Source material

Sura ya 8 Mifumo ya Aquaponics iliyovunjika

1. 8.1 Kuanzishwa

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

   Kama ilivyojadiliwa katika Chaps. 5 na 7, mifumo single-kitanzi aquaponics ni vizuri utafiti, lakini mifumo hiyo ina suboptimal ufanisi wa jumla (Goddek et al. 2016; Goddek na Kedek. Man 2018). Kama maji ya maji yanavyozidi kufikia uzalishaji wa ngazi ya viwanda, kumekuwa na msisitizo juu ya kuongeza uwezekano wa kiuchumi wa mifumo hiyo. Mojawapo ya fursa bora za kuongeza uzalishaji katika suala la mavuno ya mavuno inaweza kukamilika kwa kukataza vipengele ndani ya mfumo wa aquaponics ili kuhakikisha hali bora ya ukuaji kwa samaki na mimea. Mifumo iliyochafuliwa inatofautiana na mifumo ya pamoja kukosa usingizi kwani inatenganisha matanzi ya maji na virutubisho ya kitengo cha ufugaji wa maji na hydroponiki kutoka kwa kila mmoja na hivyo kutoa udhibiti wa kemia ya maji katika mifumo yote miwili. Kielelezo 8.1 hutoa maelezo ya kimapenzi ya mfumo wa jadi wa pamoja (A), mfumo wa kitanzi cha mbili (B), na mfumo wa mzunguko wa kitanzi (C). Hata hivyo, kuna mjadala mkubwa kama mifumo ya aquaponics iliyopungua ni faida kiuchumi juu ya mifumo zaidi ya jadi, kutokana na kwamba inahitaji miundombinu zaidi. Ili kujibu swali hilo, ni muhimu kuzingatia miundo tofauti ya mfumo ili kutambua uwezo wao na udhaifu.

   Dhana ya mfumo wa aquaponics moja ya kitanzi kama inavyoonekana kwenye Mchoro. 8.1a inaweza kuonekana kama msingi wa jadi wa mifumo yote ya aquaponics ambayo maji hujitokeza kwa uhuru kati ya vitengo vya maji na hydroponics, wakati sludge ya nutrientrich inafunguliwa. Moja ya vikwazo muhimu vya mifumo hiyo ni kwamba ni muhimu kufanya biashara katika hali ya kuzaliana kwa mifumo yote kwa suala la pH, joto, na viwango vya virutubisho (Jedwali 8.1).

   

   Mtini. 8.1 mageuzi ya mifumo ya aquaponics. (a) inaonyesha jadi moja-kitanzi aquaponics mfumo, (b) rahisi decoupled aquaponics mfumo, na (c) decoupled mbalimbali kitanzi aquaponics mfumo. Font ya bluu inasimama kwa pembejeo ya maji, pato, na mtiririko na nyekundu kwa bidhaa za taka

   Kwa upande mwingine, mifumo ya aquaponics iliyopigwa au mbili ya kitanzi hutenganisha vitengo vya maji na maji ya maji kutoka kwa kila mmoja (Mchoro 8.1b). Hapa, ukubwa wa kitengo cha hydroponic ni kipengele muhimu, kwa sababu walau inahitaji kuimarisha virutubisho vinavyotolewa na kitengo cha samaki moja kwa moja au kupitia mineralization ya sludge (k.m. kuchimba virutubisho kutoka kwenye sludge na kutoa kwa mimea kwa fomu ya mumunyifu). Hakika, ukubwa wa eneo la mimea na hali ya mazingira (kwa mfano uso, ripoti ya eneo la majani, unyevu wa jamaa, mionzi ya jua, nk) huamua kiasi cha maji ambacho kinaweza kuvukizwa na ni sababu kuu zinazoamua kiwango cha uingizaji wa maji wa RAS. Maji yaliyotumwa kutoka RAS hadi kitengo cha hydroponic hubadilishwa na maji safi ambayo hupunguza viwango vya virutubisho na hivyo inaboresha ubora wa maji (Monsees et al. 2017a, b). Kiasi cha maji ambacho kinaweza kubadilishwa kinategemea kiwango cha uvukizi wa mimea kinachodhibitiwa na mionzi ya wavu, joto, kasi ya upepo, unyevu wa jamaa, na aina za mazao. Kwa hakika, kuna utegemezi wa msimu, na maji zaidi yameingizwa katika misimu ya joto, ya jua ambayo pia ni wakati viwango vya ukuaji wa mimea ni vya juu zaidi. Mbinu hii imependekezwa na Goddek et al. (2015) na Kloas et al. (2015) kama mbinu ya kuboresha muundo wa mifumo moja-kitanzi na uwezo bora wa kutumia ili kuhakikisha utendaji bora wa ukuaji wa mimea. Dhana hiyo imechukuliwa, pamoja na hayo, na ECF huko Berlin, Ujerumani, na sasa imefilisika UrbanFarmers huko The Hague, Uholanzi.

   Licha ya faida zinazoweza kutokea, majaribio ya awali na kubuni moja-kitanzi iliyopigwa ilikutana na vikwazo vikubwa. Hii ilitokana na kiasi kikubwa cha virutubisho vya ziada ambavyo vilihitajika kuongezwa kwenye kitanzi cha hydroponic kutokana na kwamba mchakato wa maji unaotokana na RAS hadi kitanzi cha hydroponiki ni tegemezi la evapotranspiration (Goddek et al. 2016; Kloas et al. 2015; Reyes Lastiri et al. 2016). Virutubisho pia vinaelekea kujilimbikiza katika mifumo ya RAS wakati viwango vya uvukizi vilikuwa vya chini, na vinaweza kufikia viwango muhimu, hivyo vinahitaji kutokwa damu mara kwa mara kutoka kwa maji (Goddek 2017).

   Kushinda vikwazo hivi kulihitaji utekelezaji wa matanzi ya ziada ili kupunguza kiasi cha taka zinazozalishwa katika mfumo (Goddek na Körner 2019). Kama mifumo mbalimbali kitanzi ni ilivyoainishwa katika Mtini. 8.1c na kuongeza mbili-kitanzi mbinu (8.1b) na vitengo viwili ambayo itakuwa kwa karibu zaidi kuchunguzwa katika subsura mbili zijazo pamoja na Chaps. 10 na 11 :

   1. Ufanisi madini madini na uhamasishaji, kwa kutumia mfumo wa reactor anaerobic hatua mbili ili kupunguza utekelezaji wa virutubisho kutoka mfumo kupitia sludge samaki

   2. Teknolojia ya kutengeneza mafuta ya joto/kutengeneza maji kwa kuzingatia ufumbuzi wa virutubikatika kitengo cha hydroponics ili kupunguza haja ya mbolea za ziada

   Mbinu hizo zimetekelezwa kwa sehemu na wazalishaji mbalimbali wa aquaponics kama vile kampuni ya Kihispania NerBreen (Kielelezo 8.1) (Goddek na Keesman 2018) pamoja na Kikaboni Agriventures Ltd huko Nairobi, Kenya, (van Gorcum et al. 2019) (Kielelezo 8.2).

   

   Kielelezo 8.2 Picha ya mfumo wa sasa wa multi-kitanzi katika (1) Hispania (NerBreen) na (2) Kenya (Kikaboni Agriventures Ltd.). Wakati mfumo wa NerBreen unapatikana katika mazingira yaliyodhibitiwa, Mfumo wa Kikaboni unatumia mfumo wa nusu-wazi wa foil

   Kwa upande wa faida za kiuchumi (Goddek na Körner 2019; Delaide et al. 2016), kuboresha hali ya ukuaji katika kila kitanzi husika cha mifumo ya aquaponics iliyopungua ina faida ya asili kwa mimea na samaki (Karimanzira et al. 2016; Kloas et al. 2015) kwa kupunguza utekelezaji wa taka pamoja na kuboresha madini ahueni na usambazaji (Goddek na Keesman 2018; Karimanzira et al. 2017; Yogev et al. 2016). Katika kazi zao, Delaide et al. (2016), Goddek na Vermeulen (2018), na Woodcock (pers. Comm.) kuonyesha kwamba mifumo ya aquaponics iliyopigwa kufikia utendaji bora wa ukuaji kuliko aquaponics zao za kitanzi kimoja na vikundi vya kudhibiti hydroponics. Pamoja na hili, kuna matatizo mbalimbali ambayo bado yanahitaji kutatuliwa, ikiwa ni pamoja na masuala ya kiufundi kama vile kuongeza mfumo, uboreshaji wa parameter, na uchaguzi wa uhandisi kwa teknolojia za chafu kwa matukio tofauti ya kikanda. Katika sura hii yote, tutazingatia baadhi ya maendeleo ya sasa ili kutoa maelezo ya jumla ya changamoto zinazoendelea, pamoja na maendeleo ya kuahidi katika uwanja.

2. 8.2 Mineralization Loop

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

   Katika RAS, sludge imara na yenye virutubisho lazima iondolewe kwenye mfumo ili kudumisha ubora wa maji. Kwa kuongeza kitanzi cha ziada cha kuchakata sludge, kukusanya taka za RAS zinaweza kubadilishwa kuwa virutubisho vilivyoharibika kwa kutumia tena na mimea badala ya kuachwa (Emerenciano et al. 2017). Ndani ya bioreactors, microorganisms inaweza kuvunja sludge hii katika virutubisho bioavailable, ambayo inaweza hatimaye kutolewa kwa mimea (Delaide et al. 2018; Goddek et al. 2018; Monsees et al. 2017a, b). Wengi moja-kitanzi aquaponics mifumo tayari ni pamoja na aerobic (Rakocy et al. 2004) na anaerobic (Yogev et al. 2016) digesters kubadilisha virutubisho kwamba ni trapped katika sludge samaki na kuwafanya bioavailable kwa mimea. Hata hivyo, kuunganisha mfumo kama huo katika mfumo wa aquaponics moja ya kitanzi una hasara kadhaa:

   1. Sababu ya dilution kwa majivu yenye virutubisho ni ya juu sana wakati wa kuwapa mfumo mmoja wa kitanzi kuhusiana na kuwapa kwenye kitengo cha hydroponics tu. Kwa ufanisi, virutubisho hupunguzwa kwa kuingia katika kuwasiliana na kiasi kikubwa cha maji ya kuzalisha samaki.

   2. Samaki hazihitajiki wazi kwa majivu ya mtambo wa madini; kwa mfano majivu ya mitambo ya anaerobic yanaweza kujumuisha asidi tete ya mafuta (VFAs) na amonia ambayo inaweza uwezekano wa kuwadhuru samaki; mitambo hiyo pia inawakilisha chanzo cha ziada cha kuanzishwa kwa vimelea.

   3. Karibu 90% ya virutubisho trapped katika sludge inaweza kuwa zinalipwa wakati rassludge ni iimarishwe katika pH ya 4 (Jung na Lovitt 2011). PH ya chini hiyo haiwezekani wakati wa uendeshaji wa bioreactors kwenye pH karibu 7 (Goddek et al. 2018), ambayo ni kawaida ya biashara ya pH thamani ndani ya mifumo ya aquaponics moja ya kitanzi.

   

   Mtini. 8.3 Takriban pH ya maji ndani ya vipengele mbalimbali vya mfumo pamoja na mchakato wa maji. Ya '~' ilionyesha makadirio

   Kwa heshima na pH, Kielelezo 8.3 kinaonyesha maadili ya pH takriban ya mtiririko wa maji katika mfumo wa maji wa kitanzi mbalimbali (kwa mfano kama ilivyowasilishwa kwenye Mchoro 8.1c). Kielelezo 8.3 pia inaonyesha athari za mitambo ya mineralization juu ya utendaji wa mfumo kwa ujumla, kulingana na mitambo anaerobic iliyopendekezwa na Goddek et al. (2018). Mfumo huo unawakilisha suluhisho moja tu linalowezekana kwa kutibu sludge, na mbinu mbadala zinazojadiliwa katika Chap. 10. Kupungua kwa pH ya mchakato wa maji yanayotokana na mfumo wa RAS ndani ya kitanzi cha hydroponics kama inavyoonekana kwenye Mchoro. 8.3 inaonyesha acidification katika kitanzi cha mkusanyiko wa virutubisho (yaani maji ya demineralized ina pH ya 7). Hivyo, majivu yana pH ya chini kuliko bandari ya RAS, ambayo inapunguza haja ya kurekebisha pH kwa hali bora ya ukuaji wa mimea.

   Jedwali 8.1 Maelezo ya jumla ya hali bora ya ukuaji kwa samaki na mimea na hali preferred uendeshaji kwa sludge madini kusindika matibabu

   meza thead tr darasa="header” Thsubsystem/th ThSpecies/kazi/th Thph/th ThHjoto (˚C) /th ThNitRate (NoSub3/Sub) (mg/L) /th /tr /thead tbody tr darasa="isiyo ya kawaida” td rowspan="2"Rejesha mfumo wa maji ya maji (RAS) /td Tdioreochromis niloticus/i (Nile tilapia) /td td7—9 (Ross 2000) /td td27—30 (El-Sayed 2006) /td td<100—200 (Dalsgaard et al. 2013) /td /tr tr darasa="hata” Tdioncorhynchus mykiss/i (trout ya upinde wa mvua) /td td6.5-8.5 (FAO 2005) /td td15 (Coghlan na Ringler 2005) /td td<40 (Davidson et al. 2011; Schrader et al. 2013) /td /tr tr darasa="isiyo ya kawaida” td rowspan="2"Hidroponics/TD TdilActuca sativa/i (lettuce) /td td5.5—6.5 (Resh 2012) /td td21—25 (Resh 2012) /td td730 (Resh 2012) /td /tr tr darasa="hata” TDlycoopersicon esculentum (nyanya) /td td6.3—6.5 (Resh 2002) /td td18—24 (Resh 2002) /td td666 (Sonneveld na Voogt 2009) /td /tr tr darasa="isiyo ya kawaida” td rowspan="2"Reactor anaerobic/td Tdmethanogenesis/TD td6.8—7-4 (de Lemos Chernicharo 2007) /td td30—35 (Alvarez na Lidén 2008; de Lemos Chernicharo 2007) /td td—/td /tr tr darasa="hata” TDSludge uhamasishi/td td4.0 (Jung na Lovitt 2011) /td tdn/a/td td—/td /tr /tbody /meza Mfumo wa reactor wa hatua mbili hufanya kazi kama ifuatavyo:

   • Katika hatua ya kwanza (pH karibu 7 ili kutoa hali bora kwa methanogenesis; Jedwali 8.1), suala la kikaboni linavunjwa ili kuendeleza kiwango cha juu cha uzalishaji wa methane (yaani kuondolewa kwa kaboni). Mirzoyan na Pato la (2013) The jumla suspended yabisi kupunguza karibu 90%, kutumia upflow anaerobic sludge blanketi Reactor teknolojia. Hii ina faida kwamba (1) biogas huvunwa kama chanzo cha nishati mbadala na (2) VFA chache huzalishwa katika hatua ya pili. Sludge retention wakati katika hatua ya kwanza lazima miezi kadhaa, kabla ya kuondoa virutubisho kusanyiko katika sludge (kwa mfano calcium phosphate aggregation) ndani ya hatua ya pili.

   • Katika hatua ya pili, virutubisho katika yabisi zilizosimamishwa huhamasishwa kwa ufanisi na kuwa inapatikana kwa matumizi ya mimea. Uhamasishaji huu ni ufanisi zaidi katika mazingira ya chini ya pH (Goddek et al. 2018; Jung na Lovitt 2011). Mara pH ya mitambo ya tindikali inapungua, kwa kawaida inabakia imara; hivyo udhibiti mdogo wa pH unahitajika katika kitengo cha hydroponic.

   Majivu ambayo yana matajiri katika virutubisho yanaweza kuhitaji baadhi ya baada ya matibabu kulingana na kiasi cha yabisi ya jumla yaliyosimamishwa na VFAs. Hata hivyo, ni muhimu kukumbuka kwamba amonia inaweza kuchochea ukuaji wa mimea, k.m. wiki za majani, wakati inachangia asilimia 5— 25% ya jumla ya mkusanyiko wa nitrojeni (Jones 2005). Hata hivyo, mboga za matunda kama vile nyanya au pilipili tamu ni nyeti hasa kwa amonia katika suluhisho la virutubisho. Aerobic baada ya effluent matibabu au vizuri aerated hydroponics sump ingehitajika katika mifumo ya kukua aina hizo za mazao.

   8.2.1 Kuamua Mtiririko wa Maji na Nutritient

   Kwa ukubwa wa mfumo (Sect 8.4), kiasi cha maji kinachotoka kwenye mfumo wa RAS kupitia reactor (s) kwenye kitengo cha hydroponics (Qsubmin/Sub) kinahitajika kujulikana (Eq 8.1):

   $Q_ {MIN} (kilo/siku) =\ frac {n_ {feed}\ times k_ {sludge}} {\ pi_ {sludge}} $ (8.1)

   ambapo nsubfeed/ndogo ni kiasi cha kulisha samaki katika kilo, ksubsludge/ndogo ni uwiano mgawo wa kulisha samaki kuishia kama sludge, na πsubsludge/ndogo ni uwiano wa yabisi jumla (yaani sludge) katika mtiririko wa maji sludge kuingia kitanzi mineralization.

   Mkusanyiko wa sludge unaweza kuongezeka kwa kuongeza kifaa cha kujitenga kwa mvuto kabla ya bioreactors, na kuongoza supernatant 'wazi' nyuma kwenye mfumo wa RAS. Fomu hii pia inaweza kutumika kupata pembejeo kwa ukubwa wa reactor kulingana na muda wa kuhifadhi majimaji (Chap. 10. kati 20 na 40% ya kulisha samaki kuishia kama jumla yabisi suspended katika sludge RAS-inayotokana (Timmons na Ebeling 2013). Kwa mfano, imepatikana kuwa sludge ya tilapia ina karibu 55% ya virutubisho ambavyo viliongezwa kwenye mfumo kupitia kulisha (Neto na Ostrensky 2013; Yavuzcan Yildiz et al. 2017) ambayo inawakilisha rasilimali muhimu kwa ukuaji wa mazao.

   Virutubisho kuu ambayo inaweza kupatikana kupitia mchakato wa madini ni N na P. kama P (moja ya vipengele vikubwa vya sludge) ni macronutrient yenye thamani zaidi kwa gharama na upatikanaji wa uzalishaji wa mazao, inapaswa kuwa kipengele cha kwanza kuwa optimized katika mfumo wa aquaponic.

   Kiwango cha mineralization ya kitanzi cha mineralization kinahesabiwa kama ifuatavyo:

   $Mineralization (g/siku) = (n_ {feed}\ mara 1000) π_ {feed}\ times π_ {sludge}\ times η_ {min} $ (8.2)

   ambapo _n_subfeed/sub ni pembejeo ya kulisha kwa mfumo (kwa kilo); _π_subfeed/subis uwiano wa virutubisho katika uundaji wa kulisha; _π_subsludge/subis uwiano wa kipengele maalum kilichotokana na kulisha; na ηsubmin/subis ufanisi wa madini na uhamasishaji wa mfumo wa reactor .

   Hatua ya mwisho itakuwa kuamua mkusanyiko wa kipengele husika katika majivu ya kitanzi cha mineralization:

   $Nutrient\ mkusanyiko\ (mg/L) =\ frac {Mineralization\ mara 1000} {Q_ {MIN}} $ (8.3)

   Mfano 8.1

   Mfumo wetu RAS ni kulishwa kwa 10 kilo ya kulisha samaki kwa siku. Sisi kudhani kwamba 25% ya kulisha kulishwa kuishia kama sludge. Katika mfumo wetu, sisi kutumia Radial Flow Settler (RFS) kwa makini sludge kwa 1% jambo kavu. Kwa hiyo, mtiririko kutoka RAS hadi HP kupitia kitanzi cha mineralization huhesabiwa kama ifuatavyo:

   $Q_ {MIN}\ (kg/siku) =\ frac {10kg\ times\ 0.25} {0.01} =250\ takriban 250kg/siku$

   Tunaamua ukubwa mfumo wetu juu ya P. P maudhui ya kulisha yetu (katika kesi nyingi zinazotolewa na mtengenezaji kulisha) ni 1.5% na 55% ya hiyo kuishia katika sludge (Neto na Ostrensky 2013). Tunadhani kwamba mitambo yetu kufikia ufanisi wa madini ya 90% kwa kipengele hiki. Kwa hiyo, gramu za P zilizohamishiwa kwenye kitengo cha hydroponics kila siku zinaweza kuamua:

   $Mineralization\ (g/siku) = (10kg\ mara 1000)\ mara 0.55\ mara 0.015\ mara 0.9=74.25$

   mkusanyiko wa majivu katika hivyo:

   $Nutrient\ mkusanyiko\ (mg/L) =\ frac {74,25g\ mara 1000} {250L} =297\ mg/L$

   Mkusanyiko huu wa P katika majivu katika sanduku la mfano hapo juu ni takriban mara sita zaidi kuliko katika ufumbuzi wengi wa hydroponics virutubisho. Utafiti wa Goddek et al. (2018) unasimamia idadi hii ya kinadharia, na wanaripoti kuwa sludge yao ya RAS ilikuwa na 150 na 200 mg/L ya P kwa mifumo miwili ya kujitegemea, kwa mtiririko huo (1% TSS sludge), na samaki kulisha P maudhui ya 0.83% katika kulisha kavu suala kwa mwisho (200 mg/L).

3. 8.3 Distill/Kitanzi cha Desalination

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

   Katika mifumo ya aquaponics iliyopigwa, kuna mtiririko wa njia moja kutoka RAS hadi kitengo cha hydroponics. Katika mazoezi, mimea huchukua maji yanayotolewa na RAS, ambayo kwa upande wake imejaa maji safi (yaani bomba au mvua). Outflow muhimu kutoka kitengo RAS ni sawa na tofauti kati ya maji kuacha mfumo HP kupitia mimea (na kupitia kitengo kunereka) na maji kuingia kitengo hydroponics kutoka Reactor mineralization, kama mfumo ni pamoja na Reactor (Mtini. 8.4). Muhtasari uliorahisishwa ni kwamba mahitaji ya muda mrefu ya maji kutoka RAS hadi HP ni sawa na matumizi ya maji ya mazao kwa evapotranspiration na kuhifadhi maji ya mimea katika mimea ya mimea.

   

   Kielelezo 8.4 Mpango wa maji ya maji na viwango tofauti vya virutubisho katika mfumo wa maji ya maji, ambapo Q, kiasi cha mtiririko katika L; ρ, mkusanyiko wa virutubisho katika mg/L; RAS, recirculating mfumo wa maji; MIN, reactor mineralization; DIS, kitengo cha kunereka; na X, haijulikani/rahisi mtiririko parameter

   Hata hivyo, kwa upande wa mizani ya wingi, kiasi cha virutubisho kinachoacha mfumo wa hydroponics kupitia mimea kinahitaji kubadilishwa ili kuhakikisha usawa wa mara kwa mara. Hii inaleta shida, kama mkusanyiko wa virutubisho wa juu wa RAS ni mdogo sana kuliko kile kinachohitajika katika HP. Mtiririko wa virutubisho wa juu (_ρ_subras/Sub $\ times$ _Q_subras/sub) kwa HP hauwezi kukamilika kwa viwango vya chini vya RAS virutubisho. Badala yake, bila kitanzi cha kuneresha/desalination, mkusanyiko wa virutubisho utaongezeka katika RAS wakati unapungua katika mfumo wa hydroponics. Msaada unaowezekana ni kutekeleza maji ya RAS (na hivyo pia virutubisho) ili kupunguza mkusanyiko wa virutubisho huko na kuongeza mbolea kwenye ufumbuzi wa virutubisho wa hydroponics. Kwa upande wa athari za mazingira na kiuchumi, ufumbuzi huu hauwezi kuridhisha na hautumii lengo la uzalishaji wa kitanzi kilichofungwa.

   Utekelezaji wa kitengo cha kunereka kama inavyoonekana kwenye Mchoro. 8.3 inawakilisha suluhisho la uwezekano wa shida hii. Teknolojia hizo za kunereka (k.m. mafuta ya utando kunereka) zina uwezo wa kutenganisha chumvi na virutubisho vilivyotengenezwa kutoka kwa maji (Shahzad et al. 2017; Subramani na Jacangelo 2015). Katika mazingira ya mifumo multi-kitanzi aquaponics, na kama mbadala kwa mbolea ya ziada na kutokwa na maji na gharama sambamba za ziada, teknolojia hii inaweza si tu kutoa maji safi kwa mfumo lakini pia kufikia taka viwango virutubisho kwa subsystems husika (Goddek na Keesman 2018).

   Kwa utekelezaji (yaani ukubwa) wa kitengo hicho cha kunereka, usawa rahisi wa usawa wa molekuli unaweza kutumika. Mfumo uliobaki, hata hivyo, lazima uwe ukubwa kabla (ama kupitia sheria za kidole gumba au kupitia usawa wa wingi; angalia Sect 8.5), kwa sababu virutubisho vinavyoingia kwenye mfumo vinapaswa kuwa katika usawa na virutubisho vya bioavailable vilivyochukuliwa na mazao (Note: doa tamu ya mifumo ya decoupled ni kubadilika kwake. Kwa hiyo, mtu anaweza pia oversize sehemu hydroponics ya mfumo ingawa kwamba kuhitaji matumizi ya mbolea zaidi). Njia rahisi zaidi ya kukadiria matumizi ya virutubisho ni kutumia dhana kwamba virutubisho huchukuliwa/kufyonzwa sana sawa na ioni zilizoyeyushwa katika maji ya umwagiliaji (yaani hakuna kemikali ya kipengele maalum, upinzani wa kibaiolojia au kimwili). Kwa hiyo, ili kudumisha usawa, virutubisho vyote vilivyochukuliwa na mazao kama yaliyomo katika ufumbuzi wa virutubisho vinahitaji kuongezwa kwenye mfumo wa hydroponics (Eq 8.4).

   $\ phi_ {RAS} +\ phi_ {MIN} -\ phi_ {HP} =0$ (8.4)

   ambapo __Subras/Sub ni mtiririko wa virutubisho kutoka mfumo wa RAS hadi mfumo wa hydroponics, __submin/Sub ni mtiririko wa virutubisho kutoka kitengo cha madini hadi mfumo wa hydroponics na __subHP/Sub ni matumizi ya mimea ya virutubisho. Kwa usawa huu, ni kudhani kuwa mfumo wa kunereka una ufanisi wa karibu na 100%. Hivyo, _Q_subdis/Sub inarudi kwenye mfumo wa hydroponics.

   Kwa hiyo:

   $ (\ rho_ {HP}\ mara Q_ {HP}) = (\ rho_ {RAS}\ mara Q_ {RAS}) + (\ rho_ {MIN}\ times Q_ {MIN}) $ (8.5)

   ambapo Q ni kiasi cha mtiririko katika L, na ρni mkusanyiko wa virutubisho katika mg/L.

   Kama ilivyoelezwa hapo juu, mtiririko kutoka RAS hadi kitengo cha hydroponics ni tofauti ya jumla ya mtiririko wa maji na kuacha mfumo wa hydroponics (yaani QsubHP/Sub + Qsubx/Sub) na uingiaji kutoka bioreactor (Qsubmin/sub), yaani Qsubras/sub = Qsubhp/sub + Qsubmin/sub - QSubmin/sub, ambayo inatub, ambayo inatub, ambayo inatub, ambayo inaongoza kwa zifuatazo equation:

   $ (\ rho_ {HP}\ times Q_ {HP}) = (\ rho _ {RAS}\ times Q_ {HP}) + (\ rho _ {RAS}\ mara Q_ {X}) - (\ rho_ {RAS}\ mara Q_ {MIN}) + (\ rho_ {MIN}) $ (8.6)

   Variable inayolengwa ni mtiririko wa kunereka (Qsubx/Sub) ambayo inahitajika kudumisha usawa wa mkusanyiko wa virutubisho katika mfumo wa hydroponics. Kwa hili, Eq. 8.6 ni kutatuliwa kwa Qsubx/Sub katika hatua zifuatazo:

   $ (\ rho_ {RAS}\ mara Q_ {X}) = (\ rho_ {HP}\ times Q_ {MIN}) - (\ rho_ {RAS}\ mara Q_ {HP}) + (\ rho_ {RAS}\ mara Q_ {MIN}) $ (8.7)

   $Q_ {X} =\ frac {\ rho_ {HP}\ times Q_ {HP}} {\ rho_ {RAS} -\ frac {\ rho_ {MIN}\ times Q_ {MIN}}} {\ rho_ {RAS}}} -Q_ {HP} Q_ {MIN} $ (8.8)

   Kumbuka kuwa mtiririko wa kunereka Qsubx/Sub ni nguvu sana na inategemea kiwango cha evapotranspiration ya mimea, ambayo inategemea hali ya hewa. Matokeo ya nguvu, hata hivyo, yanaweza kutumika kwa kupima kitengo cha kunereka. Ili kuhesabu uingiaji unaohitajika kwenye kitengo cha kunereka, formula ifuatayo inaweza kutumika:

   $Q_ {DIS} =Q_ {X}\ times\ frac {100} {\ eta_ {DIS}} $ (8.9)

   ambapo Q ni kiasi cha mtiririko katika L na η ufanisi wa demineralization wa kifaa kilichotumiwa (katika%).

   Distillation teknolojia inaweza hivyo kwa kiasi kikubwa kupunguza maji na mazingira (yaani matumizi ya mbolea) nyayo ya mifumo mbalimbali kitanzi aquaponics. Hata hivyo, mifumo ya aquaponics inakuwa ngumu zaidi wakati wa kuzingatia utekelezaji wao. Ingawa kitanzi hiki cha ziada hakiwezi kufanya maana yoyote kwa mifumo ndogo ndogo, ina uwezo wa kuchukua mifumo mikubwa ya kibiashara kwa ngazi mpya. Hata hivyo, mtu anahitaji kuzingatia kwamba teknolojia ya kutengeneza mafuta inahitaji kiasi kikubwa cha nishati ya joto na inaweza kuwa na busara kiuchumi kila mahali. Mikoa yenye viwango vya juu vya mionzi ya jua duniani au vyanzo vya nishati ya mvuke huenda ikawa yanafaa zaidi kwa teknolojia hii. Uendelevu wa kiuchumi wa mifumo hiyo pia ni tegemezi la eneo.

   Jambo lingine la kuzingatia ni joto la juu la maji yaliyotumiwa na brine kutoka kitengo cha kunereka. Kulingana na hali ya mazingira na aina za samaki zilizotumiwa, maji ya moto ya kunereka yanaweza kutumiwa kuwaka maji ya RAS; brine, hata hivyo, inahitaji kupungua kabla ya kuingia tena mfumo wa HP.

4. 8.4 Sizing Systems mbalimbali kitanzi

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

   Sizing mfumo wa aquaponics inahitaji kusawazisha pembejeo ya virutubisho na -pato. Hapa, sisi kimsingi hutumia kanuni sawa kama kupima mfumo mmoja wa kitanzi. Hata hivyo, mbinu hii ni ngumu zaidi, lakini itaonyeshwa kikamilifu kwa msaada wa mfano.

   

   mtini. 8.5 Mpango ambayo inaonyesha usawa wingi ndani ya mfumo wa nne kitanzi aquaponics; ambapo msubfeed/ndogo ni virutubisho kufutwa aliongeza kwa mfumo kupitia kulisha. Ongeza maandiko: QSubdis/Sub - Qsubx/Sub kwa distillate akarudi HP; 'sludge' kwa virutubisho kuingia Reactor

   Kielelezo 8.5 kinaonyesha mchoro wa usawa wa molekuli kwa mfumo wetu wa mfumo. Katika hali nzuri, mfumo una pembejeo moja tu na pato. Hata hivyo, katika mazoezi, mtu atakuwa na kuongeza virutubisho vya ziada kwa sehemu ya hydroponics ili kuongeza ukuaji wa mimea. Mtindo huu unaweza kutumika kwa ukubwa wa mfumo, k.m. kulingana na fosforasi, ambayo ni rasilimali isiyo mbadala (Chap. 2). Pembejeo kwa mfumo (msubfeed/sub) ni sehemu ya virutubisho ambayo samaki hutoa katika fomu iliyoharibiwa. Salio hujilimbikiza katika samaki kama biomasi au kuishia kama sludge (angalia sehemu ya awali). Pato ni matumizi ya virutubisho ya mimea. Kuamua matumizi ya virutubisho ya mimea inategemea mambo mengi na ni ngumu sana; njia rahisi ya kutoa makadirio mabaya ni kufikiria kupumua kwa mimea kama dereva mkuu wa matumizi ya virutubisho (Goddek na Körner 2019).

   Kiwango cha evapotranspiration ni tegemezi sana hali ya hewa na ni ama moja kwa moja au pasipo moja kwa moja kusukumwa na kufyonzwa shortwave mionzi, unyevu jamaa, joto, na COS Kutokana na utata mkubwa wa mfumo wa kitanzi, tunadhani kwamba mimea iko katika chafu iliyodhibitiwa na hali ya hewa, na kwa hiyo tunahitaji tu kufikiria mionzi ya kimataifa kama variable ya nguvu inayoamua kiasi gani cha mionzi ya shortwave inachukuliwa. Kwa maneno mengine, sisi kwanza haja ya kuamua ni kiasi gani cha virutubisho aliongeza kuwa inapatikana kwa mimea, na kisha kuamua ni kiasi gani mimea kweli kuchukua.

   8.4.1 Pembejeo ya Kulisha

   Kiwango cha kulisha samaki kinategemea jumla ya majani katika mfumo na uwiano wa uongofu wa malisho (FCR). Timmons na Ebeling (2013) hutoa mbinu rahisi ya kuamua viwango vya ukuaji wa samaki kwa aina tofauti za samaki. Hata hivyo, tunapendekeza kuchukua data za viwanda ili kuamua biomass zaidi kwa usahihi. Lupatsch na Kissil (1998) (Eq. 8.10) hutoa formula ya ukuaji wa jumla, ambayo Goddek na Körner (2019) waliamua coefficients ya ukuaji kwa kufaa kwa kutumia mazingira ya programu ya hisabati MATLAB (kazi ya ndani 'fitnlm') na data ya maandishi ya Nile Tilapia (Oreochromis nlapia). Uzito wa ziada wa awali na wa mwisho, joto la maji la mfumo, na pato la coefficients za ukuaji maalum zinaweza kupatikana katika Jedwali 8.2. Kuingiza vigezo hivi katika Eq. 8.10 inatupa uzito kwa siku maalum kwa aina hii ya samaki.

   $W_ {t} = [W_0^ {1-\ beta w} + (1-\ beta _w)\ alpha_wexp\ {\ Gamma_wt} T] ^ {\ frac {1} {1-\ beta w}} $ (8.10)

   ambapo Wsubt/sub (g) ni uzito wa samaki kwa wakati fulani (siku), Wsub0/sub (g) ni uzito wa awali wa samaki, T ni joto la maji (katika ˚C), αw βw na γw ni coefficients za ukuaji maalum (hakuna vitengo), na t ni wakati katika siku.

   Jedwali 8.2 vigezo vya ukuaji wa samaki kwa Eq. 8.10 kwa joto la maji lililopewa (T). Wsub0/sub na WSUP/Sub inaweza kubadilishwa kwa mahitaji ya mtu mwenyewe

   meza thead tr darasa="header” Thfunction/th Thparameters/th ThDescription/th Thvalu/th Thsource/th /tr /thead tbody tr darasa="isiyo ya kawaida” td rowspan="4"Ukuaji wa samaki/td TDWSU0/sub/Td TDUzito wa awali wa fingerlings Tilapia (katika g) /td TDKwa mfano, 55/td TDGoddek na Körner (2019) /td /tr tr darasa="hata” TDWsubf/sub/TD TDTarget mavuno uzito wa samaki (katika g) /td TDKwa mfano, 600/td TDGoddek na Körner (2019) /td /tr tr darasa="isiyo ya kawaida” TDT/TD TDJoto la maji la RAS (katika ˚C) /td td30/td TDTimmons na Ebeling (2013) /td /tr tr darasa="hata” tdαw; βw; γw/td coefficients maalum ya ukuaji wa TDSpecies/td td0.0261; 0.4071; 0.0827/td TDGoddek na Körner (2019) /td /tr /tbody /meza

   Kulingana na pato la equation hapo juu, tuliweza kuamua ni kiasi gani kulisha samaki itahitaji kwa hatua ya ukuaji. Mara nyingi, kiwango cha kulisha (X% ya uzito wa mwili) au FCR kinatajwa na mtengenezaji maalum wa kulisha. Hata hivyo, Timmons na Ebeling (2013) hutoa mwongozo mbaya kwa FCR kwa tilapia: 0.7-0.9 kwa Tilapia ambayo ina uzito chini ya 100 g na 1.2—1.3 kwa tilapia ambayo ina uzito zaidi ya 100 g Hii inafanywa kupitia equation ifuatayo.

   $Feed\ kiwango\ (g) =FCR\ mara wg_t\ mara m_ {samaki} $ (8.11)

   ambapo FCR ni uwiano wa uongofu wa malisho, WGsubt/ndogo ni faida ya uzito (kwa siku), na msubfish/ndogo ni kiasi cha samaki katika tank ya samaki.

   Faida ya uzito (WG) kwa siku inaweza kuamua na Eq. 8.10 kwa kutoa uzito wa, kwa mfano siku 10 kutoka uzito wa siku 11. Hii inaweza kufanyika kwa kila tank. Kielelezo 8.6 kinaonyesha pembejeo ya kulisha samaki kwenye mfumo wa Tilapia kutumia usawa hapo juu. Pembejeo ya kulisha wastani kwa siku baada ya mfumo huo umeendesha kabisa ni kilo 165.

   

   Mtini. 8.6 Mfano wa usawa wa majani kwa Tilapia uliongezeka katika mizinga 13 katika cohorts na kiasi cha jumla (ikiwa ni pamoja na biofilter na sump) ya 482.000 L kwa max. Jumla ya majani ya 80 t kwa kipindi cha miaka 2 ikiwa ni pamoja na awamu ya kuanza kwa uzito wa samaki wastani (a) (kila mstari inawakilisha tank moja/cohort) na kiwango cha kila siku cha kulisha (b) (data zilizochukuliwa kutoka Goddek na Körner 2019)

   8.4.2 Upatikanaji wa virutubisho

   Neto na Ostrensky (2013) ripoti ya mumunyifu N excretion ya 33% na mumunyifu P excretion ya 17% ya pembejeo kulisha wakati wa kuzaliana Nile Tilapia (Oreochromis niloticus, L.). Hizi ni virutubisho ambavyo hatimaye hujilimbikiza katika mfumo wa RAS na vinaweza kuchukuliwa na mimea.

   8.4.3 Kupanda matumizi

   Jedwali 8.3 inatoa maelezo ya jumla ya evapotranspiration maalum ya mazao (etsubc/Sub) viwango kwamba ni wanaohusishwa na mionzi ya kimataifa. Moja mm ya ET kwa kila mita ya mraba ni sawa na 1 L. kwa sizing rahisi, mtu anapaswa kuchukua wastani wa kila siku (angalia sehemu inayofuata).

   Jedwali 8.3 Maelezo ya jumla ya viwango vya mionzi ya nje ya kimataifa chini ya ardhi, hali ya bahari, na hali kali (kulingana na Goddek na Körner 2019) na evapotranspiration zao za mazao _ (nk, mm siku-1) _ viwango vya lettuce na tomato mzima katika mazingira ya chafu ya 20˚C na 80% jamaa unyevu. Lettuce ilikuzwa kwa upandaji wa kuendelea mwaka mzima; nyanya ilipandwa Januari na kuondolewa Desemba (Visiwa vya Faroe na Uholanzi) au Julai na Juni (Namibia)

   meza thead tr th rowspan="3"Mwezi/th th colspan="3"Visiwa vya Faroe/th th colspan="3"Uholanzi/th th colspan="3"Namibia/th /tr tr darasa="header” ThUlimwengi/th Theetsubc/sub/lettuce/th Thetsubc/sub/nyanya/th ThUlimwengi/th Theetsubc/sub/lettuce/th Thetsubc/sub/nyanya/th ThUlimwengi/th Theetsubc/sub/lettuce/th Thetsubc/sub/nyanya/th /tr tr darasa="header” thmol msup-2/sup siku-1/sup/th th colspan="2"kg msup-2/sup siku-1/sup/th thmol msup-2/sup siku-1/sup/th th colspan="2"kg msup-2/sup siku-1/sup/th thmol msup-2/sup siku-1/sup/th th colspan="2"kg msup-2/sup siku-1/sup/th /tr /thead tbody tr darasa="isiyo ya kawaida” TdBJanuariy/b/td td1.4/td td0.78/td td0.52/td td4.5/td td0.78/td td0.64/td td54.2/td td2.74/td td4.55/td /tr tr darasa="hata” TdBFebruari/b/td td5.2/td td0.85/td td1.38/td td9.1/td td0.93/td td1.40/td td53.7/td td2.70/td td4.64/td /tr tr darasa="isiyo ya kawaida” TDBMarch/b/Td td13.7/td td1.20/td td2.12/td td17.0/td td1.28/td td2.14/td td51.2/td td2.42/td td3.96/td /tr tr darasa="hata” TDBApril/b/td td30.6/td td1.90/td td3.05/td td27.9/td td1.82/td td2.90/td td40.2/td td3.05/td td5.38/td /tr tr darasa="isiyo ya kawaida” TDBmay/b/td td39.2/td td2.29/td td3.64/td td32.2/td td2.40/td td3.74/td td30.0/td td2.70/td td4.5/td /tr tr darasa="hata” Tdbjune/b/td td39.6/td td2.33/td td3.60/td td26.6/td td2.52/td td3.91/td td30.5/td td2.28/td td3.80/td /tr tr darasa="isiyo ya kawaida” TdbJuly/b/td td34.5/td td2.17/td td3.37/td td36.4/td td2.54/td td3.51/td td37.5/td td2.64/td td3.92/td /tr tr darasa="hata” TDbaugust/b/td td21.3/td td1.64/td td2.73/td td31.7/td td2.28/td td3.51/td td37.5/td td2.64/td td3.92/td /tr tr darasa="isiyo ya kawaida” TDBSeptemba/b/Td td13.2/td td1.20/td td2.04/td td23.1/td td1.75/td td2.77/td td43.2/td td2.00/td td3.02/td /tr tr darasa="hata” TDboctober/b/TD td6.0/td td0.91/td td1.77/td td13.3/td td1.17/td td1.94/td td51.6/td td2.07/td td3.09/td /tr tr darasa="isiyo ya kawaida” TDBnovember/b/Td td2.1/td td0.78/td td1.60/td td6.2/td td0.87/td td1.52/td td57.9/td td2.30/td td3.52/td /tr tr darasa="hata” TdbDecember/b/Td td0.4/td td0.79/td td1.66/td td3.5/td td0.77/td td1.52/td td59.8/td td2.44/td td3.95/td /tr tr darasa="isiyo ya kawaida” td Buaverage/u/b /td tdu17.3/u/td tdu1.41/u/td tdu2.28/u/td tdu20.6/u/td tdu1.5/u/td tdu2.50/u/td td3.83/td tdu2.64/u/td tdu3.83/u/td /tr /tbody /meza

   8.4.4 Kusawazisha Subsystems

   Kusawazisha loops ni muhimu kwa kupima mfumo. Pembejeo inapaswa kuwa sawa na pato (Mchoro 8.5). Katika mfumo wa aquaponics iliyosababishwa na kitengo cha bioreactor, tuna mito miwili ya uingiaji wa madini: (1) sehemu ya kulisha ambayo hutolewa kwa mfumo wa RAS kwa njia ya mumunyifu na (2) sehemu ya virutubisho katika sludge ya samaki ambayo bioreactor (s) kusimamia mineralize na kuhamasisha. Mtiririko mkubwa wa nje (mbali na kuondolewa mara kwa mara kwa sludge iliyosababishwa) ya virutubisho ni matumizi ya virutubisho ya mimea. Tofauti Eq. 8.12. inaonyesha usawa huu:

   $Mineralization\ (Eq.8.2) +m_ {feed} =\ frac {\ kusisitiza {Q_ {HP}\ times\ rho_ {HP}} {1000} $ (8.12)

   $ (\ kusisitiza {\ eta_ {feed}}\ mara 10000\ mara\ pi_ {feed}\ times\ pi_ {sludhe}\ times\ eta_ {min}) +\ kusisitiza {m_ {feed}}} =\ frac {\ kusisitiza {Q_ {HP}\ mara\ rho _ {HP} {1000} $ (8.13)

   ambayo $\ kusisitiza {\ eta_ {feed}} $ ni chakula cha wastani (katika kilo) kinachoingia kwenye mfumo wa RAS, πsubfeed/subis uwiano wa virutubisho katika uundaji wa kulisha, πsubsludge/sub ni uwiano wa kipengele maalum cha kulisha kinachoishia kwenye sludge, na ηsubmin/sub ni ufanisi wa madini na uhamasishaji ya mfumo wa Reactor, umsubfeed/sub/u ni kiasi wastani wa virutubisho kwamba samaki haja kubwa katika fomu kufutwa, UQsubHP/sub/u ni wastani wa jumla evapotranspiration, na ρsubHP/subis lengo (yaani mojawapo) virutubisho mkusanyiko kwa virutubisho maalum katika mfumo wa hydroponic.

   Hata hivyo, ili uweze kuamua eneo linalohitajika, kuna vigezo viwili vinavyotakiwa kutafsiriwa ili kutatua usawa huu. Equation 8.14 inaonyesha jinsi ya kuhesabu excretion ya virutubisho ya mumunyifu. Katika Eq. 8.15, tunaonyesha kwamba wastani wa evapotranspiration ni bidhaa ya eneo hilo na kiwango cha uvukizi maalum (hapa umeonyeshwa kama wastani) kwa msup2/sup.

   $\ kusisitiza {m_ {feed}} =\ kusisitiza {n_ {feed}}\ times\ pi_ {feed}\ times\ eta_ {excr} $ (8.14)

   ambapo ηsubexcr/sub inawakilisha sehemu ya virutubisho iliyotengwa na samaki katika fomu ya mumunyifu.

   $\ kusisitiza {Q_ {HP}} =A\ times\ kusisitiza {et_C} $ (8.15)

   ambapo $\ kusisitiza {Q_ {HP}} $ inawakilisha wastani wa jumla evapotranspiration (katika L), eneo, na $\ kusisitiza {ET_ {c} $ wastani wa mazao evapotranspiration katika mm/msup2/sup (yaani L/msup2/sup).

   Kutatua Eq. 8.13 kwa kuingiza EQS. 8.14 na 8.15 kupata A, tunaweza kuhesabu eneo la kupanda linalohitajika kwa heshima na pembejeo wastani wa kulisha (Eq 8.15).

   $A =\ frac {(\ kusisitiza {\ eta_ {feed}\ mara 1000\ times\ pi_ {feed}\ times\ eta_ {excr}\ times 1000}) + (\ kusisitiza {\ eta_ {feed}}}\ mara 1000\ pi_ {feed}\ mara\ pi_ {sludge}\ mara\ eta_) {min}\ kusisitiza {et_c}\ times\ rho_ {HP}} $ (8.16)

   Mfano 8.2

   Kwa mfano huu, tunataka ukubwa (yaani usawa) mfumo kuhusiana na P. kudhani kwamba RAS sehemu ya mfumo wetu inahitaji wastani kila siku kulisha pembejeo ya kilo 150. Mtengenezaji anaripoti maudhui ya P ya kulisha samaki kuwa 1%. Tunakadiria P kuishia katika sludge kuwa 55% na P kwamba samaki excrete katika fomu mumunyifu kuwa 17%. Bioreactors kufanya vizuri kabisa na mineralize karibu 85% ya P.

   Kwa upande pato, sisi mahesabu wastani wa mazao maalum evapotranspiration kiwango kwa lettuce (na, kwa mfano kwa kutumia FAO Penman-Monteith equation). Katika eneo letu, ni karibu 1.3 mm/siku (yaani 1.3 L/siku). Utungaji bora wa P wa ufumbuzi wa virutubisho unaripotiwa kuwa 50 mg/L (Resh 2013). Kupata eneo la kilimo cha mimea kinachohitajika kutumia P zinazozalishwa na mfumo ni kisha kutatuliwa na:

   $A=\ frac {(\ kusisitiza {\ eta_ {feed}\ mara 1000\ times\ pi_ {feed}\ times\ eta_ {excr}\ times 1000}) + (\ kusisitiza {\ eta_ {feed}}}\ mara 1000\ pi_ {feed}\ mara\ pi_ {sludge}\ mara\ eta_) {\ kusisitiza {et_c}\ times\ rho_ {HP}} $

   $A=\ frac {(150000\ mara 0.01\ mara 0.17\ mara 1000) + (150000\ mara 0.01\ mara 0.55\ mara 0.85\ mara 1000)} {1.3\ mara 50} $

   $\\ =\ frac {255000+701250} {65} $

   $\ =14711m^2 = 1.47ha$

   Mfano hapo juu unaonyesha kwamba wengi wa P katika kitengo cha hydroponics hutoka kwa bioreactors. Hivyo, utekelezaji wa bioreactor ndani ya mfumo wa decoupled ina athari kubwa sana juu ya P endelevu. Kwa kulinganisha, ili ukubwa wa mifumo rahisi ya aquaponics ya kitanzi, utawala wa kidole hutumiwa. Kwa mimea ya majani takriban 40—50 g na kwa mimea ya fruity takriban. 50—80 g ya malisho inahitajika kwa eneo la kilimo cha msup2/sup (FAO 2014). Wakati wa kuangalia pembejeo ya malisho katika mfano uliopewa hapo juu = kilo 150, na kugawanya kwa 45 (wastani wa makadirio ya mimea ya majani), eneo la kilimo lililopendekezwa ni karibu na 3750 msup2/sup. Kuondoka nje ya mineralization sludge, mfano wetu ungependekeza eneo la kilimo la 3333 msup2/sup wakati wa kupima mfumo kwenye P.

   8.4.5 Jukumu la Kitengo cha Kutengeneza

   Jukumu la kitengo cha kunereka ni kuweka mkusanyiko wa virutubisho wa mfumo wa RAS na mfumo wa hydroponics katika ngazi zao zinazohitajika. Kwa kuwa mkusanyiko wa virutubisho na wiani maalum wa virutubisho ni nguvu katika mifumo ya RAS (yaani kulingana na viwango vya etsubc/sub) ambayo hutegemea mtiririko wa QsubHP/sub na Qsubx/Sub (Mchoro 8.5), ukubwa wa kitengo cha kunereka hawezi kuamua kutumia usawa tofauti. Hivyo, mfano wa mfululizo wa muda unahitajika kuamua mkusanyiko wa virutubisho katika RAS kwa muda. Mkusanyiko wa virutubisho kwa wakati fulani ni muhimu kuweza kutekeleza milinganyo ya usawa wa wingi ndani ya mfumo (Sect. 8.3).

   

   Kielelezo 8.7 Masimuleringar kulinganisha NO3-N mkusanyiko katika mfumo wa maji RAS juu ya athari za kunereka mtiririko (hakuna, mstari imara; 5000 L h-1, dashed line) juu ya hydroponics (njano, --) na RAS (bluu, —-) viwango vya ufumbuzi wa virutubisho katika** (a) ** Namibia na ** (b) ** Uholanzi, i** Uholanzi, i** Uholanzi, yaani, yaani, yaani, yaani, katika chini na juu latitudo (Namibia 22.6˚S na Uholanzi, 52.1˚N, kwa mtiririko huo) ndani ya kipindi cha miezi 36 (ikiwa ni pamoja na awamu ya kukimbia kwa mfumo) kwa kutumia data ya hali ya hewa ya ndani na greenhouses iliyobadilishwa na hali ya hewa kama pembejeo

   Kwa mfumo kuwa na usawa (yaani pembejeo = pato), tunaweza kutoa mwongozo wa jumla juu ya uwezo unaohitajika wa kitengo hicho cha kunereka. Lengo ni kuepuka mkusanyiko wa virutubisho katika mfumo wa RAS. Kielelezo 8.7a, b inaonyesha athari za mtiririko wa kunereka kwenye hydroponics na ufumbuzi wa virutubisho wa RAS bila kitanzi cha mineralization katika latitudes mbili tofauti. Mifumo yote miwili ina pembejeo sawa ya kulisha (kwa wastani wa 158.6 kg siku-1/sup; tazama tini 8.6). Hata hivyo, kwa kuzingatia mazingira ya mazingira na greenhouses iliyobadilishwa na hali ya hewa, eneo muhimu na mojawapo la hydroponic linatofautiana kati ya maeneo ya kijiografia (angalia Chap. 11). Mifumo ya hydroponic yenye viwango vya chini vya uwezo wa uvukizi, kama ilivyo kawaida katika maeneo yaliyo kwenye latitudo za juu (yaani mbali na ikweta) ingehitaji maeneo makubwa ya kilimo kuliko maeneo yaliyo karibu na ikweta. Wakati huo huo, tofauti ya juu ya kila mwaka katika umeme na hivyo transpiration ni ya kawaida katika mikoa hii, hivyo mahitaji makubwa juu ya kutofautiana kwa msimu juu ya maji na virutubisho iko (tazama Mchoro 8.7). Katika kilimo cha chafu, hata hivyo, taa za ziada zinaweza kuwa muhimu, na katika nchi kama vile Norway, kilimo cha mboga bila taa za ziada hazifanyika. Aidha, jumla ya majani ya majani ya mazao hufanya tofauti; mazao yenye eneo la jani la juu kwa eneo la ardhi la kitengo (yaani jani la eneo la majani) transpire zaidi ya mazao yenye maeneo madogo ya majani, na tofauti tofauti inaweza kuonekana kati ya mazao ya nyanya na lettuce. Sababu zote hizi zinahitajika kuchukuliwa wakati wa kupanga na kupima mfumo wa aquaponic.

   Katika zifuatazo sisi kutoa maelezo ya jumla ya optimized hydroponic eneo ukubwa kwa ajili ya mifumo ya juu ilivyoelezwa aquaponics: eneo kilimo kwa monocultures simulated na matukio katika hatua ya 250 msup2/sup kupata eneo kufaa ya saladi ama au nyanya ili kusawazisha mfumo ipasavyo alikuwa bila taa za ziada (kwa lettuce au nyanya, kwa mtiririko huo):

   • 17.000 msup2/sup au 11.750 msup2/sup kwa Visiwa vya Faroe

   • 15.500 msup2/sup au 11.000 msup2/sup kwa Uholanzi

   • 8750 msup2/sup au 6500 msup2/sup kwa ajili ya Namibia

   Ingawa ukubwa wa mifumo hutofautiana, wastani wa matumizi ya virutubisho kila mwaka ni sawa. Hata hivyo, wakati wa kuunganisha mfumo wa digester, tunapaswa kuzingatia chanzo cha ziada cha virutubisho (Mchoro 8.1c). Kubadilisha sehemu moja bila shaka husababisha kutofautiana kwa mfumo, lakini mfumo lazima uwe na lengo la kutoa virutubisho bora kwa RAS na HP. Kwa mfano, NO3-N katika RAS lazima iwe chini ya kizingiti fulani\ 200 mg L<sup-1/sup kwa, kwa mfano tilapia, wakati PO4-P katika HP inapaswa kuwa karibu iwezekanavyo na mkusanyiko uliopendekezwa wa 50 mg LSUP-1/sup kwa kilimo cha mimea bora. Hivyo, masomo simulation kusaidia kuamua sizing ya vipengele katika decoupled imefungwa multi-kitanzi aquaponics mfumo ili kufikia mojawapo ya vifaa vya madini kwa samaki na mimea. Kwa kusudi hilo, Goddek na Körner (2019) waliunda simulator ya aquaponics ya numeric.

   Hata hivyo, kupanga mfumo wa aquaponic unahusisha ufahamu wa mfumo wa msingi ili kufikia usawa ambao unapunguza kilele kisichohitajika katika mahitaji ya virutubisho na ugavi. Tangu nguvu ya kuendesha gari kwa mienendo ya virutubisho ni evapotranspiration ya mazao (etsubc/sub katika mfumo HP), ambayo kwa kiasi kikubwa inaendeshwa na microclimate na kufyonzwa mwanga. Katika mfumo kikamilifu uwiano, hii itakuwa automatiska kikamilifu na kudhibitiwa (angalia Sect 8.5 mazingira yenye taa 24-h. Mimea inahitaji kipindi fulani cha giza cha takribani 4—6 h, hivyo mfumo bora wa uwiano ni kihalisi kutekeleza aquaponics katika viwanda vya mimea vilivyofungwa tu na vyanzo vya mwanga bandia. Hii, hata hivyo, inahitaji gharama kubwa za pembejeo za umeme na uwekezaji na inawezekana tu kwa bei za bidhaa za juu sana. Kwa hiyo, tunapendekeza uzalishaji wa chafu na taa za ziada (ikiwa ni lazima na ikiwa hulipa) kama njia ya vitendo na kiuchumi inayowezekana ya kujenga kitengo cha aquaponic. Kuweka mimea yote na samaki katika matokeo sawa ya ujenzi wa kimwili katika mahusiano ya ziada ikiwa ni pamoja na inapokanzwa kupunguzwa na kuongezeka kwa ukuaji wa mimea kwa njia ya muinuko Cosub2/Sub (Körner et al. 2017).

   Mbali na masuala haya ya kiufundi, taratibu za kilimo cha mimea (sehemu ya bustani ya vitendo ya mfumo) zinapaswa kurekebishwa kwa mahitaji ya aquaponics kama vile kuna mahitaji ya virutubisho ya mara kwa mara (kuchukua hali ya hewa sawa na mwanga) kama inavyoonekana katika Jedwali 8.3. Kilimo cha lettuce na wiki nyingine za majani hufanyika kuendelea (Körner et al. 2018), wakati mazao makubwa, kama mboga za matunda kama vile nyanya, tango, au pilipili tamu, hupandwa majira ya baridi, na mavuno ya kwanza mara nyingi mwishoni mwa baridi/spring mapema ikifuatiwa na kuondolewa kwa mimea na nyingine mazao kupandwa kwa ajili ya mavuno katika majira ya baridi tena. Bila upandaji, i.e. ama aina mbalimbali za mazao katika mfumo huo au makundi ya mboga za matunda yaliyopandwa mwaka mzima ili kuendeleza mahitaji ya virutubisho, vipindi vya mahitaji ya chini ya virutubisho na viwango vya juu vya virutubisho vitatokea. Kulingana na Goddek na Körner (2019), tunaonyesha tofauti ya NoSub3/sub-N katika RAS kwa nyanya (mara nyingi haijabadilishwa katika aquaponics) na lettuce wakati hakuna taa za ziada zinazotumiwa kwa maeneo matatu ya hali ya hewa (Visiwa vya Faroe, Uholanzi, na Namibia) (Mchoro 8.8). Uwiano wa mfumo unafanikiwa kwa kuongeza mwanga wa kila siku muhimu (yaani jumla ya mwanga wa mol uliopatikana wakati wa kipindi cha 24-h) na udhibiti wa taa wa ziada wa nguvu (Körner et al. 2006).

   

   Mtini. 8.8 NO3-N katika RAS pamoja na HP kukua nyanya au lettuce katika maeneo matatu ya hali ya hewa na latitudo kupungua (Visiwa vya Faroe 62.0N, Uholanzi 52.1˚N, Namibia 22.6˚S) na eneo optimized kwa hydroponics (tazama hapo juu) katika simulation ya miezi 36 kutumia data ya hali ya hewa ya hewa na greenhouses kama pembejeo ya mfano

   Kutumia teknolojia ya kuneresha/desalination inaweza kuchangia katika kupunguza kwa kiasi kikubwa katika viwango vya virutubisho katika RAS huku kurekebisha viwango katika mfumo wa HP karibu na optima, yaani. kitengo huzingatia virutubisho kwa viwango vinavyotakiwa na mimea. Kielelezo 8.9 kinaonyesha athari za kitengo cha desalination kwenye mkusanyiko wa RAS NoSub3/sub-N wakati wa kutumia kati ya 0 na 5000 L hsup-1/sup na mfumo-1/sup. Ni dhahiri kwamba kwa kuongezeka kwa uharibifu wa maji, mkusanyiko wa NoSub3/sub-N katika mfumo wa RAS unapungua. Kitengo, hata hivyo, kinadhibitiwa na mahitaji ya PosU4/Sub katika mfumo wa HP. Peaks inahitaji kuepukwa na, kama ilivyoelezwa hapo juu, hii inaweza kupatikana kwa kujenga mazingira imara ya hali ya hewa na udhibiti wa mwanga wa nguvu. Ni dhahiri kwamba katika mikoa ya hali ya hewa yenye tofauti ndogo ya kila mwaka katika mionzi ya jua, kuna tofauti ndogo katika etsubc/ndogo na mfumo kamili ni imara zaidi. Kuweka taa na kuweka mwanga wa kila siku muhimu wa angalau 10 mol msup-2/sup inaweza kulipa fidia kwa tofauti za msimu. Kupandikiza na uzalishaji mchanganyiko wa mazao husaidia kiwango cha kilele kinachotokana na itifaki ya kilimo cha nyanya za jadi na mimea michache wakati wa baridi wakati wote

   

   Mtini. 8.9 NO3-N katika RAS pamoja na HP na nyanya (kulia) au lettuce (kushoto) na desalination kati ya 0 na 5000 L h sup-1/sup ugavi katika maeneo matatu ya hali ya hewa na latitudo kupungua (Visiwa vya Faroe 62.0˚N, Uholanzi 52.1˚N, Namibia 22.6˚S) na eneo kubadilishwa kwa HP (tazama hapo juu) katika simulation 36 mwezi kutumia data ya hali ya hewa ya ndani na greenhouses ya hali ya hewa kubadilishwa kama mfano

   hali ya hewa (mionzi ya chini) na kilimo (mimea ndogo, uwezo mdogo etsubc/sub) huchangia kwenye mkusanyiko wa virutubisho.

5. 8.5 Ufuatiliaji na Udhibiti

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

   Katika kudhibiti maoni classical, kama PI au PID (Proportional-Derivative) kudhibiti, vigezo kudhibitiwa (CV) ni moja kwa moja kipimo, ikilinganishwa na setpoint, na hatimaye kulishwa nyuma mchakato kupitia sheria ya kudhibiti maoni.

   Katika Mtini. 8.10, ishara, bila hoja ya wakati, zinaashiria kwa barua ndogo, ambapo y ni variable kudhibitiwa (CV) ambayo inalinganishwa na kumbukumbu (setpoint) ishara r. hitilafu ya kufuatilia ε (yaani r - y) inalishwa ndani ya mtawala, ama katika vifaa au programu, ambayo pembejeo ya udhibiti u, pia inajulikana kama variable manipulated (MV), ni yanayotokana. Pembejeo u huathiri moja kwa moja mchakato (P) ambayo matokeo ya matokeo (y). pato sampuli ni hatimaye ikilinganishwa na r, ambayo kufunga kitanzi. Katika mazoezi, kitanzi hiki kinaendelea mpaka mtawala atakapozima. Kuna maandiko ya kina juu ya udhibiti wa maoni (Doyle et al. 1992; Morris 2001; Ogata 2010), na hii imekuwa somo la utafiti kwa miaka mingi, kuanzia na kazi za Bode (1930) na Nyquist (1932).

   

   mtini. 8.10 Maoni kudhibiti na mtawala (C) na mchakato (P). r kumbukumbu signal, eps kufuatilia makosa, u pembejeo signal, y pato sigma

   Katika RAS, CV za kawaida ni joto, pH, na ukolezi wa oksijeni (DO), ambayo sensorer za kuaminika zipo. Kwa hiyo, udhibiti wa maoni ya vigezo hivi vya ubora wa maji unaweza kufikiwa kwa urahisi. Hata hivyo, katika mazoezi, mara nyingi, ishara za pembejeo na pato zinavunjika na michakato ya kelele, kama vile pembejeo zisizojulikana na kelele ya kipimo. Aidha, mchakato wa jumla (P) unaweza kubadilika baada ya muda kutokana na ukuaji, kukomaa, senescence, nk. kulisha samaki ni pembejeo nyingine katika RAS na athari zake juu ya ukuaji wa samaki haziwezi kuonekana moja kwa moja au kupimwa. Kwa vigezo hivi, controllers mfano makao (kwa mfano feedforward, mfano uingizaji, na udhibiti mojawapo) ni kawaida kuletwa kutabiri majibu ya mabadiliko katika pembejeo kudhibiti. Hata hivyo, kulisha samaki ni kawaida aliongeza kwa misingi ya maadili kupatikana katika meza au maelekezo, lakini udhibiti huu kanuni makao inaweza kuhitaji baadhi ya marekebisho katika mazoezi halisi ya kutenda kama mtawala maoni. Tabia za samaki katika RAS ni kipimo cha udhibiti wa maoni ya kawaida kama samaki huitikia physiologically kwa mabadiliko ya mazingira na tofauti katika harakati, mahali, kupokea kulisha, nk.

   Uzalishaji wa hydroponic kwa kawaida hufanyika katika mazingira ya ulinzi kama vile greenhouses au viwanda vya mimea ambako mazingira yote ya mizizi na angani yanahitaji kudhibitiwa. On-off controllers kwamba predictively mfano mojawapo mazingira angani wamekuwa kuthibitika bora katika utafiti wa majaribio, lakini kibiashara imekuwa polepole, ambapo controllers maoni ni kiwango katika wengi hali ya hewa-kudhibitiwa greenhouses. Hata hivyo, actuator inatofautiana na aina ya mtawala na valves inapokanzwa na matundu kawaida maoni-kudhibitiwa lakini taa kwa kawaida kuwa na utaratibu ON-OFF na wachache tu kuwa dimmable. Watawala ambao wanategemea sensor au pembejeo data wanaweza kukabiliana na ukuaji wa haraka katika mazingira ya ulinzi na kusababisha high quality kuzalisha na bei ya juu ya soko ambayo inaboresha gharama zake faida. Wengi greenhouses kibiashara bado kuwa classical serikali kuu iko sensor kunyongwa 1—2 m juu ya mazao na kufunika mita mia kadhaa za mraba bado inatumika, lakini sensorer nyingi wireless kufunika maeneo madogo ni kuwa ilianzisha ingawa sehemu kubwa ya data ya kina haiwezi kutumika kwa sababu badala kubwa maeneo ya hali ya hewa yanadhibitiwa na actuators sawa. Maendeleo katika teknolojia ya sensor (kwa mfano sensorer joto microclimate, wasindikaji picha, halisi halisi gesi kubadilishana au chlorophyll fluorescence vipimo) kushikamana na modeling programu inaweza kutumia mifumo maamuzi msaada na kuwa mifumo automatiska kudhibiti.

   Katika mifumo ya kawaida ya bioreactor, joto, pH, oksijeni iliyoharibika katika mifumo ya aerated, na fluxes ya gesi katika mifumo ya anaerobic huendelea kupimwa na kurekebishwa na joto la kutosha, pH, na controllers ya oksi Mbali na hayo, nyakati zote za hydraulic (HRT) na sludge retention (SRT) pia mara nyingi huwekwa na kudhibiti (taka) mtiririko wa maji na mtiririko wa taka za majani, kwa mtiririko huo.

6. 8.6 Athari za Kiuchumi

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

   Teknolojia zinazozalisha faida kidogo, lakini ni bora kwa mazingira kwa kawaida hutekelezwa tu wakati waendeshaji wanapokea motisha kwa njia ya ruzuku au sera zinawahimiza kufanya hivyo. Katika kesi ya mifumo ya aquaponics moja-kitanzi, rufaa iko katika teknolojia ya riwaya na mbinu ya mfumo wa matumizi endelevu ya rasilimali badala ya uwezo wake wa kiuchumi. Hata hivyo, machapisho ya hivi karibuni kutoa ushahidi kwa faida ya uzalishaji: wiki majani kukua bora katika mazingira decoupled kuliko katika mifumo tasa hydroponic (Delaide et al. 2016; Goddek na Vermeulen 2018) na lettuce katika mifumo ya aquaponics decoupled alikuwa na faida ya ukuaji wa takriban 40% ikilinganishwa na hali ya- mbinu ya sanaa hydroponic.

   Ingawa viwango vya juu vya ukuaji vinaweza kutarajiwa, mifumo ya aquaponics ya kitanzi nyingi bado ni ngumu zaidi kuliko mifumo ya hydroponiki na uwekezaji muhimu wa awali unahitajika kwa utekelezaji. Maeneo mengi ya kijiografia yanahitaji chafu ya juu ili kudhibiti hali ya mazingira (yaani unyevu wa jamaa wa 80%, joto la mara kwa mara la karibu 20C). Vyanzo vya nishati mbadala vinaweza kutumika kwa ajili ya baridi na joto, lakini kwa sasa mifumo hiyo ina faida tu wakati wa kuanzisha kwa kiwango kikubwa (yaani\ > 1 ha) ambapo hali nzuri ya soko inashinda.

7. 8.7 Athari za Mazingira

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

   Kulingana na Mfano 8.2, kuna ushahidi kwamba kutibu sludge katika digesters inaweza kuwa na athari ya manufaa juu ya matumizi ya virutubisho, hasa fosforasi. Mifumo ya Bioreactor, kama vile mfumo wa mitambo ya UASB ya hatua mbili, inaweza kuongeza ufanisi wa kusindika fosforasi hadi 300% (Chap. 10)). Hapo awali, katika Chap. 2, tulijadili fosforasi kitendawili kuhusiana na uhaba wa phosphate na matatizo na eutrophication. Bioreactors zina faida kubwa kwa kuongezeka kwa virutubisho kutoka sludge, hivyo kusaidia kufunga kitanzi cha baiskeli cha virutubisho ndani ya mifumo ya aquaponics. Hata hivyo, utafiti zaidi unahitajika ili kuboresha mifumo hiyo ili kuongeza bioavailability ya virutubisho maalum. Takwimu 8.11, 8.12, na 8.13 zinaonyesha pembejeo, pato, na taka za mifumo ya maji ya kusimama pekee na hydroponics ikilinganishwa na mfumo wa maji ya maji. Inaweza kuonekana kwamba mbinu iliyopigwa ni sehemu ya dhana ya kilimo yenye kuahidi kwa kupunguza taka na mfumo wa kuchakata.

   

   Mtini. 8.11 Ingiza, pato, na kupoteza mito katika mfumo wa hydroponic wa kusimama pekee

   

   Mtini. 8.12 Ingiza, pato, na kupoteza mito katika mfumo wa kusimama pekee wa maji

   

   mtini. 8.13 Ingiza, pato, na hasara mito katika decoupled mbalimbali kitanzi aquaponics mfumo inahusu anaerobic Reactor mfumo