6.6 Mabomba yaliyosimamishwa na Sludge

Vigezo vya uendeshaji wa aquaponics kwa kiwango fulani - ikiwa ni pamoja na kiasi cha maji, joto, kulisha na mtiririko, pH, umri wa samaki na mazao na msongamano - wote huathiri usambazaji wa muda na anga wa jamii za microbial zinazoendelea ndani ya vyumba vyake, kwa kitaalam: RAS (Blancheton et al. 2013); hydroponics (Lee na Lee 2015).

Mbali na kudhibiti oksijeni iliyoyeyushwa, viwango vya dioksidi kaboni na pH katika aquaponics, ni muhimu pia kudhibiti mkusanyiko wa yabisi katika mfumo wa RAS kama chembe nzuri zilizosimamishwa zinaweza kuambatana na gills, kusababisha abrasion na dhiki ya kupumua na kuongeza uwezekano wa ugonjwa (Yildiz et al. 2017) . Inafaa zaidi, jambo la kikaboni la chembe (POM) linapaswa kuondolewa kwa haraka na kwa ufanisi kutoka kwa mifumo ya RAS, au ukuaji wa heterotrophic mkubwa utasababisha karibu mchakato wote wa kitengo kushindwa. RAS kulisha viwango lazima makini kusimamiwa ili kupunguza yabisi kupakia juu ya mfumo (kwa mfano kuepuka juu-kulisha na kupunguza gharama za kulisha). Mali ya biophysical ya kulisha — ukubwa wa chembe, maudhui ya virutubisho, digestibility, rufaa ya hisia, wiani na kiwango cha kutulia — kuamua viwango vya kumeza na assimilation, ambayo kwa upande ina athari juu ya yabisi kujenga na hivyo ubora wa maji. Ingawa ubora wa maji unajifunza mara kwa mara katika mazingira ya baiskeli ya virutubisho (angalia [Chap. 9](/jamiii/makala/sura ya 9-virutubishi-katika-aquaponics-systems), ni muhimu pia kupata uelewa bora wa muundo wa jamii za microbial na mabadiliko katika haya kulingana na muundo wa kulisha, chembechembe upakiaji na jinsi hii inathiri ukuaji wa jamii heterotrophic na autotrophic bakteria.

Vipengele mbalimbali vya miundo ya mfumo wa RAS vimeanzishwa mahsusi ili kukabiliana na yabisi (Timmons na Ebeling 2013); angalia pia ukaguzi: (Vilbergsson et al. 2016b). Kwa mfano, baadhi ya biofilters kazi ya kuweka sehemu kubwa ya taka suspended ili kuwezesha uharibifu, wakati wengine mechanically kuchuja kupitia skrini au vyombo vya habari punjepunje. Wengine bado wanategemea mchanga ili kukusanya tu na kuondoa sludge. Hata hivyo, mbinu hizo si hasa ufanisi katika kurejesha virutubisho ndani ya sludge na kuifanya bioavailable kwa matumizi ya mimea. Kihistoria, sludge hii imekuwa kubebwa katika bioreactors kwa thamani yake methanogenic au demaji kutumiwa kama mbolea kwa ajili ya mazao ya udongo, lakini miundo mbalimbali karibu zaidi wamejaribu kuboresha ahueni kwa matumizi katika sehemu ya hydroponic. Kuboresha ahueni ya sludge hii ni eneo muhimu la uchunguzi kutokana na kwamba sehemu kubwa ya macro- muhimu na micronutrients required kwa ajili ya ukuaji wa mimea ni wajibu wa chembechembe jambo hai, ambayo, kama kuondolewa, ni waliopotea kutoka mfumo. Kwa kuongeza ziada sludge kusindika kitanzi kwa mfumo wa aquaponics, taka imara inaweza kubadilishwa kuwa virutubisho kufutwa kwa matumizi tena na mimea badala ya kuachwa (Goddek et al. 2018). Digesters au remineralizing bioreactors ni njia moja ya kukamilisha hili, hata hivyo moja ya maeneo muhimu ambayo kwa sasa ni under-maendeleo ni pamoja na maarifa ya jinsi jamii microbial ndani ya digesters hizi sludge inaweza kuimarishwa (kwa mfano kupitia nyongeza ya microbes) au bora itatumika (kwa mfano kupitia bora engineered kubuni ya mitambo wanaohusishwa) kuokoa virutubisho katika aina bioavailable kwa mimea. Ingawa halisi ya jamii microbial ndani ya digesters sludge si vizuri utafiti kwa ajili ya aquaponics, kuna maandiko makubwa juu ya microbiota ya sludge digesters kwa maji taka na wanyama taka katika kilimo, ikiwa ni pamoja na samaki majivu, ambayo inaweza kutoa ufahamu zaidi katika miundo bora kwa sludge ahueni katika mfumo wa aquaponics. Utafiti wa sasa juu ya kuingizwa kwa sludge katika mfumo wa aquaponics unahusisha remineralization katika digesters iko kati ya RAS na kitengo hydroponic (Goddek et al. 2016a, 2018). Ndani ya bioreactors aerobic au anaerobic, hali ya mazingira ambayo ni nzuri kwa uharibifu wa taka inaweza kwa ufanisi kuvunja sludge hii katika virutubisho bioavailable, ambayo inaweza hatimaye kutolewa kwa mfumo wa hydroponics bila uwepo wa udongo (Monsees et al. 2017). Wengi moja-kitanzi aquaponics mfumo tayari ni pamoja na aerobic (Rakocy et al. 2004) na anaerobic (Yogev et al. 2016) digesters kubadilisha virutubisho kwamba ni trapped katika sludge samaki na kuwafanya bioavailable kwa mimea. Uwezo wa kutengeneza haya una faida kadhaa ambazo zinajadiliwa zaidi katika [Chap. 8](/jamiii/makala/sura ya 8-decoupled-aquaponics-systems) na inaonekana kusababisha viwango vya juu vya ukuaji (Goddek na Vermeulen 2018). Hata hivyo, licha ya maendeleo mengi, teknolojia halisi ya kukamilisha hili bado ni changamoto. Kwa mfano, baadhi ya bakteria heterotrophic denitrifying cultured katika hali anoxic au hata aerobic na sludge kutoka RAS kutumia nitrati kama receptor elektroni na vyanzo oxidized kaboni kwa nishati, wakati kuhifadhi ziada P kama polyphosphate pamoja na ions divalent chuma kama vile casup+2/sup au Cusup+2/sup. Wakati alisisitiza katika pH alkali, bakteria hizi kuharibu polyphosphate na kutolewa orthophosphate, ambayo ni fomu muhimu kwa ajili ya assimilation ya mimea phosphate (Van Rijn et al. 2006). Kuingiza remineralization bioreactor vitengo, kama vile wale katika Goddek et al. (2018), inaweza kutoa njia ya bora kurejesha P kwa hydroponics. Mbinu kama hiyo, kwa mfano, zimetumika kwa trout sludge kutoka RAS kwamba walikuwa kutibiwa kwa nitrate na P maudhui kwa ziada ya mipaka halali ovyo (Goddek et al. 2015). Hata hivyo, jamii za microbial zinazohusika katika michakato hii ni nyeti kwa hali ya utamaduni kama vile uwiano wa C:N, oksijeni, ioni za chuma na pH, hivyo nitriti na intermediates nyingine za noxious zinaweza kujilimbikiza. Pamoja fasihi kubwa juu ya digesters ya taka mbalimbali hai, hasa anaerobic kwa ajili ya uzalishaji wa biogas (Ibrahim et al. 2016), kuna utafiti mbali kidogo juu ya kutibu taka RAS (Van Rijn 2013), na katika kesi ya mfumo wa aquaponics, hata chini ya kutosha utafiti kuhusu uhusiano kati ya madini bioavailability na ukuaji wa mazao katika mfumo wa hydroponics (Möller na Müller 2012). Kwa wakati huu, masomo zaidi ya RAS sludge bioreactors inaweza kutoa ufahamu muhimu katika hali ya utamaduni kwa wakazi microbial kwamba kuzalisha matokeo mazuri, kwa mfano, juu ya P ahueni, na kuanzishwa kwake katika vitengo hydroponics.

Moja ya changamoto za sasa katika jitihada za kutathmini upya wa P kutoka sludge hutokea wakati kulinganisha majaribio ya digesters anaerobic na aerobic kwa ufanisi wao (Goddek et al. 2016b; Monsees et al. 2017). Ingawa tafiti zote mbili zilitumia muundo sawa wa sludge awali, matokeo yalikuwa tofauti kabisa. Katika utafiti mmoja (Monsees et al. 2017), hatua za virutubisho mbalimbali mumunyifu katika matibabu aerobic ilisababisha kuongezeka kwa 330% katika P mkusanyiko na kupungua kwa 16% katika mkusanyiko wa nitrati ikilinganishwa na ongezeko madogo katika P na kupunguza 97% katika nitrati katika matibabu anaerobic. Kwa upande mwingine, matokeo ya utafiti sawa (Goddek et al. 2016b) ilionyesha kuwa ukuaji wa mimea lettuce katika kitengo hydroponic alikuwa bora kutumia anaerobic supernatant, ingawa wote anaerobic na aerobic matibabu tu ilisababisha kidogo bora nitrate ahueni kutoka hali anaerobic na hasara karibu kamili ya PosU4/Sub kutoka matibabu yote (Goddek et al. 2016b). Ni wazi, sababu kama vile utungaji kulisha na viwango, kusimamishwa dhidi ya kutulia ya yabisi, pH (iimarishwe saa 7 ± 1 na CaOHsub2/sub katika zamani na variable 8.2—8.65 katika mwisho), sampuli na samaki Matatizo tofauti katika masomo haya mawili. Hata hivyo, matokeo tofauti ya POSU4/Sub na NOSU3/Sub zinaonyesha haja ya utafiti zaidi ili kuongeza virutubisho ahueni, pamoja na kuongeza ya mbinu metagenomics tabia jamii microbial ili kuelewa vizuri nafasi yao katika mchakato huu.