Source material

Структура и дизайн

1. 2.1 Рыбная культура

   Original publication 2021 · Впервые опубликовано в FarmHub Learn 2021-04-22 · Kentucky State University

   

   Рыбные резервуары для аквапоники выпускаются в широком диапазоне форм, размеров и материалов, при этом выбор в основном основан на культурных видах. В большинстве крупных систем используются круглые резервуары, которые имеют либо плоское, либо конусное дно. Использование тангенциального потока предотвратит мертвые зоны при использовании в круглых цистернах (рис. 2). Конусные резервуары позволяют концентрировать твердые вещества на дне (в конусе) и легко смывать из системы. Резервуары с плоским дном более широко доступны, однако удаление твердых веществ требует дополнительных шагов для обеспечения надлежащего удаления органического материала, рассеянного по нижней части резервуара.

   Квадратные резервуары также могут потребовать дополнительной очистки, поскольку твердые частицы или мусор могут оседать в углах (Somerville et al. 2014). Калибровка резервуаров для рыбной культуры соответствует принципам RAS, при этом соотношение ширины и высоты 3:1 идеально подходит для правильного перемещения и потока воды. Резервуары для рыбы, как правило, являются самой высокой точкой системы, и вода через гравитацию поступает в компонент фильтрации твердых веществ.

   Танки коммерческого класса обычно изготавливаются из прочных, устойчивых к ультрафиолетовому излучению материалов, таких как полиэтилен высокой плотности (HDPE) или стекловолокно. В меньших масштабах или в районах с ограниченными ресурсами могут использоваться контейнеры средней грузоподъемности для массовых грузов (КСГМГ) или проложенные цементные желобы. Необходимы пищевые и устойчивые к ультрафиолетовому излучению материалы, поскольку во многих перепрофилированных цистернах могут содержаться химические вещества или опасные материалы, что делает их непригодной для употребления рыбы.

   • Источник: Джанель Хейгер, Ли Энн Брайт, Джош Дуски, Джеймс Тидвелл, 2021 год. Университет штата Кентукки. Руководство по производству аквапоники: практическое пособие для производителей. *

2. 2.2 Фильтрация твердых веществ

   Original publication 2021 · Впервые опубликовано в FarmHub Learn 2021-04-22 · Kentucky State University

   Эффективная фильтрация твердых частиц является ключевым компонентом хорошо функционирующей системы и потенциально самым важным аспектом, поскольку она влияет на эффективность всех других процессов. Твердые вещества в основном производятся из несъеденных кормов, рыбных отходов и биопленок бактерий (классифицируется как взвешенные твердые вещества) (Timmons and Ebeling 2013). Если отходы не удаляются, они могут оседать на корнях растений (препятствуя поглощению питательных веществ), собираться в районах с низким водотоком (что приводит к ухудшению качества воды), вызывать накопление ядовитого газа и забивать трубы (препятствуя достаточному потоку воды) (Somerville et al. 2014).

   Используемая фильтрация твердых веществ зависит от качества и количества кормов, поступающих в систему, причем все конструкции поступают непосредственно из технологии RAS. Двумя основными категориями фильтрации твердых веществ являются осадка и механическая фильтрация (Lennard 2012).

   Осадка: Осадка относится к твердым частицам, оседающим из толщи через гравитацию, которая происходит в осветлителе. Конструкции осветлителя или (удаление твердых частиц) включают перегородки, радиальные фильтры потока и вихревые сепараторы (рис. 3a, b, c). Наиболее часто используются радиальные разделители потока, которые доказали свою эффективность при удалении улавливаемых твердых частиц, чем вихревой фильтр в RAS (Davidson and Summerfelt 2005). Перегородки и вихревые осветлители аналогичны эффективности удаления твердых частиц (Danaher et al. 2013). Рекомендации в отношении строительных материалов соответствуют рекомендациям, приведенным выше в отношении емкостей для рыбы.

   

   Надлежащая калибровка осветлителей и надлежащий расход воды имеют важное значение для эффективного удаления твердых веществ. Если для удаления улавливаемых твердых веществ полагаться исключительно на осветлитель, требуется 30-минутное время удержания. Это просто означает, что большинство твердых веществ, которые могут оседать через гравитацию, сделают это в течение 30 минут. Для расчета необходимого размера фильтрующего резервуара следует использовать расход воды в 5 галлонов в минуту для небольших резервуаров и 25 галлонов в минуту для больших резервуаров. Низкоразмерная фильтрация (или слишком высокая скорость потока) не будет достаточной для удаления твердых веществ рыбы, что приведет к дальнейшему накоплению в системе. Аналогичным образом, чрезмерный размер компонента не является идеальным, поскольку он увеличивает авансовые расходы, требует большей площади на объекте и приводит к увеличению объема водопользования за счет неэффективного сброса.

   

   Осветлители удаляют только крупные твердые частицы в воде, оставляя твердые частицы, которые слишком малы, чтобы оседать из воды (Summerfelt et al. 2001). Эти взвешенные твердые вещества должны быть удалены. Практика, распространенная Университетом Виргинских островов, заключается в том, чтобы направлять воду из осветлителя через резервуары, заполненные садовой сеткой (рис. 4). Материал сетки улавливает мелкие твердые частицы, позволяя очищать чистую воду с поверхности. Другие варианты удаления взвешенных твердых частиц — мешки из мешков, женские чулки, фильтровальные прокладки и другие. Эти элементы могут быстро засоряться, если растворяющиеся твердые вещества не удаляются эффективно в осветлителях.

   

   _Механическое разделение: _ Механическое разделение — это активное удаление твердых тел через экран или носитель (Lennard 2012).

   Эти фильтры чрезвычайно эффективны, удаляя твердые частицы размером более 50 микрон, что приводит к сокращению времени, затрачиваемого на очистку и техническое обслуживание благодаря удобной функции автоматической обратной промывки. Примерами таких фильтров являются барабанный фильтр (рис. 5а) и фильтр бусина под давлением (рис. 5b).

   

   Механические фильтры имеют высокую цену, что часто делает их запретительными для мелких практиков. Кроме того, они нуждаются в более продвинутых знаниях, и их трудно получить в развивающихся странах. Этот тип фильтрации был бы уместен для большой, развязанной аквапонной системы или для тех, которые в большей степени ориентируют свою деятельность на производство рыбы.

   • Источник: Джанель Хейгер, Ли Энн Брайт, Джош Дуски, Джеймс Тидвелл, 2021 год. Университет штата Кентукки. Руководство по производству аквапоники: практическое пособие для производителей. *

3. 2.3 Биологическая фильтрация

   Original publication 2021 · Впервые опубликовано в FarmHub Learn 2021-04-22 · Kentucky State University

   Биологическая фильтрация относится к распаду аммиака (NH3 и NH4+) в нитрит (NO2), а затем в нитрат (NO3) естественным образом встречающимися нитрифицирующими бактериями. Эти бактерии живут на поверхности сред, содержащихся в резервуаре, под общим названием биофильтр. Процесс преобразования аммиака в нитрат будет подробно описан в разделе, посвященном качеству воды.

   В РАН биофильтр предназначен для работы при низком давлении. Существует специальный резервуар, заполненный подложкой, такой как Kaldnes media, гранулированные среды, пластиковые шарики или другие инертные материалы, которые имеют большую площадь поверхности или площадь поверхности среды на единицу объема. Чем выше удельная площадь поверхности, тем больше бактерий может вырасти в среде, что приводит к более высокой способности удаления аммиака. Типичные конструкции биофильтра для RAS включают башенки, погружные среды, кипящие слои, песчаные фильтры и статический фильтр для слоя. В аквапонике биофильтр может быть отдельным блоком или частью системы. В глубоководной культуре (DWC) растительные корыта стен, плотов и корней растений обеспечивают значительную площадь поверхности для колонизации нитрифицирующих бактерий. В отличие от RAS, сама система AP обычно обеспечивает достаточную площадь поверхности для колонизации бактерий, особенно для связанных систем, имеющих соответствующий размер. Система биогенной пленки (NFT) (см. раздел ниже) является исключением, поскольку к растениям наносится только тонкий слой воды. Если биофильтр является отдельным блоком, он должен быть расположен после установки удаления твердых частиц.

   • Источник: Джанель Хейгер, Ли Энн Брайт, Джош Дуски, Джеймс Тидвелл, 2021 год. Университет штата Кентукки. Руководство по производству аквапоники: практическое пособие для производителей. *

4. 2.4 Культура растений или гидропонная подсистема

   Original publication 2021 · Впервые опубликовано в FarmHub Learn 2021-04-22 · Kentucky State University

   

   Гидропонная часть системы охватывает большую часть площади объекта. Используются три основных конструкции: слюды, глубоководная культура (DWC) и NFT.

   media-based systems: Конструкция систем на основе носителей, иногда называемых floood-and-drain, довольно прямолинейна. Контейнер, заполненный субстратом, периодически заливается водой из аквариума. Затем вода сливается обратно в отстойник (или аквариум), втягивая кислород в подложку для корней растений и нитрифицирующих бактерий. Посредник поддерживает растение по мере его роста и служит в качестве твердого вещества и биологического фильтра (рис. 6). Благодаря сравнительно небольшому количеству компонентов и простоте конструкции и эксплуатации эти системы популярны как для любителей, так и для развивающихся регионов. Тем не менее, редко бывает, что коммерческое производство использует только средства массовой информации, поскольку они менее продуктивны, чем другие виды, о которых говорится ниже. Правило большого пальца для мультимедийных систем подробно описано в таблице 1.

   Таблица 1. Правила использования большого пальца для аквапонных систем на основе сред.

   

   В качестве субстрата могут использоваться различные материалы, включая гравия гороха, лавовую породу, керамзированную глиняную гальку или другие инертные среды; практикующие могут быть ограничены тем, что доступно на местах. Поток воды в системе контролируется либо таймером, либо сифоном. С помощью таймера вода перекачивается в течение установленного количества времени, позволяя кровати заполняться.

   Когда таймер выключается, вода сливается до тех пор, пока таймер не заработает насос. Метод сифона часто реализуется с помощью автоматического сифона колокола (рис. 7а) или сифона петли (рис. 7b). В обоих сифонных методах насос работает непрерывно, контролируя, насколько быстро слой заполняется и сливается. Fox et al. (2010) дает исчерпывающие пошаговые инструкции по созданию, эксплуатации и устранению неисправностей автоматического сифона звонка.

   

   Системы с постоянным потоком представляют собой альтернативу методу подтопления и слива. Сильно аэрированная вода течет в слой среды. Вместо цикла затопления и слива уровень воды остается постоянным с помощью водопровода. Это значительно уменьшает размер отстойника, необходимого для этого типа системы выращивания.

   Deep Water Culture: Этот метод выращивания включает в себя подвешивание растений на плавучем плоте, позволяя корням висеть вниз в воду (рис. 8). Корни растений находятся в постоянном контакте с богатой питательными веществами водой из аквариума.

   Эффективная фильтрация твердых веществ является обязательным требованием в этих системах для предотвращения попадания твердых веществ в растение и засорения корней растений. Аэрация также должна быть обеспечена в растительных корытах, чтобы поддерживать адекватный уровень кислорода для корней растений и полезных бактерий. Наряду с большой водоудерживающей способностью, которая сохраняет параметры качества воды более стабильными, нижняя сторона плотов и футеровка котлов обеспечивают достаточное пространство для колонизации нитрифицирующих бактерий. Сама конструкция также обеспечивает подушку от перебоев в подаче электроэнергии, так как корни остаются погруженными в воду, несмотря на потерю воды или воздушного потока.

   Таблица 2: Правила использования большого пальца в аквапонике.

   \ *Исключение происходит на ранних стадиях жизни, где рыба может потреблять в пище 5 -10% от массы тела в день.

   Глубоководная культура (DWC) более продуктивна (кг продукции/м^2^ пространства для выращивания), чем системы, основанные на средах; однако управлять ею в меньших масштабах может быть сложнее. Эти системы хорошо изучены предприятиями гидропоники и аквапоники и широко применяются в коммерческих условиях.

   Лиственные зелень и травы, такие как базилик, хорошо работают в этой системе производства. Плодоношение культур, таких как помидоры, огурцы и перцы, может быть успешным при соответствующей плотности питательных веществ и структурной поддержке. Технология DWC может быть непригодна для тех районов, где доступ к предметам снабжения или оборудованию ограничен. Правила использования большого пальца в аквапонике приведены в таблице 2.

   _Технология питательной пленки _: Технология питательной пленки (NFT) поступает непосредственно из гидропоники. В этом методе растения вставляются в верхнюю часть мелких горизонтальных каналов. Небольшая пленка воды накачивается через канал, вступая в контакт с корнями растений, которые используют эти питательные вещества для роста (рис. 9). Системы NFT, такие как DWC, требуют достаточной фильтрации твердых веществ для предотвращения загрязнения корней растений. В отличие от DWC, NFT-системы нуждаются в отдельном биологическом фильтре, так как сам канал не обеспечивает достаточной площади поверхности для достаточного роста нитрифицирующих бактерий.

   Эти системы более сложны в проектировании, построении и управлении, чем системы на базе носителей. Если каналы не имеют правильного размера, корни растений могут нарушить поток воды, засоряя трубы. Такая конструкция предполагает определенную степень риска, поскольку отказ насоса может привести к значительным потерям урожая, если поток воды не возобновится быстро. Тем не менее, NFT может быть отличной системой для городских районов или крыш, так как они легкие, используют очень мало воды и могут быть изготовлены из легкодоступных материалов. Правила использования большого пальца для NFT в аквапонике приведены в таблице 3.

   

   Таблица 3: Правила использования большого пальца для NFT в аквапонике

   \ *Исключение происходит на ранних стадиях жизни, где рыба может потреблять в пище 5 -10% от массы тела в день.

   • Источник: Джанель Хейгер, Ли Энн Брайт, Джош Дуски, Джеймс Тидвелл, 2021 год. Университет штата Кентукки. Руководство по производству аквапоники: практическое пособие для производителей. *

5. 2.5 Отстойник

   Original publication 2021 · Впервые опубликовано в FarmHub Learn 2021-04-22 · Kentucky State University

   Отстойник является самой низкой точкой системы и где вода собирается для распределения по мере необходимости по всей системе. Здесь можно взять пробы качества воды и внести поправки, не подавляя рыбу или гидропонные компоненты. Хотя добавление отстойника не является обязательным, оно предотвращает изменение уровня воды в аквариуме или гидропонном компоненте. В других случаях, когда предусмотрены защитные меры, в качестве отстойника может использоваться аквариум или гидропонный компонент.

   • Источник: Джанель Хейгер, Ли Энн Брайт, Джош Дуски, Джеймс Тидвелл, 2021 год. Университет штата Кентукки. Руководство по производству аквапоники: практическое пособие для производителей. *