Процес и дизайн на параметри за сушезависима индустриализирана реколационна аквакултурна система (RAS) (Част 3): Параметри за качество на водата

Параметри за качество на възвръщаната вода

Параметрите за качество на водата и стандартите за проектиране образуват основата за проектирането и управлението на системи за трудене на възвръщана вода. Долното са референтни диаграми и параметри, които често използва  Инженерна екип :

1. Проектиране на система за премахване на твърди частици

Общите подвъски твърди вещества (TSS) се използват често като параметър за измерване на твърдата частична материя в системи за рециркулиране на аквакултурни води (RAS). Те главно се отнасят до общия обем на твърди частици с размер по-голям от 1 микрон в единица вода. В системата за рециркулиране на вода, TSS включва рибий кал, остатъчна храна, биологични флоки (мъртви и живи бактерии) и др. Размерът на тези подвъски частици варира значително от микрометров до сантиметров ниво. Подвъските частици могат директно да повлияят върху здравето и растежа на рибите (особено на рибите от студена вода) и също така да увеличат теглото върху биофильтрите. Затова е необходимо да се поддържа концентрацията на подвъски частици в рециркулиращата вода в разумен диапазон.

В някои държави от ЕС системите за аквакултура с рециркулация (RAS) имат относително строг контрол върху природните суспензионни частици. Например, за водните масиви, използвани в системите за аквакултура с рециркулация (RAS), концентрацията на природните суспензионни частици (измервана чрез общо суспендирано вещество TSS) обикновено трябва да бъде поддържана под 15 мг/л, за да се поддържа добрия качеството на водата и екологичната среда.

Съединените американски щати също разполагат със съответни регулации за качеството на водата в областта на аквакултурата и очистката на вода. В системите за аквакултура с рециркулация (RAS) съществуват определени ограничения и за съдържанието на суспензионни частици (конвертирано чрез замърсяване и други свързани индикатори). Идеалният диапазон за концентрацията на суспензионни частици е около 8-12 мг/л, който се използва за да се гарантира оцеляването и размножаването на водните организми.

При реалното функциониране на фабриката, базирана на системата за аквакултура с рекрентно използване на вода (RAS) в Китай, обикновено се иска да се контролира концентрацията на подвижните частици (подвижни твърди вещества SS) под 10 мг/л. За някои драгоценни видове, които изискват високо качество на водата, като лосос, дори се иска да се контролира под 5 мг/л.

параметри за премахване на разтворени замърсители

Разтворимостта във вода включва разтворими неорганични вещества и разтворими органични вещества. Сред тях, разтворимите шкодливи вещества са предимно амонячен азот (NH3-N) и нитритен азот (NO2--N). Амонячният азот може да влезе в кръвообращението на рибите чрез жаби и кожа, нарушавайки техния нормален трикарбоксилатен цикъл, променяйки техния осмотичен натиск и намаляваейки способността им да абсорбират кислород от водата, което влияе върху техния нормален растеж и оцеляване.

Често използваната фиксирана мембранна нитрификационна биофилтър в системите за циркулиращо аквакултурно стопанство (RAS) е микробното съобщество, което преобразува амоняковия азот и расте на повърхността на определен биологичен пакет. Амонякът се прехвърля до фиксираната биофилма чрез дифузия и след това се преобразува. Основната цел на проектирането на биологичния филтриращ процес е да се гарантира, че филтърът има достатъчно нитрифициращи бактерии, за да премахне амоняковия азот, излъчван от рибите, да се поддържа концентрацията на амоняков азот в аквакултурната система в предварително определен диапазон и да се осигури безопасността и ефективният растеж на рибите.

2.1 Контрол на амоняков азот (NH₃-N)

Амониевото азот е един от основните загадители, растворени във водата в системите за аквакултура с рекрциклиране (RAS). То главно произлиза от изкакалките и остатъците от храната на отглежданите организми. Високи концентрации на амониев азот могат да бъдат токсични за отглежданите организми, влияйки върху техния растеж, имунитет и способност за размножаване. В биофилтри премахването на амониев азот главно зависи от нитрификацията, осъществена от микроби като нитрифициращите бактерии, които преобразуват амониев азот в нитрит и нитрат.

При проектирането на биофилтър трябва да се има предвид достатъчен повърхностен обем и обем на филтриращия материал, за да се осигури място за растежа и размножаването на нитрификационните бактерии. Едновременно е необходимо да се контролира теглото на амоняковото азот в входящата вода и да се избегне прекалено висока концентрация на амоняков азот, която може да повлияе отрицателно върху биологичния филтър. Например, концентрацията на амоняков азот в входящата вода може да се намали чрез използването на автоматично хранителна машина и прилагане на стратегия за хранене с малки порции и повече хранения. Определете допустимата концентрация на амоняков азот за биофилтъра, базирана на толерантността към амоняков азот и плътността на разграждането на култивираните организми. Обикновено за повечеството пресноводни риби за аквакултура общата концентрация на амоняков азот трябва да се поддържа под 1 мг/л, а неионизираният амоняк не трябва да надвишава 0,025 мг/л.

2.2 Контрол на нитрит (NO₂⁻-N)

Нитритът също е параметър за качество на водата, който трябва да се наблюдава внимателно в системата за рециркулирана аквакултура (RAS). Той е промежуточен продукт при процеса на нитрификация на амониевия азот и също така е токсичен за аквакултурните организми. Нитритът може да повлияе върху транспортирането на кислород в кръвта на отглежданите организми, което води до симптоми на хипоксия като дишане с груша, плутащи глави и дори смърт.

При проектирането е необходимо да се гарантира, че биофилтърът може ефективно да преобразува нитрита в нитрат. Това изисква поддържане на активността на денитрифиращите бактерии в биофилтъра и предлагане им на подходящи условия, като например подходящо количество на растворен кислород. Обикновено се изисква да се контролира концентрацията на нитрит под 0.5мг/Л.

2.3 Разглеждане на морските аквакултурни фактори

Солеността на морската вода е относително висока, съдържащи различни иони като натриеви иони (Na ⁺ ), хlorидни иони (Cl ⁻ ) , магнезиеви иони (Mg ² ⁺ ), калциеви иони (Ca ² ⁺ ), и т.н. Марините аквакултурни организми са развили сложни системи за ионна регулация по време на дългосрочната си адаптация към високосолени околнини. Когато нитрит прониква в морски организми, те могат частично да намалат физиологичното действие на нитритите, като използват собствената си ионна регулационна система. В системата за циркулираща аквакултура (RAS), хlorидният ион (Cl -) може да намали токсичността на нитрита (NO2-) за аквакултурните организми чрез конкурентно инхибиране. Специфично, както хlorидният ион, така и нитритът трябва да влязат в тялото на рибата през хlorидните клетки на жаберните пластини. Присъствието на хlorидни иони увеличава трудността нитритите да проникнат в тялото на рибата, което намалява нейната токсичност. Обикновено, когато концентрацията на хlorидни иони във водата е шест пъти по-висока от тази на нитрита, това може ефективно да инхибира токсичността на нитрита за аквакултурните организми. Сравneto с пресноводната аквакултура, морската аквакултура има по-малко токсични опасности от нитрита, което е свързано с по-високата концентрация на хlorидни иони в морската вода. Затова, в системата за циркулираща аквакултура (RAS), чрез разумно регулиране на соленията, токсичността на нитрита може да бъде ефективно намалена, а здравето и безопасността на аквакултурните организми могат да бъдат защитени.

3. Дисолвиран кислород (DO)

В система за рециркулиращо аквакултурно стопанство (RAS), дисолвиран кислород (DO) е ключов параметър за качеството на водата. Рибите и другите водни организми поглъщат дисолвиран кислород от водата чрез респирацията на жабите, за да поддържат своя метаболичен процес. Дознайки концентрация на дисолвиран кислород, необходима за нормалното развитие на повечето топлокровни риби, обикновено е около 5-8 мг/л. Когато концентрацията на дисолвиран кислород е по-ниска от критическия ниво, респирацията на водните организми ще бъде инхибирана, скоростта на техния растеж ще намалее, имунитетът им ще се понижи и те лесно могат да бъдат заразени от болести. Например, когато нивото на дисолвиран кислород е под 2 мг/л, много риби ще започнат да изявяват феномена „плаващи глави“, а продължително пребиваване при ниски нива на дисолвиран кислород може да доведе до смъртта на рибите.

В системата за аквакултура с рециркулация (RAS) се препоръчва да се поддържа растворен кислород между 8-10 мг/Л. Повишеният ниво на кислород е полезен за увеличаване на хранителните нива и намаляване на соотношението храна/храна.

4. Контрол на pH

В система за аквакултура с рециркулация (RAS), подходящият диапазон на pH за рибите обикновено е между 7.0-8.5. Например, повечето пресноводни риби растат добре в среди с pH 7.2-7.8. Това е поради това, че в този диапазон на pH физиологичните функции на рибите, като дишане и регулиране на осмотичното налягане, могат да се извършват относително нормално. Газовият обмен се осъществява чрез жаби, а подходящата киселина или алкаленост в водата насърчава нормалния процес на обмяна на кислород и углероден диоксид.

За разводене на креветки, като например бяла южноамериканска креветка, подходящият диапазон на pH е приблизително 7.8-8.6. Това се дължи на физиологичната структура и поведенческите характеристики на ракообразните, които ги правят по-адаптивни към малко по-високи pH среди. Подходящият pH е полезен за растежа на креветките по време на процеса на отслагане.

Всъщност, по време на процеса на циркулираща аквакултурна система (RAS), стойността на pH намалява непрекъснато по мере продвижването на аквакултурата и е необходимо да се коригира pH на водата. Може да се използва оборудване за автоматично регулиране на pH. Автоматично регулира стойността на pH на водната маса според данните от pH сензор.