الهيكل والتصميم

تأتي خزانات الأسماك الخاصة بالأحياء المائية في مجموعة واسعة من الأشكال والأحجام والمواد، مع الاعتماد إلى حد كبير على الأنواع المستزرعة. تستخدم غالبية الأنظمة الكبيرة خزانات مستديرة تحتوي إما على قاع مسطح أو مخروطي. استخدام تدفق عرضي سيمنع المناطق الميتة عند استخدامها في الدبابات المستديرة (الشكل 2). تسمح الخزانات المخروطية السفلية للمواد الصلبة بالتركيز في الجزء السفلي (في المخروط) ويتم سحبها بسهولة من النظام. تتوفر خزانات القاع المسطحة على نطاق أوسع، ولكن إزالة المواد الصلبة تتطلب خطوات إضافية لضمان الإزالة السليمة للمواد العضوية المنتشرة في قاع الخزان.

قد تتطلب الصهاريج المربعة أيضًا تنظيفًا إضافيًا حيث يمكن أن تستقر المواد الصلبة أو الحطام في الزوايا (Somerville et al 2014). تتبع تحجيم خزانات الاستزراع السمكي مبادئ RAS، مع نسبة العرض إلى الارتفاع 3:1 مثالية لحركة المياه وتدفقها بشكل صحيح. و تعتبر صهاريج الأسماك عموما أعلى نقطة في النظام و تتدفق المياه عن طريق الجاذبية إلى عنصر ترشيح المواد الصلبة.

تصنع الخزانات التجارية عادة من مواد قوية ومستقرة للأشعة فوق البنفسجية مثل بلاستيك البولي إيثيلين عالي الكثافة (HDPE) أو الألياف الزجاجية. و على نطاق أصغر أو في المناطق ذات الموارد المحدودة, يمكن استخدام حاويات السوائب الوسيطة أو أحواض الأسمنت المبطنة. المواد الغذائية والمواد المقاومة للأشعة فوق البنفسجية ضرورية لأن العديد من الصهاريج المعاد استخدامها قد تحتوي على مواد كيميائية أو مواد خطرة، مما يجعلها أسماك غير مناسبة مخصصة للاستهلاك.

• المصدر: جانيل هاغر، لي آن برايت، جوش دوسي، جيمس تيدويل. 2021. جامعة ولاية كنتاكي دليل إنتاج Aquaponics: دليل عملي للمزارعين. *

الترشيح الفعال للمواد الصلبة هو مكون أساسي لنظام يعمل بشكل جيد ويحتمل أن يكون أهم جانب لأنه يؤثر على كفاءة جميع العمليات الأخرى. يتم إنتاج المواد الصلبة في الغالب من الأعلاف غير المأكل، والنفايات السمكية، والبكتيريا الحيوية (المصنفة كمواد صلبة معلقة) (Timmons and Ebeling 2013). وإذا لم تتم إزالة النفايات، فإنها يمكن أن تستقر على جذور النباتات (منع امتصاص المغذيات)، وتجمع في مناطق منخفضة تدفق المياه (مما يؤدي إلى سوء نوعية المياه)، وتسبب تراكم الغاز الضار، وتسد الأنابيب (منع تدفق المياه الكافي) (Somerville et al. 2014).

يعتمد ترشيح المواد الصلبة المستخدم على نوعية وكمية الأعلاف التي تدخل إلى النظام، حيث تأتي جميع التصاميم مباشرة من تقنية RAS. الفئتين الرئيسيتين لترشيح المواد الصلبة هما الترسيب والترشيح الميكانيكي (لينارد 2012).

الرسوب: يشير الترسيب إلى المواد الصلبة التي تستقر من عمود الماء عن طريق الجاذبية، والتي تحدث في جهاز الترسيب. وتشمل التصاميم المرئية، أو (إزالة المواد الصلبة) الحيرة، ومرشحات التدفق الشعاعي، وفواصل الدوامة (الشكل 3 أ، ب، ج). فواصل التدفق الشعاعي هي الأكثر استخداماً وقد ثبت أنها أكثر فعالية في إزالة المواد الصلبة القابلة للتسوية من مرشح الدوامة في RAS (Davidson and Summerfelt 2005). تتشابه أجهزة تصفية الارتباك والدوامة في كفاءة إزالة المواد الصلبة (Danaher et al. 2013). و تتبع التوصيات المتعلقة بمواد البناء توصيات صهاريج الأسماك المذكورة أعلاه.

إن التحجيم السليم لأجهزة التصفيح ومعدل تدفق المياه المناسب ضروريان لإزالة المواد الصلبة بشكل فعال. إذا كان الاعتماد فقط على جهاز توضيح لإزالة المواد الصلبة القابلة للتسوية، فإنه يلزم وقت الاحتفاظ لمدة 30 دقيقة. وهذا يعني ببساطة أن معظم المواد الصلبة التي يمكن أن تستقر عن طريق الجاذبية سوف تفعل ذلك في غضون 30 دقيقة. و ينبغي استخدام معدل تدفق المياه قدره 5 غالونات في الدقيقة لل صهاريج الصغيرة و 25 غالونا في الدقيقة لل صهاريج الكبيرة لحساب حجم خزان الترشيح اللازم. فالترشيح الذي يقل حجمه (أو معدل تدفق سريع جدا) لن يكون كافيا لإزالة المواد الصلبة للأسماك، مما يؤدي إلى زيادة تراكمها في النظام. وبالمثل، فإن تكبير حجم العنصر ليس مثاليا لأنه يزيد من التكلفة الأولية، ويتطلب وجود أكبر في المرفق، ويؤدي إلى استخدام كميات أكبر من المياه من خلال التصريف غير الفعال.

وستقوم أجهزة التصفية بإزالة الجسيمات الصلبة الكبيرة في الماء فقط، تاركاً المواد الصلبة الصغيرة جداً بحيث لا تستقر خارج الماء (Summerfelt et al. 2001). يجب إزالة هذه المواد الصلبة المعلقة. ومن الممارسات التي اتبعتها جامعة جزر فرجن توجيه المياه من المرطب من خلال خزانات مليئة بالمعاوضة البساتين (الشكل 4). فخاخ مادة المعاوضة المواد الصلبة الدقيقة، مما يسمح بمسح المياه النظيفة من السطح. خيارات أخرى لإزالة المواد الصلبة المعلقة هي أكياس شبكة غرامة، جوارب نسائية، منصات تصفية، وغيرها. وقد تصبح هذه الأصناف مسدودة بسرعة إذا لم تتم إزالة المواد الصلبة القابلة لل تسوية بفعالية في أجهزة التصفية.

_الفصل الميكانيكي: _ الفصل الميكانيكي هو الإزالة النشطة للمواد الصلبة عبر الشاشة أو الوسائط (لينارد 2012).

هذه الفلاتر فعالة للغاية، حيث تزيل المواد الصلبة التي يزيد حجمها عن 50 ميكرون، مما يؤدي إلى تقليل الوقت الذي تستغرقه في التنظيف والصيانة بسبب ميزة الغسيل التلقائي المريحة. ومن الأمثلة على هذه المرشحات مرشح الأسطوانة (الشكل 5a) ومرشح حبة الضغط (الشكل 5b).

المرشحات الميكانيكية لديها ثمن مرتفع، وغالبا ما يجعلها باهظة للممارسين على نطاق صغير. و بالإضافة إلى ذلك, فإنها تحتاج إلى معرفة أكثر تقدما لل عمل و يصعب الحصول عليها في البلدان النامية. و سيكون هذا النوع من الترشيح ملائما لنظام أكوابوني كبير منفصل أو النظام الذي يركز معظم عملياته على إنتاج الأسماك.

• المصدر: جانيل هاغر، لي آن برايت، جوش دوسي، جيمس تيدويل. 2021. جامعة ولاية كنتاكي دليل إنتاج Aquaponics: دليل عملي للمزارعين. *

يشير الترشيح البيولوجي إلى انهيار الأمونيا (NH ~ 3 ~ و NH ~ 4 ~ +) إلى النتريت (NO~ 2 ) ثم إلى نترات (NO 3 ~) عن طريق البكتيريا التي تحدث بشكل طبيعي، النتريفيج. هذه البكتيريا تعيش على مساحة سطح وسائل الإعلام الموجودة في خزان يسمى مجتمعة المرشح الحيوي و سترد تفاصيل عملية تحويل الأمونيا إلى نترات في القسم المتعلق بنوعية المياه.

في راس، تم تصميم فلتر بيولوجي للعمل عند ضغط منخفض. هناك خزان مخصص مليئة الركيزة مثل وسائل الإعلام كالدنيس، وسائل الإعلام الحبيبية، الكرات البلاستيكية، أو غيرها من المواد الخاملة التي لديها مساحة سطح محددة كبيرة أو مساحة سطح وسائل الإعلام لكل وحدة حجم. وكلما ارتفعت مساحة السطح المحددة، زادت البكتيريا التي يمكن أن تنمو على وسائل الإعلام، وترجم إلى قدرة أعلى على إزالة الأمونيا. تتضمن تصميمات الفلتر الحيوي النموذجية لـ RAS أبراج هزيلة، وسائط مغمورة، أسرة ميعة، مرشحات الرمل، ومرشح السرير الثابت. في aquaponics، يمكن أن يكون المرشح الحيوي وحدة منفصلة أو جزء من النظام. في الاستزراع المائي العميق (DWC)، توفر جدران حوض النباتات، وقيعان الطوافة، والجذور النباتية مساحة سطحية كبيرة لاستعمار البكتيريا النتروية. على عكس نظام RAS، يوفر نظام AP نفسه مساحة سطح واسعة لاستعمار البكتيريا، خاصة بالنسبة للأنظمة المقترنة ذات الحجم المناسب. نظام تقنية المغذيات (NFT) (انظر القسم أدناه) هو استثناء، حيث يتم تطبيق طبقة رقيقة فقط من الماء على النباتات. إذا كان المرشح الحيوي عبارة عن وحدة منفصلة، فيجب أن يكون موجودًا بعد وحدة إزالة المواد الصلبة.

• المصدر: جانيل هاغر، لي آن برايت، جوش دوسي، جيمس تيدويل. 2021. جامعة ولاية كنتاكي دليل إنتاج Aquaponics: دليل عملي للمزارعين. *

و يشمل الجزء المائي من النظام غالبية أثر المرفق. وتستخدم ثلاثة تصميمات أساسية: أسرة الوسائط، واستزراع المياه العميقة (DWC)، وNFT.

الأنظمة القائمة على الوسائط الإعلامية: تصميم الأنظمة القائمة على وسائل الإعلام، والتي تسمى أحيانًا الفيضانات والصرف، يكون مستقيمًا إلى حد ما إلى الأمام. يتم غمر حاوية مليئة الركيزة بشكل دوري بالماء من خزان السمك. ثم تستنزف المياه مرة أخرى إلى الحوض (أو خزان السمك) سحب الأكسجين في الركيزة لجذور النباتات والبكتيريا النتريفينغ. يدعم سرير الوسائط النبات أثناء نموه ويعمل كمواد صلبة ومرشح بيولوجي (الشكل 6). نظرًا لقلة المكونات نسبيًا وسهولة البناء والتشغيل، فإن هذه الأنظمة تحظى بشعبية لدى الهواة وفي المناطق النامية. ومع ذلك، فمن غير المألوف العثور على الإنتاج التجاري باستخدام أسرة وسائط الإعلام فقط لأنها أقل إنتاجية من الأنواع الأخرى التي نوقشت أدناه. وترد قاعدة الإبهام لأنظمة الوسائط في الجدول 1.

الجدول 1: قواعد الإبهام للأنظمة المائية القائمة على وسائل الإعلام.

التي12 بوصة على الأقل (30 سم) المياه العميقة

يجب أن تبقى 2 بوصة تحت سطح وسائل الإعلام لمنع الطحالب من النمو في سطح وسائل الإعلام

تشريد 60٪ من حجم السرير النبات. يجب أن يكون حجم صهاريج الأسماك أو أحواض السمك بحيث لا تعمل المضخة جافة ولا يتدفق الخزان خلال دورة الفيضانات والتصريف.

1:1 نسبة حجم صهريج السمك إلى حجم قاع النبات لتصميم بسيط يشمل فقط خزان السمك وقاع النبات.

يمكن تحقيق نسبة 2:1 أو 3:1 بإضافة الحوض (الشكل 5)

يمكن استخدام مجموعة متنوعة من المواد كركيزة، بما في ذلك حصى البازلاء، صخور الحمم البركانية، الحصى الطينية الموسعة، أو غيرها من وسائل الإعلام الخاملة؛ الممارسين قد تكون محدودة بما هو متاح محليا. يتم التحكم في تدفق المياه في النظام إما عن طريق جهاز توقيت أو سيفون. باستخدام طريقة الموقت، يتم ضخ المياه لفترة محددة من الوقت، مما يسمح للسرير لملء.

عند إيقاف تشغيل الموقت، يستنزف الماء حتى يقوم الموقت بإشراك المضخة مرة أخرى. غالبًا ما يتم تنفيذ طريقة السيفون باستخدام سيفون جرس أوتوماتيكي (الشكل 7a) أو سيفون حلقة (الشكل 7b). في كل من أساليب السيفون، تعمل المضخة بشكل مستمر، والتحكم في مدى سرعة ملء السرير والمصارف. Fox et al. (2010) يعطي تعليمات شاملة خطوة بخطوة لبناء وتشغيل واستكشاف الأخطاء وإصلاحها سيفون الجرس التلقائي.

توفر أنظمة الوسائط ذات التدفق الثابت بديلاً لطريقة التصريف والفيضانات. تتدفق المياه الغازية بشدة إلى سرير الوسائط. وبدلا من دورة الفيضانات والتصريف، يبقى مستوى المياه ثابتا باستخدام أنابيب المياه. هذا يقلل بشكل كبير من حجم الحوض اللازم لهذا النوع من النظم المتنامية.

Deep Water Culture: تتضمن طريقة النمو هذه تعليق النباتات في طوف عائمة، مما يسمح للجذور بالتعليق في الماء (الشكل 8). جذور النباتات على اتصال دائم مع المياه الغنية بالمغذيات من خزان الأسماك.

الترشيح الفعال للمواد الصلبة هو شرط في هذه الأنظمة لمنع المواد الصلبة من دخول قاع النبات وانسداد جذور النبات. كما يجب توفير التهوية في أحواض النبات للحفاظ على مستويات كافية من الأوكسجين للجذور النباتية والبكتيريا المفيدة. وإلى جانب قدرتها الكبيرة على الاحتفاظ بالمياه التي تحافظ على معايير جودة المياه أكثر استقرارًا، يوفر الجانب السفلي من الطوافات وبطانة الأحواض مساحة كافية لاستعمار البكتيريا النتروية. كما يوفر التصميم نفسه وسادة ضد انقطاع التيار الكهربائي، حيث تظل الجذور مغمورة بالماء على الرغم من فقدان الماء أو تدفق الهواء.

الجدول 2: قواعد الإبهام لDWC في أكوابونيكش.

عمق 12 بوصة (30 سم)

عرض السرير قد يختلف ولكن عادة ما تكون 4 أقدام واسعة

هناك حاجة لترشيح المواد الصلبة الفعالة لمنع تراكم المواد الصلبة في أسرة النبات

تهوية في خزانات الأسماك والنبات

معدل تدفق المياه من 5 إلى 10 جالونات في الدقيقة

²

\ * الاستثناء هو في مراحل الحياة المبكرة حيث يمكن للأسماك أن تستهلك 5-10٪ من وزن الجسم في الغذاء يوميا.

زراعة المياه العميقة (DWC) هي أكثر إنتاجية (كغم من الإنتاج/م ^ 2 ^ مساحة متنامية) من النظم القائمة على وسائل الإعلام؛ ومع ذلك، قد يكون من الصعب إدارتها على نطاق أصغر. و هذه النظم تجري بحوثا جيدا من قبل صناعة الزراعة المائية و الأحياء المائية و تنفذ عادة في البيئات التجارية.

الخضر الورقية والأعشاب، مثل الريحان، تفعل جيدا في هذا النظام الإنتاج. يمكن أن تكون المحاصيل المثمرة مثل الطماطم والخيار والفلفل ناجحة مع كثافة المغذيات المناسبة والدعم الهيكلي. وقد لا تكون تقنية DWC مناسبة للمناطق التي تكون فيها إمكانية الحصول على الإمدادات أو المعدات محدودة. وترد قواعد الإبهام لDWC في أكوابونيكش في الجدول 2.

**_تقنية فيلم المغذيات: تقنية الأفلام المغذيات (NFT) تأتي مباشرة من صناعة الزراعة المائية. في هذه الطريقة، يتم إدخال النباتات في الجزء العلوي من القنوات الأفقية الضحلة. يتم ضخ فيلم صغير من الماء من خلال القناة، يتلامس مع جذور النباتات التي تستخدم تلك العناصر الغذائية للنمو (الشكل 9). تتطلب أنظمة NFT، مثل DWC، ترشيح المواد الصلبة الكافية لمنع تلوث جذور النباتات. وعلى النقيض من DWC، تحتاج أنظمة NFT إلى فلتر بيولوجي منفصل، حيث أن القناة وحدها لا توفر مساحة سطح كافية للنمو الكافي للبكتيريا النتروية.

وتعد هذه الأنظمة أكثر تعقيدًا في التصميم والبناء والإدارة من الأنظمة القائمة على الوسائط. إذا لم يتم حجم القنوات بشكل صحيح، يمكن للجذور النباتية تعطيل تدفق المياه عن طريق انسداد الأنابيب. يفترض هذا التصميم درجة من المخاطر، حيث يمكن أن يؤدي فشل المضخة إلى خسارة كبيرة في المحاصيل إذا لم يستأنف تدفق المياه بسرعة. ومع ذلك، فإن NFT يمكن أن يكون نظامًا رائعًا للمناطق الحضرية أو أسطح المنازل لأنها خفيفة الوزن، وتستخدم القليل جدًا من الماء، ويمكن صنعها من مواد يسهل الحصول عليها. يتم سرد قواعد الإبهام لنفت في أكوابونيكش في الجدول 3.

الجدول 3: قواعد الإبهام لنفت في أكوابونيكش

\ * الاستثناء هو في مراحل الحياة المبكرة حيث يمكن للأسماك أن تستهلك 5-10٪ من وزن الجسم في الغذاء يوميا.

• المصدر: جانيل هاغر، لي آن برايت، جوش دوسي، جيمس تيدويل. 2021. جامعة ولاية كنتاكي. دليل إنتاج Aquaponics: دليل عملي للمزارعين. *

الحوض هو أدنى نقطة في النظام وحيث تجمع المياه ليتم توزيعها حسب الحاجة في جميع أنحاء النظام. ويمكن أخذ عينات من نوعية المياه هنا، ويمكن إجراء تعديلات دون سحق الأسماك أو المكونات المائية. على الرغم من أن إضافة الحوض ليست شرطا، إلا أن منع مستوى المياه من التغيير إما في خزان السمك أو في المكون المائي. وفي الحالات الأخرى التي يتم فيها وضع ضمانات، يمكن استخدام خزان السمك أو المكون المائي كمستنقع.

• المصدر: جانيل هاغر، لي آن برايت، جوش دوسي، جيمس تيدويل. 2021. جامعة ولاية كنتاكي دليل إنتاج Aquaponics: دليل عملي للمزارعين. *