Katika RAS, sludge imara na yenye virutubisho lazima iondolewe kwenye mfumo ili kudumisha ubora wa maji. Kwa kuongeza kitanzi cha ziada cha kuchakata sludge, kukusanya taka za RAS zinaweza kubadilishwa kuwa virutubisho vilivyoharibika kwa kutumia tena na mimea badala ya kuachwa (Emerenciano et al. 2017). Ndani ya bioreactors, microorganisms inaweza kuvunja sludge hii katika virutubisho bioavailable, ambayo inaweza hatimaye kutolewa kwa mimea (Delaide et al. 2018; Goddek et al. 2018; Monsees et al. 2017a, b). Wengi moja-kitanzi aquaponics mifumo 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. Hata hivyo, kuunganisha mfumo kama huo katika mfumo wa aquaponics moja ya kitanzi una hasara kadhaa:

1. Sababu ya dilution kwa majivu yenye virutubisho ni ya juu sana wakati wa kuwapa mfumo mmoja wa kitanzi kuhusiana na kuwapa kwenye kitengo cha hydroponics tu. Kwa ufanisi, virutubisho hupunguzwa kwa kuingia katika kuwasiliana na kiasi kikubwa cha maji ya kuzalisha samaki.

2. Samaki hazihitajiki wazi kwa majivu ya mtambo wa madini; kwa mfano majivu ya mitambo ya anaerobic yanaweza kujumuisha asidi tete ya mafuta (VFAs) na amonia ambayo inaweza uwezekano wa kuwadhuru samaki; mitambo hiyo pia inawakilisha chanzo cha ziada cha kuanzishwa kwa vimelea.

3. Karibu 90% ya virutubisho trapped katika sludge inaweza kuwa zinalipwa wakati rassludge ni iimarishwe katika pH ya 4 (Jung na Lovitt 2011). PH ya chini hiyo haiwezekani wakati wa uendeshaji wa bioreactors kwenye pH karibu 7 (Goddek et al. 2018), ambayo ni kawaida ya biashara ya pH thamani ndani ya mifumo ya aquaponics moja ya kitanzi.

Mtini. 8.3 Takriban pH ya maji ndani ya vipengele mbalimbali vya mfumo pamoja na mchakato wa maji. Ya ‘~’ ilionyesha makadirio

Kwa heshima na pH, Kielelezo 8.3 kinaonyesha maadili ya pH takriban ya mtiririko wa maji katika mfumo wa maji wa kitanzi mbalimbali (kwa mfano kama ilivyowasilishwa kwenye Mchoro 8.1c). Kielelezo 8.3 pia inaonyesha athari za mitambo ya mineralization juu ya utendaji wa mfumo kwa ujumla, kulingana na mitambo anaerobic iliyopendekezwa na Goddek et al. (2018). Mfumo huo unawakilisha suluhisho moja tu linalowezekana kwa kutibu sludge, na mbinu mbadala zinazojadiliwa katika Chap. [10](/jamii/makala/sura ya 10-aerobi-na-anaerobic matibabu-kwa-aquaponic-sludge-reduction-na-mineralisation). Kupungua kwa pH ya mchakato wa maji yanayotokana na mfumo wa RAS ndani ya kitanzi cha hydroponics kama inavyoonekana kwenye Mchoro. 8.3 inaonyesha acidification katika kitanzi cha mkusanyiko wa virutubisho (yaani maji ya demineralized ina pH ya 7). Hivyo, majivu yana pH ya chini kuliko bandari ya RAS, ambayo inapunguza haja ya kurekebisha pH kwa hali bora ya ukuaji wa mimea.

Jedwali 8.1 Maelezo ya jumla ya hali bora ya ukuaji kwa samaki na mimea na hali preferred uendeshaji kwa sludge madini kusindika matibabu

meza thead tr darasa=“header” Thsubsystem/th ThSpecies/kazi/th Thph/th ThHjoto (˚C) /th ThNitRate (NoSub3/Sub) (mg/L) /th /tr /thead tbody tr darasa=“isiyo ya kawaida” td rowspan=“2"Rejesha mfumo wa maji ya maji (RAS) /td Tdioreochromis niloticus/i (Nile tilapia) /td td7—9 (Ross 2000) /td td27—30 (El-Sayed 2006) /td td<100—200 (Dalsgaard et al. 2013) /td /tr tr darasa=“hata” Tdioncorhynchus mykiss/i (trout ya upinde wa mvua) /td td6.5-8.5 (FAO 2005) /td td15 (Coghlan na Ringler 2005) /td td<40 (Davidson et al. 2011; Schrader et al. 2013) /td /tr tr darasa=“isiyo ya kawaida” td rowspan=“2"Hidroponics/TD TdilActuca sativa/i (lettuce) /td td5.5—6.5 (Resh 2012) /td td21—25 (Resh 2012) /td td730 (Resh 2012) /td /tr tr darasa=“hata” TDlycoopersicon esculentum (nyanya) /td td6.3—6.5 (Resh 2002) /td td18—24 (Resh 2002) /td td666 (Sonneveld na Voogt 2009) /td /tr tr darasa=“isiyo ya kawaida” td rowspan=“2"Reactor anaerobic/td Tdmethanogenesis/TD td6.8—7-4 (de Lemos Chernicharo 2007) /td td30—35 (Alvarez na Lidén 2008; de Lemos Chernicharo 2007) /td td—/td /tr tr darasa=“hata” TDSludge uhamasishi/td td4.0 (Jung na Lovitt 2011) /td tdn/a/td td—/td /tr /tbody /meza Mfumo wa reactor wa hatua mbili hufanya kazi kama ifuatavyo:

• Katika hatua ya kwanza (pH karibu 7 ili kutoa hali bora kwa methanogenesis; Jedwali 8.1), suala la kikaboni linavunjwa ili kuendeleza kiwango cha juu cha uzalishaji wa methane (yaani kuondolewa kwa kaboni). Mirzoyan na Pato la (2013) The jumla suspended yabisi kupunguza karibu 90%, kutumia upflow anaerobic sludge blanketi Reactor teknolojia. Hii ina faida kwamba (1) biogas huvunwa kama chanzo cha nishati mbadala na (2) VFA chache huzalishwa katika hatua ya pili. Sludge retention wakati katika hatua ya kwanza lazima miezi kadhaa, kabla ya kuondoa virutubisho kusanyiko katika sludge (kwa mfano calcium phosphate aggregation) ndani ya hatua ya pili.

• Katika hatua ya pili, virutubisho katika yabisi zilizosimamishwa huhamasishwa kwa ufanisi na kuwa inapatikana kwa matumizi ya mimea. Uhamasishaji huu ni ufanisi zaidi katika mazingira ya chini ya pH (Goddek et al. 2018; Jung na Lovitt 2011). Mara pH ya mitambo ya tindikali inapungua, kwa kawaida inabakia imara; hivyo udhibiti mdogo wa pH unahitajika katika kitengo cha hydroponic.

Majivu ambayo yana matajiri katika virutubisho yanaweza kuhitaji baadhi ya baada ya matibabu kulingana na kiasi cha yabisi ya jumla yaliyosimamishwa na VFAs. Hata hivyo, ni muhimu kukumbuka kwamba amonia inaweza kuchochea ukuaji wa mimea, k.m. wiki za majani, wakati inachangia asilimia 5— 25% ya jumla ya mkusanyiko wa nitrojeni (Jones 2005). Hata hivyo, mboga za matunda kama vile nyanya au pilipili tamu ni nyeti hasa kwa amonia katika suluhisho la virutubisho. Aerobic baada ya effluent matibabu au vizuri aerated hydroponics sump ingehitajika katika mifumo ya kukua aina hizo za mazao.

8.2.1 Kuamua Mtiririko wa Maji na Nutritient

Kwa ukubwa wa mfumo (Sect 8.4), kiasi cha maji kinachotoka kwenye mfumo wa RAS kupitia reactor (s) kwenye kitengo cha hydroponics (Qsubmin/Sub) kinahitajika kujulikana (Eq 8.1):

$Q_ {MIN} (kilo/siku) =\ frac {n_ {feed}\ times k_ {sludge}} {\ pi_ {sludge}} $ (8.1)

ambapo nsubfeed/ndogo ni kiasi cha kulisha samaki katika kilo, ksubsludge/ndogo ni uwiano mgawo wa kulisha samaki kuishia kama sludge, na πsubsludge/ndogo ni uwiano wa yabisi jumla (yaani sludge) katika mtiririko wa maji sludge kuingia kitanzi mineralization.

Mkusanyiko wa sludge unaweza kuongezeka kwa kuongeza kifaa cha kujitenga kwa mvuto kabla ya bioreactors, na kuongoza supernatant ‘wazi’ nyuma kwenye mfumo wa RAS. Fomu hii pia inaweza kutumika kupata pembejeo kwa ukubwa wa reactor kulingana na muda wa kuhifadhi majimaji ([Chap. 10](./10-aerobic na-anaerobic matibabu-kwa-aquaponic-sludge-reduction-na-mineralisation.md). kati 20 na 40% ya kulisha samaki kuishia kama jumla yabisi suspended katika sludge RAS-inayotokana (Timmons na Ebeling 2013). Kwa mfano, imepatikana kuwa sludge ya tilapia ina karibu 55% ya virutubisho ambavyo viliongezwa kwenye mfumo kupitia kulisha (Neto na Ostrensky 2013; Yavuzcan Yildiz et al. 2017) ambayo inawakilisha rasilimali muhimu kwa ukuaji wa mazao.

Virutubisho kuu ambayo inaweza kupatikana kupitia mchakato wa madini ni N na P. kama P (moja ya vipengele vikubwa vya sludge) ni macronutrient yenye thamani zaidi kwa gharama na upatikanaji wa uzalishaji wa mazao, inapaswa kuwa kipengele cha kwanza kuwa optimized katika mfumo wa aquaponic.

Kiwango cha mineralization ya kitanzi cha mineralization kinahesabiwa kama ifuatavyo:

$Mineralization (g/siku) = (n_ {feed}\ mara 1000) π_ {feed}\ times π_ {sludge}\ times η_ {min} $ (8.2)

ambapo _n_subfeed/sub ni pembejeo ya kulisha kwa mfumo (kwa kilo); _π_subfeed/subis uwiano wa virutubisho katika uundaji wa kulisha; _π_subsludge/subis uwiano wa kipengele maalum kilichotokana na kulisha; na ηsubmin/subis ufanisi wa madini na uhamasishaji wa mfumo wa reactor .

Hatua ya mwisho itakuwa kuamua mkusanyiko wa kipengele husika katika majivu ya kitanzi cha mineralization:

$Nutrient\ mkusanyiko\ (mg/L) =\ frac {Mineralization\ mara 1000} {Q_ {MIN}} $ (8.3)

Mfano 8.1

Mfumo wetu RAS ni kulishwa kwa 10 kilo ya kulisha samaki kwa siku. Sisi kudhani kwamba 25% ya kulisha kulishwa kuishia kama sludge. Katika mfumo wetu, sisi kutumia Radial Flow Settler (RFS) kwa makini sludge kwa 1% jambo kavu. Kwa hiyo, mtiririko kutoka RAS hadi HP kupitia kitanzi cha mineralization huhesabiwa kama ifuatavyo:

$Q_ {MIN}\ (kg/siku) =\ frac {10kg\ times\ 0.25} {0.01} =250\ takriban 250kg/siku$

Tunaamua ukubwa mfumo wetu juu ya P. P maudhui ya kulisha yetu (katika kesi nyingi zinazotolewa na mtengenezaji kulisha) ni 1.5% na 55% ya hiyo kuishia katika sludge (Neto na Ostrensky 2013). Tunadhani kwamba mitambo yetu kufikia ufanisi wa madini ya 90% kwa kipengele hiki. Kwa hiyo, gramu za P zilizohamishiwa kwenye kitengo cha hydroponics kila siku zinaweza kuamua:

$Mineralization\ (g/siku) = (10kg\ mara 1000)\ mara 0.55\ mara 0.015\ mara 0.9=74.25$

mkusanyiko wa majivu katika hivyo:

$Nutrient\ mkusanyiko\ (mg/L) =\ frac {74,25g\ mara 1000} {250L} =297\ mg/L$

Mkusanyiko huu wa P katika majivu katika sanduku la mfano hapo juu ni takriban mara sita zaidi kuliko katika ufumbuzi wengi wa hydroponics virutubisho. Utafiti wa Goddek et al. (2018) unasimamia idadi hii ya kinadharia, na wanaripoti kuwa sludge yao ya RAS ilikuwa na 150 na 200 mg/L ya P kwa mifumo miwili ya kujitegemea, kwa mtiririko huo (1% TSS sludge), na samaki kulisha P maudhui ya 0.83% katika kulisha kavu suala kwa mwisho (200 mg/L).