10.1 Utangulizi

Dhana ya aquaponics inahusishwa na kuwa mfumo wa uzalishaji endelevu, kwa vile inarudia upya mfumo wa maji machafu (RAS), maji machafu yaliyotajiriwa katika macronutrients (yaani nitrojeni (N), fosforasi (P), potasiamu (K), kalsiamu (Ca), magnesiamu (Mg) na sulphur)) na micronutrients (S) na micronutrients (yaani chuma (Fe), manganese (Mn), zinki (Zn), shaba (Cu), boroni (B) na molybdenum (Mo)) kuimarisha mimea (Graber na Junge 2009; Licamele 2009; Nichols na Savidov 2012; Turcios na Papenbrock 2014). Swali lililojadiliwa sana ni kama dhana hii inaweza kufanana na tamaa yake ya kuwa mfumo wa nusu-imefungwa, kama kiasi kikubwa cha virutubisho vinavyoingia kwenye mfumo hupotezwa kwa kutekeleza sludge ya samaki yenye virutubisho (Endut et al. 2010; Naylor et al. 1999; Neto na Ostrensky 2013). Hakika, ili kudumisha ubora mzuri wa maji katika mifumo ya RAS na aquaponic, maji yanapaswa kuchujwa mara kwa mara kwa ajili ya kuondolewa imara. Mbinu kuu mbili za filtration imara ni kuhifadhi chembe katika mesh (yaani filtration mesh kama filters ngoma) na kuruhusu chembe decant katika clarifiers. Katika mimea ya kawaida, sludge hutolewa nje ya vifaa hivi vya kufuta mitambo na hutolewa kama maji taka. Katika hali bora, sludge ni kavu na kutumika kama mbolea katika mashamba ya ardhi (Brod et al. 2017). Kwa hakika, hadi 50% (katika suala kavu) ya malisho yaliyoingizwa hupunguzwa kama yabisi na samaki (Chen et al. 1997), na virutubisho vingi vinavyoingia mifumo ya aquaponic kupitia kulisha samaki hujilimbikiza katika yabisi haya na hivyo katika sludge (Neto na Ostrensky 2013; Schneider et al. 2005). Hivyo, ufanisi filtration imara kuondosha, kwa mfano, zaidi ya 80% ya thamani P (Monsees et al. 2017) ambayo inaweza vinginevyo kutumika kwa ajili ya uzalishaji wa mimea. Kwa hiyo, kuchakata virutubisho hivi muhimu kwa ajili ya maombi ya aquaponic ni muhimu sana. Kuendeleza matibabu sahihi ya sludge na uwezo wa mineralise virutubisho zilizomo katika sludge kwa kutumia tena katika kitengo cha hydroponic inaonekana kuwa mchakato muhimu kwa kuchangia kufunga kitanzi cha virutubisho kwa kiwango cha juu na hivyo kupunguza athari za mazingira za mifumo ya aquaponic (Goddek et al. 2015; Goddek na Keesman 2018; Goddek na Körner 2019).

Imeonyeshwa katika tafiti za majaribio ambazo zinajumuisha ufumbuzi wa virutubisho wa maji (yaani baada ya kuongeza virutubisho vinavyopungua) huendeleza ukuaji wa mimea ikilinganishwa na hydroponics (Delaide et al. 2016; Ru et al. 2017; Saha et al. 2016). Kwa hivyo, mineralisation ya sludge pia ni njia ya kuahidi kuboresha utendaji wa mfumo wa aquaponic kama virutubisho vinavyopatikana hutumiwa kuimarisha suluhisho la maji. Aidha, vitengo vya mineralisation kwenye tovuti vinaweza pia kuongeza kujitosheleza kwa vifaa vya aquaponic, hasa kuhusiana na rasilimali za mwisho kama P ambayo ni muhimu kwa ukuaji wa mimea. P ni zinazozalishwa na shughuli za madini, ambapo amana si sawa kusambazwa duniani kote. Aidha, bei yake imeongezeka hadi 800% ndani ya muongo uliopita (McGill 2012). Hivyo, vitengo vya mineralisation vinavyotumika katika mifumo ya aquaponic pia vinaweza kuongeza mafanikio yake ya kiuchumi na utulivu wa baadaye.

Matibabu ya sludge katika aquaponics inahitaji kufikiwa tofauti kuliko ilivyofanyika zamani. Hakika, katika matibabu ya kawaida ya maji machafu, lengo kuu ni kupata maji machafu na safi. Maonyesho ya matibabu yanaonyeshwa kwa suala la kuondolewa kwa uchafu (kwa mfano yabisi, nitrojeni (N), fosforasi (P), nk) nje ya maji machafu na kwa kupima majivu kwa heshima ya ubora uliopatikana (Techobanoglous et al. 2014). Kutumia mbinu hii ya kawaida, tafiti kadhaa zimetoa ushahidi wa kiasi kwamba uwiano thabiti wa mahitaji ya oksijeni ya kemikali (COD) na jumla yabisi zilizosimamishwa (TSS) zinaweza kuondolewa kwa kuchimba maji machafu ya RAS chini ya aerobic, anaerobic na mtiririko aerobic hali ya anaerobic (Goddek et al. 2018; Chowdhury et al. 2010; Mirzoyan et al. 2010; Van Rijn 2013). Hata hivyo, katika mifumo ya aquaponic, maji machafu kutoka samaki yanaonekana kuwa chanzo muhimu cha mbolea. Ndani ya mbinu iliyofungwa-kitanzi, sehemu imara iliyotolewa inahitaji kupunguzwa (yaani kupunguza kikaboni), na maudhui ya virutubisho katika majivu yanahitaji kuongezwa (yaani madini ya madini yaliyoongezeka). Kwa hiyo, utendaji wa matibabu ya maji machafu katika aquaponics hauhitaji tena kuonyeshwa kwa suala la kuondolewa kwa uchafu lakini kwa upande wa kupunguza uchafuzi na uwezo wa madini ya madini.

Masomo machache yameonyesha uwezo wa kazi ya kuchimba sludge ya samaki na matibabu ya aerobic na anaerobic kwa madhumuni ya kupunguza kikaboni (Goddek et al. 2018; van Rijn et al. 1995). Kwa matibabu ya anaerobic katika bioreactor, suala la juu kavu (yaani TSS) kupunguza utendaji (kwa mfano juu ya 90%) inaweza kupatikana wakati methane pia inaweza kuzalishwa (van Lier et al. 2008; Mirzoyan na Pato la 2013; Yogev et al. 2016).

Matibabu ya aerobic ya sludge pia ni njia nzuri sana ya kupunguza suala la kikaboni, ambalo linaoksidishwa kwa COSub2/Sub wakati wa kupumua (tazama Eq 10.1). Kwa mfano, viwango vya kupunguza 90% (hapa kuamua kama yabisi suspended, COD na BOD kupunguza) ziliripotiwa kutoka kituo cha kufufua rasilimali za maji (Seo et al. 2017). Michakato ya Aerobic ni kasi zaidi kuliko anaerobic, lakini inaweza kuwa ghali zaidi (Chen et al. 1997) kama aeration ya mara kwa mara ya mchanganyiko wa sludge—maji inahitaji pampu zenye nguvu au motors. Aidha, sehemu kubwa ya virutubisho hubadilishwa kuwa biomass microbial na wala kukaa kufutwa katika maji.

Ingawa tafiti hizi zimeonyesha uwezekano wa kupunguza kikaboni wa sludge ya samaki, waandishi wachache tu wamechunguza kutolewa kwa virutubisho maalum (kwa mfano kwa N na P) kutoka sludge ya samaki. Zaidi ya masomo haya yalikuwa kwa muda mfupi katika vitro majaribio kundi (Conroy na Couturier 2010; Monsees et al. 2017; Stewart et al. 2006) na kutoka RAS uendeshaji (Yogev et al. 2016), badala ya kuanzisha aquaponic. Wakati wa kujadiliwa kwa kiasi fulani katika nadharia (Goddek et al. 2016; Yogev et al. 2017), utafiti unapaswa kuanza sasa kuchunguza utaratibu wa kupunguza kikaboni na madini ya madini utendaji wa sludge ya samaki kwa mitambo ya aerobic na anaerobic na athari zake juu ya muundo wa maji na mimea ukuaji wa uchumi. Kwa hiyo, sura hii inalenga kutoa maelezo ya jumla juu ya matibabu mbalimbali ya sludge ya samaki ambayo yanaweza kuunganishwa katika setups aquaponic kufikia kupunguza kikaboni na madini ya madini. Baadhi ya mbinu za kubuni zitaonyeshwa. Mbinu ya usawa wa wingi wa madini katika mazingira ya matibabu ya sludge ya aquaponic itajadiliwa, na mbinu maalum ya kupima utendaji wa matibabu ya sludge itaendelezwa.