Aqu @teach: Kurekebisha teknolojia ya mfumo wa ufugaji wa maji (RAS)

Mfumo wa ufugaji wa maji (RAS) una mizinga ya samaki na vitengo kadhaa vya filtration vinavyosafisha maji. Katika RAS classic maji ni hivyo katika mtiririko wa mara kwa mara kutoka mizinga samaki kupitia mfumo filtration na kisha kurudi mizinga samaki (Kielelezo 4). Kutokana na kimetaboliki ya samaki, maji yanayoacha mizinga yana viwango vya juu vya yabisi, virutubisho, na dioksidi kaboni, ilhali ni maskini wa oksijeni ikilinganishwa na maji yanayoingilia. Lengo la vitengo vya filtration ni kupunguza yabisi, virutubisho, sumu, na viwango vya dioksidi kaboni, na kuongeza viwango vya oksijeni iliyoyeyushwa ndani ya maji kabla ya kurejeshwa kwenye tank ya samaki.

Mfumo wa filtration una hatua kadhaa (Kielelezo 4). Hatua ya kwanza ya matibabu baada ya outflow ni kujitenga kwa ukali (Mchoro 4, Point 2) ambapo maji yabisi (kulisha bado, nyanya na makanisa ya bakteria). Baada ya hayo, maji yanajitenga na UV (Mchoro 4, Point 6). Hatua hii si mara zote kutekelezwa katika mashamba ya samaki na pia inaweza kuwekwa baada ya biofilter. Maji kisha inaingia biofilter (Kielelezo 4, Point 3), ambapo bakteria metabolise sehemu ya mzigo hai, na oxidize amonia kwa nitriti na kisha nitrate. Athari hizi zote za kimetaboliki za bakteria hutumia oksijeni iliyoharibika (O₂) na, kama samaki, hutoa dioksidi kaboni (CO₂) ndani ya maji. Kwa hiyo, CO₂ katika maji inapaswa kupunguzwa baada ya biofiltration. Hii inafanyika katika kitengo cha degassing ambacho maji kwa eneo la hewa huongezeka ili CO₂ awamu ya hewa (Mchoro 4, Point 4). Kama hatua ya mwisho, mkusanyiko wa oksijeni katika maji unapaswa kuongezeka kwa kiwango cha kufaa kwa samaki. Hii inafanyika katika kitengo cha oksijeni (Kielelezo 4, Point 5). Sehemu zifuatazo zinaelezea vipengele hivi vya mfumo kwa undani zaidi.

Kielelezo cha 4: Sehemu kuu za mfumo wa kurejesha maji ya maji (RAS)

Tangi ya samaki

Tangi ya samaki ni eneo la kukua kwa samaki na kwa hiyo ni sehemu ya msingi ya RAS. Miundo ya tank ‘classic’ ni mizinga ya pande zote na njia za mtiririko wa mraba. Moja ya mambo makuu ambayo inafanya mizinga ya pande zote nzuri juu ya njia za mraba kati yake ni athari ya kusafisha binafsi ambayo inaweza kupatikana kupitia muundo wa mviringo hydraulic (Kielelezo 5). Mtiririko katika mizinga ya samaki una kazi mbili: (i) usambazaji sare wa maji ya kuingia na kulisha samaki; na (ii) usafiri wa chembe hadi katikati ya tangi. Mtiririko wa msingi unaozunguka ni mtiririko kutoka kwenye pembe na kisha saa/kinyume na tank karibu na tank. Inapeleka yabisi wanaoishi chini. Mtiririko wa msingi unaozunguka hujenga mtiririko wa radial sekondari na pamoja huzalisha tank ya kusafisha binafsi.

Kielelezo cha 5: Wajibu wa mifumo ya mtiririko wa msingi na sekondari: mtiririko wa msingi unahakikisha usambazaji mzuri wa maji ya ghuba na mtiririko wa sekondari huchangia kuondolewa kwa nguvu kali (ilichukuliwa baada ya Timmons et al. 1999)

Ingawa mizinga ya pande zote ina faida nyingi juu ya mizinga ya mraba, hasara yao kuu (ufanisi wa eneo la chini) mara nyingi huwafanya suluhisho la chini kwa shamba la RAS. Kwa hiyo, aina nyingine nyingi za mizinga zimeandaliwa na kupimwa katika miongo kadhaa iliyopita (maelezo zaidi yanawasilishwa katika [Sura ya 12).

Tangu RAS imepata umaarufu na mifumo hii pia imepangwa kama ubia mkubwa (kwa mfano Nordic Aquafarms ina mpango wa kuwekeza katika shamba la 500 Milioni USD RAS katika Belfast, Maine, Marekani), miundo mikubwa ya tank imezidi muhimu. Hizi mizinga kubwa ni mara nyingi (angalau katika nadharia) zaidi ya gharama nafuu kuliko mizinga jadi ndogo (Kielelezo 6).

Kielelezo 6: Tangi kubwa ya pande zote (6 m kirefu, 32.5 m mduara) kama sehemu ya samaki RAS (Swiss Alpine Samaki)

Hali ya mtiririko ina athari muhimu kwa afya ya samaki. Mtu anaweza kuanzisha mtiririko tofauti wa maji na hivyo kuunda mabonde ya majimaji kwa kutumia paneli. Kwa njia hii samaki hukaa katika sehemu bora ya tank (Kielelezo 7). Ni muhimu kujua kwamba waogeleaji wanahitaji kuogelea, kwa maneno mengine wanahitaji sasa. Kasi ya sasa inapaswa kubadilishwa kwa aina ya samaki. Kwa ujumla, samaki wadogo huhitaji kasi ya chini ya sasa, ingawa ni lazima iwe juu ya kutosha ili kuhakikisha kuwa mgawanyiko wa yabisi bado unafanya kazi. Yote hii pia ina athari juu ya ubora wa nyama ya samaki.

Kielelezo 7: Mfumo wa mtiririko maalum uliotengenezwa kwa ajili ya kilimo cha lax, Swiss Alpine Samaki AG, Lostallo

Kutenganisha yabisi

Kuna sababu kadhaa za kuondolewa kwa yabisi. Kwanza, ubora wa maji unaboreshwa kwa kupunguza yabisi ya kikaboni ambayo inapunguza mineralisation (kupumua aerobic) na hivyo pia husaidia kuimarisha maudhui ya oksijeni. Pili, uhifadhi wa ubora wa maji pia hufaidika matumizi ya kulisha na kudhibiti hisa. Aidha, yabisi kuondolewa hupunguza mzigo bakteria, kwa sababu kuondosha chanzo cha chakula kwa microorganisms. Shughuli kubwa ya bakteria katika safu ya maji husababisha matumizi yasiyo ya lazima ya oksijeni.

Faida nyingine ya kuondolewa yabisi ni kuzuia kuziba gills ya samaki ambayo inaweza kusababisha ukuaji wa polepole au hata kifo cha samaki. Hata hivyo, hii inategemea aina ya samaki. Filter kulisha samaki, kama aina nyingi carp, inaweza hata kutegemea kiasi fulani cha misombo suspended katika makazi yao ya asili na kwa hiyo pia kuhimili kiasi cha juu cha yabisi suspended katika RAS kuliko, kwa mfano, salmonids (Avnimelech 2014).

Moja ya sababu muhimu zaidi za kiufundi kwa nini yabisi yanahitaji kuondolewa ni uwezekano wa kufungwa kwa biofilter (c.f. Sura ya 9). Aidha, ufanisi wa kupunguza virusi kwa njia ya disinfection (c.f. Sura ya 9) huongezeka kwa njia ya kuondolewa kwa yabisi. Yabisi katika maji ya samaki yana ukubwa tofauti, na matibabu ya kuondoa yabisi haya hutofautiana zaidi kulingana na ukubwa wao (Kielelezo 8).

Matibabu ya maji machafu na ovyo ya sludge ni mambo muhimu ya gharama ya RAS kubwa. RAS inahitaji 300-1000 l kubadilishana maji kwa kilo ya samaki zinazozalishwa, na mavuno 100-200 g kavu uzito sludge. Kupunguza kiasi cha maji machafu ni upembuzi yakinifu kutibu maji ya sludge yanayotokana na kujitenga imara. Kwa njia hii hata mfumo wa filtration wa chini unaweza kufikia kupunguzwa kwa kiasi kikubwa kwa kiasi cha mwisho cha maji machafu.

Kielelezo cha 8: Utaratibu wa kuondolewa imara na aina ya ukubwa wa chembe (katika μm) ambayo michakato hiyo inafaa zaidi (ilichukuliwa baada ya Timmons na Ebeling 2007)

Disinfection

Bakteria pamoja na magonjwa ya virusi yanaweza kusababisha matatizo makubwa katika RAS kali. Ukosefu wa maji kwa kutumia ozoni au UV-irradiation ni mbinu za kawaida. Nuru ya UV kwa kiwango fulani inaweza kuharibu DNA ya viumbe vya bio-kama vile vimelea na viumbe vya seli moja. Katika RAS mwanga wa UV (Kielelezo 9) ni zaidi iliyozunguka katika kipande kifupi cha bomba kati ya kitengo cha filtration mitambo (kwa mfano filter ngoma) na biofilter. Upeo au kipimo cha mwanga wa UV kinaweza kuelezwa katika μWS/cm² (nishati kwa kila eneo). Katika RAS dozi ya UV inahitajika kuua (kuzima) karibu 90% ya viumbe ni kati ya 2000-10,000 μWs/cm². Hata hivyo, kuua fungi zote na vimelea vidogo dozi ya hadi 200,000 μWs/cm² kuwa muhimu. Kwa ufanisi wa kiwango cha juu ni muhimu kuweka mwanga wa UV baada ya mfumo wa filtration wa mitambo ili usiingizwe na yabisi zilizosimamishwa.

Kielelezo 9: Reactor UV (AKR UV Systems)

Ongezeko la ozoni (O₃) ni njia nyingine yenye ufanisi ya kupunguza vimelea na viumbe vingine visivyohitajika katika RAS. Katika kuwasiliana na maji ni kugawanyika katika O₂ bure oksijeni radical O. radical ‘mashambulizi’ na oxidizes vitu hai. Hii inasababisha uharibifu wa chembe zilizosimamishwa au vitu vingine (ufafanuzi wa ugonjwa wa maji, uundaji wa rangi na asidi ya humic). Vivyo hivyo, kuta za seli za kibiolojia za viumbe pia zinashambuliwa na O radical ya molekuli ya ozoni, kuua bakteria, yaliyo, na mwani filamentous. Hata hivyo, ozoni ni tendaji sana na inaweza pia kuharibu bakteria nitrifying katika biofilter na kushambulia gills samaki kama kutumika kwa kiasi kikubwa mno. Kwa hiyo kipimo kinapaswa kufuatiliwa kwa kudumu. Wakala wa kemikali wanaweza kutumika kwa ajili ya matibabu ya punctual kupunguza viwango vya kijidudu katika maji. Peroxide ya hidrojeni (H_{2O 2}) hutumiwa mara nyingi, wakati mwingine imetuliwa na asidi ya peracetic (CH₃CO₃H). Overdosing inaweza kuwa na madhara makubwa juu ya afya ya samaki na inaweza kuharibu bakteria ya chujio.

Jedwali 1: Faida na hasara za kuzuia disinfection na UV, ozoni, na peroxide ya hidrojeni (H₂O₂) katika RAS

Biofiltration

Mchakato wa nitrification unafanyika katika biofilter ili oxidise ya sumu ya amonia katika nitriti yenye sumu na hatimaye kwa nitrati isiyo ya sumu. Bakteria ya nitrifying ni moyo wa biofilter. Bakteria hizi hukua kwenye uso wa vyombo vya habari vya filter Vyombo vya habari vinaweza kudumu (kwa mfano kuchuja chujio) au kusonga (k.m. kusonga chujio cha kitanda). Bakteria nitrifying ni nyeti kwa mabadiliko ya ubora wa maji katika mfumo (hasa pH na joto), na mabadiliko ya haraka kwa hiyo yanapaswa kuepukwa au kufanyika katika hatua polepole kama vinginevyo kiasi kikubwa cha bakteria nitrifying inaweza kufa mbali ambayo ingeweza kusababisha spikes amonia na nitriti katika mfumo. Zaidi ya hayo, kama bakteria ya nitrifying ni aerobic, maudhui ya oksijeni yaliyoharibiwa katika biofilter yanapaswa kuhifadhiwa kwenye kizingiti fulani (kulingana na joto la maji). Athari za kemikali zinazofanyika katika biofilter zinaelezwa katika Sura ya 5. Maelezo zaidi kuhusu kuchagua biofiltration sahihi hutolewa katika Sura 12.

Degassing na aeration

Uhamisho wa gesi kati ya kioevu na awamu ya gesi hutokea wakati kuna ndogo ya kueneza katika awamu moja. Umumunyifu wa gesi unategemea shinikizo, joto, salinity, na shinikizo la sehemu ya gesi. Uhamisho unafanyika juu ya nyuso za mawasiliano kati ya gesi na kioevu. Aeration huongeza maudhui ya oksijeni ndani ya maji. Degassing huondoa gesi kama vile dioksidi kaboni kutoka maji.

Degassing

Gesi, hasa dioksidi kaboni kutokana na kupumua kwa samaki na bakteria, hujilimbikiza katika maji ya mfumo. Hizi zinaweza kuwa na madhara kwa samaki ikiwa viwango vinakuwa vya juu sana. Kwa hiyo, kitengo cha degassing kawaida huongezwa kwa RAS kali. Utoaji wa gesi (degassing) unafanikiwa kwa kuongeza eneo la kuwasiliana kati ya maji na hewa, ama kwa aeration ya safu ya maji, au kwa kunyunyiza maji kupitia hewa. Biofilters tofauti tayari wana athari kubwa ya degassing: katika chujio cha maji hupita kupitia hewa, wakati katika chujio cha kitanda cha kusonga hewa hupita kupitia maji. Hii inaweza kwa hiyo kufanya ziada degassing kitengo redundant.

Oxygenation

Maudhui ya oksijeni yaliyofutwa (O₂) ni mojawapo ya vigezo muhimu zaidi vya ubora wa maji katika RAS na mara nyingi kikwazo cha kwanza katika hali za dharura (kwa mfano katika kesi ya kupunguzwa kwa nguvu, kushindwa kwa pampu n.k.). Kuna mbinu nyingi za kuimarisha oksijeni iliyoharibika katika maji. Ulaji wa gesi wa maji (aeration) unaweza kuimarishwa na: (i) kuongeza eneo la kuwasiliana na oksijeni/maji kwa kutumia whirls au Bubbles ndogo; (ii) kuongeza kipindi cha kuwasiliana na oksijeni/maji kwa kutumia kipenyo kidogo cha Bubble na/au kwa mtiririko wa polepole wa maji; (iii) kuongeza shinikizo (huongeza umumunyifu) — kiwango cha maji, shinikizo chombo; na (iv) kuongeza sehemu ya shinikizo O₂(ongezeko umunyifu) — oksijeni safi.

Ufanisi mkubwa wa oksijeni

Katika RAS kubwa teknolojia za oksijeni hutegemea kutumia oksijeni safi badala ya aeration rahisi ambayo inakuwa isiyowezekana kwa msongamano fulani wa samaki. Oxyjeni huzalishwa kwenye tovuti na jenereta ya oksijeni au hutolewa na kampuni ya nje na kuhifadhiwa katika mizinga ya oksijeni ya kioevu nje ya kituo cha maji.

Ufanisi wa chini wa oksijeni

Katika kina mabwawa ya samaki ufanisi chini oksijeni pembejeo ni kawaida ya kutosha. Hii inafanikiwa kwa (i) kuweka maji baridi, kama hii hupunguza oksijeni zaidi, na (ii) kuongeza mwendo wa maji. Njia tofauti za aeration zinaweza kusaidia hii (angalia Sura ya 12).

Pampu na mashimo ya kusukumia

Pampu ni RAS nini moyo ni kwa mwili wa mwanadamu. Ikiwa inashindwa, basi matokeo yanaweza kuwa mabaya. Kwa hiyo hakuna gharama inapaswa kuokolewa wakati wa kununua pampu. Mtu anaweza kutumia pampu za kudhibitiwa kasi ili kupunguza mtiririko ikiwa inahitajika. Kwa kutumia mfululizo sambamba wa pampu na valves za kuangalia, nafasi za kushindwa kwa mfumo zinaweza kupunguzwa. Kabla ya kununua pampu, hasara ya shinikizo kwenye mabomba inapaswa kuhesabiwa, kwa mfano kwa msaada wa calculator hii online: http://www.pressure- Drop.com/Online-calculator/.

*Hakimiliki © Washirika wa Mradi wa Aqu @teach. Aqu @teach ni Ushirikiano wa Kimkakati wa Erasmus+katika Elimu ya Juu (2017-2020) unaongozwa na Chuo Kikuu cha Greenwich, kwa kushirikiana na Chuo Kikuu cha Zurich cha Sayansi Applied (Uswisi), Chuo Kikuu cha Ljubljana na Kituo cha Biotechnical Naklo (Slovenia) . *