Recirculating mifumo ya ufugaji wa maji (RAS) inaelezea mifumo ya uzalishaji wa samaki yenye nguvu ambayo hutumia mfululizo wa hatua za kutibu maji ili kuchafua maji ya ufugaji samaki na kuwezesha matumizi yake tena. RAS kwa ujumla ni pamoja na (1) vifaa kuondoa chembe imara kutoka maji ambayo ni linajumuisha nyasi samaki, uneaten kulisha na flocs bakteria (Chen et al. 1994; Couturier et al. 2009), (2) nitrifying biofilters kwa oxidize amonia excreted na samaki nitrate (Gutierrez-Wing na Malone 2006) na (3) idadi ya vifaa kubadilishana gesi kuondoa kufutwa dioksidi kaboni kufukuzwa na samaki vilevile na/au kuongeza oksijeni inavyotakiwa na samaki na bakteria nitrifying (Colt na Watten 1988; Moran 2010; Summerfelt 2003; Wagner et al. 1995). Aidha, RAS inaweza pia kutumia UV mnururisho kwa ajili ya maji disinfection (Sharrer et al. 2005; Summerfelt et al. 2009), ozonation na protini skimming kwa yabisi faini na kudhibiti microbial (Attramadal et al. 2012a; Gonçalves na Gagnon 2011; Summerfelt na Hochheimer 1997) na mifumo ya denitrification kuondoa nitrate (van Rijn et al. 2006).

Teknolojia ya ufugaji wa maji ya kisasa imekuwa ikiendelea kwa zaidi ya miaka 40, lakini teknolojia za riwaya zinazidi kutoa njia za kubadilisha dhana za RAS za jadi ikiwa ni pamoja na maboresho ya michakato ya kikabila kama vile kukamata yabisi, biofiltration na kubadilishana gesi. RAS pia imepata maendeleo muhimu katika suala la kiwango, uwezo wa uzalishaji na kukubalika kwa soko, na mifumo inayoendelea kuwa kubwa zaidi na imara zaidi.

Sura hii inazungumzia jinsi teknolojia ya RAS imeendelea zaidi ya miongo miwili iliyopita kutoka kipindi cha uimarishaji wa teknolojia hadi zama mpya za utekelezaji wa viwanda.

3.1.1 Historia ya RAS

Utafiti wa kwanza wa kisayansi kuhusu RAS uliofanywa nchini Japan katika miaka ya 1950 ulilenga kubuni biofilter kwa ajili ya uzalishaji wa carp inayotokana na haja ya kutumia rasilimali za maji mdogo ndani ya nchi zaidi kwa uzalishaji (Murray et al. 2014). Katika Ulaya na Marekani, wanasayansi vile vile walijaribu kukabiliana na teknolojia zilizotengenezwa kwa ajili ya matibabu ya maji machafu ndani ili kutumia vizuri zaidi maji ndani ya mifumo ya recirculating (k.m. taratibu zilizoamilishwa sludge kwa ajili ya matibabu ya maji taka, trickling, iliyokuwa na chini-mtiririko biofilters na mitambo kadhaa mifumo ya filtration). Juhudi hizi za mwanzo zilijumuisha hasa kazi za mifumo ya baharini kwa ajili ya uzalishaji wa samaki na crustacean, lakini hivi karibuni zilikubaliwa katika mikoa yenye ukame ambapo sekta ya kilimo imezuiliwa na maji. Katika ufugaji wa maji, ufumbuzi tofauti umetengenezwa ili kuongeza matumizi ya maji ikiwa ni pamoja na mifumo yenye nguvu ya recirculating inayoingiza mifumo ya kuchuja maji kama vile filters za ngoma, filters za kibiolojia, skimmers za protini na mifumo ya sindano ya oksijeni (Hulata na Simon 2011). Pamoja na imani kali na waanzilishi katika sekta ya juu ya uwezekano wa kibiashara wa kazi zao, wengi wa masomo ya awali ililenga peke juu ya oxidation ya taka sumu isokaboni nitrojeni inayotokana na protini kimetaboliki. Uaminifu wa teknolojia uliimarishwa na uendeshaji wa mafanikio wa umma pamoja na aquaria ya ndani, ambayo kwa ujumla hujumuisha vitengo vya matibabu vya ukubwa zaidi ili kuhakikisha maji yaliyo wazi ya kioo. Zaidi ya hayo, densities ya chini sana ya kuhifadhi na pembejeo zinazohusiana za kulisha zilimaanisha kuwa vile juu-uhandisi bado ilifanya mchango mdogo kwa gharama za mtaji na uendeshaji wa mfumo ikilinganishwa na RAS kali. Kwa hiyo, mabadiliko katika mienendo ya mchakato inayohusishwa na mabadiliko ya kiwango hayakuhesabiwa, na kusababisha kupunguzwa kwa vitengo vya matibabu vya RAS ili kupunguza gharama za mitaji. Matokeo yake, pembezoni za usalama zilikuwa mbali sana au hazipo (Murray et al. 2014). Kwa sababu wengi wa wanasayansi waanzilishi walikuwa na kibaiolojia badala ya asili ya uhandisi, maboresho ya kiufundi pia yalikandamizwa na mawasiliano kati ya wanasayansi, wabunifu, wafanyakazi wa ujenzi Uendelezaji wa istilahi sanifu, vitengo vya upimaji na muundo wa kuripoti mwaka 1980 (EIFAC/ICES 1980), ulisaidia kushughulikia hali hiyo, ingawa tofauti za kikanda bado ziliendelea. Haikuwa mpaka katikati ya miaka ya 1980 kwamba vigezo vya ubora wa maji vilijulikana vizuri kama kuwa muhimu katika uzalishaji wa bwawa, k.m. mara kwa mara kupima viwango vya pH, oksijeni, TAN (jumla ya nitrojeni ya amonia), NO2 (nitrate), BOD (mahitaji ya oksijeni ya biochemical) na COD (mahitaji ya oksijeni ya kemikali).

Katika sehemu ya mwisho ya karne iliyopita, makala nyingi zilichapishwa juu ya maendeleo ya awali ya RAS. Rosenthal (1980) alifafanua hali ya mifumo ya recirculation katika Ulaya Magharibi, wakati Bovendeur et al. (1987) ilianzisha mfumo wa kurejesha maji kwa utamaduni wa samaki wa Afrika kuhusiana na uzalishaji wa taka na kinetics ya kuondoa taka (kubuni iliwasilishwa kwa mfumo wa matibabu ya maji yenye clarifier msingi na aerobic fasta-filamu Reactor kwamba alionyesha matokeo ya kuridhisha kwa high-wiani utamaduni wa samaki wa Afrika). Kazi hii ilikuwa sehemu ya maendeleo ya haraka katika mifumo ya utamaduni wa samaki hadi katikati ya miaka ya 1990 katika Ulaya ya Kaskazini na Magharibi (Rosenthal and Black 1993), na vilevile Amerika ya Kaskazini (Colt 1991). Uainishaji mpya, kama vile uainishaji kulingana na jinsi maji inapita kupitia mfumo wa ufugaji wa maji, hutoa ufahamu muhimu kuhusiana na michakato ya ubora wa maji ambayo ni muhimu kwa ajili ya uzalishaji wa samaki (Krom na van Rijn 1989). Katika kazi inayofuata na van Rijn (1996), dhana zilianzishwa zililenga michakato ya kibiolojia inayotokana na mifumo ya matibabu. Hitimisho kutoka kwa kazi hii ni kwamba kuingiza mbinu za kupunguza mkusanyiko wa sludge na nitrati ilisababisha hali imara zaidi ya maji ndani ya vitengo vya utamaduni. Katika kipindi hiki, uzalishaji wa RAS uliongezeka kwa kiasi kikubwa kwa kiasi na aina tofauti (Rosenthal 1980; Verreth na Eding 1993; Martins et al. 2005). Leo, aina zaidi ya 10 huzalishwa katika RAS (catfish ya Afrika, eel na trout kama aina kubwa ya maji safi na turbot, bahari na pekee kama aina kubwa ya baharini) (Martins et al 2010b), na RAS pia kuwa kipengele muhimu katika uzalishaji wa mabuu na vijana wa aina mbalimbali.

Wakati mavuno endelevu ya kiwango cha juu cha aina nyingi za hisa za majini zimekuwa au hivi karibuni zitafikiwa, na spishi nyingi tayari zimefunikwa, RAS inachukuliwa kuwa teknolojia muhimu ambayo itasaidia sekta ya ufugaji wa majini kukidhi mahitaji ya spishi za majini katika miongo ijayo (Ebeling na Timmons 2012).

3.1.2 Historia fupi ya Aquaponics katika Muktadha wa RAS

mtini. 3.1 Chinampas (bustani yaliyo) katika Amerika ya Kati — bandia kisiwa ujenzi kama antecedent ya teknolojia aquaponic. (Kutoka Marzolino/ Shutterstock.com)

Aquaponics ni neno ambalo limeundwa ‘katika miaka ya 1970, lakini katika mazoezi ina mizizi ya kale - ingawa bado kuna majadiliano juu ya tukio lake la kwanza. Visiwa vya kilimo vya Azteki vilivyolima vilivyojulikana kama chinampas (mwanzo 1150—1350CE), katika mfumo unaozingatiwa na wengine kuwa aina ya kwanza ya aquaponics kwa matumizi ya kilimo (Kielelezo 3.1). Katika mifumo hiyo, mimea walikuwa alimfufua juu imara, au wakati mwingine zinazohamishika na yaliyo visiwa kuwekwa katika shallows ziwa ambayo virutubisho matajiri matope inaweza kuwa dredged kutoka mifereji chinampa na kuwekwa kwenye visiwa kusaidia ukuaji wa mimea (Crossley 2004).

Mfano hata wa awali wa aquaponics ulianza upande mwingine wa dunia kusini mwa China na unaaminika kuwa umeenea ndani ya Asia Kusini Mashariki ambako walowezi Wachina kutoka Yunnan walikaa karibu 5 CE. Wakulima waliolima na kulimwa mpunga katika mashamba ya paddy pamoja na samaki (FAO 2001). Mifumo hii ya kilimo cha kitamaduni ilikuwepo katika nchi nyingi za Mashariki ya Mbali ili kuongeza samaki kama vile loach ya mashariki (Misgurnus anguillicaudatus) (Tomita-Yokotani et al. 2009), swamp eel (fam. Synbranchidae), carp ya kawaida (Cyprinus carpio) na carp crucian (Carassius carassius) (FAO 2004). Kwa asili, hata hivyo, hizi hazikuwa mifumo ya aquaponic lakini zinaweza kuelezewa vizuri kama mifano ya mapema ya mifumo jumuishi ya ufugaji wa maji (Gomez 2011). Katika karne ya ishirini, majaribio ya kwanza ya kuunda mifumo ya uzalishaji wa samaki yenye vitendo, yenye ufanisi na jumuishi pamoja na mboga yalifanywa katika miaka ya 1970 na kazi ya Lewis na Naegel (Lewis na Wehr 1976; Naegel 1977; Lewis et al. 1978). Mifumo zaidi ya mapema iliundwa na Waten na Busch mwaka 1984 na Rakocy mwaka 1989 (Palm et al. 2018).