Tiba ya Aerobic huongeza oxidation ya sludge kwa kusaidia mawasiliano yake na oksijeni. Katika kesi hiyo, oxidation ya suala la kikaboni inaendeshwa hasa na kupumua kwa microorganisms heterotrophic. CoSub2/sub, bidhaa ya mwisho ya kupumua, hutolewa kama inavyoonekana katika Eq. (10.1).

$C_6H_ {12} O_6 + 6\ O_2\ rarr 6\ CO_2+6\ H_2O +nishati$ (10.1)

Utaratibu huu katika mitambo ya aerobic unapatikana hasa kwa kuingiza hewa ndani ya mchanganyiko wa sludge—maji na pigo za hewa zilizounganishwa na diffusers na propellers. Sindano ya hewa pia inahakikisha kuchanganya sahihi ya sludge.

Wakati wa mchakato huu wa oxidative, macro-na micronutrients amefungwa kwa suala la kikaboni hutolewa. Utaratibu huu unaitwa mineralisation ya aerobic. Kwa hiyo, virutubisho zaidi vinaweza kutumiwa tena wakati wa mchakato wa mineralisation, ambapo virutubisho vingine, k.m. sodiamu na kloridi, vinaweza pia kuzidi kizingiti chao kwa matumizi ya hydroponic na lazima kufuatiliwa kwa makini kabla ya maombi (Rakocy et al. Mineralisation Aerobic ya suala hai, inayotokana na kitengo imara kuondolewa (kwa mfano clarifier au ngoma filter) katika RAS, ni njia rahisi ya kusaga virutubisho kwa ajili ya matumizi ya baadae ya aquaponic.

Aidha, wakati wa mchakato wa digestion aerobic, pH matone na kukuza mineralisation ya madini amefungwa trapped katika sludge. Kwa mfano, Monsees et al. (2017) ilionyesha kuwa P ilitolewa kutoka sludge ya RAS kutokana na mabadiliko haya ya pH. Kupungua kwa pH huendeshwa hasa na kupumua na kwa kiwango cha chini pengine kwa nitrification.

Kutokana na ugavi wa oksijeni mara kwa mara kupitia aeration ya chumba cha mineralisation na wingi wa suala la kikaboni, microorganisms heterotrophic hupata hali nzuri ya kukua. Hii inasababisha ongezeko la kupumua na kutolewa kwa COSub2/Sub ambayo hupasuka ndani ya maji. Cosub2/sub aina asidi kaboniki ambayo dissociates na hivyo lowers pH ya mchakato wa maji kama mfano katika equation zifuatazo:

$CO_ {2 (g)} +2\ H_2O\ rarr H_3O ^ ++ {HCO_3} ^-$ (10.2)

RAS-inayotokana maji machafu mara nyingi ina NHsub4/subsup+/sup na kuongeza ni sifa kwa pH neutral ya karibu 7, kwa sababu pH katika RAS inahitaji kuwekwa katika ngazi hiyo ili kuhakikisha mojawapo microbial kubadilika NHsub4/subsup+/sup kwa NoSub3/sup ndani ya biofilter (yaani nitrification). Mchakato wa nitrification unaweza kuchangia kupungua kwa pH katika mitambo ya aerobic katika awamu ya kuanzia kwa kutoa protoni kwenye mchakato wa maji kama inavyoonekana katika equation ifuatayo:

$ {NH_4} ^+ 2\ O_2\ rarr {NO_3} ^- +2\ H ^++H_2O+Nishati $ (10.3)

Hii ni angalau halali kwa awamu ya kuanzia ambapo pH bado iko juu ya 6. Katika pH ≤ 6, nitrification inaweza kupunguza kasi au hata kusitisha (Ebeling et al. 2006). Hata hivyo, hii haiwakilishi tatizo kwa kitengo cha mineralisation.

Kupungua kwa jumla kwa pH katika kitengo cha mineralisation aerobic katika mchakato unaoendelea ni dereva mkuu wa kutolewa kwa virutubisho sasa chini ya mfumo wa madini precipitated kama phosphates kalsiamu. Monsees et al. (2017) alibainisha kuwa karibu 50% ya phosphate katika sludge ilikuwa asidi mumunyifu, inayotokana na Tilapia RAS ambapo chakula cha kawaida kilicho na samaki kilitumika. Hapa, karibu 80% ya phosphate ndani ya RAS ilipotea na kusafisha ya decanter na kuondokana na mchanganyiko wa sludge—maji. Kuzingatia ukweli huu, uwezo mkubwa wa vitengo vya mineralisation kwa ajili ya maombi ya aquaponic inakuwa wazi.

Faida za madini ya aerobic ni matengenezo ya chini na hakuna haja ya wafanyakazi wenye ujuzi na hakuna reoxygenation inayofuata. Maji yenye utajiri yanaweza kutumika moja kwa moja kwa ajili ya mbolea ya mimea, kwa kweli inasimamiwa na mfumo wa mtandaoni kwa ajili ya maandalizi ya kutosha ya suluhisho la virutubisho. Hasara ikilinganishwa na madini ya anaerobic ni kwamba hakuna methane inayozalishwa (Chen et al. 1997) na, kama ilivyoelezwa tayari, mahitaji ya juu ya nishati kutokana na haja ya aeration mara kwa mara.

10.3.1 Vitengo vya Mineralisation ya Aerobic

Mtini. 10.2 Mfano wa mchoro wa kitengo cha mineralisation cha aerobic kinaendeshwa katika hali ya kundi. Chumba cha mineralisation (kahawia) kinatenganishwa na chumba cha plagi (bluu) kwa sahani ya ungo ambayo inafunikwa na sahani imara ya kifuniko wakati wa mchakato wa mineralisation (nguvu ya aeration) ili kuzuia kuziba na kuunda chembe nzuri. Maji ya tajiri ya mwili kutoka kwa ufafanuzi au chujio cha ngoma huingia kitengo cha mineralisation kupitia ghuba. Baada ya mzunguko wa mineralisation kukamilika, virutubisho, maji yasiyokuwa imara hutoka kitengo cha mineralisation kupitia plagi na huhamishiwa moja kwa moja kwenye kitengo cha hydroponic au kuhifadhiwa kwenye tank ya kuhifadhi mpaka inahitajika

Mfano wa kubuni wa kitengo cha mineralisation cha aerobic hutolewa kwenye Mchoro 10.2. Ghuba imeshikamana na kitengo cha kuondolewa imara kupitia valve, ambayo inaruhusu kukamilika kwa chumba cha mineralisation na mchanganyiko wa sludge na maji. Chumba cha mineralisation kinatengenezwa kupitia hewa iliyosimamiwa ili kukuza upumuaji wa bakteria ya heterotrophic na kuweka michakato ya denitrification ya anaerobic iwezekanavyo. Ili kuzuia nyenzo za kikaboni kutoka kwenye chumba cha mineralisation, sahani ya ungo inaweza kutumika kama kizuizi. Kwa kweli, sahani ya pili, isiyoweza kuingizwa inapaswa kutumiwa kufunika ungo wakati wa mchakato wa mineralisation (wakati wa aeration). Hii inapaswa kuzuia sahani ya sieve kutoka kwa kuziba kama wakati wa aeration nzito nyenzo za kikaboni zingekuwa zimehamishwa mara kwa mara dhidi ya sahani ya ungo. Kabla ya kuhamisha maji yenye virutubisho kutoka kwenye chumba cha mineralisation kwenye kitengo cha hydroponic, aeration imesimamishwa ili kuruhusu chembe kukaa. Baadaye, sahani ya kifuniko imeondolewa, na maji yenye utajiri wa virutubisho yanaweza kupitisha sahani ya ungo na kuacha chumba cha mineralisation kupitia bandari kama ilivyopendekezwa kwenye Mchoro 10.2. Hatimaye, sahani ya kifuniko imewekwa tena, chumba cha mineralisation kinajazwa na mchanganyiko wa maji ya RAS-inayotokana na sludge-maji, na mchakato wa mineralisation huanza tena (yaani mchakato wa kundi).

Kitengo cha mineralisation kinapaswa kuwa na angalau mara mbili ya kiasi cha ufafanuzi ili kuruhusu mineralisation inayoendelea. Mzunguko mmoja wa mineralisation unaweza kudumu kwa muda wa siku 5—30 kulingana na mfumo, mzigo wa kikaboni na wasifu unaohitajika wa virutubisho na unapaswa kufafanuliwa kwa kila mfumo wa mtu binafsi. Kwa mifumo ikiwa ni pamoja na chujio cha ngoma, kama ilivyo katika RAS ya kisasa zaidi, ukubwa wa kitengo cha mineralisation unapaswa kurekebishwa kulingana na outflow ya kila siku au ya kila wiki ya sludge ya chujio cha ngoma. Kwa kuwa hiyo haijajaribiwa katika kuanzisha majaribio hadi sasa, mapendekezo maalum hayawezekani sasa.

10.3.2 Utekelezaji

Mfano wa utekelezaji wa kitengo cha mineralisation ya aerobic katika mfumo wa aquaponic uliokatwa hutolewa katika Mchoro 10.3. Kwa kuwa hakuna kabla na baada ya matibabu (kwa mfano re-oksijeni) inahitajika, kitengo cha mineralisation kinaweza kuwekwa moja kwa moja kati ya kitengo cha kuondolewa imara na vitanda vya hydroponic. Kwa kufunga valve kabla na baada ya kitengo cha mineralisation, operesheni ya kuacha na utoaji wa virutubisho kwenye kitengo cha hydroponic inahitajika, lakini mara nyingi, tank ya ziada ya kuhifadhi itahitajika. Kwa kweli, baada ya kuongoza maji yenye virutubisho kwenye kitengo cha hydroponic, maji yaliyohamishwa yanabadilishwa na sludge mpya na maji kutoka kitengo cha kuondolewa imara. Kulingana na kiasi cha kitengo cha mineralisation, ni muhimu kutambua kuwa kujaza kwa mchanganyiko mpya wa sludge—maji kunaweza kusababisha ongezeko la pH tena, na hivyo mchakato wa mineralisation unaweza kuingiliwa. Kwa kuongeza ukubwa wa kitengo cha mineralisation, athari hii ingekuwa imefungwa. Katika utafiti uliofanywa na Rakocy et al. (2007) kuchunguza taka za kiowevu kutoka kwenye mifumo miwili ya ufugaji wa maji, muda wa uhifadhi wa siku 29 kwa ajili ya madini ya aerobic ulisababisha mafanikio makubwa ya mineralisation. Hata hivyo, hii pia inategemea maudhui ya TS ndani ya chumba cha mineralisation, kwenye malisho yaliyotumika kwa RAS, juu ya joto na mahitaji ya virutubisho ya mimea inayozalishwa ndani ya kitengo cha hydroponic.

Mtini. 10.3 Mchoro picha ya mfumo decoupled aquaponic ikiwa ni pamoja na aerobic mineralisation kitengo. Maji yanaweza kuhamishiwa kwenye hifadhi ya virutubisho ama kutoka kwa kitanzi cha maji cha RAS au moja kwa moja kutoka kwenye kitengo cha mineralisation