Miaka michache iliyopita imeona ongezeko la idadi na ukubwa wa mashamba ya maji ya maji, hasa Ulaya. Pamoja na ongezeko la kukubalika teknolojia, maboresho juu ya mbinu za uhandisi za jadi, ubunifu na changamoto mpya za kiufundi huendelea kujitokeza. Sehemu ifuatayo inaelezea muundo muhimu na mwenendo wa uhandisi na changamoto mpya ambazo recirculating teknolojia ya ufugaji wa maji inakabiliwa.

3.3.1 Oxygenation kuu ya mtiririko

Udhibiti wa oksijeni iliyoharibiwa katika RAS ya kisasa inalenga kuongeza ufanisi wa uhamisho wa oksijeni na kupunguza mahitaji ya nishati ya mchakato huu. Kuongezeka kwa ufanisi wa uhamisho wa oksijeni kunaweza kupatikana kwa kupanga mifumo ambayo huhifadhi gesi ya oksijeni katika kuwasiliana na maji kwa muda mrefu, huku kupungua kwa mahitaji ya nishati kunaweza kupatikana kwa matumizi ya mifumo ya uhamisho wa oksijeni ya kichwa cha chini au kutumia mifumo ambayo haitumii umeme kabisa, kama vile oksijeni ya kiowevu mifumo iliyounganishwa na diffusers ya oksijeni inayoendesha tu kwa shinikizo. Sababu inayofafanua ya oksijeni ya kichwa cha chini ni mkusanyiko wa chini wa kufutwa ambao unaweza kupatikana ikilinganishwa na mifumo ya shinikizo la juu. Ili kuondokana na kiwango hiki, vifaa vya oksijeni vya chini vya kichwa vimewekwa kimkakati ili kutibu mtiririko kamili wa recirculating badala ya kutumia bypass ndogo ya maji yenye supersaturated, hivyo kuhakikisha usafiri wa kutosha wa oksijeni. Kutumia vifaa vya oksijeni vilivyowekwa katika mtiririko mkuu wa recirculating huzalisha akiba katika matumizi ya umeme kwa sababu matumizi ya mifumo yenye nguvu ya juu-shinikizo ambayo ni muhimu ili kufikia viwango vya juu vya DO katika mtiririko mdogo huepukwa. Mifumo ya oksijeni ya chini ya kichwa inaweza pia kupunguza kiasi cha mifumo ya kusukumia inahitajika, kama mifumo ya oksijeni ya juu ya shinikizo huwekwa kawaida kwenye bypass katika mabomba ya kwenda kwenye mizinga ya samaki. Kwa upande mwingine, vifaa vya oksijeni vya chini vya kichwa huwa na kuwa kubwa zaidi kwa sababu ya haja yao ya kushughulikia mtiririko mkubwa na hivyo, gharama zao za awali zinaweza kuwa za juu. Mifano ya vifaa ambayo inaweza kutibu jumla ya mtiririko ni pamoja na chini kichwa oxygenator (LHO) (Wagner et al. 1995), kuendeshwa na mvuto kama maji ni kwanza pumped katika biofilter na safu packed (Summerfelt et al. 2004), chini kichwa oksijeni mbegu, variants ya Speece (Ashley et al. 2008; Timmons na Losordo 1994) kuendeshwa kwa shinikizo la chini, kina shimoni mbegu (Kruger Kaldnes, Norway), pia lahaja ya Speece koni iliyoundwa na kufikia shinikizo juu ya uendeshaji kwa njia ya kuongezeka shinikizo hydrostatic kutokana na kuweka vifaa chini ya mizinga samaki na pampu sumps, U-tube oxygenator na variants yake ya kubuni kama vile tube ya Farrell au mfumo wa dissolver ya oksijeni yenye hati miliki (AquamaOf, Israeli) na matumizi ya oksijeni iliyosababishwa katika mizinga ya samaki ya kina (Mchoro 3.5).

Kielelezo 3.5 Njia mbadala za uhamisho wa gesi kwa ajili ya kurejesha maji kurudi kwenye mizinga ya samaki. Ikiwa chombo cha kuwasiliana na gesi kinaruhusu kushinikiza, oksijeni inaweza kuhamishwa katika viwango vya juu katika mito ndogo, yenye shinikizo (a, b). Hata hivyo, oksijeni katika viwango vya chini inaweza kuhamishiwa kwenye kitanzi kikuu cha kurejesha, lakini kwa hili, kifaa cha uhamisho wa oksijeni lazima kiwe kikubwa zaidi kushughulikia mtiririko kamili wa mfumo (c)

3.3.2 Nitrifying Mbadala Biofiltration

Ingawa nitrifying biofilters kuendelea kuwa kuu kibiashara kukubalika njia ya kuondolewa kwa amonia katika RAS kibiashara, teknolojia mpya ya kuondolewa kwa nitrojeni imekuwa maendeleo katika miaka ya hivi karibuni. Baadhi ya teknolojia hizi huchukulia njia mbadala za kibiolojia za kuondoa amonia kutoka maji ya utamaduni, wakati wengine wanalenga kuchukua nafasi au kufanya kazi sambamba na biofilters za nitrifying ili kupunguza mapungufu ya asili. Hizi ni pamoja na ukubwa mkubwa wa reactor, uwezekano wa crashing, nyakati za kuanza kwa muda mrefu na utendaji duni katika mifumo ya maji baridi na baharini.

Mchakato wa anammox

Njia mbadala ya kibiolojia ya kuondolewa kwa amonia inayozingatiwa kwa RAS ni mchakato wa anammox (Tal et al. 2006), ambayo hutokea chini ya hali ya anaerobic. Anaerobic amonia oxidation ni mchakato ambao hupunguza nitrojeni kwa kuchanganya amonia na nitriti kuzalisha gesi ya nitrojeni (van Rijn et al. 2006). Mchakato wa anammox ni wa riba kwa RAS kwa sababu inaruhusu kuondolewa kamili ya autotrophic nitrojeni, kinyume na mchanganyiko wa jadi wa biofilters nitrifying na mifumo ya denitrification ya heterotrophic wanaohitaji kuongeza kaboni (van Rijn et al. 2006). Aidha, katika njia ya anammox, nusu tu ya amonia iliyotolewa na samaki ni aerobically iliyooksidishwa kwa nitriti (wanaohitaji oksijeni), wakati nusu nyingine ni anaerobically kubadilishwa kwa gesi ya nitrojeni pamoja na nitriti zinazozalishwa. Hii inaweza kutoa akiba katika matumizi ya oksijeni na nishati katika RAS (van Rijn et al. 2006).

Anammox Reactor prototypes zimeonyeshwa kwa mafanikio (Tal et al. 2006, 2009), wakati shughuli za anammox zimeshukiwa kutokea katika mifumo ya denitrification ya baharini (Klas et al. 2006). Mradi wa Ulaya wa FP7 DEAMNRECIRC ulifanikiwa pia katika kujenga prototypes ya reactor ya anammox kwa maombi ya maji baridi na maji ya bahari ya maji. Hata hivyo, matumizi ya kibiashara ya teknolojia bado haijatambuliwa na waandishi.

Kemikali Kuondolewa kwa Ammonia

Mifumo ya kuondolewa kwa Amonia kulingana na kubadilishana ion na michakato ya oxidation ya electrochemical inapendekezwa kama njia mbadala za nitrifying biofilters. Michakato ya kubadilishana ion hutegemea kutumia vifaa vya adsorptive kama vile zeolites au resini ion-kuchagua ili kuondoa amonia iliyoyeyushwa kutoka kwa maji (Lekang 2013), wakati michakato ya oxidation ya electrochemical kubadilisha amonia na gesi ya nitrojeni kupitia idadi ya athari tata za oxidation (Lahav et al. 2015). Kwa kulinganisha, michakato ya kubadilishana ion yanafaa kwa maji yenye viwango vya chini vya ions (yaani maji safi), wakati michakato ya oxidation ya electrochemical inachukua faida ya ions za klorini zilizopo katika maji ili kuzalisha aina ya klorini ambayo kwa urahisi kuguswa na amonia (Lahav et al. 2015) na hivyo ni yanafaa kwa ajili ya maji yenye viwango vya juu vya ioni za kloridi (yaani maji ya brackish na baharini).

Ingawa michakato ya ubadilishaji wa ion sio mpya, maombi yao katika RAS yamepunguzwa na uwezo wao wa kudumisha utendaji kwa muda: nyenzo za kuchuja hatimaye inakuwa ‘imejaa’, kupoteza uwezo wake wa adsorptive na, kwa hiyo, lazima zirejeshwe tena. Gendel na Lahav (2013), walipendekeza mbinu ya riwaya ya mchakato wa amonia ya kubadilishana ion kwa sanjari na mchakato wa kuzaliwa upya wa adsorbent kwa kutumia oxidation ya electrochemical. Oxidation ya electrochemical ya amonia ni mchakato ambao umepata tahadhari kubwa katika miaka ya hivi karibuni, na dhana kadhaa zimechunguzwa na zimezinduliwa kibiashara, kwa mfano, ELOXIRAs nchini Hispania.

Sababu za kupunguza matumizi ya teknolojia hizi katika RAS ya kibiashara ni pamoja na, katika kesi ya michakato ya kubadilishana ion, utendaji mbaya wa kiuchumi, ugumu wa regenerate kiasi kikubwa cha vifaa vya adsorbent juu ya mahitaji (Lekang 2013), utata wa mfumo wanaohitaji kuongeza ya vitendanishi kemikali, high matumizi ya umeme na kiwango cha juu cha kuondolewa kwa yabisi zilizosimamishwa (Lahav et al. 2015), ambayo mara nyingi haiwezekani katika RAS kubwa. Katika kesi ya michakato ya electrooxidation ya amonia, uzalishaji wa aina ya sumu tendaji wanaohitaji kuondolewa kazi ni kiwango cha juu yao, ingawa mahitaji yao ya juu yabisi kudhibiti, mara nyingi inawezekana tu kwa filters mitambo iliyosababishwa, pia ni changamoto katika RAS inayofanya kazi na mtiririko mkubwa na shinikizo la chini.

3.3.3 Udhibiti mzuri wa Solids

Ngumu nzuri ni sehemu kubwa ya yabisi katika RAS yenye chembe\ 30 μm inayounda zaidi ya 90% ya jumla ya yabisi zilizosimamishwa katika maji ya utamaduni. Uchunguzi wa hivi karibuni umegundua kuwa zaidi ya 94% ya yabisi zilizopo katika utamaduni maji ya RAS ni\ <20 μm kwa ukubwa au ‘faini’ (Fernandes et al. 2015). Mkusanyiko wa yabisi faini hutokea hasa kama yabisi kubwa bypass filters mitambo (ambayo si 100% ufanisi) na hatimaye kuvunjwa na pampu, msuguano na nyuso na shughuli za bakteria. Mara baada ya ukubwa wa solids ni kupunguzwa, mbinu za jadi za filtration za mitambo hutolewa bure.

Katika miaka ya hivi karibuni, uzalishaji, udhibiti, madhara ya ustawi wa samaki na madhara ya utendaji wa mfumo wa yabisi faini huendelea kuchunguzwa. Madhara ya yabisi faini juu ya ustawi wa samaki awali yalichunguzwa kupitia utafiti wa uvuvi (Chen et al. 1994). Hata hivyo, madhara ya moja kwa moja ya yabisi nzuri katika RAS juu ya ustawi wa samaki hayajafuatiliwa vizuri hadi hivi karibuni. Kushangaza, kazi tofauti juu ya upinde wa mvua trout na Becke et al. (2016) na Fernandes et al. (2015) hawakuonyesha madhara hasi ustawi katika mifumo na viwango suspended yabisi ya hadi 30 mg/l katika majaribio yatokanayo kudumu 4 na 6 wiki, kwa mtiririko huo. Licha ya matokeo haya, madhara ya moja kwa moja ya mkusanyiko mzuri wa yabisi katika RAS yanajulikana (Pedersen et al. 2017) na yanaripotiwa kuwa yanahusishwa na kuenea kwa microorganisms nyemelezi (Vadstein et al. 2004; Attramadal et al. 2014; Pedersen et al. 2017) tangu yabisi nzuri hutoa high-uso eneo substrate kwa bakteria kutawala. Mwingine muhimu athari hasi ya faini yabisi mkusanyiko ni kuongezeka kwa turbidity, ambayo hufanya Visual ukaguzi wa samaki vigumu na inaweza kudhoofisha mikakati ya kudhibiti photoperiod ambayo yanahitaji kupenya mwanga katika safu ya maji kutokea. Fine mikakati yabisi kudhibiti kutumika katika RAS kisasa ni pamoja na ozonation, protini skimming, kuelea, cartridge filtration na filtration utando (Couturier et al. 2009; Cripps na Bergheim 2000; Summerfelt na Hochheimer 1997; Wold et al. 2014). Protini skimmers, pia inajulikana kama fractionators povu, pia ni kiasi maarufu faini yabisi kudhibiti vifaa, hasa katika mifumo ya baharini (Badiola et al. 2012).

3.3.4 Ozonation

Maarifa ya ozoni (o<sub3/sub) maombi katika RAS imekuwepo tangu miaka ya 1970 na 1980 (Summerfelt na Hochheimer 1997). Hata hivyo, matumizi yake haijawahi kuenea kama michakato mingine kama vile nitrifying biofilters au filters mitambo (Badiola et al. 2012). Mbali na matibabu mazuri yabisi, ozoni, kama kioksidishaji cha nguvu, inaweza kutumika katika RAS kuondokana na microorganisms, nitriti na vitu vya humic (Gonçalves na Gagnon 2011). Miaka ya hivi karibuni imeona ongezeko la ujuzi juu ya uwezekano na mapungufu ya ozoni yaliyotumika katika RAS ya maji safi na baharini. Muhimu, dozi za ozoni ambazo zinaweza kupatikana kwa usalama ili kuboresha ubora wa maji katika mifumo ya maji safi na maji ya bahari zimethibitishwa katika machapisho kadhaa (Li et al. 2015; Park et al. 2013, 2015; Schroeder et al. 2011; Summerfelt 2003; Timmons na Ebeling 2010), na hitimisho kwamba dozi za ozoni juu ya mipaka ilipendekeza (1) wala kuboresha ubora wa maji zaidi na (2) inaweza kusababisha madhara hasi ustawi, hasa katika mifumo ya maji ya bahari ambapo ozonation nyingi kusababisha malezi ya vioksidishaji sumu mabaki. Katika RAS ya maji baridi, mahitaji ya ozonation ili kufikia disinfection kamili ya mtiririko wa mchakato yameamua (Summerfelt et al. 2009).

Ozonation inaboresha microscreen filter utendaji na kupunguza mkusanyiko wa jambo kufutwa na kuathiri rangi ya maji (Summerfelt et al. 2009).

Hata hivyo, ozonation nyingi inaweza kuathiri vibaya samaki kulimwa kwa kusababisha athari mbaya ikiwa ni pamoja na uharibifu wa tishu histopathologic (Richardson et al. 1983; Reiser et al. 2010) na mabadiliko katika tabia kulisha (Reiser et al. 2010) pamoja na dhiki oxidative (Ritola et al. 2000, 2002; Livingstone 2003). Zaidi ya hayo, ozonation kwa-bidhaa inaweza kuwa na madhara. Bromate ni moja ya haya na ni uwezekano wa sumu. Tango na Gagnon (2003) ilionyesha kuwa ozonated baharini RAS na viwango vya bromate kwamba ni uwezekano wa impair afya samaki. Sugu, sublethal ozone-zinazozalishwa vioksidishaji (OPO) sumu mara kuchunguzwa katika turbot vijana na Reiser et al. (2011), wakati upinde wa mvua trout afya na ustawi walikuwa tathmini katika RAS ozonated na yasiyo ya ozonated na Good et al. (2011). Kuongeza upinde wa mvua trout na ukubwa wa soko katika RAS ozonated kuboresha utendaji samaki bila kwa kiasi kikubwa kuathiri afya zao na ustawi wakati high OPO dozi kuathiri ustawi wa turbot vijana.

3.3.5 Denitrification

Katika mifumo mingi ya kurejesha maji ya maji, nitrate, bidhaa ya mwisho ya nitrification, huelekea kukusanya. Mkusanyiko huo ni kawaida kudhibitiwa na dilution (kuanzisha maji mapya katika mfumo). Udhibiti wa nitrati kwa dilution inaweza kuwa sababu ya kupunguza uendeshaji wa RAS kutokana na kanuni za mazingira, upatikanaji duni wa maji mapya, gharama ya kutibu mito inayoingia na ya maji machafu au gharama zinazohusiana na baridi au inapokanzwa maji mapya.

Kuondolewa kwa nitrati ya kibiolojia katika RAS kunaweza kupatikana kwa bakteria ya anaerobic ya kiutendaji kwa kutumia njia ya kutenganisha kubadili nitrati kwa gesi ya nitrojeni mbele ya kaboni na nitrati kama wafadhili wa elektroni (van Rijn et al. 2006). Denitrification mitambo ni hivyo mitambo ya kibiolojia ambayo ni kawaida kuendeshwa katika hali anaerobic na kwa ujumla dosed na aina fulani ya chanzo kaboni kama vile ethanol, methanol, glucose, molasses, nk Denitrification teknolojia imekuwa chini ya maendeleo tangu miaka ya 1990 (van Rijn na Riviera 1990), lakini umaarufu wake miongoni mwa sekta ya ufugaji wa maji ya maji imeongezeka tu katika miaka iliyopita, kutoa ufumbuzi wa ubunifu wa uharibifu wa reactor.

Moja ya maombi mashuhuri ya mifumo ya denitrification katika ufugaji wa maji ni ‘zero kubadilishana’ RAS (Yogev et al. 2016), ambayo huajiri digestion anaerobic ya biosolids zinazozalishwa katika mfumo wa kuzalisha asidi tete fatty (VFA) ambayo hutumiwa na denitrifiers kama chanzo cha kaboni. Klas at al. (2006) ilianzisha mfumo wa denitrification wa ‘singlesludge’, ambapo uzalishaji wa VFA kutoka biosolids na denitrification hutokea katika mtambo mmoja, mchanganyiko. Suhr et al. (2014) aliendeleza dhana ya singlesludge zaidi, kuifanya kwa ajili ya matibabu ya mwisho ya bomba ya majivu ya ufugaji wa samaki na kuongeza hatua ya ziada ambayo hutenganisha uzalishaji wa VFA kutoka kwa mtambo wa denitrification katika tank ya hidrolisisi. Kazi hizi zimetoa taarifa muhimu juu ya uwezekano wa kutumia biosolids ya maji badala ya vyanzo vya kaboni vya gharama kubwa kwa ajili ya denitrification. Zaidi ya hayo, Christianson et al. (2015) alisoma ufanisi wa mitambo ya autotrophic, sulfuri makao ya denitrification kama mbadala kwa mitambo ya kawaida ya heterotrophic denitrification. Mitambo ya autotrophic huzalisha majani kidogo (yabisi) na inaweza kutolewa na chembe za sulphur, ambazo ni nafuu kuliko vyanzo vya kawaida vya kaboni.

VFAs pia ni sehemu ya mtangulizi katika uzalishaji wa biopolymers kama vile Polyhydroalkanoates (Phas), inayotumiwa kuzalisha plastiki za kibiolojia (Pittmann na Steinmetz 2013). Hii inaweza kushikilia uwezekano wa mashamba ya samaki kuajiri mchakato wa sludge ulioamilishwa na anaerobic kuwa sehemu ya dhana ya ‘biorefinery’ inayotumika kwa mimea ya matibabu ya maji machafu.

3.3.6 Udhibiti wa Microbial

Jamii za microbial ni sehemu muhimu za mazingira ya majini. Katika mifumo ya uzalishaji wa maji, huwa na majukumu muhimu katika kuchakata virutubisho, uharibifu wa suala la kikaboni na matibabu na udhibiti wa magonjwa (Zeng et al. 2017). Kuendeleza ufanisi, uzalishaji, kibiolojia salama na magonjwa ya bure RAS inahitaji uelewa wa kina wa michakato yote ya msaada wa maisha kutoka kimwili na kemikali (uhamisho wa gesi, matibabu ya mafuta, ozonation, UV mnururisho, pH na chumvi marekebisho) kwa michakato ya kibiolojia (nitrification, denitrification na aerobic heterotrophic shughuli). Wakati michakato ya kimwili na kemikali inaweza kudhibitiwa, mifumo ya filtration ya kibiolojia inategemea mwingiliano wa jamii za microbial na kila mmoja na mazingira yao kama matokeo ya pembejeo ya virutubisho (taka ya samaki pato) na, kwa hivyo, si kama rahisi kudhibitiwa (Schreier et al. 2010). Uchunguzi wa hivi karibuni kwa kutumia zana za Masi haukuruhusu tu kutathmini utofauti wa microbial katika RAS lakini pia umetoa ufahamu fulani katika shughuli zao ambazo zinapaswa kusababisha ufahamu bora wa mwingiliano wa jamii ya microbial. Mbinu hizi ni hakika ya kutoa mipango ya mchakato wa RAS riwaya pamoja na ufahamu katika michakato mpya na zana za kuimarisha na kufuatilia mifumo hii (Schreier et al. 2010). Uelewa wa sasa wa RAS biofilter microbial utofauti katika mifumo ya maji safi na baharini ni msingi wa masomo kwa kutumia 16S rRNA na kazi uchunguzi jeni maalum au 16S rRNA maktaba gene badala ya mbinu utamaduni makao (Jedwali 3.1).

Uelewa katika mienendo ya muda na ya anga ya microbiota katika RAS pia bado ni mdogo (Schreier et al. 2010), na ufumbuzi wa uwezo wa kudumisha au kurejesha jamii za microbial zenye manufaa katika RAS hazipo (Rurangwa na Verdegem 2015). Mbali na jumuiya ya microbial ambayo hutakasa maji, microbiota katika RAS inaweza pia kuingiza vimelea au kuzalisha misombo inayosababisha ladha (Guttman na van Rijn 2008). Kutokana na ugumu wa kutibu magonjwa wakati wa operesheni bila kuathiri vibaya microbiota yenye manufaa, usimamizi wa microbial katika RAS ni badala ya umuhimu kutoka mwanzo kupitia mchakato mzima wa uzalishaji. Microorganisms huletwa ndani ya RAS kupitia njia tofauti: maji ya kufanya-up, hewa, wadudu wa wanyama, kulisha, kuhifadhi samaki, vifaa vya uchafu na kupitia wafanyakazi au wageni (Sharrer et al. 2005; Blancheton et al. 2013). Viumbe maalum pia vinaweza kutumika kwa makusudi ili kuongoza ukoloni wa microbial ili kuboresha utendaji wa mfumo au afya ya wanyama (Rurangwa na Verdegem 2015).

Meza 3.1 Shughuli za msingi zinazohusiana na vitengo vya biofiltration RAS na microorganisms (Kutoka Schreier et al. 2010)

meza thead tr darasa=“header” Thprocess/th Tatu/th th colspan=“2"Microorganism/th /tr tr cutetd cutetd Tdfreshwater/Td Tdmarine/TD /tr /thead tbody tr darasa=“hata” Tdnitrification/TD cutetd cutetd cutetd /tr tr darasa=“isiyo ya kawaida” TDammonium/td td NHSUB4/subsup+/Sup + 1.5OSU2/sub → νosub2/sub + 2Hsup+/Sup + Hsub2/subo /td TdinitRosomonas oligotropha/i/td TdinitRosomonas sp. /i/td /tr tr darasa=“hata” cutetd cutetd cutetd TdinitRosomonas cryotolerans/i/td /tr tr darasa=“isiyo ya kawaida” cutetd cutetd cutetd TdinitRosomonas europae/i/td /tr tr darasa=“hata” cutetd cutetd cutetd TdinitRosomonas cinnybus/ nitrosa/i/td /tr tr darasa=“isiyo ya kawaida” cutetd cutetd cutetd Tdinitrosococcus mkononi/td /tr tr darasa=“hata” TDNitrite oxidation/td td O2sup-/sup + H2O → No3sup-/sup + 2Hsup+/sup + 2esup -/sup

/td TdinitroSpira spp. /i/td cutetd /tr tr darasa=“isiyo ya kawaida” cutetd cutetd TdinitroSpira marina/isupa/sup/td TdinitroSpira marina/isupa/sup/td /tr tr darasa=“hata” cutetd cutetd TdinitroSpira Moscoviensis/isupa/sup/td TdinitroSpira Moscoviensis/isupa/sup/td /tr tr darasa=“isiyo ya kawaida” Tddenitrification/TD cutetd cutetd cutetd /tr tr darasa=“hata” tdautotrophic/TD td Ssub2/subsup-/Sup + 1.6nosub3/subsup-/Sup + 1.6Hsup +/sup

→ /td cutetd TDithiomiCrosporia denitrificans/i/td /tr tr darasa=“isiyo ya kawaida” td (tegemezi la sulfidi) /td td SOSub4/subsup2-/Sup + 0.8nsub2/sub (g) + 0.8Hsub2/subo /td cutetd TDithiothrix mwanafunzi/isupa/sup/td /tr tr darasa=“hata” cutetd cutetd cutetd Tdirhodobacter litoralis/isupa/sup/td /tr tr darasa=“isiyo ya kawaida” cutetd cutetd cutetd TDIHydrogenophaga sp. /i/td /tr tr darasa=“hata” Tdheterotrophic/TD td 5Chsub3/subcoosup-/sup + 8nosub3/subsup-/sup + 3Hsup +/sup

→ /td cutetd TDipseUdomonas fluorescens/i/td /tr tr darasa=“isiyo ya kawaida” cutetd td 10HCOSU3/subsup-/sup + 4nsub2/sub (g) + 4Hsub2/subo /td TDipseudomonas sp. /i/td TDipseudomonas stutzeri/i/td /tr tr darasa=“hata” cutetd cutetd TdicomaMonas sp. /i/td TDipseudomonas sp. /i/td /tr tr darasa=“isiyo ya kawaida” cutetd cutetd cutetd TDiparaCoccus denitrificans/i/td /tr tr darasa=“hata” TDDissimilatory nitrate/td td NoSub3/subsup-/Sup + 2Hsup+/sup + 4Hsub2/SUB → NHSUB4/subsup+/Sup + 3Hsub2/subo /td cutetd TDIVarious Proteobacteria na firmicutes/I/TD /tr tr darasa=“isiyo ya kawaida” TdReduction kwa amonia (DNRA) /td cutetd cutetd cutetd /tr tr darasa=“hata” Amonia ya Tdanaerobic/td td NHSUB4/subsup+/Sup + NoSub2/subsup-/Sup → Nsub2/sub (g) + 2Hsub2/subo /td cutetd TDiplanctomyCetes spp. /i/td /tr tr darasa=“isiyo ya kawaida” tdoxidation (Anammox) /td cutetd cutetd TDibrocadia sp. /isupa/sup/td /tr tr darasa=“hata” Kupunguza TDSulfata/td td SO4sup2-/sup + Chsub3/subcoosup-/sup + 3Hsup+/sup → /td cutetd TDideSulfovibrio sp. , /i/td /tr tr darasa=“isiyo ya kawaida” cutetd TDHSsup-/Sup + 2Hcosub3/subsup-/sup + 3Hsup+/sup/TD cutetd TDidethiosulfovibrio sp. , /i/td /tr tr darasa=“hata” cutetd cutetd cutetd TDifusibacter/I sp., ibacteroides sp. /i/td /tr tr darasa=“isiyo ya kawaida” TDSulfide oxidation/td td HSSUP-/sup + 2OSU2/SUB → SOUB4/subsup2-/Sup + HSU+/sup /td cutetd TDithiomicrospira sp. /i/td /tr tr darasa=“hata” Tdmethanogenesis/TD td 4Hsub2/sub + HSUP+/Sup + HCOSU3/subsup-/Sup → Chsub4/sub (g) + 3Hsub2/subo /td cutetd TDMethanogenic Archaea [Mirzoyan na Jumla, haijachapishwa] /td /tr /tbody /meza

Supa/supmicroorganisms kutambuliwa tu kwa misingi ya sehemu 16S rRNA gene au utaratibu kazi gene

Mojawapo ya mbinu za kuzuia ukoloni wa pathogen ni matumizi ya bakteria ya probiotiki ambayo yanaweza kushindana kwa virutubisho, kuzalisha inhibitors za ukuaji, au, kuzima mawasiliano ya kiini (quorum kuhisi) ambayo inaruhusu kutulia ndani ya biofilms (Defoirdt et al. 2007, 2008; Kesarkodi-Watson et al. 2008). Bakteria ya probiotic ni pamoja na Bacillus, Pseudomonas (Kesarkodi-Watson et al. 2008) na Roseobacter spp. (Bruhn et al. 2005), na bakteria zinazohusiana na hizi pia zimetambuliwa katika biofilters RAS (Schreier et al. 2010) (Jedwali 3.1). Ili kupata taarifa zinazohitajika kusimamia utulivu wa microbial katika RAS, Rojas-Tirado et al. (2017) wamegundua sababu zinazoathiri mabadiliko katika mienendo ya bakteria kwa suala la wingi na shughuli zao. Uchunguzi wao unaonyesha kwamba shughuli za bakteria hazikuwa parameter ya moja kwa moja inayoweza kutabirika katika awamu ya maji kama viwango vya nitrate-N katika RAS zinazofanana zilionyesha mabadiliko yasiyotarajiwa ghafla/kushuka kwa thamani ndani ya moja ya mifumo. Chembe zilizosimamishwa katika RAS hutoa eneo la uso ambalo linaweza kuwa koloni na bakteria. Chembe zaidi hujilimbikiza kama kiwango cha kuongezeka kwa recirculation, hivyo uwezekano wa kuongeza uwezo wa kubeba bakteria wa mifumo. Pedersen et al. (2017) Kugundua uhusiano kati ya jumla chembe eneo la uso (TSA) na shughuli za bakteria katika maji safi RAS. Wao walionyesha nguvu, chanya, linear uwiano kati ya TSA na shughuli za bakteria katika mifumo yote yenye kiwango cha chini hadi wastani wa recirculation. Hata hivyo, uhusiano huo umeacha kuwepo katika mifumo yenye kiwango cha juu cha kurejesha tena. Hii ni uwezekano kutokana na mkusanyiko wa virutubisho kufutwa kuendeleza free-hai wakazi bakteria, na/au mkusanyiko wa colloids suspended na chembe faini chini ya 5 microns katika kipenyo, ambayo walikuwa si sifa katika utafiti wao lakini inaweza kutoa kubwa uso eneo.

Katika RAS, misombo mbalimbali ya kemikali (hasa nitrati na kaboni ya kikaboni) hujilimbikiza katika maji ya kuzaa. Substrata hizi za kemikali zinatawala ecophysiolojia ya jamii za bakteria kwenye biofilter na zina athari juu ya ufanisi wake wa nitrification na uaminifu. Michaud et al. (2014) alichunguza mabadiliko ya muundo wa jamii ya bakteria na wingi mkubwa wa jamaa wa taxa katika filters mbili tofauti za kibiolojia na kuhitimisha kuwa mienendo na kubadilika kwa jamii ya bakteria kukabiliana na mabadiliko makubwa ya maji yalionekana kuunganishwa na utendaji wa biofilter. Moja ya vipengele muhimu vya kuboresha uaminifu na uendelevu wa RAS ni usimamizi sahihi wa idadi ya bakteria ya biofilter, ambayo inahusishwa moja kwa moja na upatikanaji wa C (carbon) (Avnimelech 1999). Ikumbukwe kwamba RAS zina mali ambazo zinaweza kuchangia kwa utulivu wa microbial, ikiwa ni pamoja na muda mrefu wa kuhifadhi maji na eneo kubwa la uso wa biofilters kwa ukuaji wa bakteria, ambayo inaweza uwezekano wa kupunguza uwezekano wa kuenea kwa microbes zinazofaa katika maji ya kuzaliana ( Attramadal et al. 2012a).

Attramadal et al. (2012a) ikilinganishwa maendeleo ya jamii microbial katika RAS na ozonation wastani (kwa 350 mV) na ile ya mfumo wa kawaida flowthrough (FTS) kwa kundi moja la cod Atlantic, Gadus morhua. Walipata kutofautiana kidogo katika utungaji wa bakteria kati ya mizinga ya samaki ya RAS kuliko kati ya mizinga ya FTS. RAS ilikuwa na muundo zaidi wa jamii ya microbial na utofauti wa aina ya juu na mara kwa mara sehemu ya chini ya wafadhili. Samaki katika RAS walifanya vizuri zaidi kuliko udhibiti wao katika FTS, licha ya kuwa wazi kwa ubora wa maji duni wa kimwili na kemikali. Wakati kutafiti madhara ya ozonation wastani au high-kiwango UV mnururisho juu ya mazingira microbial katika RAS kwa mabuu ya samaki baharini, Attramadal et al. (2012b) alisisitiza kuwa RAS kwa mabuu kama lazima pengine ni pamoja na disinfection nguvu kwa sababu inaongoza kwa kupungua kwa idadi ya bakteria, ambayo ni uwezekano wa kusababisha destabilization ya jamii microbial. Zaidi ya hayo, matokeo yao yanasaidia nadharia ya RAS kama mkakati wa kudhibiti microbial wakati wa kulisha kwanza wa mabuu ya samaki.

RAS na kukomaa microbial kama zana kwa ajili ya K-uteuzi wa jamii microbial ilikuwa chini ya utafiti na Attramadal et al. (2014) ambao walidhani kwamba mabuu ya samaki ambayo ni reared katika maji inaongozwa na K-strategists (jamii kukomaa microbial) kufanya vizuri, kwa sababu wao ni chini ya uwezekano kukutana na microbes zinazofaa (R-kuchaguliwa) na kuendeleza mwingiliano wa mwenyeji wa microbe. Matokeo ya majaribio yao yalionyesha uwezekano mkubwa wa kuongeza uhai wa samaki kwa kutumia K-uteuzi wa bakteria, ambayo ni njia ya bei nafuu na rahisi ambayo inaweza kutumika katika kila aina ya mifumo mpya au iliyopo ya ufugaji wa maji. Mabadiliko madogo katika usimamizi (mzigo wa kikaboni na kukomaa kwa maji) ya matibabu ya maji hutoa microbiota tofauti sana katika mizinga ya samaki (Attramadal et al. 2016). Kwa upande mwingine, vitu vya humic (HS) ni misombo ya kikaboni ya asili, inayojumuisha safu nyingi za polima za rangi za uzito wa kikaboni. Wao ni bidhaa za mwisho katika uharibifu wa misombo ya kikaboni tata na, wakati mwingi, huzalisha rangi ya rangi ya rangi ya rangi ya rangi ya rangi ya rangi ya udongo na maji (Stevenson 1994). Katika mfumo wa ufugaji wa maji ya sifuri, dutu zinazofanana na HS ziligunduliwa katika maji ya utamaduni na pia katika damu ya samaki (Yamin et al. 2017a). Athari ya kinga ya HS iliripotiwa katika samaki iliyo wazi kwa chuma cha sumu (Peuranen et al. 1994; Hammock et al. 2003) na viwango vya sumu vya amonia na nitriti (Meinelt et al. 2010). Aidha, ushahidi ulitolewa kwa athari zao fungistatic dhidi ya pathogen samaki, _Saprolengia vimelea _ (Meinelt et al. 2007). Katika carp kawaida (Cyprinus carpio) wazi kwa (a) humic tajiri maji na sludge kutoka mfumo recirculating, (b) synthetic asidi humic na (c) Leonardite inayotokana humic dondoo, viwango vya maambukizi ilipungua kwa 14.9%, 17.0% na 18.8%, kwa mtiririko huo, ikilinganishwa na kiwango cha maambukizi ya 46.8% katika udhibiti matibabu (Yamin et al. 2017b). Kadhalika, yatokanayo na samaki guppy (Poecilia reticulata), kuambukizwa na monogenea Gyrodactylus turnbulli na Dactylogyrus sp. kwa humic tajiri utamaduni maji na kulisha, kupunguza maambukizi ya maambukizi (% ya samaki walioambukizwa) na kiwango maambukizi (vimelea kwa samaki) ya vimelea viwili (Yamini et al. 2017c).

Inaaminika kuwa utafiti wa msingi katika eneo la mazingira microbial ya mifumo nitrification/denitrification Reactor katika RAS inaweza kutoa ubunifu ambayo inaweza kubadilisha na/au kuboresha utendaji Reactor katika RAS kasi. Hadi sasa, jumuiya ya microbial katika mitambo bado ni vigumu kudhibiti (Leonard et al. 2000, 2002; Michaud et al. 2006, 2009; Schreier et al. 2010; Rojas-Tirado et al. 2017) na ukosefu mkubwa wa mfumo hutoka kwa hili (Martins et al. 2010b).

3.3.7 Ufanisi wa Nishati

Uwezo wa kiuchumi wa uzalishaji wa samaki katika mfumo wa kurejesha maji ya maji hutegemea, kwa sehemu, kupunguza mahitaji ya nishati ya uendeshaji wa vifaa vile. RAS zinahitaji miundombinu ya juu ya kiufundi kuliko mifumo ya wazi, hivyo gharama za nishati katika RAS tayari zimehesabiwa kama vikwazo vikubwa ambavyo vinaweza kuzuia teknolojia hii kuenea kwa maombi (Singh na Marsh 1996). Ya gharama zote zinazohusiana na matumizi ya umeme katika RAS, uingizaji hewa na baridi ya maji kwa ujumla ni muhimu zaidi. Katika RAS ya ndani, kujenga uingizaji hewa ni muhimu kudhibiti unyevu na viwango vya dioksidi kaboni. Udhibiti duni wa unyevu unaweza kusababisha kuzorota kwa haraka kwa miundo ya jengo, wakati mkusanyiko wa dioksidi kaboni utaathiri mchakato wa kukata dioksidi kaboni unaoendesha RAS na kusababisha kizunguzungu kwa wafanyakazi. Ili kuweka hali inayokubalika ndani ya vituo, uingizaji hewa au mimea ya hali ya hewa inafanya kazi sana (Gehlert et al. 2018). Mifumo hii ya uingizaji hewa inaweza kuunganishwa na hatua za kupunguza matumizi ya nishati. Aidha, ili kuendeleza RAS endelevu ya mazingira, nishati inaweza kudhaniwa kama parameter muhimu ya kuendesha gari, na hasa, nishati inaweza kuchukuliwa kuwa kiashiria muhimu. Uchambuzi wa utendaji wa nguvu wa RAS umefanywa na Kucuk et al. (2010) kuchangia usimamizi wa nishati katika RAS. Ili kuboresha utendaji wa juhudi wa RAS, walipendekeza kuwa hali ya uendeshaji wa vipengele, hasa, pampu zinapaswa kuboreshwa na kuboreshwa kulingana na uwezo wa uzalishaji wa samaki wa mfumo.

Ili kuongeza ufanisi, mameneja wa RAS wanahitaji miongozo na zana za kuongeza uzalishaji. Ukaguzi wa nishati unaweza kutoa data halisi ambayo inaweza kutumika kwa ajili ya uamuzi. Badiola et al. (2014) alichunguza jumla ya matumizi ya nishati (kWh) ya mfumo wa cod RAS kuendelea kwa muda wa miezi 14 na kutambua pampu ya joto kama matumizi ya nishati ya juu ya samaki ya kuzaliana wanaohitaji matibabu ya joto ya juu ya maji. Gehlert et al. (2018) alihitimisha kuwa vitengo uingizaji hewa inayotolewa uwezo mkubwa kwa ajili ya akiba ya nishati katika RAS. Mara nyingi, wakati vigezo vya hali ya hewa katika kituo hukaa ndani ya aina inayotaka, viwango vya mtiririko wa hewa vinaweza kuhifadhiwa katika viwango vya chini vya kuokoa nishati. Zaidi ya hayo, hatua za kuokoa nishati katika RAS zinaweza kujumuisha: programu yenye data ya utendaji wa nishati, vyanzo mbadala vya nishati ili joto la maji na matumizi ya waongofu wa mzunguko (Badiola et al. 2014).