Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Системы рециркуляции аквакультуры в Технологическом департаменте пищевых наук и технологий штата Вирджиния

Рециркуляционные системы аквакультуры ( RAS ) используются в домашних аквариумах и рыбы производства , где вода ограничен обмен и использование биофильтрации требуются для снижения аммиака токсичности. [1] Другие типы фильтрации и контроля окружающей среды также часто необходимы для поддержания чистой воды и обеспечения подходящей среды обитания для рыб. [2]Основное преимущество УЗВ - это способность снизить потребность в пресной чистой воде, сохраняя при этом здоровую среду для рыб. Для ведения коммерческой деятельности УЗВ должна иметь высокую плотность посадки рыбы, и многие исследователи в настоящее время проводят исследования, чтобы определить, является ли УЗВ жизнеспособной формой интенсивной аквакультуры . [3]

Процессы очистки воды УЗВ [ править ]

Биофильтр и дегазатор CO 2 в системе рециркуляции на открытом воздухе, используемой для выращивания большеротого окуня.
Процессы очистки воды, необходимые в системе рециркуляции аквакультуры.

Для поддержания качества воды при интенсивном рыбоводстве используется ряд процессов очистки. Эти шаги часто выполняются по порядку, а иногда и в тандеме. После выхода из сосуда, содержащего рыбу, вода сначала обрабатывается от твердых частиц перед поступлением в биофильтр для преобразования аммиака, затем происходит дегазация и оксигенация, часто сопровождаемые нагреванием / охлаждением и стерилизацией. Каждый из этих процессов может быть выполнен с использованием различных методов и оборудования, но в любом случае все они должны происходить, чтобы обеспечить здоровую окружающую среду, которая способствует максимальному росту и здоровью рыб.

Биофильтрация [ править ]

Основная статья: Биофильтрация

Все УЗВ основаны на биофильтрации для преобразования аммиака (NH 4 + и NH 3 ), выделяемого рыбами, в нитрат . [4] Аммиак является побочным продуктом метаболизма рыб, и высокие концентрации (> 0,02 мг / л) токсичны для большинства рыб. [5] Нитрифицирующие бактерии - хемоавтотрофы, которые превращают аммиак в нитрит, а затем в нитрат. Биофильтр обеспечивает субстрат для бактериального сообщества, что приводит к толстой биопленки растущей внутри фильтра. [4]Вода прокачивается через фильтр, а аммиак используется бактериями для получения энергии. Нитрат менее токсичен, чем аммиак (> 100 мг / л), и может быть удален денитрифицирующим биофильтром или заменой воды. Для обеспечения эффективной работы биофильтра необходимы стабильные условия окружающей среды и регулярное техническое обслуживание.

Удаление твердых частиц [ править ]

Помимо обработки жидких отходов, выделяемых рыбой, необходимо также обрабатывать твердые отходы, это достигается путем концентрирования и вымывания твердых веществ из системы. [6] Удаление твердых частиц снижает рост бактерий, потребность в кислороде и распространение болезней . Самый простой метод удаления твердых частиц - это создание отстойника, в котором относительная скорость воды мала, а частицы могут оседать на дне резервуара, откуда они либо вымываются, либо вакуумируются вручную с помощью сифона. Однако этот метод неприменим для операций RAS, где требуется небольшая занимаемая площадь. Типичное удаление твердых частиц RAS включает песчаный фильтр или фильтр для твердых частиц, где твердые частицы оседают и могут периодически вымываться из фильтра. [7]Другим распространенным методом является использование механического барабанного фильтра, при котором вода проходит через вращающийся экран барабана, который периодически очищается распылительными форсунками под давлением, а полученная суспензия обрабатывается или отправляется в канализацию. Чтобы удалить очень мелкие частицы или твердые коллоидные частицы, можно использовать фракционатор белка с добавлением или без добавления озона (O 3 ).

Оксигенация [ править ]

Повторное насыщение кислородом воды в системе является важной частью достижения высокой плотности производства. Рыбы нуждаются в кислороде для метаболизма пищи и роста, как и сообщества бактерий в биофильтре. Уровень растворенного кислорода можно увеличить двумя способами: аэрацией и оксигенацией . При аэрации воздух прокачивается через воздушный камень или подобное устройство, которое создает небольшие пузырьки в водяном столбе, что приводит к большой площади поверхности, где кислород может растворяться в воде. В общем, из-за медленных скоростей растворения газа и высокого давления воздуха, необходимого для создания маленьких пузырьков, этот метод считается неэффективным, и вместо этого вода насыщается кислородом путем закачки чистого кислорода. [8]Используются различные методы, чтобы гарантировать, что во время оксигенации весь кислород растворяется в толще воды. Необходимо тщательно рассчитать и принять во внимание потребность в кислороде данной системы, и эту потребность необходимо удовлетворить с помощью оборудования для оксигенации или аэрации. [9]

контроль pH [ править ]

Во всех УЗВ необходимо тщательно контролировать и контролировать pH . Первая стадия нитрификации в биофильтре приводит к снижению щелочности и снижению pH системы. [10] Поддержание pH в подходящем диапазоне (5,0-9,0 для пресноводных систем) имеет решающее значение для поддержания здоровья как рыб, так и биофильтра. pH обычно регулируется добавлением щелочности в виде извести (CaCO 3 ) или гидроксида натрия (NaOH). Низкий pH приведет к высокому уровню растворенного диоксида углерода (CO 2 ), который может оказаться токсичным для рыб. [11] pH также можно контролировать путем дегазации CO 2.в насадочной колонне или с аэратором это необходимо в интенсивных системах, особенно там, где в резервуарах используется оксигенация вместо аэрации для поддержания уровня O 2 . [12]

Контроль температуры [ править ]

Все виды рыб имеют предпочтительную температуру, выше и ниже которой эта рыба испытает негативные последствия для здоровья и в конечном итоге погибнет. Тепловодные виды, такие как тилапия и баррамунди, предпочитают воду с температурой 24 ° C или теплее, тогда как холодноводные виды, такие как форель и лосось, предпочитают воду с температурой ниже 16 ° C. Температура также играет важную роль в концентрации растворенного кислорода (DO), при этом более высокая температура воды имеет более низкие значения насыщения DO. Температура регулируется с помощью погружных нагревателей, тепловых насосов , чиллеров и теплообменников . [13] Все четыре могут использоваться для поддержания работы системы при оптимальной температуре для максимального увеличения производства рыбы.

Биозащита [ править ]

Вспышки болезней происходят быстрее, когда имеешь дело с высокой плотностью посадки рыбы, обычно используемой в интенсивной УЗВ. Вспышки могут быть уменьшены за счет эксплуатации нескольких независимых систем в одном здании и изоляции контакта воды с водой между системами путем очистки оборудования и персонала, перемещающегося между системами. [14] Кроме того , использование ультрафиолетового (УФ) или озон системы очистки воды уменьшает количество свободного плавающего вируса и бактерий в воде системы. Эти системы обработки снижают нагрузку на заболевание, которое возникает у рыб, подвергшихся стрессу, и, таким образом, снижают вероятность вспышки.

Преимущества [ править ]

Осетровые выращивают с высокой плотностью в системе частичной рециркуляции аквакультуры.
  • Сниженные потребности в воде по сравнению с системами водоводов или водоемов. [15]
  • Уменьшение потребности в земле из-за высокой плотности посадки [16]
  • Гибкость выбора места и независимость от большого источника чистой воды. [17]
  • Уменьшение объема сточных вод. [18]
  • Повышенная биобезопасность и простота лечения вспышек заболеваний. [14]
  • Способность внимательно отслеживать и контролировать условия окружающей среды для максимальной эффективности производства. Точно так же независимость от погоды и изменчивых условий окружающей среды. [1]

Недостатки [ править ]

Средние выбросы парниковых газов для различных типов продуктов питания [19]
Типы едыВыбросы парниковых газов (г экв. CO 2 -C на грамм белка)
Мясо жвачных животных
62
Рециркуляционная аквакультура
30
Траловое рыболовство
26
Аквакультура без рециркуляции
12
Свинина
10
Домашняя птица
10
Молочный
9.1
Нетраловый промысел
8,6
Яйца
6,8
Крахмалистые корни
1,7
Пшеница
1.2
Кукуруза
1.2
Бобовые
0,25

Высокие первоначальные вложения в материалы и инфраструктуру. [20]

  • Высокие эксплуатационные расходы в основном из-за электричества и технического обслуживания системы. [20]
  • Необходимость в высококвалифицированном персонале для мониторинга и эксплуатации системы. [20]
  • Более высокие выбросы парниковых газов, чем в аквакультуре без рециркуляции. [21]

Специальные типы РАС [ править ]

Аквапоника [ править ]

Основная статья: Аквапоника

Объединение растений и рыб в УЗВ называется аквапоникой. В системах этого типа аммиак, производимый рыбой, не только превращается в нитрат, но и удаляется растениями из воды. [22] В системе аквапоники рыба эффективно удобряет растения, это создает замкнутую систему, в которой образуется очень мало отходов и минимизируются затраты. Аквапоникадает возможность собирать урожай и продавать несколько культур. Существуют противоречивые взгляды на пригодность и безопасность стоков УЗВ для поддержания роста растений в условиях аквапоники. Дальнейшее преобразование, а скорее «модернизация» действующих ферм УЗВ в полукоммерческие предприятия Aquaponic не должно сдерживаться недостаточностью питательных веществ или аргументами безопасности питательных веществ. Поощряется стимулирование использования сельскохозяйственных отходов УЗВ с помощью полукоммерческой аквапоники. Питательные вещества, содержащиеся в сточных водах и иле УЗВ, содержат достаточно безопасных питательных веществ для поддержания роста растений в условиях аквапоники. [23]

Аквариумы [ править ]

Основная статья: Аквариумы

Домашние аквариумы и внутренние коммерческие аквариумы представляют собой разновидность УЗВ, где качество воды очень тщательно контролируется, а плотность посадки рыб относительно низкая. В этих системах целью является демонстрация рыбы, а не производство пищи. Тем не менее, биофильтры и другие формы очистки воды по-прежнему используются для уменьшения необходимости обмена воды и поддержания прозрачности воды. [24] Как и в традиционном УЗВ, воду необходимо периодически удалять, чтобы предотвратить накопление нитратов и других токсичных химикатов в системе. Прибрежные аквариумы часто имеют высокую скорость водообмена и, как правило, не используются в качестве УЗВ из-за их близости к большим водоемам с чистой водой.

См. Также [ править ]

  • Сельское хозяйство с контролируемой средой

Ссылки [ править ]

  1. ^ а б Майкл Б. Тиммонс и Джеймс Б. Эбелинг (2013). Рециркуляционная аквакультура (3-е изд.). Издательство Ithaca Publishing Company. п. 3. ISBN 978-0971264656.
  2. ^ Томас Б. Лоусон (1995). Основы инженерии аквакультуры . Springer США. п. 192. ISBN. 978-1-4615-7049-3.
  3. ↑ Дженнер, Эндрю (24 февраля 2010 г.). «Системы рециркуляции аквакультуры: будущее рыбоводства?» . Монитор христианской науки . Проверено 25 августа 2015 года .
  4. ^ a b Холл, Антар (1 декабря 1999 г.). Сравнительный анализ трех типов биофильтров для очистки сточных вод, образующихся в системах рециркуляции аквакультуры (магистр наук) . Проверено 22 сентября 2020 года .
  5. ^ Роберт Стикни (1994). Принципы аквакультуры (2-е изд.). Вайли. п. 91. ISBN 0-471-57856-8.
  6. ^ Саммерфельт, Роберт; Пена, Крис (сентябрь 2005), «удаление твердых веществ в системе рециркуляционной аквакультуры , где большая часть потока обходит микрофильтр фильтр», аквакультурные Engineering , 33 (3): 214-224, DOI : 10.1016 / j.aquaeng.2005.02. 003
  7. ^ Чен, Шулин; Мэлоун, Рональд (1991), «Контроль взвешенных твердых частиц в системах рециркуляции аквакультуры», Материалы симпозиума по аквакультуре в Корнельском университете, Итака, Нью-Йорк : 170–186
  8. ^ Одд-Ивар Lekang (2013). Инженерия аквакультуры (2-е изд.). Джон Уайли и сыновья. п. 165. ISBN 978-0-470-67085-9.
  9. ^ Кепеньес, Дж. "Глава 15 Системы рециркуляции и повторное использование воды в аквакультуре" . ФАО . Проверено 3 октября 2015 года .
  10. ^ Лосордо, Т .; Massar, M .; Rakocy, J (сентябрь 1998 г.). «Системы производства рециркуляционных резервуаров для аквакультуры: обзор критических условий» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 17 октября 2015 года . Проверено 25 августа 2015 года .
  11. ^ Саммерфельт, Стивен (1996). «Проектирование систем повторного использования воды» (PDF) . Архивировано 2 января 2011 года из оригинального (PDF) . Проверено 16 сентября 2015 года .
  12. ↑ Мэлоун, Рон (октябрь 2013 г.). «Системы производства рециркуляционных резервуаров для аквакультуры: обзор современной практики проектирования» (PDF) . Государственный университет Северной Каролины . п. 5 . Проверено 3 октября 2015 года .
  13. ^ Одд-Ивар Lekang (2013). Инженерия аквакультуры (2-е изд.). Джон Уайли и сыновья. п. 136. ISBN. 978-0-470-67085-9.
  14. ^ а б Яньонг, Р. «Соображения по управлению здоровьем рыб в системах рециркуляции аквакультуры - Часть 1: Введение и общие принципы» (PDF) . Проверено 25 августа 2015 года .
  15. ^ Мартинс, C .; Eding, E .; Verdegem, M .; Heinsbroek, L .; Schneider, O .; Blancheton, J .; d'Orbcastel, E .; Веррет, Дж. (Ноябрь 2010 г.), «Новые разработки в системах рециркуляции аквакультуры в Европе: взгляд на экологическую устойчивость» (PDF) , Aquacultural Engineering , 43 (3): 83–93, doi : 10.1016 / j.aquaeng.2010.09 0,002
  16. ^ Helfrich, L .; Либей, Г. "Рыбоводство в рециркуляционных системах аквакультуры" (PDF) . Проверено 25 августа 2015 года .
  17. ^ Барри Коста-Пирс; и другие. (2005). Городская аквакультура . CABI Publishing. п. 161. ISBN. 0-85199-829-1.
  18. ↑ Велдон, Ванесса (3 июня 2011 г.). «Рециркуляционные системы» . extension.org . Проверено 3 октября 2015 года .
  19. ^ Майкл Кларк; Тилман, Дэвид (ноябрь 2014 г.). «Глобальные диеты связывают экологическую устойчивость и здоровье человека». Природа . 515 (7528): 518–522. Bibcode : 2014Natur.515..518T . DOI : 10,1038 / природа13959 . ISSN 1476-4687 . PMID 25383533 . S2CID 4453972 .   
  20. ^ a b c Rawlinson, P .; Форстер, А. (2000). «Экономика рециркуляционной аквакультуры» (PDF) . Государственный университет Орегона . Проверено 3 октября 2015 года .
  21. ^ Майкл Кларк; Тилман, Дэвид (ноябрь 2014 г.). «Глобальные диеты связывают экологическую устойчивость и здоровье человека». Природа . 515 (7528): 518–522. Bibcode : 2014Natur.515..518T . DOI : 10,1038 / природа13959 . ISSN 1476-4687 . PMID 25383533 . S2CID 4453972 .   
  22. Перейти ↑ Diver, S. (2006). «Аквапоника, интеграция гидропоники и аквакультуры» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 17 апреля 2012 года . Проверено 25 августа 2015 года .
  23. ^ Лунда, Роман; Рой, Кушик; Масилко, Ян; Мраз, янв (сентябрь 2019 г.). «Понимание количества питательных веществ в производственных сточных водах фермы УЗВ для поддержки полукоммерческой аквапоники: возможность простой модернизации вне всяких сомнений». Журнал экологического менеджмента . 245 : 255–263. DOI : 10.1016 / j.jenvman.2019.05.130 . PMID 31158677 . 
  24. ^ Дэвид Э. Боруховиц (2001). Простое руководство по пресноводным аквариумам . TFH стр. 31 . ISBN 9780793821013.

Внешние ссылки [ править ]

  • Руководство по проектированию рециркуляционных систем аквакультуры
  • Соображения, дизайн и управление рециркуляцией аквакультуры
  • Технический проект системы повторного использования воды
  • Системы рециркуляции аквакультуры (УЗВ) в рыбоводстве