Source material

Sura ya 3 Recirculating Teknolojia ya Maji

1. 3.1 Utangulizi

   Original publication 2019 · Ilichapishwa kwanza kwenye FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   Recirculating mifumo ya ufugaji wa maji (RAS) inaelezea mifumo ya uzalishaji wa samaki yenye nguvu ambayo hutumia mfululizo wa hatua za kutibu maji ili kuchafua maji ya ufugaji samaki na kuwezesha matumizi yake tena. RAS kwa ujumla ni pamoja na (1) vifaa kuondoa chembe imara kutoka maji ambayo ni linajumuisha nyasi samaki, uneaten kulisha na flocs bakteria (Chen et al. 1994; Couturier et al. 2009), (2) nitrifying biofilters kwa oxidize amonia excreted na samaki nitrate (Gutierrez-Wing na Malone 2006) na (3) idadi ya vifaa kubadilishana gesi kuondoa kufutwa dioksidi kaboni kufukuzwa na samaki vilevile na/au kuongeza oksijeni inavyotakiwa na samaki na bakteria nitrifying (Colt na Watten 1988; Moran 2010; Summerfelt 2003; Wagner et al. 1995). Aidha, RAS inaweza pia kutumia UV mnururisho kwa ajili ya maji disinfection (Sharrer et al. 2005; Summerfelt et al. 2009), ozonation na protini skimming kwa yabisi faini na kudhibiti microbial (Attramadal et al. 2012a; Gonçalves na Gagnon 2011; Summerfelt na Hochheimer 1997) na mifumo ya denitrification kuondoa nitrate (van Rijn et al. 2006).

   Teknolojia ya ufugaji wa maji ya kisasa imekuwa ikiendelea kwa zaidi ya miaka 40, lakini teknolojia za riwaya zinazidi kutoa njia za kubadilisha dhana za RAS za jadi ikiwa ni pamoja na maboresho ya michakato ya kikabila kama vile kukamata yabisi, biofiltration na kubadilishana gesi. RAS pia imepata maendeleo muhimu katika suala la kiwango, uwezo wa uzalishaji na kukubalika kwa soko, na mifumo inayoendelea kuwa kubwa zaidi na imara zaidi.

   Sura hii inazungumzia jinsi teknolojia ya RAS imeendelea zaidi ya miongo miwili iliyopita kutoka kipindi cha uimarishaji wa teknolojia hadi zama mpya za utekelezaji wa viwanda.

   3.1.1 Historia ya RAS

   Utafiti wa kwanza wa kisayansi kuhusu RAS uliofanywa nchini Japan katika miaka ya 1950 ulilenga kubuni biofilter kwa ajili ya uzalishaji wa carp inayotokana na haja ya kutumia rasilimali za maji mdogo ndani ya nchi zaidi kwa uzalishaji (Murray et al. 2014). Katika Ulaya na Marekani, wanasayansi vile vile walijaribu kukabiliana na teknolojia zilizotengenezwa kwa ajili ya matibabu ya maji machafu ndani ili kutumia vizuri zaidi maji ndani ya mifumo ya recirculating (k.m. taratibu zilizoamilishwa sludge kwa ajili ya matibabu ya maji taka, trickling, iliyokuwa na chini-mtiririko biofilters na mitambo kadhaa mifumo ya filtration). Juhudi hizi za mwanzo zilijumuisha hasa kazi za mifumo ya baharini kwa ajili ya uzalishaji wa samaki na crustacean, lakini hivi karibuni zilikubaliwa katika mikoa yenye ukame ambapo sekta ya kilimo imezuiliwa na maji. Katika ufugaji wa maji, ufumbuzi tofauti umetengenezwa ili kuongeza matumizi ya maji ikiwa ni pamoja na mifumo yenye nguvu ya recirculating inayoingiza mifumo ya kuchuja maji kama vile filters za ngoma, filters za kibiolojia, skimmers za protini na mifumo ya sindano ya oksijeni (Hulata na Simon 2011). Pamoja na imani kali na waanzilishi katika sekta ya juu ya uwezekano wa kibiashara wa kazi zao, wengi wa masomo ya awali ililenga peke juu ya oxidation ya taka sumu isokaboni nitrojeni inayotokana na protini kimetaboliki. Uaminifu wa teknolojia uliimarishwa na uendeshaji wa mafanikio wa umma pamoja na aquaria ya ndani, ambayo kwa ujumla hujumuisha vitengo vya matibabu vya ukubwa zaidi ili kuhakikisha maji yaliyo wazi ya kioo. Zaidi ya hayo, densities ya chini sana ya kuhifadhi na pembejeo zinazohusiana za kulisha zilimaanisha kuwa vile juu-uhandisi bado ilifanya mchango mdogo kwa gharama za mtaji na uendeshaji wa mfumo ikilinganishwa na RAS kali. Kwa hiyo, mabadiliko katika mienendo ya mchakato inayohusishwa na mabadiliko ya kiwango hayakuhesabiwa, na kusababisha kupunguzwa kwa vitengo vya matibabu vya RAS ili kupunguza gharama za mitaji. Matokeo yake, pembezoni za usalama zilikuwa mbali sana au hazipo (Murray et al. 2014). Kwa sababu wengi wa wanasayansi waanzilishi walikuwa na kibaiolojia badala ya asili ya uhandisi, maboresho ya kiufundi pia yalikandamizwa na mawasiliano kati ya wanasayansi, wabunifu, wafanyakazi wa ujenzi Uendelezaji wa istilahi sanifu, vitengo vya upimaji na muundo wa kuripoti mwaka 1980 (EIFAC/ICES 1980), ulisaidia kushughulikia hali hiyo, ingawa tofauti za kikanda bado ziliendelea. Haikuwa mpaka katikati ya miaka ya 1980 kwamba vigezo vya ubora wa maji vilijulikana vizuri kama kuwa muhimu katika uzalishaji wa bwawa, k.m. mara kwa mara kupima viwango vya pH, oksijeni, TAN (jumla ya nitrojeni ya amonia), NO2 (nitrate), BOD (mahitaji ya oksijeni ya biochemical) na COD (mahitaji ya oksijeni ya kemikali).

   Katika sehemu ya mwisho ya karne iliyopita, makala nyingi zilichapishwa juu ya maendeleo ya awali ya RAS. Rosenthal (1980) alifafanua hali ya mifumo ya recirculation katika Ulaya Magharibi, wakati Bovendeur et al. (1987) ilianzisha mfumo wa kurejesha maji kwa utamaduni wa samaki wa Afrika kuhusiana na uzalishaji wa taka na kinetics ya kuondoa taka (kubuni iliwasilishwa kwa mfumo wa matibabu ya maji yenye clarifier msingi na aerobic fasta-filamu Reactor kwamba alionyesha matokeo ya kuridhisha kwa high-wiani utamaduni wa samaki wa Afrika). Kazi hii ilikuwa sehemu ya maendeleo ya haraka katika mifumo ya utamaduni wa samaki hadi katikati ya miaka ya 1990 katika Ulaya ya Kaskazini na Magharibi (Rosenthal and Black 1993), na vilevile Amerika ya Kaskazini (Colt 1991). Uainishaji mpya, kama vile uainishaji kulingana na jinsi maji inapita kupitia mfumo wa ufugaji wa maji, hutoa ufahamu muhimu kuhusiana na michakato ya ubora wa maji ambayo ni muhimu kwa ajili ya uzalishaji wa samaki (Krom na van Rijn 1989). Katika kazi inayofuata na van Rijn (1996), dhana zilianzishwa zililenga michakato ya kibiolojia inayotokana na mifumo ya matibabu. Hitimisho kutoka kwa kazi hii ni kwamba kuingiza mbinu za kupunguza mkusanyiko wa sludge na nitrati ilisababisha hali imara zaidi ya maji ndani ya vitengo vya utamaduni. Katika kipindi hiki, uzalishaji wa RAS uliongezeka kwa kiasi kikubwa kwa kiasi na aina tofauti (Rosenthal 1980; Verreth na Eding 1993; Martins et al. 2005). Leo, aina zaidi ya 10 huzalishwa katika RAS (catfish ya Afrika, eel na trout kama aina kubwa ya maji safi na turbot, bahari na pekee kama aina kubwa ya baharini) (Martins et al 2010b), na RAS pia kuwa kipengele muhimu katika uzalishaji wa mabuu na vijana wa aina mbalimbali.

   Wakati mavuno endelevu ya kiwango cha juu cha aina nyingi za hisa za majini zimekuwa au hivi karibuni zitafikiwa, na spishi nyingi tayari zimefunikwa, RAS inachukuliwa kuwa teknolojia muhimu ambayo itasaidia sekta ya ufugaji wa majini kukidhi mahitaji ya spishi za majini katika miongo ijayo (Ebeling na Timmons 2012).

   3.1.2 Historia fupi ya Aquaponics katika Muktadha wa RAS

   

   mtini. 3.1 Chinampas (bustani yaliyo) katika Amerika ya Kati — bandia kisiwa ujenzi kama antecedent ya teknolojia aquaponic. (Kutoka Marzolino/ Shutterstock.com)

   Aquaponics ni neno ambalo limeundwa 'katika miaka ya 1970, lakini katika mazoezi ina mizizi ya kale - ingawa bado kuna majadiliano juu ya tukio lake la kwanza. Visiwa vya kilimo vya Azteki vilivyolima vilivyojulikana kama chinampas (mwanzo 1150—1350CE), katika mfumo unaozingatiwa na wengine kuwa aina ya kwanza ya aquaponics kwa matumizi ya kilimo (Kielelezo 3.1). Katika mifumo hiyo, mimea walikuwa alimfufua juu imara, au wakati mwingine zinazohamishika na yaliyo visiwa kuwekwa katika shallows ziwa ambayo virutubisho matajiri matope inaweza kuwa dredged kutoka mifereji chinampa na kuwekwa kwenye visiwa kusaidia ukuaji wa mimea (Crossley 2004).

   Mfano hata wa awali wa aquaponics ulianza upande mwingine wa dunia kusini mwa China na unaaminika kuwa umeenea ndani ya Asia Kusini Mashariki ambako walowezi Wachina kutoka Yunnan walikaa karibu 5 CE. Wakulima waliolima na kulimwa mpunga katika mashamba ya paddy pamoja na samaki (FAO 2001). Mifumo hii ya kilimo cha kitamaduni ilikuwepo katika nchi nyingi za Mashariki ya Mbali ili kuongeza samaki kama vile loach ya mashariki (Misgurnus anguillicaudatus) (Tomita-Yokotani et al. 2009), swamp eel (fam. Synbranchidae), carp ya kawaida (Cyprinus carpio) na carp crucian (Carassius carassius) (FAO 2004). Kwa asili, hata hivyo, hizi hazikuwa mifumo ya aquaponic lakini zinaweza kuelezewa vizuri kama mifano ya mapema ya mifumo jumuishi ya ufugaji wa maji (Gomez 2011). Katika karne ya ishirini, majaribio ya kwanza ya kuunda mifumo ya uzalishaji wa samaki yenye vitendo, yenye ufanisi na jumuishi pamoja na mboga yalifanywa katika miaka ya 1970 na kazi ya Lewis na Naegel (Lewis na Wehr 1976; Naegel 1977; Lewis et al. 1978). Mifumo zaidi ya mapema iliundwa na Waten na Busch mwaka 1984 na Rakocy mwaka 1989 (Palm et al. 2018).

2. 3.2 Mapitio ya Udhibiti wa ubora wa Maji katika RAS

   Original publication 2019 · Ilichapishwa kwanza kwenye FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   RAS ni mifumo tata ya uzalishaji wa majini inayohusisha mwingiliano wa kimwili, kemikali na kibaiolojia (Timmons na Ebeling 2010). Kuelewa mwingiliano huu na uhusiano kati ya samaki katika mfumo na vifaa vya kutumika ni muhimu kutabiri mabadiliko yoyote katika ubora wa maji na utendaji wa mfumo. Kuna vigezo zaidi ya 40 vya ubora wa maji kuliko vinaweza kutumika kuamua ubora wa maji katika ufugaji wa maji (Timmons na Ebeling 2010). Kati ya hizi, wachache tu (kama ilivyoelezwa katika Makundi. [3.2.1](#321 -kufuta-oksijeni-do), [3.2.2](#322 -amonia), [3.2.3](#323 -biosolids), [3.2.4](#324 -carbon-dioxide-cosub2sub), [3.2.5](#325 -joto-shinikizo la tgp), [3.2.6), [3.2.6](#326 -nitrate) na [3.2.7](#327 -alkalinity)) ni jadi kudhibitiwa katika recirculation kuu michakato, kutokana na kwamba taratibu hizi zinaweza kuathiri haraka maisha ya samaki na zinaweza kubadilika na kuongeza ya kulisha kwa mfumo. Vigezo vingine vingi vya ubora wa maji havijafuatiliwa au kudhibitiwa kwa sababu (1) analytics ya ubora wa maji inaweza kuwa ghali, (2) uchafuzi wa kuchambuliwa unaweza kuongezwa kwa kubadilishana maji kila siku, (3) vyanzo vyenye maji vinatawaliwa nje kwa matumizi au (4) kwa sababu uwezo wao hasi madhara si aliona katika mazoezi. Kwa hiyo, vigezo vyafuatayo vya ubora wa maji ni kawaida kufuatiliwa katika RAS.

   3.2.1 Oksijeni iliyoharibiwa (DO)

   Oxyjeni kufutwa (DO) kwa ujumla ni muhimu zaidi ubora wa maji parameter katika mifumo ya kina ya majini, kama viwango vya chini DO inaweza haraka kusababisha dhiki ya juu katika samaki, nitrifying biofilter malfunction na hasara kweli kubwa samaki. Kwa kawaida, kuhifadhi densities, kuongeza chakula, joto na uvumilivu wa aina ya samaki kwa hypoxia itaamua mahitaji ya oksijeni ya mfumo. Kama oksijeni inaweza kuhamishiwa maji katika viwango vya juu kuliko mkusanyiko wake wa kueneza chini ya mazingira ya anga (hii inaitwa supersaturation), vifaa na miundo mbalimbali zipo ili kuhakikisha kuwa samaki hutolewa na oksijeni ya kutosha.

   Katika RAS, DO inaweza kudhibitiwa kupitia aeration, kuongeza ya oksijeni safi, au mchanganyiko wa haya. Kwa kuwa aeration ina uwezo tu wa kuinua viwango vya DO kwenye hatua ya kueneza ya anga, mbinu hiyo kwa ujumla imehifadhiwa kwa mifumo ndogo au mifumo yenye aina za kuvumilia kama vile Tilapia au catfish. Hata hivyo, aerators pia ni sehemu muhimu ya RAS ya kibiashara ambapo matumizi ya oksijeni ghali kiufundi ni kupunguzwa kwa aerating maji na maudhui ya chini ya oksijeni kufutwa nyuma ya hatua ya kueneza kabla supersaturating maji na oksijeni ya kiufundi.

   

   Kielelezo 3.2 Mifano ya mifano miwili ya uhamisho wa gesi hadi kioevu: aeration diffused na sindano za Venturi/aspirators

   Kuna aina kadhaa za aerators na oksijeni ambazo zinaweza kutumika katika RAS na hizi huanguka ndani ya makundi mawili pana: mifumo ya gesi-kwa-kioevu na kioevu-kwa-gesi (Lekang 2013). Aerators ya gesi hadi kioevu hasa hujumuisha mifumo ya aeration iliyoenea ambapo gesi (hewa au oksijeni) huhamishiwa kwenye maji, na kuunda Bubbles ambazo zinabadilisha gesi na kati ya kioevu (Kielelezo 3.2). Mifumo mingine ya gesi hadi kiowevu ni pamoja na kupita gesi kupitia diffusers, mabomba perforated au sahani perforated kuunda Bubbles kwa kutumia injectors Venturi ambayo huunda raia wa Bubbles ndogo au vifaa ambavyo mtego Bubbles gesi katika mkondo wa maji kama vile Speece Cone na oksijeni ya U-tube.

   

   Kielelezo 3.3 Michoro ya mifano miwili ya uhamisho wa kioevu hadi gesi: safu iliyojaa aerator na splashers ya uso katika tank iliyofungwa. Aerator ya safu iliyojaa inaruhusu maji kupungua chini ya chombo kilichofungwa, kwa kawaida kilijaa vyombo vya habari vya muundo, ambapo hewa inalazimishwa kupitia shabiki au pigo. Splashers ya uso inayopatikana katika ufugaji wa maji ya bwawa pia inaweza kutumika katika anga iliyofungwa yenye utajiri na gesi — kwa kawaida oksijeni — kwa ajili ya uhamisho wa gesi

   Aerators ya kioevu hadi gesi hutegemea kueneza maji ndani ya matone madogo ili kuongeza eneo la uso linalopatikana kwa kuwasiliana na hewa, au kujenga mazingira yenye utajiri na mchanganyiko wa gesi (Mchoro 3.3). Aerator ya safu iliyojaa (Colt na Bouck 1984) na oksijeni ya chini ya kichwa (LHOs) (Wagner et al. 1995) ni mifano ya mifumo ya kioevu-kwa-gesi inayotumika katika recirculating aquaculture. Hata hivyo, mifumo mingine ya kioevu-kwa-gesi maarufu katika mabwawa na mashamba ya nje kama vile aerators ya paddlewheel (Fast et al. 1999) pia hutumiwa katika RAS.

   Fasihi kubwa inapatikana kwenye nadharia ya kubadilishana gesi na misingi ya uhamisho wa gesi katika maji, na msomaji anahimizwa sio tu kushauriana na maandiko ya uhandisi wa maji na maji machafu, lakini pia kutaja mchakato wa uhandisi na vifaa vya matibabu ya maji machafu kwa ufahamu bora wa haya michakato.

   3.2.2 Amonia

   Katika kati ya maji, amonia ipo katika aina mbili: fomu isiyo ya ionized (NHsub3/sub) ambayo ni sumu kwa samaki na fomu ionized (NHsub4/subsup+/sup) ambayo ina sumu ya chini kwa samaki. Hizi mbili huunda jumla ya nitrojeni ya amonia (TAN), ambapo uwiano kati ya aina mbili hudhibitiwa na pH, joto na chumvi. Amonia hujilimbikiza katika maji ya kuzaliana kama bidhaa ya kimetaboliki ya protini ya samaki (Altinok na Grizzle 2004) na inaweza kufikia viwango vya sumu ikiwa ikiachwa bila kutibiwa. Ya aina 35 tofauti za samaki ya maji safi ambayo yamejifunza, wastani wa thamani ya sumu ya amonia ni 2.79 mg NH3/L (Randall na Tsui 2002).

   Amonia imekuwa jadi kutibiwa katika mifumo recirculation na nitrifying biofilters, vifaa kwamba ni iliyoundwa na kukuza jamii microbial ambayo inaweza oxidize amonia katika nitrati (NOSub3/Sub). Ingawa matumizi ya biofilters nitrifying si mpya, kisasa RAS imeshuhudia kurahisisha ya miundo biofilter, na wachache tu, vizuri alisoma miundo kuwa kukubalika kuenea. Mbinu nyingine za ubunifu sana za kutibu amonia zimeandaliwa zaidi ya miaka michache iliyopita, lakini hazitumiwi sana kibiashara (mifano iliyoelezwa hapa chini).

   Amonia ni oxidized katika biofilters na jamii ya bakteria nitrifying. Bakteria ya nitrifying ni viumbe vya kemikali ambavyo vinajumuisha spishi za genera Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrospira, Nitrobacter na Nitrococcus (Prosser 1989). Bakteria hizi hupata nishati yao kutokana na vioksidishaji vya misombo ya nitrojeni isokaboni (Mancinelli 1996) na kukua polepole (replication hutokea mara 40 polepole kuliko bakteria ya heterotrophic) hivyo hushindikana kwa urahisi na bakteria ya heterotrophic ikiwa kaboni hai, hasa iliyopo katika biosolidi iliyosimamishwa katika utamaduni maji, wanaruhusiwa kujilimbikiza (Grady na Lim 1980). Wakati wa operesheni ya RAS, usimamizi mzuri wa mfumo unategemea sana kupunguza vimelea vilivyosimamishwa kupitia mbinu za kutosha za kuondoa yabisi (Mchoro 3.4).

   Nitrifying biofilters au mitambo biofilter wamekuwa takribani classified katika makundi mawili kuu: ukuaji kusimamishwa na masharti mifumo ya ukuaji (Malone na Pfeiffer 2006). Katika mifumo ya ukuaji iliyosimamishwa, jamii za bakteria za nitrifying zinakua kwa uhuru ndani ya maji, na kutengeneza makundi ya bakteria ambayo pia huhifadhi mazingira mazuri ambapo protozoa, ciliates, nematodes na mwani zipo (Manan et al. 2017). Pamoja na kuchanganya sahihi na aeration, mwani, bakteria, zooplankton, kulisha chembe na jambo faecal kubaki suspended katika safu ya maji na kawaida flocculate pamoja, kutengeneza chembe kwamba kutoa mifumo biofloc utamaduni jina lao (Browdy et al. 2012). Hasara kuu ya mifumo ya ukuaji iliyosimamishwa ni tabia yao ya kupoteza biomasi yao ya bakteria wakati mchakato maji hutoka nje ya mtambo, hivyo kuhitaji njia za kukamata na kuirudisha kwenye mfumo. Katika mifumo ya ukuaji iliyoambatanishwa, aina imara (nafaka za mchanga, mawe, vipengele vya plastiki) hutumiwa kama substrates kuhifadhi bakteria ndani ya reactor na hivyo, hazihitaji hatua ya kukamata baada ya matibabu. Kwa ujumla, mifumo ya ukuaji masharti hutoa eneo zaidi la uso kwa attachment ya bakteria kuliko mifumo ya ukuaji suspended, na wala kuzalisha yabisi muhimu katika outflow yao, ambayo ni moja ya sababu kuu kwa nini masharti ukuaji biofilters kuwa hivyo kawaida kutumika katika RAS.

   

   Mtini. 3.4 Nitrifying bakteria Nitrosomonas (kushoto), na Nitrobacter (kulia). (picha ya kushoto: Bock et al. 1983. Picha ya kulia: Murray na Watson 1965)

   Juhudi zimefanywa kuainisha biofilters na kurekodi utendaji wao ili kuwasaidia wakulima na wabunifu kubainisha mifumo yenye kiwango bora cha kuaminika (Drennan et al. 2006; Gutierrez-Wing na Malone 2006). Katika miaka ya hivi karibuni, sekta ya ufugaji wa maji imechagua miundo ya biofilter ambayo imejifunza sana na hivyo inaweza kutoa utendaji wa kutabirika. Bioreactor kitanda kusonga (Rusten et al. 2006), fluidized mchanga filter bioreactor (Summerfelt 2006) na fasta-kitanda bioreactor (Emparanza 2009; Zhu na Chen 2002) ni mifano ya masharti ukuaji biofilter miundo ambayo wamekuwa kiwango katika RAS kisasa kibiashara. Filters Trickling (Díaz et al. 2012), kubuni nyingine maarufu, wameona umaarufu wao kupunguzwa kutokana na mahitaji yao ya juu ya kusukumia na ukubwa kiasi kikubwa.

   3.2.3 Biosolids

   Biosolids katika RAS yanatokana na malisho ya samaki, nyasi na biofilms (Timmons na Ebeling 2010) na ni moja ya vigezo muhimu zaidi na vigumu ubora wa maji kudhibiti. Kama biosolids hutumika kama substrate kwa ukuaji wa bakteria ya heterotrophic, ongezeko la mkusanyiko wao hatimaye kusababisha kuongezeka kwa matumizi ya oksijeni, utendaji mbaya wa biofilter (Michaud et al. 2006), kuongezeka kwa maji na hata kuzuia mitambo ya sehemu za mfumo (Becke et al. 2016; Chen et al. 1994; Couturier et al. 2009).

   Katika RAS, biosolids kwa ujumla huwekwa kwa ukubwa wao na uwezo wao wa kuondolewa kwa mbinu fulani. Kati ya sehemu ya jumla ya yabisi zinazozalishwa katika RAS, yabisi ya makazi ni wale kwa ujumla kubwa kuliko 100 μm na ambayo inaweza kuondolewa kwa kujitenga kwa mvuto. Mabwawa yaliyosimamishwa, na ukubwa unaoanzia 100 μm hadi 30 μm, ni yale ambayo hayatoi kusimamishwa, lakini hiyo inaweza kuondolewa kwa njia ya mitambo (yaani sieving). Ngumu nzuri, na ukubwa wa chini ya 30 μm, kwa ujumla ni wale ambao hawawezi kuondolewa kwa sieving, na lazima kudhibitiwa kwa njia nyingine kama vile michakato ya kimwili na kemikali, michakato ya filtration membrane, dilution au biofafanuzi (Chen et al. 1994; Lee 2014; Summerfelt na Hochheimer 1997; Timmons na Ebeling 2010; Wold et al. 2014). Mbinu za kudhibiti yabisi zinazoweza kukaa na kusimamishwa zinajulikana na zimeendelezwa, na maandiko ya kina yanapo juu ya somo hilo. Kwa mfano, matumizi ya mizinga miwili ya kukimbia, watenganishaji wa swirl, watenganishaji wa mtiririko wa radial na mabonde ya kutulia ni njia maarufu ya kudhibiti yabisi ya makazi (Couturier et al. 2009; Davidson na Summerfelt 2004; De Carvalho et al. 2013; Ebeling et al. 2006; Veerapen et al. 2005). Filters microscreen ni njia maarufu zaidi kwa ajili ya kudhibiti suspended yabisi (Dolan et al. 2013; Fernandes et al. 2015) na mara nyingi hutumika katika sekta ya kudhibiti wote makazi na suspended yabisi na mbinu moja. Vifaa vingine vilivyojulikana vya kukamata ni vichujio vya kina kama vile filters za bead (Cripps na Bergheim 2000) na vichujio vya mchanga vya haraka, ambavyo pia vinajulikana katika programu za bwawa la kuogelea. Aidha, miongozo ya kubuni ili kuzuia mkusanyiko wa yabisi katika mizinga, pipework, sumps na vipengele vingine vya mfumo pia inapatikana katika maandiko (Davidson na Summerfelt 2004; Lekang 2013; Wong na Piedrahita 2000). Hatimaye, yabisi nzuri katika RAS hutendewa kwa kawaida na ozonation, biofafanuzi, sehemu ya povu au mchanganyiko wa mbinu hizi. Miaka michache iliyopita katika maendeleo ya RAS imezingatia ufahamu mkubwa wa jinsi ya kudhibiti sehemu nzuri ya yabisi na kuelewa athari zake juu ya ustawi wa samaki na utendaji wa mfumo.

   3.2.4 Carbon dioxide (coSub2/subb)

   Katika RAS, udhibiti wa gesi zilizofutwa hauacha na kusambaza oksijeni kwa samaki. Gesi nyingine kufutwa katika maji ya kuzaliana inaweza kuathiri ustawi wa samaki kama si kudhibitiwa. High kufutwa dioksidi kaboni (COSU2/Sub) viwango katika maji kuzuia utbredningen ya COSU2/Sub kutoka damu ya samaki. Katika samaki, kuongezeka kwa COSub2/sub katika damu hupunguza pH ya damu na kwa upande mwingine, mshikamano wa haemoglobin kwa oksijeni (Noga 2010). High COSU2/viwango Sub pia wamekuwa kuhusishwa na nephrocalcinosis, utaratibu granulomas na amana chalky katika viungo katika salmonids (Noga 2010). COSub2/Sub katika RAS inatoka kama bidhaa ya kupumua heterotrophic na samaki na bakteria. Kama gesi yenye mumunyifu, dioksidi kaboni haina kufikia usawa wa anga kwa urahisi kama oksijeni au nitrojeni na hivyo, ni lazima iwekwe kuwasiliana na kiasi kikubwa cha hewa na mkusanyiko mdogo wa COsub2/Sub ili kuhakikisha uhamisho nje ya maji (Summerfelt 2003). Kama kanuni ya jumla, RAS ambayo hutolewa na oksijeni safi itahitaji aina fulani ya carbon dioxide stripping, wakati RAS ambayo hutolewa na aeration kwa nyongeza oksijeni haitahitaji kazi COSU2/sub stripping (Eshchar et al. 2003; Loyless na Malone 1998).

   Kwa nadharia, kifaa chochote cha uhamisho wa gesi/aeration kilicho wazi kwa anga kitatoa aina fulani ya COSU2/Sub stripping. Hata hivyo, vifaa maalum vya kukata dioksidi ya kaboni vinahitaji kwamba kiasi kikubwa cha hewa kinawasiliana na mchakato wa maji. Cosub2/miundo ndogo stripper na zaidi kulenga vifaa cascade aina kama vile aerators cascade, trickling biofilters na, muhimu zaidi, packed safu aerator (Colt na Bouck 1984; Moran 2010; Summerfelt 2003), ambayo imekuwa kipande cha vifaa katika RAS kibiashara kazi na oksijeni safi. Ingawa maendeleo ya packed safu aeration teknolojia imeendelea zaidi ya miaka iliyopita, zaidi ya utafiti uliofanywa kwenye kifaa hiki imekuwa ililenga kuelewa utendaji wake katika hali tofauti (yaani maji safi vs maji ya bahari) na tofauti kubuni kama vile urefu, kufunga aina na viwango vya uingizaji hewa . Athari ya kiwango cha upakiaji wa hydraulic (mtiririko wa kitengo kwa eneo la kitengo cha degasser) inajulikana kuwa na athari kwa ufanisi wa degasser, lakini utafiti zaidi unahitajika kuwa na ufahamu bora wa parameter hii ya kubuni.

   3.2.5 Jumla ya shinikizo la gesi (TGP)

   Jumla ya shinikizo la gesi (TGP) hufafanuliwa kama jumla ya shinikizo la sehemu ya gesi zote zilizoharibiwa katika suluhisho la maji. Gesi isiyo na mumunyifu ni, zaidi 'chumba' inachukuwa katika suluhisho la maji na hivyo, shinikizo linalojitokeza zaidi ndani yake. Kati ya gesi kuu za angahewa (nitrojeni, oksijeni na dioksidi kaboni) nitrojeni ni mumunyifu mdogo (k.m. mara 2.3 chini ya mumunyifu kuliko oksijeni na zaidi ya mara 90 chini ya mumunyifu Hivyo, nitrojeni huchangia shinikizo la gesi jumla kuliko gesi nyingine yoyote, lakini haitumiwi na samaki au bakteria ya heterotrophic, hivyo itajilimbikiza ndani ya maji isipokuwa imevuliwa. Pia ni muhimu kutambua kwamba oksijeni pia itachangia TGP ya juu ikiwa mchakato wa uhamisho wa gesi hairuhusu gesi nyingi zihamishwe nje ya suluhisho. Mfano wa classic wa hii ni mabwawa yenye shughuli za photoautotrophic ndani yao. Photoautotrofi (kwa kawaida hupanda viumbe vinavyotekeleza usanisinuru) hutoa oksijeni ndani ya maji ilhali uso wa maji yenye utulivu hauwezi kutoa ubadilishaji wa gesi ya kutosha kwa ajili ya gesi ya ziada ili kutoroka angahewa na hivyo, supersaturation inaweza kutokea.

   Samaki huhitaji shinikizo la gesi jumla sawa na shinikizo la anga. Ikiwa samaki hupumua maji yenye shinikizo la gesi la juu, gesi ya ziada (kwa ujumla nitrojeni) hutoka damu na hufanya Bubbles, na mara nyingi madhara makubwa ya afya kwa samaki (Noga 2010). Katika ufugaji wa maji hii inajulikana kama ugonjwa wa gesi ya Bubble.

   Kuepuka TGP ya juu inahitaji uchunguzi wa makini wa maeneo yote katika RAS ambapo uhamisho wa gesi unaweza kutokea. High shinikizo oksijeni sindano bila off-gassing (kuruhusu nitrojeni kupita kiasi kuwa makazi yao nje ya maji) inaweza pia kuchangia katika TGP ya juu. Katika mifumo na samaki ambayo ni nyeti sana kwa TGP, matumizi ya degassers utupu ni chaguo (Colt na Bouck 1984). Hata hivyo, kudumisha RAS bure kutoka maeneo ya shinikizo la gesi ulafi, kwa kutumia carbon dioxide strippers (ambayo pia strip nitrojeni) na dosing kiufundi oksijeni kwa uangalifu, inatosha kuweka TGP katika viwango salama katika RAS kibiashara.

   3.2.6 Nitrate

   Nitrate (NoSub3/Sub) ni bidhaa ya mwisho ya nitrification na kawaida parameter mwisho kudhibitiwa katika RAS, kutokana na sumu yake ya chini (Davidson et al. 2014; Schroeder et al. 2011; van Rijn 2013). Hii inahusishwa zaidi na upungufu wake wa chini kwenye membrane ya gill ya samaki (Camargo na Alonso 2006). Hatua ya sumu ya nitrati ni sawa na ile ya nitriti, inayoathiri uwezo wa molekuli za kubeba oksijeni. Udhibiti wa viwango vya nitrate katika RAS kwa kawaida umepatikana kwa dilution, kwa kudhibiti ufanisi wakati wa kuhifadhi majimaji au kiwango cha ubadilishaji wa kila siku. Hata hivyo, udhibiti wa kibiolojia wa nitrati kwa kutumia mitambo ya denitrification ni eneo kubwa la utafiti na maendeleo katika RAS.

   Uvumilivu kwa nitrati inaweza kutofautiana na aina ya majini na hatua ya maisha, na salinity kuwa na athari ameliorating juu ya sumu yake. Ni muhimu kwa waendeshaji wa RAS kuelewa madhara ya muda mrefu ya yatokanayo nitrate badala ya madhara ya papo hapo, kama viwango vya papo hapo pengine si kufikiwa wakati wa operesheni ya kawaida ya RAS.

   3.2.7 Alkalinity

   Alkalinity ni, katika suala pana, hufafanuliwa kama uwezo pH buffering ya maji (Timmons na Ebeling 2010). Udhibiti wa alkalinity katika RAS ni muhimu kama nitrification ni mchakato wa kutengeneza asidi ambayo huiharibu. Aidha, bakteria ya nitrifying inahitaji ugavi wa mara kwa mara wa alkalinity. Chini alkalinity katika RAS itasababisha swings pH na nitrifying biofilter malfunction (Summerfelt et al. 2015; Colt 2006). Aidha alkalinity katika RAS itakuwa kuamua na shughuli nitrification katika mifumo, ambayo ni kwa upande kuhusiana na kulisha nyongeza, alkalinity maudhui ya kufanya-up (kubadilishana kila siku) maji na mbele ya shughuli denitrifying, ambayo kutayarisha alkalinity (van Rijn et al. 2006).

3. 3.3 Maendeleo katika RAS

   Original publication 2019 · Ilichapishwa kwanza kwenye FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   Miaka michache iliyopita imeona ongezeko la idadi na ukubwa wa mashamba ya maji ya maji, hasa Ulaya. Pamoja na ongezeko la kukubalika teknolojia, maboresho juu ya mbinu za uhandisi za jadi, ubunifu na changamoto mpya za kiufundi huendelea kujitokeza. Sehemu ifuatayo inaelezea muundo muhimu na mwenendo wa uhandisi na changamoto mpya ambazo recirculating teknolojia ya ufugaji wa maji inakabiliwa.

   3.3.1 Oxygenation kuu ya mtiririko

   Udhibiti wa oksijeni iliyoharibiwa katika RAS ya kisasa inalenga kuongeza ufanisi wa uhamisho wa oksijeni na kupunguza mahitaji ya nishati ya mchakato huu. Kuongezeka kwa ufanisi wa uhamisho wa oksijeni kunaweza kupatikana kwa kupanga mifumo ambayo huhifadhi gesi ya oksijeni katika kuwasiliana na maji kwa muda mrefu, huku kupungua kwa mahitaji ya nishati kunaweza kupatikana kwa matumizi ya mifumo ya uhamisho wa oksijeni ya kichwa cha chini au kutumia mifumo ambayo haitumii umeme kabisa, kama vile oksijeni ya kiowevu mifumo iliyounganishwa na diffusers ya oksijeni inayoendesha tu kwa shinikizo. Sababu inayofafanua ya oksijeni ya kichwa cha chini ni mkusanyiko wa chini wa kufutwa ambao unaweza kupatikana ikilinganishwa na mifumo ya shinikizo la juu. Ili kuondokana na kiwango hiki, vifaa vya oksijeni vya chini vya kichwa vimewekwa kimkakati ili kutibu mtiririko kamili wa recirculating badala ya kutumia bypass ndogo ya maji yenye supersaturated, hivyo kuhakikisha usafiri wa kutosha wa oksijeni. Kutumia vifaa vya oksijeni vilivyowekwa katika mtiririko mkuu wa recirculating huzalisha akiba katika matumizi ya umeme kwa sababu matumizi ya mifumo yenye nguvu ya juu-shinikizo ambayo ni muhimu ili kufikia viwango vya juu vya DO katika mtiririko mdogo huepukwa. Mifumo ya oksijeni ya chini ya kichwa inaweza pia kupunguza kiasi cha mifumo ya kusukumia inahitajika, kama mifumo ya oksijeni ya juu ya shinikizo huwekwa kawaida kwenye bypass katika mabomba ya kwenda kwenye mizinga ya samaki. Kwa upande mwingine, vifaa vya oksijeni vya chini vya kichwa huwa na kuwa kubwa zaidi kwa sababu ya haja yao ya kushughulikia mtiririko mkubwa na hivyo, gharama zao za awali zinaweza kuwa za juu. Mifano ya vifaa ambayo inaweza kutibu jumla ya mtiririko ni pamoja na chini kichwa oxygenator (LHO) (Wagner et al. 1995), kuendeshwa na mvuto kama maji ni kwanza pumped katika biofilter na safu packed (Summerfelt et al. 2004), chini kichwa oksijeni mbegu, variants ya Speece (Ashley et al. 2008; Timmons na Losordo 1994) kuendeshwa kwa shinikizo la chini, kina shimoni mbegu (Kruger Kaldnes, Norway), pia lahaja ya Speece koni iliyoundwa na kufikia shinikizo juu ya uendeshaji kwa njia ya kuongezeka shinikizo hydrostatic kutokana na kuweka vifaa chini ya mizinga samaki na pampu sumps, U-tube oxygenator na variants yake ya kubuni kama vile tube ya Farrell au mfumo wa dissolver ya oksijeni yenye hati miliki (AquamaOf, Israeli) na matumizi ya oksijeni iliyosababishwa katika mizinga ya samaki ya kina (Mchoro 3.5).

   

   Kielelezo 3.5 Njia mbadala za uhamisho wa gesi kwa ajili ya kurejesha maji kurudi kwenye mizinga ya samaki. Ikiwa chombo cha kuwasiliana na gesi kinaruhusu kushinikiza, oksijeni inaweza kuhamishwa katika viwango vya juu katika mito ndogo, yenye shinikizo (a, b). Hata hivyo, oksijeni katika viwango vya chini inaweza kuhamishiwa kwenye kitanzi kikuu cha kurejesha, lakini kwa hili, kifaa cha uhamisho wa oksijeni lazima kiwe kikubwa zaidi kushughulikia mtiririko kamili wa mfumo (c)

   3.3.2 Nitrifying Mbadala Biofiltration

   Ingawa nitrifying biofilters kuendelea kuwa kuu kibiashara kukubalika njia ya kuondolewa kwa amonia katika RAS kibiashara, teknolojia mpya ya kuondolewa kwa nitrojeni imekuwa maendeleo katika miaka ya hivi karibuni. Baadhi ya teknolojia hizi huchukulia njia mbadala za kibiolojia za kuondoa amonia kutoka maji ya utamaduni, wakati wengine wanalenga kuchukua nafasi au kufanya kazi sambamba na biofilters za nitrifying ili kupunguza mapungufu ya asili. Hizi ni pamoja na ukubwa mkubwa wa reactor, uwezekano wa crashing, nyakati za kuanza kwa muda mrefu na utendaji duni katika mifumo ya maji baridi na baharini.

   Mchakato wa anammox

   Njia mbadala ya kibiolojia ya kuondolewa kwa amonia inayozingatiwa kwa RAS ni mchakato wa anammox (Tal et al. 2006), ambayo hutokea chini ya hali ya anaerobic. Anaerobic amonia oxidation ni mchakato ambao hupunguza nitrojeni kwa kuchanganya amonia na nitriti kuzalisha gesi ya nitrojeni (van Rijn et al. 2006). Mchakato wa anammox ni wa riba kwa RAS kwa sababu inaruhusu kuondolewa kamili ya autotrophic nitrojeni, kinyume na mchanganyiko wa jadi wa biofilters nitrifying na mifumo ya denitrification ya heterotrophic wanaohitaji kuongeza kaboni (van Rijn et al. 2006). Aidha, katika njia ya anammox, nusu tu ya amonia iliyotolewa na samaki ni aerobically iliyooksidishwa kwa nitriti (wanaohitaji oksijeni), wakati nusu nyingine ni anaerobically kubadilishwa kwa gesi ya nitrojeni pamoja na nitriti zinazozalishwa. Hii inaweza kutoa akiba katika matumizi ya oksijeni na nishati katika RAS (van Rijn et al. 2006).

   Anammox Reactor prototypes zimeonyeshwa kwa mafanikio (Tal et al. 2006, 2009), wakati shughuli za anammox zimeshukiwa kutokea katika mifumo ya denitrification ya baharini (Klas et al. 2006). Mradi wa Ulaya wa FP7 DEAMNRECIRC ulifanikiwa pia katika kujenga prototypes ya reactor ya anammox kwa maombi ya maji baridi na maji ya bahari ya maji. Hata hivyo, matumizi ya kibiashara ya teknolojia bado haijatambuliwa na waandishi.

   Kemikali Kuondolewa kwa Ammonia

   Mifumo ya kuondolewa kwa Amonia kulingana na kubadilishana ion na michakato ya oxidation ya electrochemical inapendekezwa kama njia mbadala za nitrifying biofilters. Michakato ya kubadilishana ion hutegemea kutumia vifaa vya adsorptive kama vile zeolites au resini ion-kuchagua ili kuondoa amonia iliyoyeyushwa kutoka kwa maji (Lekang 2013), wakati michakato ya oxidation ya electrochemical kubadilisha amonia na gesi ya nitrojeni kupitia idadi ya athari tata za oxidation (Lahav et al. 2015). Kwa kulinganisha, michakato ya kubadilishana ion yanafaa kwa maji yenye viwango vya chini vya ions (yaani maji safi), wakati michakato ya oxidation ya electrochemical inachukua faida ya ions za klorini zilizopo katika maji ili kuzalisha aina ya klorini ambayo kwa urahisi kuguswa na amonia (Lahav et al. 2015) na hivyo ni yanafaa kwa ajili ya maji yenye viwango vya juu vya ioni za kloridi (yaani maji ya brackish na baharini).

   Ingawa michakato ya ubadilishaji wa ion sio mpya, maombi yao katika RAS yamepunguzwa na uwezo wao wa kudumisha utendaji kwa muda: nyenzo za kuchuja hatimaye inakuwa 'imejaa', kupoteza uwezo wake wa adsorptive na, kwa hiyo, lazima zirejeshwe tena. Gendel na Lahav (2013), walipendekeza mbinu ya riwaya ya mchakato wa amonia ya kubadilishana ion kwa sanjari na mchakato wa kuzaliwa upya wa adsorbent kwa kutumia oxidation ya electrochemical. Oxidation ya electrochemical ya amonia ni mchakato ambao umepata tahadhari kubwa katika miaka ya hivi karibuni, na dhana kadhaa zimechunguzwa na zimezinduliwa kibiashara, kwa mfano, ELOXIRAs nchini Hispania.

   Sababu za kupunguza matumizi ya teknolojia hizi katika RAS ya kibiashara ni pamoja na, katika kesi ya michakato ya kubadilishana ion, utendaji mbaya wa kiuchumi, ugumu wa regenerate kiasi kikubwa cha vifaa vya adsorbent juu ya mahitaji (Lekang 2013), utata wa mfumo wanaohitaji kuongeza ya vitendanishi kemikali, high matumizi ya umeme na kiwango cha juu cha kuondolewa kwa yabisi zilizosimamishwa (Lahav et al. 2015), ambayo mara nyingi haiwezekani katika RAS kubwa. Katika kesi ya michakato ya electrooxidation ya amonia, uzalishaji wa aina ya sumu tendaji wanaohitaji kuondolewa kazi ni kiwango cha juu yao, ingawa mahitaji yao ya juu yabisi kudhibiti, mara nyingi inawezekana tu kwa filters mitambo iliyosababishwa, pia ni changamoto katika RAS inayofanya kazi na mtiririko mkubwa na shinikizo la chini.

   3.3.3 Udhibiti mzuri wa Solids

   Ngumu nzuri ni sehemu kubwa ya yabisi katika RAS yenye chembe\ 30 μm inayounda zaidi ya 90% ya jumla ya yabisi zilizosimamishwa katika maji ya utamaduni. Uchunguzi wa hivi karibuni umegundua kuwa zaidi ya 94% ya yabisi zilizopo katika utamaduni maji ya RAS ni\ <20 μm kwa ukubwa au 'faini' (Fernandes et al. 2015). Mkusanyiko wa yabisi faini hutokea hasa kama yabisi kubwa bypass filters mitambo (ambayo si 100% ufanisi) na hatimaye kuvunjwa na pampu, msuguano na nyuso na shughuli za bakteria. Mara baada ya ukubwa wa solids ni kupunguzwa, mbinu za jadi za filtration za mitambo hutolewa bure.

   Katika miaka ya hivi karibuni, uzalishaji, udhibiti, madhara ya ustawi wa samaki na madhara ya utendaji wa mfumo wa yabisi faini huendelea kuchunguzwa. Madhara ya yabisi faini juu ya ustawi wa samaki awali yalichunguzwa kupitia utafiti wa uvuvi (Chen et al. 1994). Hata hivyo, madhara ya moja kwa moja ya yabisi nzuri katika RAS juu ya ustawi wa samaki hayajafuatiliwa vizuri hadi hivi karibuni. Kushangaza, kazi tofauti juu ya upinde wa mvua trout na Becke et al. (2016) na Fernandes et al. (2015) hawakuonyesha madhara hasi ustawi katika mifumo na viwango suspended yabisi ya hadi 30 mg/l katika majaribio yatokanayo kudumu 4 na 6 wiki, kwa mtiririko huo. Licha ya matokeo haya, madhara ya moja kwa moja ya mkusanyiko mzuri wa yabisi katika RAS yanajulikana (Pedersen et al. 2017) na yanaripotiwa kuwa yanahusishwa na kuenea kwa microorganisms nyemelezi (Vadstein et al. 2004; Attramadal et al. 2014; Pedersen et al. 2017) tangu yabisi nzuri hutoa high-uso eneo substrate kwa bakteria kutawala. Mwingine muhimu athari hasi ya faini yabisi mkusanyiko ni kuongezeka kwa turbidity, ambayo hufanya Visual ukaguzi wa samaki vigumu na inaweza kudhoofisha mikakati ya kudhibiti photoperiod ambayo yanahitaji kupenya mwanga katika safu ya maji kutokea. Fine mikakati yabisi kudhibiti kutumika katika RAS kisasa ni pamoja na ozonation, protini skimming, kuelea, cartridge filtration na filtration utando (Couturier et al. 2009; Cripps na Bergheim 2000; Summerfelt na Hochheimer 1997; Wold et al. 2014). Protini skimmers, pia inajulikana kama fractionators povu, pia ni kiasi maarufu faini yabisi kudhibiti vifaa, hasa katika mifumo ya baharini (Badiola et al. 2012).

   3.3.4 Ozonation

   Maarifa ya ozoni (o<sub3/sub) maombi katika RAS imekuwepo tangu miaka ya 1970 na 1980 (Summerfelt na Hochheimer 1997). Hata hivyo, matumizi yake haijawahi kuenea kama michakato mingine kama vile nitrifying biofilters au filters mitambo (Badiola et al. 2012). Mbali na matibabu mazuri yabisi, ozoni, kama kioksidishaji cha nguvu, inaweza kutumika katika RAS kuondokana na microorganisms, nitriti na vitu vya humic (Gonçalves na Gagnon 2011). Miaka ya hivi karibuni imeona ongezeko la ujuzi juu ya uwezekano na mapungufu ya ozoni yaliyotumika katika RAS ya maji safi na baharini. Muhimu, dozi za ozoni ambazo zinaweza kupatikana kwa usalama ili kuboresha ubora wa maji katika mifumo ya maji safi na maji ya bahari zimethibitishwa katika machapisho kadhaa (Li et al. 2015; Park et al. 2013, 2015; Schroeder et al. 2011; Summerfelt 2003; Timmons na Ebeling 2010), na hitimisho kwamba dozi za ozoni juu ya mipaka ilipendekeza (1) wala kuboresha ubora wa maji zaidi na (2) inaweza kusababisha madhara hasi ustawi, hasa katika mifumo ya maji ya bahari ambapo ozonation nyingi kusababisha malezi ya vioksidishaji sumu mabaki. Katika RAS ya maji baridi, mahitaji ya ozonation ili kufikia disinfection kamili ya mtiririko wa mchakato yameamua (Summerfelt et al. 2009).

   Ozonation inaboresha microscreen filter utendaji na kupunguza mkusanyiko wa jambo kufutwa na kuathiri rangi ya maji (Summerfelt et al. 2009).

   Hata hivyo, ozonation nyingi inaweza kuathiri vibaya samaki kulimwa kwa kusababisha athari mbaya ikiwa ni pamoja na uharibifu wa tishu histopathologic (Richardson et al. 1983; Reiser et al. 2010) na mabadiliko katika tabia kulisha (Reiser et al. 2010) pamoja na dhiki oxidative (Ritola et al. 2000, 2002; Livingstone 2003). Zaidi ya hayo, ozonation kwa-bidhaa inaweza kuwa na madhara. Bromate ni moja ya haya na ni uwezekano wa sumu. Tango na Gagnon (2003) ilionyesha kuwa ozonated baharini RAS na viwango vya bromate kwamba ni uwezekano wa impair afya samaki. Sugu, sublethal ozone-zinazozalishwa vioksidishaji (OPO) sumu mara kuchunguzwa katika turbot vijana na Reiser et al. (2011), wakati upinde wa mvua trout afya na ustawi walikuwa tathmini katika RAS ozonated na yasiyo ya ozonated na Good et al. (2011). Kuongeza upinde wa mvua trout na ukubwa wa soko katika RAS ozonated kuboresha utendaji samaki bila kwa kiasi kikubwa kuathiri afya zao na ustawi wakati high OPO dozi kuathiri ustawi wa turbot vijana.

   3.3.5 Denitrification

   Katika mifumo mingi ya kurejesha maji ya maji, nitrate, bidhaa ya mwisho ya nitrification, huelekea kukusanya. Mkusanyiko huo ni kawaida kudhibitiwa na dilution (kuanzisha maji mapya katika mfumo). Udhibiti wa nitrati kwa dilution inaweza kuwa sababu ya kupunguza uendeshaji wa RAS kutokana na kanuni za mazingira, upatikanaji duni wa maji mapya, gharama ya kutibu mito inayoingia na ya maji machafu au gharama zinazohusiana na baridi au inapokanzwa maji mapya.

   Kuondolewa kwa nitrati ya kibiolojia katika RAS kunaweza kupatikana kwa bakteria ya anaerobic ya kiutendaji kwa kutumia njia ya kutenganisha kubadili nitrati kwa gesi ya nitrojeni mbele ya kaboni na nitrati kama wafadhili wa elektroni (van Rijn et al. 2006). Denitrification mitambo ni hivyo mitambo ya kibiolojia ambayo ni kawaida kuendeshwa katika hali anaerobic na kwa ujumla dosed na aina fulani ya chanzo kaboni kama vile ethanol, methanol, glucose, molasses, nk Denitrification teknolojia imekuwa chini ya maendeleo tangu miaka ya 1990 (van Rijn na Riviera 1990), lakini umaarufu wake miongoni mwa sekta ya ufugaji wa maji ya maji imeongezeka tu katika miaka iliyopita, kutoa ufumbuzi wa ubunifu wa uharibifu wa reactor.

   Moja ya maombi mashuhuri ya mifumo ya denitrification katika ufugaji wa maji ni 'zero kubadilishana' RAS (Yogev et al. 2016), ambayo huajiri digestion anaerobic ya biosolids zinazozalishwa katika mfumo wa kuzalisha asidi tete fatty (VFA) ambayo hutumiwa na denitrifiers kama chanzo cha kaboni. Klas at al. (2006) ilianzisha mfumo wa denitrification wa 'singlesludge', ambapo uzalishaji wa VFA kutoka biosolids na denitrification hutokea katika mtambo mmoja, mchanganyiko. Suhr et al. (2014) aliendeleza dhana ya singlesludge zaidi, kuifanya kwa ajili ya matibabu ya mwisho ya bomba ya majivu ya ufugaji wa samaki na kuongeza hatua ya ziada ambayo hutenganisha uzalishaji wa VFA kutoka kwa mtambo wa denitrification katika tank ya hidrolisisi. Kazi hizi zimetoa taarifa muhimu juu ya uwezekano wa kutumia biosolids ya maji badala ya vyanzo vya kaboni vya gharama kubwa kwa ajili ya denitrification. Zaidi ya hayo, Christianson et al. (2015) alisoma ufanisi wa mitambo ya autotrophic, sulfuri makao ya denitrification kama mbadala kwa mitambo ya kawaida ya heterotrophic denitrification. Mitambo ya autotrophic huzalisha majani kidogo (yabisi) na inaweza kutolewa na chembe za sulphur, ambazo ni nafuu kuliko vyanzo vya kawaida vya kaboni.

   VFAs pia ni sehemu ya mtangulizi katika uzalishaji wa biopolymers kama vile Polyhydroalkanoates (Phas), inayotumiwa kuzalisha plastiki za kibiolojia (Pittmann na Steinmetz 2013). Hii inaweza kushikilia uwezekano wa mashamba ya samaki kuajiri mchakato wa sludge ulioamilishwa na anaerobic kuwa sehemu ya dhana ya 'biorefinery' inayotumika kwa mimea ya matibabu ya maji machafu.

   3.3.6 Udhibiti wa Microbial

   Jamii za microbial ni sehemu muhimu za mazingira ya majini. Katika mifumo ya uzalishaji wa maji, huwa na majukumu muhimu katika kuchakata virutubisho, uharibifu wa suala la kikaboni na matibabu na udhibiti wa magonjwa (Zeng et al. 2017). Kuendeleza ufanisi, uzalishaji, kibiolojia salama na magonjwa ya bure RAS inahitaji uelewa wa kina wa michakato yote ya msaada wa maisha kutoka kimwili na kemikali (uhamisho wa gesi, matibabu ya mafuta, ozonation, UV mnururisho, pH na chumvi marekebisho) kwa michakato ya kibiolojia (nitrification, denitrification na aerobic heterotrophic shughuli). Wakati michakato ya kimwili na kemikali inaweza kudhibitiwa, mifumo ya filtration ya kibiolojia inategemea mwingiliano wa jamii za microbial na kila mmoja na mazingira yao kama matokeo ya pembejeo ya virutubisho (taka ya samaki pato) na, kwa hivyo, si kama rahisi kudhibitiwa (Schreier et al. 2010). Uchunguzi wa hivi karibuni kwa kutumia zana za Masi haukuruhusu tu kutathmini utofauti wa microbial katika RAS lakini pia umetoa ufahamu fulani katika shughuli zao ambazo zinapaswa kusababisha ufahamu bora wa mwingiliano wa jamii ya microbial. Mbinu hizi ni hakika ya kutoa mipango ya mchakato wa RAS riwaya pamoja na ufahamu katika michakato mpya na zana za kuimarisha na kufuatilia mifumo hii (Schreier et al. 2010). Uelewa wa sasa wa RAS biofilter microbial utofauti katika mifumo ya maji safi na baharini ni msingi wa masomo kwa kutumia 16S rRNA na kazi uchunguzi jeni maalum au 16S rRNA maktaba gene badala ya mbinu utamaduni makao (Jedwali 3.1).

   Uelewa katika mienendo ya muda na ya anga ya microbiota katika RAS pia bado ni mdogo (Schreier et al. 2010), na ufumbuzi wa uwezo wa kudumisha au kurejesha jamii za microbial zenye manufaa katika RAS hazipo (Rurangwa na Verdegem 2015). Mbali na jumuiya ya microbial ambayo hutakasa maji, microbiota katika RAS inaweza pia kuingiza vimelea au kuzalisha misombo inayosababisha ladha (Guttman na van Rijn 2008). Kutokana na ugumu wa kutibu magonjwa wakati wa operesheni bila kuathiri vibaya microbiota yenye manufaa, usimamizi wa microbial katika RAS ni badala ya umuhimu kutoka mwanzo kupitia mchakato mzima wa uzalishaji. Microorganisms huletwa ndani ya RAS kupitia njia tofauti: maji ya kufanya-up, hewa, wadudu wa wanyama, kulisha, kuhifadhi samaki, vifaa vya uchafu na kupitia wafanyakazi au wageni (Sharrer et al. 2005; Blancheton et al. 2013). Viumbe maalum pia vinaweza kutumika kwa makusudi ili kuongoza ukoloni wa microbial ili kuboresha utendaji wa mfumo au afya ya wanyama (Rurangwa na Verdegem 2015).

   Meza 3.1 Shughuli za msingi zinazohusiana na vitengo vya biofiltration RAS na microorganisms (Kutoka Schreier et al. 2010)

   meza thead tr darasa="header” Thprocess/th Tatu/th th colspan="2"Microorganism/th /tr tr cutetd cutetd Tdfreshwater/Td Tdmarine/TD /tr /thead tbody tr darasa="hata” Tdnitrification/TD cutetd cutetd cutetd /tr tr darasa="isiyo ya kawaida” TDammonium/td td NHSUB4/subsup+/Sup + 1.5OSU2/sub → νosub2/sub + 2Hsup+/Sup + Hsub2/subo /td TdinitRosomonas oligotropha/i/td TdinitRosomonas sp. /i/td /tr tr darasa="hata” cutetd cutetd cutetd TdinitRosomonas cryotolerans/i/td /tr tr darasa="isiyo ya kawaida” cutetd cutetd cutetd TdinitRosomonas europae/i/td /tr tr darasa="hata” cutetd cutetd cutetd TdinitRosomonas cinnybus/ nitrosa/i/td /tr tr darasa="isiyo ya kawaida” cutetd cutetd cutetd Tdinitrosococcus mkononi/td /tr tr darasa="hata” TDNitrite oxidation/td td O2sup-/sup + H2O → No3sup-/sup + 2Hsup+/sup + 2esup -/sup

   /td TdinitroSpira spp. /i/td cutetd /tr tr darasa="isiyo ya kawaida” cutetd cutetd TdinitroSpira marina/isupa/sup/td TdinitroSpira marina/isupa/sup/td /tr tr darasa="hata” cutetd cutetd TdinitroSpira Moscoviensis/isupa/sup/td TdinitroSpira Moscoviensis/isupa/sup/td /tr tr darasa="isiyo ya kawaida” Tddenitrification/TD cutetd cutetd cutetd /tr tr darasa="hata” tdautotrophic/TD td Ssub2/subsup-/Sup + 1.6nosub3/subsup-/Sup + 1.6Hsup +/sup

   → /td cutetd TDithiomiCrosporia denitrificans/i/td /tr tr darasa="isiyo ya kawaida” td (tegemezi la sulfidi) /td td SOSub4/subsup2-/Sup + 0.8nsub2/sub (g) + 0.8Hsub2/subo /td cutetd TDithiothrix mwanafunzi/isupa/sup/td /tr tr darasa="hata” cutetd cutetd cutetd Tdirhodobacter litoralis/isupa/sup/td /tr tr darasa="isiyo ya kawaida” cutetd cutetd cutetd TDIHydrogenophaga sp. /i/td /tr tr darasa="hata” Tdheterotrophic/TD td 5Chsub3/subcoosup-/sup + 8nosub3/subsup-/sup + 3Hsup +/sup

   → /td cutetd TDipseUdomonas fluorescens/i/td /tr tr darasa="isiyo ya kawaida” cutetd td 10HCOSU3/subsup-/sup + 4nsub2/sub (g) + 4Hsub2/subo /td TDipseudomonas sp. /i/td TDipseudomonas stutzeri/i/td /tr tr darasa="hata” cutetd cutetd TdicomaMonas sp. /i/td TDipseudomonas sp. /i/td /tr tr darasa="isiyo ya kawaida” cutetd cutetd cutetd TDiparaCoccus denitrificans/i/td /tr tr darasa="hata” TDDissimilatory nitrate/td td NoSub3/subsup-/Sup + 2Hsup+/sup + 4Hsub2/SUB → NHSUB4/subsup+/Sup + 3Hsub2/subo /td cutetd TDIVarious Proteobacteria na firmicutes/I/TD /tr tr darasa="isiyo ya kawaida” TdReduction kwa amonia (DNRA) /td cutetd cutetd cutetd /tr tr darasa="hata” Amonia ya Tdanaerobic/td td NHSUB4/subsup+/Sup + NoSub2/subsup-/Sup → Nsub2/sub (g) + 2Hsub2/subo /td cutetd TDiplanctomyCetes spp. /i/td /tr tr darasa="isiyo ya kawaida” tdoxidation (Anammox) /td cutetd cutetd TDibrocadia sp. /isupa/sup/td /tr tr darasa="hata” Kupunguza TDSulfata/td td SO4sup2-/sup + Chsub3/subcoosup-/sup + 3Hsup+/sup → /td cutetd TDideSulfovibrio sp. , /i/td /tr tr darasa="isiyo ya kawaida” cutetd TDHSsup-/Sup + 2Hcosub3/subsup-/sup + 3Hsup+/sup/TD cutetd TDidethiosulfovibrio sp. , /i/td /tr tr darasa="hata” cutetd cutetd cutetd TDifusibacter/I sp., ibacteroides sp. /i/td /tr tr darasa="isiyo ya kawaida” TDSulfide oxidation/td td HSSUP-/sup + 2OSU2/SUB → SOUB4/subsup2-/Sup + HSU+/sup /td cutetd TDithiomicrospira sp. /i/td /tr tr darasa="hata” Tdmethanogenesis/TD td 4Hsub2/sub + HSUP+/Sup + HCOSU3/subsup-/Sup → Chsub4/sub (g) + 3Hsub2/subo /td cutetd TDMethanogenic Archaea [Mirzoyan na Jumla, haijachapishwa] /td /tr /tbody /meza

   Supa/supmicroorganisms kutambuliwa tu kwa misingi ya sehemu 16S rRNA gene au utaratibu kazi gene

   Mojawapo ya mbinu za kuzuia ukoloni wa pathogen ni matumizi ya bakteria ya probiotiki ambayo yanaweza kushindana kwa virutubisho, kuzalisha inhibitors za ukuaji, au, kuzima mawasiliano ya kiini (quorum kuhisi) ambayo inaruhusu kutulia ndani ya biofilms (Defoirdt et al. 2007, 2008; Kesarkodi-Watson et al. 2008). Bakteria ya probiotic ni pamoja na Bacillus, Pseudomonas (Kesarkodi-Watson et al. 2008) na Roseobacter spp. (Bruhn et al. 2005), na bakteria zinazohusiana na hizi pia zimetambuliwa katika biofilters RAS (Schreier et al. 2010) (Jedwali 3.1). Ili kupata taarifa zinazohitajika kusimamia utulivu wa microbial katika RAS, Rojas-Tirado et al. (2017) wamegundua sababu zinazoathiri mabadiliko katika mienendo ya bakteria kwa suala la wingi na shughuli zao. Uchunguzi wao unaonyesha kwamba shughuli za bakteria hazikuwa parameter ya moja kwa moja inayoweza kutabirika katika awamu ya maji kama viwango vya nitrate-N katika RAS zinazofanana zilionyesha mabadiliko yasiyotarajiwa ghafla/kushuka kwa thamani ndani ya moja ya mifumo. Chembe zilizosimamishwa katika RAS hutoa eneo la uso ambalo linaweza kuwa koloni na bakteria. Chembe zaidi hujilimbikiza kama kiwango cha kuongezeka kwa recirculation, hivyo uwezekano wa kuongeza uwezo wa kubeba bakteria wa mifumo. Pedersen et al. (2017) Kugundua uhusiano kati ya jumla chembe eneo la uso (TSA) na shughuli za bakteria katika maji safi RAS. Wao walionyesha nguvu, chanya, linear uwiano kati ya TSA na shughuli za bakteria katika mifumo yote yenye kiwango cha chini hadi wastani wa recirculation. Hata hivyo, uhusiano huo umeacha kuwepo katika mifumo yenye kiwango cha juu cha kurejesha tena. Hii ni uwezekano kutokana na mkusanyiko wa virutubisho kufutwa kuendeleza free-hai wakazi bakteria, na/au mkusanyiko wa colloids suspended na chembe faini chini ya 5 microns katika kipenyo, ambayo walikuwa si sifa katika utafiti wao lakini inaweza kutoa kubwa uso eneo.

   Katika RAS, misombo mbalimbali ya kemikali (hasa nitrati na kaboni ya kikaboni) hujilimbikiza katika maji ya kuzaa. Substrata hizi za kemikali zinatawala ecophysiolojia ya jamii za bakteria kwenye biofilter na zina athari juu ya ufanisi wake wa nitrification na uaminifu. Michaud et al. (2014) alichunguza mabadiliko ya muundo wa jamii ya bakteria na wingi mkubwa wa jamaa wa taxa katika filters mbili tofauti za kibiolojia na kuhitimisha kuwa mienendo na kubadilika kwa jamii ya bakteria kukabiliana na mabadiliko makubwa ya maji yalionekana kuunganishwa na utendaji wa biofilter. Moja ya vipengele muhimu vya kuboresha uaminifu na uendelevu wa RAS ni usimamizi sahihi wa idadi ya bakteria ya biofilter, ambayo inahusishwa moja kwa moja na upatikanaji wa C (carbon) (Avnimelech 1999). Ikumbukwe kwamba RAS zina mali ambazo zinaweza kuchangia kwa utulivu wa microbial, ikiwa ni pamoja na muda mrefu wa kuhifadhi maji na eneo kubwa la uso wa biofilters kwa ukuaji wa bakteria, ambayo inaweza uwezekano wa kupunguza uwezekano wa kuenea kwa microbes zinazofaa katika maji ya kuzaliana ( Attramadal et al. 2012a).

   Attramadal et al. (2012a) ikilinganishwa maendeleo ya jamii microbial katika RAS na ozonation wastani (kwa 350 mV) na ile ya mfumo wa kawaida flowthrough (FTS) kwa kundi moja la cod Atlantic, Gadus morhua. Walipata kutofautiana kidogo katika utungaji wa bakteria kati ya mizinga ya samaki ya RAS kuliko kati ya mizinga ya FTS. RAS ilikuwa na muundo zaidi wa jamii ya microbial na utofauti wa aina ya juu na mara kwa mara sehemu ya chini ya wafadhili. Samaki katika RAS walifanya vizuri zaidi kuliko udhibiti wao katika FTS, licha ya kuwa wazi kwa ubora wa maji duni wa kimwili na kemikali. Wakati kutafiti madhara ya ozonation wastani au high-kiwango UV mnururisho juu ya mazingira microbial katika RAS kwa mabuu ya samaki baharini, Attramadal et al. (2012b) alisisitiza kuwa RAS kwa mabuu kama lazima pengine ni pamoja na disinfection nguvu kwa sababu inaongoza kwa kupungua kwa idadi ya bakteria, ambayo ni uwezekano wa kusababisha destabilization ya jamii microbial. Zaidi ya hayo, matokeo yao yanasaidia nadharia ya RAS kama mkakati wa kudhibiti microbial wakati wa kulisha kwanza wa mabuu ya samaki.

   RAS na kukomaa microbial kama zana kwa ajili ya K-uteuzi wa jamii microbial ilikuwa chini ya utafiti na Attramadal et al. (2014) ambao walidhani kwamba mabuu ya samaki ambayo ni reared katika maji inaongozwa na K-strategists (jamii kukomaa microbial) kufanya vizuri, kwa sababu wao ni chini ya uwezekano kukutana na microbes zinazofaa (R-kuchaguliwa) na kuendeleza mwingiliano wa mwenyeji wa microbe. Matokeo ya majaribio yao yalionyesha uwezekano mkubwa wa kuongeza uhai wa samaki kwa kutumia K-uteuzi wa bakteria, ambayo ni njia ya bei nafuu na rahisi ambayo inaweza kutumika katika kila aina ya mifumo mpya au iliyopo ya ufugaji wa maji. Mabadiliko madogo katika usimamizi (mzigo wa kikaboni na kukomaa kwa maji) ya matibabu ya maji hutoa microbiota tofauti sana katika mizinga ya samaki (Attramadal et al. 2016). Kwa upande mwingine, vitu vya humic (HS) ni misombo ya kikaboni ya asili, inayojumuisha safu nyingi za polima za rangi za uzito wa kikaboni. Wao ni bidhaa za mwisho katika uharibifu wa misombo ya kikaboni tata na, wakati mwingi, huzalisha rangi ya rangi ya rangi ya rangi ya rangi ya rangi ya rangi ya udongo na maji (Stevenson 1994). Katika mfumo wa ufugaji wa maji ya sifuri, dutu zinazofanana na HS ziligunduliwa katika maji ya utamaduni na pia katika damu ya samaki (Yamin et al. 2017a). Athari ya kinga ya HS iliripotiwa katika samaki iliyo wazi kwa chuma cha sumu (Peuranen et al. 1994; Hammock et al. 2003) na viwango vya sumu vya amonia na nitriti (Meinelt et al. 2010). Aidha, ushahidi ulitolewa kwa athari zao fungistatic dhidi ya pathogen samaki, _Saprolengia vimelea _ (Meinelt et al. 2007). Katika carp kawaida (Cyprinus carpio) wazi kwa (a) humic tajiri maji na sludge kutoka mfumo recirculating, (b) synthetic asidi humic na (c) Leonardite inayotokana humic dondoo, viwango vya maambukizi ilipungua kwa 14.9%, 17.0% na 18.8%, kwa mtiririko huo, ikilinganishwa na kiwango cha maambukizi ya 46.8% katika udhibiti matibabu (Yamin et al. 2017b). Kadhalika, yatokanayo na samaki guppy (Poecilia reticulata), kuambukizwa na monogenea Gyrodactylus turnbulli na Dactylogyrus sp. kwa humic tajiri utamaduni maji na kulisha, kupunguza maambukizi ya maambukizi (% ya samaki walioambukizwa) na kiwango maambukizi (vimelea kwa samaki) ya vimelea viwili (Yamini et al. 2017c).

   Inaaminika kuwa utafiti wa msingi katika eneo la mazingira microbial ya mifumo nitrification/denitrification Reactor katika RAS inaweza kutoa ubunifu ambayo inaweza kubadilisha na/au kuboresha utendaji Reactor katika RAS kasi. Hadi sasa, jumuiya ya microbial katika mitambo bado ni vigumu kudhibiti (Leonard et al. 2000, 2002; Michaud et al. 2006, 2009; Schreier et al. 2010; Rojas-Tirado et al. 2017) na ukosefu mkubwa wa mfumo hutoka kwa hili (Martins et al. 2010b).

   3.3.7 Ufanisi wa Nishati

   Uwezo wa kiuchumi wa uzalishaji wa samaki katika mfumo wa kurejesha maji ya maji hutegemea, kwa sehemu, kupunguza mahitaji ya nishati ya uendeshaji wa vifaa vile. RAS zinahitaji miundombinu ya juu ya kiufundi kuliko mifumo ya wazi, hivyo gharama za nishati katika RAS tayari zimehesabiwa kama vikwazo vikubwa ambavyo vinaweza kuzuia teknolojia hii kuenea kwa maombi (Singh na Marsh 1996). Ya gharama zote zinazohusiana na matumizi ya umeme katika RAS, uingizaji hewa na baridi ya maji kwa ujumla ni muhimu zaidi. Katika RAS ya ndani, kujenga uingizaji hewa ni muhimu kudhibiti unyevu na viwango vya dioksidi kaboni. Udhibiti duni wa unyevu unaweza kusababisha kuzorota kwa haraka kwa miundo ya jengo, wakati mkusanyiko wa dioksidi kaboni utaathiri mchakato wa kukata dioksidi kaboni unaoendesha RAS na kusababisha kizunguzungu kwa wafanyakazi. Ili kuweka hali inayokubalika ndani ya vituo, uingizaji hewa au mimea ya hali ya hewa inafanya kazi sana (Gehlert et al. 2018). Mifumo hii ya uingizaji hewa inaweza kuunganishwa na hatua za kupunguza matumizi ya nishati. Aidha, ili kuendeleza RAS endelevu ya mazingira, nishati inaweza kudhaniwa kama parameter muhimu ya kuendesha gari, na hasa, nishati inaweza kuchukuliwa kuwa kiashiria muhimu. Uchambuzi wa utendaji wa nguvu wa RAS umefanywa na Kucuk et al. (2010) kuchangia usimamizi wa nishati katika RAS. Ili kuboresha utendaji wa juhudi wa RAS, walipendekeza kuwa hali ya uendeshaji wa vipengele, hasa, pampu zinapaswa kuboreshwa na kuboreshwa kulingana na uwezo wa uzalishaji wa samaki wa mfumo.

   Ili kuongeza ufanisi, mameneja wa RAS wanahitaji miongozo na zana za kuongeza uzalishaji. Ukaguzi wa nishati unaweza kutoa data halisi ambayo inaweza kutumika kwa ajili ya uamuzi. Badiola et al. (2014) alichunguza jumla ya matumizi ya nishati (kWh) ya mfumo wa cod RAS kuendelea kwa muda wa miezi 14 na kutambua pampu ya joto kama matumizi ya nishati ya juu ya samaki ya kuzaliana wanaohitaji matibabu ya joto ya juu ya maji. Gehlert et al. (2018) alihitimisha kuwa vitengo uingizaji hewa inayotolewa uwezo mkubwa kwa ajili ya akiba ya nishati katika RAS. Mara nyingi, wakati vigezo vya hali ya hewa katika kituo hukaa ndani ya aina inayotaka, viwango vya mtiririko wa hewa vinaweza kuhifadhiwa katika viwango vya chini vya kuokoa nishati. Zaidi ya hayo, hatua za kuokoa nishati katika RAS zinaweza kujumuisha: programu yenye data ya utendaji wa nishati, vyanzo mbadala vya nishati ili joto la maji na matumizi ya waongofu wa mzunguko (Badiola et al. 2014).

4. 3.4 Masuala ya Ustawi

   Original publication 2019 · Ilichapishwa kwanza kwenye FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   3.4.1 Utangulizi

   Katika muongo mmoja uliopita, ustawi wa samaki umevutia sana, na hii imesababisha sekta ya ufugaji wa maji ikijumuisha mazoea kadhaa ya ufugaji na teknolojia zilizotengenezwa hasa ili kuboresha kipengele hiki. Neokoteksi, ambayo kwa binadamu ni sehemu muhimu ya utaratibu wa neva unaozalisha uzoefu wa subjective wa mateso, haupo katika samaki na wanyama wasio mamalia, na imesemekana kuwa kutokuwepo kwake kwa samaki kunaonyesha kwamba samaki hawawezi kuteseka. Mtazamo mkali mbadala, hata hivyo, ni kwamba wanyama tata wenye tabia za kisasa, kama vile samaki, pengine wana uwezo wa mateso, ingawa hii inaweza kuwa tofauti katika shahada na aina kutokana na uzoefu wa binadamu wa hali hii (Huntingford et al. 2006).

   Kamati ya Ustawi wa Farm na Wanyama nchini Uingereza (FAWC) imetegemea miongozo yao juu ya mfumo wa 'Five Freedoms', ambayo inafafanua nchi bora badala ya viwango maalum vya ustawi unaokubalika (FAWC 2014). Uhuru kutoka njaa na kiu, usumbufu, maumivu, kuumia, magonjwa, hofu na dhiki, pamoja na uhuru wa kueleza tabia ya kawaida, hutupa mfumo ulioelezwa ambao tunatathmini masuala ya ustawi. Afya ya kimwili ni kipimo cha kukubalika zaidi cha ustawi na bila shaka ni mahitaji muhimu ya ustawi mzuri. Katika ushindani, kupanua na kujitokeza sekta, aquaculturists ambao kuingiza masuala ya ustawi katika mazoea yao ya kila siku ya ufugaji wanaweza kupata faida ya ushindani na kuongeza bei premium (Olesen et al. 2010) kupitia kuboresha matumizi mtazamo na kujiamini katika bidhaa zao. Grimsrud et al. (2013) ilitoa ushahidi kuwa kuna nia kubwa ya kulipa, kati ya kaya zote za Norway, kuboresha ustawi wa samaki ya Atlantic iliyopandwa kwa njia ya kuongezeka kwa upinzani dhidi ya magonjwa na chawa wa lax, ambayo inaweza kuashiria matumizi kidogo ya madawa na kemikali katika mchakato wa uzalishaji.

   Katika RAS kubwa, ustawi wa wanyama umeshikamana na utendaji wa mifumo. Katika miaka michache iliyopita, ustawi wa wanyama katika RAS umejifunza zaidi kutokana na mtazamo wa ubora wa maji na athari za msongamano wa samaki juu ya utendaji wa ukuaji, bioviashiria vya dhiki au maendeleo ya matatizo ya afya. Lengo kuu la utafiti wa ustawi wa wanyama katika RAS imekuwa kujenga na kuendesha mifumo inayoongeza tija na kupunguza matatizo na uharibifu. Mada ya riba wamekuwa kuhifadhi wiani mipaka (Calabrese et al. 2017), ukolezi mipaka ya misombo nitrojeni katika maji ya kuzaliana (Davidson et al. 2014), ukolezi mipaka kwa kufutwa dioksidi kaboni (Good et al. 2018), madhara ya ozonation (Good et al. 2011; Reiser et al. 2011) na kiwango kidogo, mkusanyiko wa misombo recalcitrant katika RAS (van Rijn na Nussinovitch 1997) na kubadilishana mdogo maji na kelele (Martins et al. 2012; Davidson et al. 2017).

   

   Kielelezo 3.6 Kimwili, kemikali na wengine stressors alijua inaweza kuathiri samaki na kusababisha msingi, sekondari na/au majibu nzima-mwili. (Baada ya Barton 2002)

   3.4.2 Stress

   Jibu la mkazo katika samaki ni kazi inayofaa katika uso wa tishio lililojulikana kwa homeostasis na physiolojia ya shida haifai sawa na mateso na kupungua kwa ustawi (Ashley 2007) (Mchoro 3.6). Majibu ya mkazo hutumikia kazi muhimu sana ili kuhifadhi mtu binafsi. Hatua za ustawi katika ufugaji wa maji ni, kwa hiyo, kwa kiasi kikubwa zinazohusishwa na madhara ya elimu ya juu ya majibu ya dhiki ambayo kwa ujumla ni dalili ya dhiki ya muda mrefu, ya mara kwa mara au isiyoweza kuepukika (Conte 2004).

   Uzito wa kuhifadhi ni sababu muhimu inayoathiri ustawi wa samaki katika sekta ya ufugaji wa samaki, hasa RAS ambapo msongamano mkubwa katika mazingira yaliyofungwa unalenga uzalishaji wa juu. Ingawa mara chache defined, kuhifadhi wiani ni neno kawaida kutumika kwa kutaja uzito wa samaki kwa kitengo kiasi au kwa kitengo kiasi katika kitengo wakati wa mtiririko wa maji kwa njia ya mazingira ya kufanya (Ellis et al. 2001). Dhana ya nafasi ya chini kwa samaki ni ngumu zaidi kuliko kwa aina duniani kama samaki kutumia kati tatu-dimensional (Conte 2004).

   Zaidi ya kutoa mahitaji ya kisaikolojia, FAWC (2014) inapendekeza kwamba samaki 'wanahitaji nafasi ya kutosha ili kuonyesha tabia ya kawaida na maumivu madogo, dhiki na kuogopa'. Stocking wiani ni, kwa hiyo, eneo ambalo unaeleza wote umuhimu wa tofauti ya aina na kuwepo kwa mtandao tata wa mambo ya kuingiliana yanayoathiri ustawi wa samaki. Calabrese et al. (2017) kuwa utafiti kuhifadhi wiani mipaka kwa baada ya smolt Atlantic samaki (Salmosalar L.) kwa msisitizo juu ya uzalishaji utendaji na ustawi ambayo pezi uharibifu na mtoto wa jicho walikuwa aliona katika kuhifadhi msongamano wa 100 kg msup-3/sup na juu. Hata hivyo, athari za kuhifadhi wiani juu ya hatua za ustawi hutofautiana kati ya spishi. Kwa mfano, bass bahari (Dicentrarchus labrax) ilionyesha viwango vya juu vya dhiki katika msongamano mkubwa, kama ilivyoonyeshwa na cortisol, majibu ya kinga ya innate na usemi wa jeni zinazohusiana na matatizo (Vazzana et al. 2002; Gornati et al. 2004). High kuhifadhi msongamano katika vijana gilthead bahari bream (S. aurata) pia kuzalisha sugu dhiki hali, yalijitokeza na viwango vya juu cortisol, immunosuppression na kubadilika kimetaboliki (Montero et al. 1999). Kwa upande mwingine, charr ya Arctic (Salvelinus alpinus) hulisha na kukua vizuri wakati wa kujaa kwa msongamano mkubwa huku ikionyesha ulaji wa chakula na viwango vya ukuaji kwa msongamano mdogo (Jorgensen et al. 1993).

   Mlo pia unaweza kuwa na jukumu muhimu katika unyeti wa dhiki. Catfish ya Afrika (Clarias gariepinus) kupokea chakula na nyongeza ya juu ya asidi askobiki (vitamini C) wakati wa maendeleo mapema ilionyesha unyeti wa chini wa dhiki (Merchie et al. 1997). Kwa upande mwingine, carp ya kawaida (Cyprinus carpio), iliyolisha dozi kubwa za vitamini C, ilionyesha cortisol inayojulikana zaidi (homoni ya steroidi iliyotolewa na dhiki) ongezeko la kukabiliana na dhiki ikilinganishwa na samaki waliolishwa viwango vilivyopendekezwa vya vitamini (Dabrowska et al. 1991). Tort et al. (2004) umeonyesha kuwa chakula iliyopita kutoa kipimo ziada ya vitamini na kuwaeleza madini ili kusaidia mfumo wa kinga inaweza kusaidia ushirikiano kupunguza baadhi ya madhara ya ugonjwa wa baridi. Magonjwa mengine ya kawaida ya ufugaji wa maji kuhusu ustawi wa wanyama na dhiki yanapitiwa huko Ashley (2007).

   3.4.3 Kukusanya vitu katika Maji ya Mchakato

   Kina na 'sifuri-kutokwa' RAS kutoa faida kubwa ya mazingira. Hata hivyo, ufugaji wa samaki katika maji ya kuendelea recycled huibua swali la kama vitu vinavyotolewa na samaki ndani ya maji vinaweza kujilimbikiza, na kusababisha kupungua kwa viwango vya ukuaji na ustawi usioharibika. Kuwepo kwa ulemavu wa ukuaji katika Tilapia ya Nile (Oreochromis niloticus) kwa kulinganisha ukuaji, tabia ya kulisha na majibu ya dhiki ya samaki yaliyopandwa katika RAS na viwango tofauti vya vitu vilivyokusanywa (TAN, Nosub2/sub-n na Nosub3/sub-n, Orthophosphate-p) ilichunguzwa na Martins et al. (2010a) . Matokeo yalionyesha kuwa watu kubwa walikuwa na mwenendo kuelekea ulemavu wa ukuaji katika mkusanyiko wa juu RAS huku watu wadogo, kinyume chake, wanaonekana kukua vizuri zaidi katika mifumo hiyo kulingana na viwango vya juu vya glucose ya damu kama kiashiria cha dhiki. Utafiti sawa uliofanywa na mwandishi mmoja kwenye majani ya carp na mabuu (Martins et al. 2011) ulipata matokeo ambayo yanaonyesha kwamba mkusanyiko wa vitu (Orthophosphate-p, nitrati, arsenic na shaba) walikuwa uwezekano wa kuathiri maendeleo. Licha ya matokeo haya, waandishi wanadai kuwa kwa ujumla, asilimia ya mortalities na ulemavu kumbukumbu katika utafiti walikuwa duni ikilinganishwa na masomo mengine. Katika tafiti zote mbili, waandishi walitumia mifumo yenye viwango vidogo vya kubadilishana maji kwa msaada wa mitambo ya denitrification (lita 30 za maji mapya kwa Kilo cha kulisha kwa siku). Vilevile mkusanyiko wa homoni katika RAS ya maji baridi ya salmonid imesoma na Good et al. 2014, 2017). Utafiti wao katika 2014 haupata uhusiano kati ya kiwango cha ubadilishaji wa maji na mkusanyiko wa homoni (isipokuwa kwa testosterone) wala uhusiano kati ya mkusanyiko wa homoni na kukomaa kwa precocious katika samaki ya Atlantiki, lakini utafiti zaidi ulipendekezwa. Utafiti wao mwaka 2017 ulilenga matumizi ya ozonation kwa kupunguza homoni katika RAS hiyo, na matokeo yasiyojulikana kuhusu mkusanyiko wa homoni ya steroid, lakini kwa kupunguza chanya ya oestradiol na ozoni.

   Kwa upande mwingine, mkusanyiko wa vitu vya baridi katika 'kubadilishana sifuri 'RAS umeonyesha kuwa na athari za kinga dhidi ya maambukizi ya bakteria (Yamin et al. 2017a) na ectoparasites (Yamin et al. 2017b). Asidi ya humic pia imeonyeshwa kupunguza sumu ya amonia na nitriti (Meinelt et al. 2010). Hii ina maana kwa RAS kuendeshwa na ozonation, kama ozoni inaweza kuboresha ubora wa maji wakati kutoa sadaka madhara inaonekana manufaa ya vitu humic.

   3.4.4 Afya na Tabia

   Tabia za msingi za ustawi mzuri ni afya njema na kutokuwepo kwa magonjwa na, kuhusiana na ufugaji wa maji, uzalishaji mzuri (Turnbull na Kadri 2007; Volpato et al. 2007). Wakati afya ya kimwili ya mnyama ni ya msingi kwa ustawi mzuri (Ashley 2007; Duncan 2005), ukweli kwamba mnyama ana afya haimaanishi kuwa hali yake ya ustawi ni ya kutosha. Hivyo, ustawi ni dhana pana na kuu zaidi kuliko dhana ya afya. Hatua za kimwili na tabia ni intrinsically wanaohusishwa na wanategemeana kwa tafsiri sahihi kuhusiana na ustawi (Dawkins 1998).

   Tabia ya wanyama na katika kesi yetu samaki, inawakilisha majibu ya mazingira kama samaki wanaiona na tabia hiyo ni kipengele muhimu cha ustawi wa samaki. Mabadiliko katika tabia ya lishe, shughuli za uingizaji hewa wa gill, uchokozi, tabia ya kuogelea ya mtu binafsi na kikundi, tabia za kawaida na zisizo za kawaida zimeunganishwa na matatizo ya papo hapo na ya muda mrefu katika ufugaji wa maji na kwa hiyo inaweza kuonekana kama viashiria vya uwezekano wa ustawi mbaya (Martins et al. 2011). Viashiria vya ustawi wa tabia vina faida ya kuwa haraka na rahisi kuchunguza na kwa hiyo ni wagombea mzuri wa matumizi 'on-shambani'. Mifano ya tabia ambayo hutumiwa kama viashiria vya ustawi ni mabadiliko katika tabia ya kutarajia chakula, ulaji wa kulisha, shughuli za kuogelea na viwango vya uingizaji hewa (Huntingford et al. 2006). Hata hivyo, Barreto na Volpato (2004) tahadhari matumizi ya mzunguko wa uingizaji hewa kama kiashiria cha dhiki katika samaki kwa sababu ingawa mzunguko wa uingizaji hewa ni mwitikio wa unyeti sana kwa usumbufu, ni wa matumizi machache kwa sababu haionyeshi ukali wa kichocheo.

   3.4.5 Sauti

   Samaki iliyolimwa ni cultured juu ya muda mrefu katika mizinga sawa ya rangi sawa (s) na sura sawa na wazi kwa huo, uwezekano wa madhara, background noises (Martins et al. 2012). Mifumo ya kina ya ufugaji wa maji na mifumo ya recirculating hasa hutumia vifaa kama vile aerators, pampu za hewa na maji, mifumo ya filtration ambayo inadvertently kuongeza viwango vya kelele katika mizinga ya utamaduni wa samaki. Viwango vya sauti na masafa yaliyopimwa ndani ya mifumo ya kina ya ufugaji wa samaki ni ndani ya aina mbalimbali za kusikia samaki, lakini madhara ya aina maalum ya kelele ya uzalishaji wa samaki hayatafafanuliwa vizuri (Davidson et al. 2009).

   Bart et al. (2001) iligundua kuwa maana ngazi broadband sauti shinikizo (SPL) tofauti katika mifumo mbalimbali kubwa ya samaki. Katika utafiti wake, kiwango cha sauti cha 135 dB re 1μPa kilipimwa katika bwawa la udongo karibu na aerator ya uendeshaji, ambapo mizinga kubwa ya fiberglass (mduara wa 14 m) ndani ya mfumo wa recirculating ulikuwa na SPLs ya juu ya 153 dB re 1μPA.

   Uchunguzi wa shamba na maabara umeonyesha kuwa tabia ya samaki na fiziolojia inaweza kuathiriwa vibaya na sauti kali. Terhune et al. (1990) kuwa aliona kupungua ukuaji na viwango smoltification ya Atlantic samaki, Salmo salar, katika mizinga fiberglass kwamba alikuwa chini ya maji sauti ngazi 2—10 dB re 1μPA juu katika 100—500 Hz kuliko katika mizinga halisi. Kwa hiyo, mfiduo wa muda mrefu kwa kelele ya uzalishaji wa samaki inaweza kusababisha kuongezeka kwa dhiki, kupunguza viwango vya ukuaji na ufanisi wa uongofu wa kulisha na kupungua kwa maisha. Hata hivyo, Davidson et al. (2009) iligundua kuwa baada ya miezi 5 ya mfiduo wa kelele, hakuna tofauti kubwa zilizotambuliwa kati ya matibabu kwa uzito wa maana, urefu, viwango maalum vya ukuaji, hali ya hali, uongofu wa kulisha au kuishi kwa trout ya upinde wa mvua, Oncorhynchus mykiss. Matokeo kama hayo yanaelezwa na Wvysocki et al. (2007). Hata hivyo, matokeo haya lazima kuwa wa jumla katika aina zote cultured samaki, kwa sababu aina nyingi, ikiwa ni pamoja na catfish na Cyprinids, kuwa mkubwa zaidi kusikia unyeti kuliko trout upinde wa mvua na inaweza kuwa walioathirika tofauti na kelele. Kwa mfano, Papoutsoglou et al. (2008) ilitoa ushahidi wa awali kwamba maambukizi ya muziki chini ya hali maalum ya kuzaliana inaweza kuwa na athari za kuimarisha S. utendaji wa ukuaji wa aurata, angalau ukubwa maalum wa samaki. Aidha, athari za muziki zilizoonekana kwenye nyanja kadhaa za fiziolojia ya samaki (kwa mfano enzymes ya utumbo, utungaji wa asidi ya mafuta na neurotransmitters ya ubongo) inamaanisha kuwa muziki fulani unaweza kutoa hata kukuza zaidi katika ukuaji, ubora, ustawi na uzalishaji.

5. Changamoto za kuongezeka kwa 3.5 katika RAS

   Original publication 2019 · Ilichapishwa kwanza kwenye FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   RAS ni shughuli kubwa za mji mkuu, zinazohitaji matumizi makubwa ya fedha kwenye vifaa, miundombinu, mifumo ya matibabu yenye nguvu na ya maji, uhandisi, ujenzi na usimamizi. Mara baada ya shamba la RAS limejengwa, mtaji wa kazi unahitajika mpaka mavuno na mauzo mafanikio yanapatikana. Matumizi ya uendeshaji pia ni makubwa na huwa na gharama za kudumu kama vile kodi, riba juu ya mikopo, uchakavu na gharama za kutofautiana kama vile kulisha samaki, mbegu (vidole au mayai), kazi, umeme, oksijeni ya kiufundi, Vizuizi vya pH, umeme, mauzo/masoko, gharama za matengenezo, nk.

   Wakati kulinganisha uzalishaji na uchumi, RAS itakuwa daima kushindana na aina nyingine za uzalishaji wa samaki na hata vyanzo vingine vya uzalishaji wa protini kwa matumizi ya binadamu. Ushindani huu unaweza kuwa na shinikizo la chini juu ya bei ya mauzo ya samaki, ambayo kwa upande wake lazima iwe juu ya kutosha kufanya biashara ya RAS faida. Kama ilivyo katika aina nyingine za uzalishaji wa majini, kufikia uchumi wa kiwango kikubwa kwa ujumla ni njia ya kupunguza gharama za uzalishaji na hivyo kupata upatikanaji wa masoko. Baadhi ya mifano ya kupunguza gharama za uzalishaji ambazo zinaweza kupatikana kwa vifaa vikubwa ni:

   1. Kupunguza gharama za usafiri kwa amri nyingi za kulisha, kemikali, oksijeni.

   2. Punguzo kwa ununuzi wa kiasi kikubwa cha vifaa.

   3. Upatikanaji wa viwango vya umeme vya viwanda.

   4. Automation ya michakato ya kilimo kama vile ufuatiliaji wa mchakato na udhibiti, kulisha, kuvuna, kuchinjwa na usindikaji.

   5. Uboreshaji wa matumizi ya kazi: Wafanyakazi sawa walihitajika kutunza tani 10 za samaki kama ilivyohitajika kutunza tani 100 za samaki au zaidi.

   Kufuatia ongezeko la uchumi wa kiwango katika sekta ya ufugaji wa maji ya kalamu, RAS kubwa inaendelezwa kwa mizani isiyofikiriwa miaka kumi iliyopita. Muongo uliopita umeona ujenzi wa vituo vyenye uwezo wa uzalishaji wa maelfu ya tani kwa mwaka, na ongezeko hili la ukubwa wa vifaa vya RAS linaleta changamoto mpya za kiufundi, ambazo zinachunguzwa katika sehemu inayofuata.

   3.5.1 Hydrodynamics na Usafiri wa Maji

   Udhibiti sahihi wa hali ya hydrodynamic katika mizinga ya samaki ni muhimu ili kuhakikisha ubora wa maji sare na usafiri wa kutosha yabisi kuelekea maduka ya tank (Masaló 2008; Oca na Masalo 2012). Mizinga ambayo haina uwezo wa kusafisha metabolites haraka kutosha itakuwa na uwezo mdogo wa kubeba. Kuhakikisha utendaji sahihi wa hydrodynamic katika mizinga ya samaki ni mada muhimu ya utafiti wa uhandisi wa maji ambayo imesaidia kubuni sekta na kuendesha mizinga ya maumbo na ukubwa tofauti. Hata hivyo, kuongeza ukubwa tank kutumika katika RAS kibiashara kuuliza changamoto mpya uhandisi kwa wabunifu na waendeshaji. Uchunguzi wa hivi karibuni unaendelea kuongeza sifa hydrodynamic katika mizinga mikubwa octagonal kutumika kwa ajili ya uzalishaji samaki smolt (Gorle et al. 2018), kwa kusoma athari za samaki majani, jiometri na inlet na plagi miundo katika mizinga kubwa kutumika katika vifaa Norway smolt. Vile vile, Summerfelt et al. (2016) ilipata mwelekeo kuelekea kiwango cha kupakia chakula kwa mtiririko wa kitengo katika mizinga ya kisasa ikilinganishwa na mizinga iliyojengwa zaidi ya muongo mmoja uliopita katika vituo vya smolt Norway. Mzigo wa kulisha uliopungua kwa ufanisi husababisha ubora bora wa maji ya tank huku maji yanayoendelea yanatibiwa kwa kiwango cha kasi zaidi, kuzuia mkusanyiko wa metabolites na kupungua kwa oksijeni katika tangi hata zaidi ikilinganishwa na mizinga ya zamani ambayo iliendeshwa kwa mizigo ya juu ya kulisha. Kazi ya baadaye itawezekana kutoa taarifa zaidi juu ya hydrodynamics ya mizinga na zaidi ya 1000 msup3/sup kwa kiasi. Mifano mingine ya mizinga mikubwa ambayo sasa inatumiwa ni mizinga inayotumika katika mifumo ya RAS 2020 (Kruger, Denmark) au dhana ya Niri (Niri, Norway). Kupitishwa kwa dhana hizi mpya kwa kutumia mizinga kubwa itakuwa na jukumu muhimu katika faida yao, kwa muda mrefu kama hali nzuri ya hydrodynamic inapatikana.

   3.5.2 Hatari ya kupoteza hisa

   Katika RAS, hali kubwa ya kuzaliana inaweza kusababisha hasara ya ghafla na ya kutisha ya samaki ikiwa mfumo unashindwa. Vyanzo vya kushindwa kwa mfumo vinaweza kujumuisha kushindwa kwa mitambo ya mifumo ya kusukumia na vifaa vya RAS, kukatika kwa umeme, kupoteza mifumo ya oksijeni/aeration, kujenga sulfidi hidrojeni na kutolewa, ajali za uendeshaji na zaidi. Hatari hizi na ufumbuzi kwao zinahitaji kutambuliwa na kuingizwa katika taratibu za uendeshaji.

   Ukubwa unaoongezeka wa shughuli za RAS pia unaweza kumaanisha hatari kubwa ya kupoteza kifedha ikiwa upotevu wa samaki hutokea. Kwa upande mwingine, hatua za kukabiliana na hatari na redundancy ya mfumo pia zinaweza kuongeza gharama za mradi wa RAS na hivyo, wabunifu na wahandisi wanapaswa kugonga usawa kati ya vipengele hivi.

   Mbali na ripoti za sekta na vyombo vya habari, utafiti mdogo wa kitaaluma umefanyika juu ya hatari ya ubia wa biashara wa RAS. Badiola et al. (2012) alichunguza mashamba ya RAS na kuchambua masuala makuu ya kiufundi, na kugundua kuwa mfumo duni wa kubuni, matatizo ya ubora wa maji na matatizo ya mitambo yalikuwa vipengele vikuu vya hatari vinavyoathiri uwezekano wa RAS.

   3.5.3 Uchumi

   Mjadala juu ya uwezekano wa kiuchumi wa RAS inalenga zaidi juu ya gharama kubwa za kuanza kwa mji mkuu wa mashamba ya maji na muda mrefu wa kuongoza kabla ya samaki tayari kuuzwa, pamoja na mtazamo kwamba mashamba ya RAS yana gharama kubwa za uendeshaji. De Ionno et al. (2007) alisoma utendaji wa kibiashara wa mashamba ya RAS, na kuhitimisha kuwa uwezekano wa kiuchumi huongezeka kwa kiwango cha operesheni. Kulingana na utafiti huu, mashamba madogo kuliko tani 100 kwa mwaka wa uwezo wa uzalishaji ni kidogo tu faida katika mazingira ya Australia ambapo utafiti ulifanyika. Timmons na Ebeling (2010) pia hutoa kesi ya kufikia uchumi mkubwa wa wadogo (kwa utaratibu wa ukubwa wa maelfu ya tani za uzalishaji kwa mwaka) ambayo inaruhusu kupunguza gharama za uzalishaji kupitia miradi ya ushirikiano wima kama vile kuingizwa kwa vifaa vya usindikaji, hatcheries au kulisha viwanda vya. Liu et al. (2016) alisoma utendaji wa kiuchumi wa shamba la RAS la kinadharia na uwezo wa tani 3300 kwa mwaka, ikilinganishwa na shamba la kalamu la jadi la uwezo sawa. Kwa kiwango hiki operesheni ya RAS inafikia gharama sawa za uzalishaji ikilinganishwa na shamba la kalamu la wavu, lakini uwekezaji mkubwa wa mji mkuu huongeza mara mbili kipindi cha malipo kwa kulinganisha, hata wakati samaki kutoka shamba la RAS wanauzwa kwa bei ya premium. Katika siku zijazo, leseni ya gharama kubwa na kali inayohitaji utendaji mzuri wa mazingira inaweza kuongeza uwezekano wa RAS kama chaguo la ushindani kwa ajili ya uzalishaji wa samaki ya Atlantic.

   3.5.4 Ushughulikiaji wa samaki

   Katika mashamba ya ardhi, utunzaji wa samaki mara nyingi huhitajika kwa sababu mbalimbali: kutenganisha samaki katika madarasa ya uzito, kupunguza msongamano wa kuhifadhi, kusafirisha samaki katika idara zinazoongezeka (yaani kutoka kitalu hadi idara inayoongezeka) au kuvuna samaki wakati wao ni soko tayari. Kulingana na Lekang (2013), samaki hushughulikiwa kwa ufanisi zaidi na mbinu za kazi kama vile pampu za samaki na pia kwa mbinu zisizofaa kama vile matumizi ya ishara za kuona au za kemikali zinazowawezesha samaki kujihamisha kutoka sehemu moja kwenye shamba hadi nyingine.

   Summerfeltet al. (2009) alisoma njia kadhaa kwa umati na mavuno salmonids kutoka mizinga kubwa mviringo kutumia Cornell-aina mitaro dual. Mikakati ni pamoja na msongamano wa samaki na mionzi mfuko wa fedha, msongamano clam-shell bar na samaki ufugaji kati ya mizinga kuchukua faida kwa majibu yao innate kuepuka dioksidi kaboni. Mbinu za kuvuna zilijumuisha kuchimba samaki kupitia bandari ya kutokwa kando ya tank ya aina ya Cornell-mbili-kukimbia au kutumia airlift kuinua samaki iliyojaa kwenye sanduku la kumwagilia maji. AquaMaof (Israeli) inaajiri swimways na mizinga kugawana ukuta wa kawaida kwa kuhamisha samaki kwa njia ya shamba, huku kuvuna unafanyika kwa kutumia pescalator (Archimedes screw pampu) mwishoni mwa swimway. Dhana ya RAS2020 kutoka Kruger (Denmark) inatumia graders/umati wa watu wa kudumu imewekwa kwenye tank ya raceway ya donut au mviringo ili kuhamia na kuwatia samaki bila ya haja ya pampu za samaki.

   Licha ya maendeleo ya kuendelea juu ya mada hii, ukubwa unaoongezeka wa mashamba ya RAS utaweka wabunifu na waendeshaji wa changamoto juu ya jinsi ya kushughulikia samaki kwa usalama, kiuchumi na bila matatizo. Aina mbalimbali za kupanua, aina zilizo chini ya uzalishaji na uendeshaji wa mashamba ya RAS zinaweza kusababisha teknolojia mbalimbali za usafiri wa samaki na mavuno.

6. 3.6 RAS na Aquaponics

   Original publication 2019 · Ilichapishwa kwanza kwenye FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   Mifumo ya Aquaponic ni tawi la teknolojia ya kurejesha maji ya maji ambayo mazao ya mimea yanajumuishwa ili kupatanisha uzalishaji wa biashara, kutoa uwezo wa ziada wa kuchuja maji, au mchanganyiko wa hizo mbili.

   Kama tawi la RAS, mifumo ya aquaponic imefungwa kwa matukio sawa ya kimwili, kemikali na kibaiolojia yanayotokea RAS. Kwa hiyo, misingi sawa ya mazingira ya maji, mechanics ya maji, uhamisho wa gesi, uchafu wa maji nk hutumika kwa maneno zaidi au chini ya sawa na aquaponics isipokuwa kudhibiti ubora wa maji, kama mimea na samaki wanaweza kuwa na mahitaji maalum na tofauti.

   Hali halisi ya kiuchumi ya RAS na aquaponics pia yanahusiana. Teknolojia zote mbili, ni mji mkuu wa kina na yenye kiufundi na walioathirika na uchumi wa wadogo, kubuni sahihi ya vipengele, kutegemea hali ya soko na utaalamu wa waendeshaji.

   3.6.1 Ustawi

   Katika mifumo ya aquaponic, matumizi ya virutubisho yanapaswa kuongezeka kwa uzalishaji bora wa mimea ya mimea lakini bila kupuuza hali bora ya ustawi kwa samaki kulingana na ubora wa maji (Yildiz et al. 2017). Hatua za kupunguza hatari za kuanzishwa au kuenea kwa magonjwa au maambukizi na kuongeza biosecurity katika aquaponics pia ni muhimu. Madhara ya uwezekano wa allelochemicals, i.e. kemikali iliyotolewa na mimea, inapaswa pia kuzingatiwa. Aidha, athari za digestibility ya chakula, nyasi ukubwa wa chembe na uwiano wa uwiano juu ya ubora wa maji inapaswa kuchukuliwa kwa makini. Bado kuna ukosefu wa ujuzi kuhusu uhusiano kati ya viwango vilivyofaa vya madini vinavyotakiwa na mimea, na kimetaboliki ya samaki, afya na ustawi (Yildiz et al. 2017) ambayo inahitaji utafiti zaidi.

   3.6.2 Tofauti na Udhibiti wa Microbial

   Kama ilivyoelezwa hapo awali katika sura, aquaponics inachanganya mfumo wa recirculating aquaculture na kitengo hydroponic. Moja ya vipengele vyake muhimu zaidi ni kutegemea bakteria na bidhaa zao za kimetaboliki. Pia, Sect. 3.2.6 .kujadili umuhimu wa jamii za microbial na udhibiti wake katika RAS. Bakteria hutumika kama daraja inayounganisha excrements ya samaki, ambayo ni ya juu katika mkusanyiko wa amonia, kupanda mbolea, ambayo inapaswa kuwa mchanganyiko wa amonia ya chini na nitrati ya juu (Somerville et al. 2014). Kama mifumo ya aquaponic inaweza kuwa na subunits tofauti, i.e. mizinga ya samaki, biofilter, filter ngoma, mizinga ya walowezi na vitengo hydroponic, kila mmoja akiwa na miundo tofauti iwezekanavyo na hali tofauti mojawapo, jamii microbial katika vipengele hivi inaweza kutofautiana mno. Hii inatoa mada ya kuvutia ya utafiti na lengo kuu la kuboresha michakato ya usimamizi wa mfumo. Schmautz et al. (2017) walijaribu kufafanua jamii ya microbial katika maeneo mbalimbali ya mifumo ya aquaponic. Walihitimisha kuwa nyasi za samaki zilikuwa na jumuiya tofauti inayoongozwa na bakteria ya jenasi Cetobacterium, ambapo sampuli kutoka mizizi ya mimea, biofilter na periphyton zilifanana zaidi, na jamii nyingi za bakteria tofauti. Sampuli za biofilter zilikuwa na idadi kubwa ya Nitrospira (3.9% ya jumla ya jamii) ambazo zilipatikana tu kwa idadi ndogo katika periphyton au mizizi ya mimea. Kwa upande mwingine, asilimia ndogo tu ya Nitrosomonadales (0.64%) na Nitrobacter (0.11%) zilipatikana katika sampuli sawa. Kundi hili la pili la viumbe ni kawaida kupimwa kwa uwepo wao katika mifumo ya aquaponics kama wao ni hasa uliofanyika kuwajibika kwa nitrification (Rurangwa na Verdegem 2015; Zou et al. 2016); Nitrospira hivi karibuni tu ilivyoelezwa kama nitrifier jumla (Daims et al. 2015), kuwa na uwezo wa kubadilisha moja kwa moja amonia kwa nitrate katika mfumo. utawala wa Nitrospira ni hivyo novelty katika mifumo hiyo na inaweza kuwa uhusiano na tofauti katika kuanzisha msingi (Graber et al. 2014).

   Schmautz et al. (2017) pia alisisitiza kuwa uwepo ulioongezeka wa Nitrospira hauhusiani na shughuli kubwa za viumbe hivi katika mfumo, kwani shughuli zake za kimetaboliki hazikupimwa. Aidha, aina nyingi za bakteria na coliforms zipo kwa asili katika biofilters ya aquaponic inayofanya mabadiliko ya suala la kikaboni na taka ya samaki. Hii ina maana uwepo wa microorganisms nyingi ambazo zinaweza kuwa vimelea kwa mimea na samaki, pamoja na watu. Kwa kusudi hili, baadhi ya microorganisms wamekuwa kuchukuliwa viashiria vya usalama kwa bidhaa na ubora wa maji katika mfumo (Fox et al. 2012). Baadhi ya viashiria hivi vya usalama ni Escherichia coli na Salmonella spp. Utafiti unahitajika sana hivi karibuni umefanywa ili kuhakikisha usalama microbial ya bidhaa aquaponic (Fox et al. 2012; Sirsat na Neal 2013). Mwelekeo mmoja wa baadaye wa uchambuzi wa shughuli za microbial katika aquaponics umetambuliwa na Munguia-Fragozo et al. (2015), ambaye alipitia teknolojia Omic kwa uchambuzi wa jamii ya microbial. Wao alihitimisha kuwa metagenomics na metatranscriptomics uchambuzi itakuwa muhimu katika masomo ya baadaye ya microbial utofauti katika aquaponic biosystems.

   • Kutoka kipindi cha kuimarisha teknolojia hadi zama mpya za utekelezaji wa viwanda, teknolojia ya RAS imeendelea sana katika miongo miwili iliyopita. Miaka michache iliyopita imeona ongezeko la idadi na ukubwa wa kurejesha mashamba ya maji. Pamoja na ongezeko la kukubalika teknolojia, maboresho juu ya mbinu za uhandisi za jadi, ubunifu na changamoto mpya za kiufundi huendelea kujitokeza.

   • Aquaponics inachanganya mfumo wa kurejesha maji ya maji na kitengo cha hydroponic. RAS ni mifumo tata ya uzalishaji wa majini inayohusisha mwingiliano wa kimwili, kemikali na kibaiolojia.

   • Oxyjeni iliyoharibiwa (DO) kwa ujumla ni parameter muhimu zaidi ya maji katika mifumo ya majini yenye nguvu. Hata hivyo, kuongeza oksijeni ya kutosha kwa maji ya kuzaliana inaweza kupatikana kiasi tu na hivyo, udhibiti wa vigezo vingine vya maji kuwa changamoto zaidi.

   • High kufutwa dioksidi kaboni (COSub2/Sub) viwango kuwa na athari hasi katika ukuaji wa samaki. Kuondolewa kwa COSub2/Sub kutoka maji kwa viwango chini ya 15 mg/L ni changamoto kutokana na umumunyifu wake juu na ufanisi mdogo wa vifaa vya degassing.

   • Amonia imekuwa jadi kutibiwa katika mifumo ya recirculation na biofilters nitrifying. Teknolojia zingine zinazojitokeza zinachunguzwa kama njia mbadala za kuondolewa kwa amonia.

   • Biosolids katika RAS hutoka kwa kulisha samaki, nyasi na biofilms na ni moja ya vigezo muhimu zaidi na vigumu maji kudhibiti. Mfumo wa matibabu ya hatua mbalimbali ambapo yabisi ya ukubwa tofauti na kuondolewa kupitia njia tofauti, ni mbinu ya kawaida.

   • Ozone, kama oxidizer yenye nguvu, inaweza kutumika katika RAS ili kuondoa microorganisms, nitriti na vitu vya humic. Ozonation inaboresha microscreen filter utendaji na kupunguza mkusanyiko wa jambo kufutwa na kuathiri rangi ya maji.

   • Mitambo ya denitrification ni mitambo ya kibiolojia ambayo kwa kawaida huendeshwa chini ya hali ya anaerobic na kwa ujumla imefungwa na aina fulani ya chanzo cha kaboni kama vile ethanoli, methanoli, glucose na molasses. Moja ya maombi mashuhuri zaidi ya mifumo ya denitrification katika ufugaji wa maji ni 'kubadilishana' RAS.

   • Katika mifumo ya uzalishaji wa majini microbial jamii na majukumu muhimu katika kuchakata madini, uharibifu wa jambo hai na matibabu na udhibiti wa magonjwa. Jukumu la kuzuia maji ya maji katika RAS ni changamoto na wazo la kutumia maji ya microbially kukomaa ili kudhibiti vimelea vinavyofaa.

   • Katika RAS kubwa, ustawi wa wanyama umefungwa kwa utendaji wa mifumo. Lengo kuu la utafiti wa ustawi wa wanyama huko RAS imekuwa kujenga na kuendesha mifumo inayoongeza tija na kupunguza matatizo na uharibifu.