AQu @teach：设计与建造
AQu @teach：鱼缸
需要考虑的基本组成部分是鱼缸、污泥去除装置、生物过滤器、水槽、植物床、泵和管道。 所有这些组件的功能、所需材料和位置以及它们与其他组件的相互作用都需要考虑。 例如，各组件之间的相互作用将决定所需泵的数量。 鱼缸将在相对较长的时间内成为鱼的家园，所以应该小心选择。 鱼缸的材料、设计和尺寸都非常重要，能够相对方便地观察和处理鱼类，去除固体颗粒，以及良好的水循环（模拟自然水流）。 卷 鱼缸的体积取决于以下因素：(一) 它必须容纳的鱼数；(二) 每个鱼种所需的生活空间容积；(三) 保持水温稳定的方法。 水生鱼系统的设计基于鱼饲料的数量，这与鱼类密度有关。 鱼缸所需体积是根据目标鱼类密度和生物量计算的。 例如，如果目标密度为 10 公斤/平方米 3 ，并且计划养殖 30 公斤鱼，则需要一个 3000 升鱼缸。 人们还必须意识到鱼类会生长，因此鱼类密度和生物量在生产周期也将增加。 一般来说，较大的系统在水温振荡方面更稳定。 ！ 图片-3 图 2：鱼缸体积对水温振荡的重要性：（左）小型鱼缸水温变化更快；（右）在较大的水体中，温度将更稳定 形状 鱼缸通常是圆形或矩形的。 此外，还有双 D 或无限储罐，它们是圆形罐和长槽之间的混合物（图 3）。 表 2 总结了圆形、方形和双 D 罐体的一些一般优点和缺点。 除此之外，还需要考虑其他因素，例如人们想要养育的鱼类种类。 底部居住的鱼，如海豚、海螺、鱼尾鱼或类似比目鱼大多留在水槽底部，可能更喜欢缓慢的水流。 此外，底栖鱼类的储存方式可以实际上是通过鱼类移动而不是水柱的液压模式来实现罐体的自清洁。 因此，方形罐设计可能不是养殖底栖鱼类的最坏解决方案。 罐体设计的另一个方面是罐底的倾斜。 虽然它对系统的自清洁能力的影响很小，但更高的倾斜可能有助于排出整个罐体。 ！ 图片-2 图 3. 不同形式的鱼缸：（左）圆形罐、（中央）矩形罐（滚道或塞流）和（右）双 D 槽或 D 端滚道（圆形和滚道的混合体）（资料来源：[www.aqua-tech.eu，]（http://www.aqua-tech.eu/）布雷格巴勒 2015 年） T 表 3：圆形、方形和双 D 鱼缸的优点和缺点 鱼缸类型 优 点 缺 点 圆形 结构稳定性，角落无压力点 所需材料较少(便宜的储罐设备成本) 概念简单 允许均匀分布水和良好的水质 流动条件 (离心力) 将沉积物冲向流出流向盆地中心流出 (高自清洁效果) 低颗粒停留时 间 氧气控制和调节容易 面 积效率低，空间利用 率低， 难密封罐体连接器（管道通过罐壁） 难以分段 罐内流速变化 方形 高效利用面积和空间 容 易密封罐连接器 简单分段 更容易处理鱼 低自清洁（可能死区，溶解氧和氨浓度梯度出现） 防止低自清洗需要 高流量颗粒停留时间 长 中氧控制和调节 结构中压力点 由于鱼类的分散性较大而导致饲料废物 更 高 高效利用面积和空间 水混合部分可能 简单分段 中等自清洁 氧气控制和调节容易 鱼可以在圈子里游泳 概念上复杂 所需材料 更多昂贵 高度和比率 鱼缸应该处于这样一个高度，它可以让工作人员观察和处理鱼。 如果使用更深的水槽，则应设置一个观察鱼类的窗口和/或一个稳定的走道进入水槽。 水箱的高度还决定了水柱的高度以及水流到水声系统下一部分的速率（见 第 2 章）。
· Aqu@teachAQu @teach：生长床
生长床的水流和定位 水流是正确系统设计中最重要的部分，生长床的准确定位对此产生了重大影响。 因此，应认真考虑这一问题，如果可能，应征求专家的意见。 生长床应放置在生物过滤器之后，在水再循环到鱼缸之前。 考虑水将如何从生长床流入鱼缸。 如果是由于重力，那么生长床的水位必须高于鱼缸，这可能意味着你必须挖掘水箱和连接到地面，或者你的生长床会如此之高，你将无法舒适地工作。 通常，在生长床之后放置带有泵的水槽，以便将水泵送到鱼缸中。 生物过滤器和生长床之间的连接应尽可能短，并且进口/出口应放置在每个生长床的对面。 其中一个优点的无土培养物是可能设计适当的条件与植物工作。 理想情况下，系统设计的高度应使您能够轻松监控工厂（图 18）。 ！ 图片-3 图 18：不同层次的生长床：（左侧）凸起的生长床使工作舒适；（右侧）地面生长床不需要支撑结构，但仍然非常适合生产：易于接触、充足的光线和足够深的植根。 此外，如果需要喷洒，它是在完美的水平上做到这一点（照片 A. Graber，ZHAW） #建筑材料 与鱼缸一样，最重要的方面是鱼类和植物的最大安全性，以及导致损坏的漏水风险降至最低。 池塘衬通常是安全和低成本，但损坏的风险相当高。 #建设水流入/流出 进水口和出水口的直径应足够大，以确保为整个系统设计的水流量。 入口和出口最好都应具有相同的直径。 如果密封不合适，每个孔都有漏水的风险。 应通过尽可能少地钻孔系统中的孔来避免这种风险。 版权所有 © Aqu @teach 项目合作伙伴。 Aqu @teach 是伊拉斯穆斯 + 高等教育战略合作伙伴关系（2017-2020 年），由格林威治大学牵头，与苏黎世应用科学大学（瑞士）、马德里技术大学（西班牙）、卢布尔雅那大学和纳克洛生物技术中心（斯洛文尼亚）合作 。 *
· Aqu@teachAQu @teach：生物过滤器
生物过滤器是每个循环水产养殖系统的核心。 鱼类健康，因此经济上的成功取决于生物过滤器的正确操作。 鱼缸中氨水和亚硝酸盐含量高可能由几个因素引起。 其中一种可能是设计不当或不优化的生物过滤器操作（过小，不均匀混合，硝酸盐水平过高，pH 值过低，生物过滤器通过盐或医疗中毒，曝气过低或过高，等等）。 设计失败的另一个主要方面是水的再循环不足。 生物过滤器只能降解它从鱼缸接收到的东西。 如果再循环速度过低，即使是超大尺寸的生物过滤器也不会导致良好的水质。 为了避免这种情况，请按照 第 2 章 中的示例计算系统的正确再循环速率。 是否需要单独的生物过滤器？ 在鱼类放养密度低的系统中，培养基生长床可以承担固体去除和生物滤过的作用。 如果固体负荷过高，可能会发生堵塞和厌氧区域，从而降低生物滤过的效率。 因此，如果生长床作为生物过滤器，建议使用非常低的鱼放养或单独的固体去除装置。 #选择生物过滤器 在水生和 RAS 中最常用的生物过滤器类型是移动床生物过滤器反应器（MBR）（图 13，表 6）。 移动床过滤器的介质由具有较高比表面积的小（1-2 厘米）塑料结构组成（例如 K1）。 这种过滤介质通过曝气保持不断运动（例如，通过生物过滤罐底部的气板输入空气）。 介质的持续运动对过滤介质具有自清洁作用，并可防止细菌大量生长。 为了清洁，移动床过滤器应与 RAS 断开，然后大约每周一次反冲洗。 载体介质通过提供较大的表面积来支持微生物生物膜的生长。 通常情况下，MBR 填充 40-60% 的生物载体，从而产生了 300-600 平方米 2 /m 3 生物反应器体积的绝对表面积。 空气运动在生物薄膜上产生剪切力，并保持生物膜的生长和分解处于平衡状态。 如果载体上的生物膜变得太厚，那么曝气是太低，如果它是不存在的，那么曝气过高。 MBR 的一个主要优势是通过空气流进行脱气和曝气，而固定床过滤器不提供。 ** 固定床过滤器 ** 有固定的生物过滤介质。 固定床过滤器也可用作固体去除装置，因为它具有过滤功能，可过滤掉固体分离装置中尚未过滤的剩余固体和有机化合物。 如果有机载荷高于表面的自然降解，过滤器蛋糕可能会被颗粒和细菌生长堵塞。 过滤器需要定期反冲洗，反洗水分别处理（通过沉积等方式）。 (表 6). ** 涓流过滤器 ** 是三种常见过滤器类型中的最后一种，可以通过一堆生物膜载体滴水工作。 滴流过滤器的最大优点是通过渗漏引起的高水对空气表面的高脱气效果。 主要的缺点是将水带到所需高度所需的抽水成本很高。 由于这些载体不像 MBR 一样经常移动，因此生物膜在这些载体上生长更厚，并降低了硝化率。 涓流过滤器在水生物中非常常见，因为它们只需一步即可实现气体交换（ 二 氧化碳脱气和曝气）。 此外，他们只需要水循环，不需要像 MBR 这样的额外曝气装置（例如鼓风机），这使得它们成为一个非常容易建立的系统。
· Aqu@teachAqu @teach：连接、水移动和曝气
管道 PVC 管道最常用于管道。 它们有许多标准尺寸可供选择，具有成本效益，易于切割和适应各种适配器和连接器，并且通常使用时间很长。 还可以使用其他材料，但它们必须对鱼类和植物以及粮食生产都是安全的。 关于管道的一些一般建议： -管道必须 “恰到好处”-如果管道太小，会出现泄漏问题，如果它们太大，固体不会被冲出，因为水压过低 -避免使用柔性管道，以减少水流风险和生物排泄。 生物污染或生物污垢是指微生物、植物、藻类或动物在湿表面积聚（< https://en.wikipedia.org/wiki/Biofouling >）。 -系统不同组件之间的连接应尽可能短和直线。 这样可以更顺畅地运动水。 每条曲线或循环都代表着水流平滑的障碍。 #水流/水泵 一旦水生组件连接并装满水，水应保持所有组件的恒定水平。 然而，由于水必须循环，因此必须通过重力或抽水移动。 液压系统设计遵循 第 2 章 中的示例。 绘制工艺流程图后，在详细设计阶段，每个管道都必须标注尺寸，根据体积流量和流速选择直径（先前计算），并由长度、管接头和弯头/弯曲定义。 然后需要计算摩擦损失。 这些摩擦损失必须通过水位不同高度之间的水压差来补偿。 泵送只能在整个再循环流量的一个点进行（两个分离泵并行），以确保稳定的流量条件。 该泵是水泵系统的一个极其重要的组件，因为它可确保整个系统的可靠水循环。 水需要再循环，以便向微生物和植物提供必要的营养物质，并为鱼类提供一个没有有害成分的环境。 泵不足或不可靠可能导致营养供应不足或过度，从而损害细菌、鱼类和植物。 缺乏再循环或过快或太慢的再循环会很快影响水生系统中的所有生命。 市场上有各种各样的泵，但它们可以分为两大类：潜水泵或直列（离心）泵。 潜水泵浸入水箱水中，有助于保持冷却。 它们通常比直列泵效率低，并且更适合于较小的系统。 内联泵或离心泵是风冷泵，位于罐外。 它们可以拥有能够抽水大量水的更高动力发动机。 在为水泡系统调整泵尺寸时，必须首先确定流量，即泵在给定时间段内可以移动多少水。 通常以升/分钟或升/小时计量。 泵应该能够循环系统中的整个体积的水。 在非常密集的系统中，这可能是每小时 3 次，而在广泛的系统中每天只有几次。 没有经验法则。 计算所需水循环率的唯一方法是进行适当的质量流量计算（参见练习 7）。 一般来说，最好购买一个更强大的泵，因为它可以调节流量。 然而，这样的泵是昂贵的。 为了确定泵的尺寸，还必须通过计算练习 7 中描述的所有头部损耗来计算头部高度。 这种头部损失必须通过水位差来补偿，水位差等于泵必须提升水位之间的两个水位的高度。 通常，鱼缸和生长床将在不同的水平。 距离越大或头部越大，泵水所需的能量就越多。 任何可以尽量减少头部的操作都可以提高整个系统的效率。 确定合适的泵尺寸的最后一步是将流量和喷头高度结合起来。 一般来说，大多数泵都附带一个结合流速和喷头高度的图表。 如果没有，则通常会说明最大流量 (Qmax) 和最大泵送高度 (Hmax)。 如果您没有泵图，则假定泵在 Hmax/2 周围具有最佳泵送效率，通常在 Qmax/2 左右。 设计实例：如果您必须循环 10 m 3 /h 2 米，然后首先决定是否要使用一个或两个泵。 如果您想并行使用两个泵，每个泵必须泵 5 m 3 /h 2 米，包括泵管内的摩擦损失。 所以你需要两个泵，每个泵的 Hmax = 4 米，Qmax = 10 米 3 。
· Aqu@teachAqu @teach：可行性研究：位置和基础设施注意事项
表 2 概述了在设计新的水声系统时最重要的位置和基础设施考虑因素。 方面 描述 站点稳定性和基础 水很重. 选择稳定和水平的地面来构建您的水生系统。 如果地面不稳定，地基将不稳定，由于管道的移动，可能会发生泄漏。 该位置的气候条件 考虑如何保护水生系统免受极端天气事件的影响。 欧洲位于一个温和的气候区，其特点是季节变化，气温和天长不同。 因此，你应该考虑做什么期间的低温和短日光。 一种选择是停止生产，并在春季重新开始；另一种选择是加热水和空气，并提供人工照明。 另一方面，夏季必须避免极高的气温。 您可以安装阴影网，或用白色油漆绘制温室的外部。 优质的温室设有自动喷头和通风装置。 请记住，具有较大水量的系统比那些具有较小水量的系统更耐过热。 使用热交换器进行冷却的额外水（泉水等）也有所帮助。 除了太阳辐射之外，鱼类和电气部件还产生了大量热能，在温暖的天气中必须去除。 水和电力资 源现场必须有质量和数量适当的可靠电力和水源. 还必须考虑切断电力的可能性。 你有备用发电机吗？ 你将如何为鱼提供氧气？ 你将如何保持它们的温暖/凉爽？ 必须在详细设计阶段计算热量和质量平衡，以确定此类事件中的反应时间。 无障碍, 入口, 围栏 该地点应该可以进入运输设备, 收获的蔬菜和鱼. 该系统应始终能够进行紧急干预。 另一方面，由于存在感染和疾病的风险，必须防止未经授权的人进入。 指定的工作和储存区域 在 设计水生系统时，必须考虑到将要进行的所有操作和流程，包括鱼类食品的储存空间、清洁材料和工具、监测设备和工作服 需要一个表格来进行文档记录工作，以及显示操作、维护和故障排除说明。 ！ 图片-3 图 1：（左）温室的风损害；（b）温室中的遮阳网可提供免受强烈阳光的保护，并防止藻类生长（照片：U. Strniša） 版权所有 © Aqu @teach 项目合作伙伴。 Aqu @teach 是伊拉斯穆斯 + 高等教育战略合作伙伴关系（2017-2020 年），由格林威治大学牵头，与苏黎世应用科学大学（瑞士）、马德里技术大学（西班牙）、卢布尔雅那大学和纳克洛生物技术中心（斯洛文尼亚）合作 。 *
· Aqu@teachAqu @teach：开始设计一个水生声系统
不要被你在文献中或浏览网页中可能会遇到的各种各样的水生系统设计所困惑。 在规划和构建水生系统时，为了使系统正常运行，必须遵循基本原则。 在投资成本、维护和运营成本、可靠性、健康和安全、鱼类和作物生长潜力以及总工作量方面，各系统之间存在着很大的差异。 因此，有必要在设计阶段确定所有这些方面。 一个新的水生系统的设计应该基于您的目标和要求： -系统的目的是什么？ (粮食自给自足, 商业, 装修, 社会影响, 教学) -有多少空间可用？ 一个商业系统需要超过 1000 平方米 2 ，而自给自足的后院水上乐器可以更小 -系统要放在哪里？ 如果它将在外面，建筑成本可能会降低，但更多的能源将花在取暖上。 如果它将在里面，更多的能量将花在照明 -多少时间可以投入操作？ 自动调节费用昂贵，而每天多次检查费时（尽管无论如何都必须每天检查鱼类） -我应该买一个现成的套件还是建立自己的套件？ 有几种套件设计可供选择，但它们可能不符合您的目标。 另一方面，建筑需要知识，尽管可以使用回收材料来降低成本 -在设计时，考虑所有活动，以便预测日常程序、维护以及应对紧急情况的方法。 水生系统的设计和施工遵循一系列顺序步骤：可行性研究和场地选择、基本设计、详细设计、施工现场准备和施工。 基本设计标准已经在 第 2 章 中讨论过，所以在这里我们绕过了这一步，并使用 第 2 章 中的示例作为详细设计的模板。 表 1 概述了从水生系统的想法向全面运行的系统发展过程中所涉及的主要步骤。 表 1：水生系统的设计和构建步骤 可行性研究和地点选择 在可行性研究中，您可以检查您计划安装水泵系统的场地是否具有基本需求，以实现建设和运营。 这些需求包括空间要求、地面负载、电力可用性和可靠性、车辆通道、水质和可用性、冷却和供暖的可能性、气候、阳光等。可行性研究还包括现场的生产规划，因此您需要知道将有多少罐所需的水量，植物种植面积的大小，等等。 这些是您在基本设计过程开始之前需要了解的第一件事情。 基本设计 在基本设计中，您可以按照分步规划流程来规划系统的基本维度（请参阅 [第 2 章](https://https://learn.farmhub.ag/articles/)）。 您可以从蔬菜的生产区域开始，然后根据植物的营养需求设计养鱼系统，反之亦然。 在基本设计的最后，您将定义一个一般的工艺流程图，其中包括主要组件：鱼类和植物的生产速率；水流速率；鱼缸体积、形状和水位；固体去除尺寸；生物滤清器类型、尺寸和形状；管道长度和直径；不同的管道; 水位。 基本设计将揭示您的生产目标是否可以在您选择的网站上实现。 详细设计 详细设计使用与基本设计相同的设计注意事项，但详细介绍了更多细节。 在上一步中，您只关注液压系统和尺寸，现在还需要专注于将要使用的材料，并选择各个技术组件、其动力需求、备用电源要求、测量和控制单元，并对所有液压设备进行详细设计组件（管道，出口屏幕，生物过滤器等）。 根据项目的规模和您工作的国家，详细的设计将以施工计划结束，您可以自行执行，也可以交给建筑公司执行。 在 3D 模型中规划管道、电线、通风通道和人行道将有助于确保安装过程顺利进行。 在详细设计过程中，您还需要充分了解所需的建筑材料和施工技术，以便有足够的空间来安装系统。 建筑施工 过程中的主要目标是尽快建造农场，因为有一个建筑工地很长一段时间通常是非常昂贵的。 操作启动程序 该系统需要装满水, 在将鱼转移到系统之前, 需要对下列基本操作要求进行测试: 再循环率 泄漏 水 位 空气流 氧化能力 脱气能力 系统监测和应急协议 下一步将是系统的生物启动，这必须完成 4-6 周然后再将第一条鱼添加到系统中。 此时，运行系统的 SOP（标准操作程序）需要准备就绪。 计算至少 8 周从施工结束，直到第一条鱼进入系统。 版权所有 © Aqu @teach 项目合作伙伴。 Aqu @teach 是伊拉斯穆斯 + 高等教育战略合作伙伴关系（2017-2020 年），由格林威治大学牵头，与苏黎世应用科学大学（瑞士）、马德里技术大学（西班牙）、卢布尔雅那大学和纳克洛生物技术中心（斯洛文尼亚）合作 。 *
· Aqu@teachAQu @teach：固体分离
在设计阶段需要做出以下决定： ** 是否需要单独的固体去除步骤？ ** 在鱼类放养率较低的系统中，培养基生长床可以去除固体物质并充当生物过滤器。 然而，随着时间的推移，随着固体数量的增加，会出现堵塞和厌氧区域。 ** 什么是适合去除固体物质的设备？ ** 水中的废物颗粒可以是不同的大小，这会影响到去除它们所使用的技术。 储存密度较低（小于 10 千克/立方米 3 ）的系统或许能够使用基于沉淀的装置去除颗粒，而储存密度较高（>10 千克/立方米 3 ）的系统可能需要旋转滚筒过滤器（图 7）。 ** 鱼缸应如何连接到固体去除装置？ ** 水应始终通过重力从鱼缸流向固体分离器，而不是泵送，因为后者只会减小颗粒大小，使其更难去除。 为避免沉淀，管道内的流速应在 0.7 到 1.0 m/s 之间。 ** 如何处理污泥？ ** 鱼类污泥含有丰富的营养物质，可作为肥料重复使用。 除了将其倾倒到污水处理系统之外，还有几种替代办法，其中包括： -在传统园艺和农业中储存和再利用它；但是，法律可能禁止这种做法 -与结构丰富的绿色废物共同堆肥（树屑，稻草） -蠕虫堆肥（使用各种蚯蚓的堆肥过程）。 -厌氧消化并重新引入水生系统（Goddek et 人 * 2016）。 -为了降低 P 的限制，去硝化改变水生系统中的 N: P 比。 大多数低技术系统都使用重力沉积法去除颗粒。 此类过滤器包括：涡流过滤器、层膜分离器和径向流分离器（图 8）。 低技术沉积过滤器通常只能处理大于 100 微米的颗粒。 然而，由于水柱的高流量和主动混合，大多数现代密集型 RAS 中的大多数颗粒将小于 100 µm。 因此，仅使用沉积过滤器并不是密集型 RAS 的最佳解决方案。 ！ [图片-图片-https://cdn.farmhub.ag/thumbnails/6eaa202b-6377-4e0f-9a6e-280e13f33eb8.jpg 图 8：径向流量分离器图（在 [www.garydonaldson.net] 之后改编）（http://www.garydonaldson.net/） 大多数现代化和密集型 RAS 使用显微屏幕，通常用作旋转鼓式过滤固体（图 9）。 这些滚筒过滤器的工作方式如下：水进入滚筒过滤器并通过显微屏幕过滤器（通常使用 40-100 µm 的滤布），固体颗粒被压住，然后从过滤器元件冲入污泥托盘，污泥水离开鱼系统并进入废水处理设施.
· Aqu@teachAqu @teach：操作水生声系统
基本系统维护和操作程序 为了确保水泵系统运行良好，应准备明确的操作、维护和故障排除说明（手册），以及应保存记录的日常、每周和每月活动清单。 这样，不同的工作人员总会知道该怎么做。 所有观察和执行的任务都需要在专用记录簿中输入（具有特定日期），该记录簿必须存储在可见的位置。 特别重要的是要记录水的化学和物理参数，以及鱼的外观和行为的任何变化（评分表）。 表 9 列出了基本的系统维护和操作程序。 表 9：基本系统维护和操作程序 与 ... 相关的任务 ： 每日 每周 每月 额外 ... 喂鱼 每天 喂鱼两次。 喂食后，检查已经吃了多少饲料。 如果有未食用的饲料，请减少下次喂食时的量 每 1-2 个月称重鱼，并根据适合鱼尺寸的喂食速度调整饲料量 如果系统发生故障，请立即停止喂料 ... 鱼类行为 检查是否所有的鱼都活着。 使用评分表评估他们在实验过程中的行为 随时可以访问兽医的联系信息 ... 确保鱼类的水质 检查颜色和水的气味。 鱼缸里应该没有污泥 分析水（T，+ pH 值，氧气 2，NH 4 ，NO 2 ，-NO 3 ）。 如果是级别的阈值，请采取适当的操作： 如果 NH + 或 NO 是 4 2 太高，请勿添加淡水。 停止/减少喂养和加盐 如果 O 2 过低，或 NH 3 或 T 过高，请使用板式换热器增加曝气并降低温度（非直接水交换） 如果你注意到什么不寻常，立即分析水。 采取行动，但请记住，鱼不喜欢快速的变化。 偶尔清洁鱼缸，避免使用化学清洗剂 .
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