды. Эти размеры предусмотрены для аквапонных конструкций, описанных в настоящей публикации, для слоя среды размером 1-3 м² с глубиной среды 30 см, с расходом воды 200-500 л/ч для каждого слоя. Для больших растущих кроватей все компоненты будут больше.

Подпорная труба - Напорная труба изготовлена из ПВХ трубы диаметром 2,5 см, высотой 22 см. Трубка проходит через дно растущего слоя, подключаясь к отстойнику, и является тропинкой воды по мере ее стока.

Колокольки - Колокольчик представляет собой ПВХ трубу диаметром 7,5 см, высотой 25 см. Труба закрывается концевой крышкой из ПВХ сверху и открыта на дне, где она помещается над водостойкой. Два прямоугольных зазора, 1 см × 4 см, расположены около дна колокола, 1,5 см вверх по противоположным сторонам, через которые вода втягивается в водопровод внутри колокола. Окончательное отверстие диаметром 1 см пробурено на расстоянии 5 см от дна, чтобы помочь сломать сифон после слива растущего слоя, позволяя воздуху войти.

Средства массовой информации - Средства массовой информации - это труба из ПВХ диаметром 11 см, высотой 32 см с множеством небольших отверстий, просверленных по бокам. Защита средств массовой информации предотвращает проникновение гравия из растущего слоя и засорение водопровода, не препятствуя потоку воды.

Механизм таймера

Этот метод паводковочного орошения основан на таймере водяного насоса для управления периодическим затоплением и сливом (рис. 4.59). Преимущество этого метода

заключается в том, что нет автосифона, который может быть трудоемким для калибровки. Однако снижение циркуляции воды и снижение аэрации в емкостях для рыб приводит к снижению общей фильтрации. Этот метод менее уместен в ситуациях с высокой плотностью хранения и требует тщательного внимания, чтобы обеспечить дополнительную аэрацию рыбы.

Динамика потока воды

Вода течет в растущее русло, затопляет кровать до тех пор, пока вода не достигнет вершины водопровода. Затем вода стекает через эту водопроводную трубу и опускается в бак отстойника. Большая труба имеет достаточный диаметр для слива всей приточной воды; верхняя часть большой трубки является самым глубоким потоком, который будет испытывать растущее русло. Существует также небольшой входной патрубок, диаметром 6-12 мм, в эту же трубу, расположенную рядом с дном. Этого небольшого отверстия недостаточно для слива всей поступающей воды, поэтому даже когда вода поступает на небольшой вход, растущее русло продолжает затопить до тех пор, пока оно не достигнет вершины. В какой-то момент после того, как кровать заполнена, таймер отключает питание водяного насоса. Вода в слое среды начинает течь через небольшое входное отверстие, продолжая сливать растущий слой до тех пор, пока вода не достигнет уровня нижнего отверстия. В этот момент мощность возвращается в водяной насос, и растущий слой пополняется пресной водой из бака. Очень важно, чтобы вода, текущая в слой среды, была больше, чем вода, протекающая через небольшой впускной трубе, так что слой снова полностью затопнет. Длина цикла затопления и дренажа и диаметр капельного отверстия определяются размером слоя среды и скоростью входящего потока.

Для обеспечения адекватной фильтрации весь объем аквариума должен перекачиваться через растительные ложи каждый час. Наконец, убедитесь, что раз в неделю вымывайте кровати, временно удалив стоящую трубу и разрешая сливать оставшуюся воду.

Материалы, использованные для метода таймера для аквапонических конструкций, включенных в данную публикацию, являются следующими: водопровод диаметром 2,5 см, высотой 23 см, со вторичным капельным отверстием диаметром 6-12 мм, 2,5 см над дном; защита средств массовой информации диаметром 11 см и высотой 32 см, окружающая для предотвращения засорения сред; и таймер, контролирующий откалиброванный насос на основе расхода насоса и скорости дренажной трубы.

• Источник: Продовольственная и сельскохозяйственная организация Объединенных Наций, 2014 год, Кристофер Сомервилл, Моти Коэн, Эдоардо Пантанелла, Остин Станкус и Алессандро Лователли, мелкомасштабное производство продуктов питания аквапоники, http://www.fao.org/3/a-i4021e.pdf. Воспроизводится с разрешения. *