Kystbaseret industrialiseret recirkulerende akvakultur system (RAS) proces- og parameterdesign (Del 3): Vandkvalitetsparametre

Vandkvalitetsparametre for cirkulerende vand

Vandkvalitetsparametre og designstandarder danner grundlaget for design og driftsforvaltning af systemer til behandling af cirkulerende vand. Nedenfor er der reference-diagrammer og parametre, som ofte bruges af  Ingeniørteam :

1. Design af System til Fjernelse af Faste Partikler

Total Suspended Solids (TSS) bruges ofte som en parameter til at måle fast partikelmaterie i en Recirculating Aquaculture System (RAS). Den henviser hovedsagelig til den samlede mængde af partikler med en størrelse større end 1 mikron i et enhedsvand. I det cirkulierende vandsystem inkluderer TSS fiskefødevare, rester af fiskeskadedyr, biologiske flok (døde og levende bakterier) osv. Størrelsen på disse suspenderede partikler varierer meget fra mikrometer til centimeterniveau. Suspenderet partikelmaterie kan direkte påvirke fiskens sundhed og vækst (især koldefisk), og også øge byrden på biofilter. Derfor er det nødvendigt at holde koncentrationen af suspenderede partikler i det cirkulierende vandsystem inden for et rimeligt omfang.

I nogle EU-lande er kontrol med suspenderet partikelmaterie i systemer til cirkulær akvakultur (RAS) relativt streng. For eksempel bør koncentrationen af suspenderet partikelmaterie (målt som total suspended solids, TSS) i vandmasser anvendt til cirkulær akvakultur (RAS) normalt holdes under 15 mg/L for at opretholde god vandkvalitet og økologisk miljø.

USA har også relevante vandkvalitetsregler inden for akvakultur og vandbehandling. I systemerne til cirkulær akvakultur (RAS) findes der også bestemte begrænsninger for indholdet af suspenderet partikelmaterie (omregnet ved tyngest og andre relaterede indikatorer). Den ideelle koncentrationsområde for suspenderet partikelmaterie ligger omkring 8-12 mg/L, hvilket bruges til at sikre overlevelse og reproduktion af akvakulturelle organismer.

I den faktiske drift af fabriksbaserede recirculationsakvakultur (RAS)-systemer i Kina kræves det normalt, at koncentrationen af suspenderet partikulært stof (suspenderede faste stoffer SS) holdes under 10 mg/L. For nogle dyrebare arter, der kræver høj vandkvalitet, såsom laks, kræves det endda, at det holdes under 5 mg/L.

2. Parametre for fjernelse af opgeløste forurenstillinger

Vandsolubilitet omfatter opdelte anorganiske stoffer og opdelte organiske stoffer. blandt disse er vandsoluble skadelige stoffer hovedsageligt ammoniak-nitrogen (NH3-N) og nitrit-nitrogen (NO2--N). Ammoniak-nitrogen kan trænge ind i fiskens blodstrøm via løg og hud, hvilket forstyrer deres normale citronsyrekreds, ændrer deres osmotiske tryk og reducerer deres evne til at absorbere syre fra vandet, hvilket påvirker deres normale vækst og overlevelse.

Den hyppigt brugte fikserede membran-nitrifikationsbiofilter i Recirculating Aquaculture System (RAS)-systemer er ammoniak-nitrogen-konverterende bakteriefællesskab, der vokser på overfladen af et bestemt biologisk pakningsmateriale, og ammoniak-nitrogen overføres til den fikserede biofilm gennem diffusion og konverteres. Hovedformålet med designet af den biologiske filtreringsproces er at sikre, at filtret har tilstrækkelige mængder nitrificerende bakterier til at fjerne ammoniak-nitrogen, som udsættes af fisk, holde ammoniak-nitrogen-konzentrationen i opdrætsystemet inden for den forudbestemte grænse og sikre fiskenes sikkerhed og effektive vækst.

2.1 Ammoniak-Nitrogen (NH₃-N) Kontrol

Ammoniak-nitrogen er en af de hovedsagelige forurenere, der er opgeløst i vandet i genbrugsakvakultur-systemer (RAS). Det stammer hovedsageligt fra udsættelser og rester af foder fra de dyrkette organismer. Høj koncentration af ammoniak-nitrogen kan være giftig for de dyrkede organismer og påvirke deres vækst, immunforsvar og reproduktionsevne. I biofilter removes ammoniak-nitrogen hovedsageligt gennem nitratfikation udført af mikroorganismer som nitratbakterier, der omformer ammoniak-nitrogen til nitrit og nitrat.

Ved design af en biofilter skal der gives tilstrækkelig overfladeareal og volumen af filtrermaterialet i betragtning for at give nok plads til, at nitrificerende bakterier kan vokse og multiplicere sig. Samtidig er det nødvendigt at kontrollere ammonium-nitrogenindløbet og undgå, at for høj koncentration af ammonium-nitrogen påvirker den biologiske filter. For eksempel kan koncentrationen af ammonium-nitrogen i indløbet reduceres ved hjælp af en automatiseret føde maskine og ved at anvende en fødestrategi med små mængder og flere måltider. Bestem den tilladte ammonium-nitrogenkoncentration for biofiltret baseret på ammonium-nitrogentolerance og opdratningsdensiteten af de dyrkede organismer. Generelt set bør den totale ammonium-nitrogenkoncentration for de fleste søfiskholdninger holdes under 1 mg/L, og ikke-ioniseret ammonium bør ikke overstige 0,025 mg/L.

2.2 Nitrit (NO₂⁻-N) kontrol

Nitrit er også en vandkvalitetsparameter, der skal følges nøje i en recirculationsakvakultur (RAS)-system. Det er et mellemprodukt i ammoniak-nitratfikationen og er også giftigt for akvakulturorganismer. Nitrit kan påvirke oksygentransporten i blodet af dyrne, hvilket fører til hypoksi-symptomer såsom andedrætsbesvær, flotende hoveder og endog død.

Ved designet er det nødvendigt at sikre, at biofiltret effektivt kan konvertere nitrit yderligere til nitrat. Dette kræver vedligeholdelse af aktiviteten af denitrificerende bakterier i biofiltret og levering af passende miljøbetingelser, såsom korrekt opløst syre. Generelt kræves det at holde koncentrationen af nitrit under 0,5 mg/L.

2.3 Overvejelser ved havfravandsakvakultur

Saltet i havfravandet er relativt høj og indeholder forskellige ioner såsom natriumioner (Na ⁺ ), chloridioner (Cl ⁻ ) , magnesiumioner (Mg ² ⁺ ) , calciumioner (Ca ² ⁺ ), etc. Marine akvakulturorganismer har udviklet komplekse joneringsystemer under deres langtids tilpasning til høj saltmiljøer. Når nitrit indtrænger i marine organismer, kan disse organismer delvist mildne de fysiologiske virkninger af nitrit ved at bruge deres egne joneringsystemer. I en Recirculating Aquaculture System (RAS) kan chlorideioner (Cl -) reducere nitrits (NO2-) toksicitet for akvakulturorganismer gennem konkurrencemæssig inhibition. Specifikt skal både chlorideioner og nitrit indgå i fiskenes krop via chloridecellerne på kravepladerne. Tilstedeværelsen af chlorideioner øger vanskeligheden for at nitrit indtrænger i fiskenes legemer, hvilket reducerer dens toksicitet. Generelt set kan en koncentration af chlorideioner i vand, der er seks gange så stor som den af nitrit, effektivt inhibere nitritens toksicitet for akvakulturorganismer. I forhold til sødvandsakvakultur udgør nitrit mindre toksiske farer for havvandsakvakultur, hvilket skyldes den højere koncentration af chlorideioner i havvand. Derfor kan i et Recirculating Aquaculture System (RAS), ved at regulere saliniteten korrekt, nitritens toksicitet effektivt reduceres, og sundheden og sikkerheden for akvakulturorganismer kan beskyttes.

3. Opløst syre (DO)

I et recirkulerende akvakultur system (RAS) er opløst syre (DO) en nøgletilstand for vandkvalitet. Fisk og andre akvakulturelle organismer absorberer opløst syre fra vandet gennem åndedrætsprocessen i lærer for at opretholde deres metaboliske aktivitet. Den opløste syrekonzentration, der kræves for den normale vækst af de fleste varmevandsfisk, er normalt på omkring 5-8 mg/L. Når koncentrationen af opløst syre falder under kritisk niveau, vil akvakulturellernes åndedræt blive indskrænket, deres vækstrate vil aftage, deres immunforsvar vil svække sig, og de er mere udsat for infektioner med sygdomme. For eksempel, når opløst syre falder under 2 mg/L, vil mange fisk opleve 'hovedpåfladen'-fænomenet, og en forlænget eksposition for lav opløst syre kan føre til fiskenes død.

I et Recirculating Aquaculture System (RAS) anbefales det at holde den dissolverede syrestoff mellem 8-10 mg/L. Højere dissolveret syrestoff er fordelagtigt for at øge madningsniveauer og reducere forholdet mellem foder og vækst.

4. pH-regulering

I et Recirculating Aquaculture System (RAS), er den egnete pH-interval for fisk normalt mellem 7,0-8,5. For eksempel vokser de fleste søfisk godt i miljøer med pH 7,2-7,8. Dette skyldes, at indenfor dette pH-interval kan fiskenes fysiologiske funktioner, såsom andedræt og osmoregulation, udføres relativt normalt. Gasedveksling foregår gennem kræbne, og den passende surhed eller basicitet i vandet letter den normale udvekslingsproces af syrestoff og kulildigasser.

For shrimp farming, såsom den sydamerikanske hvide rejer, er den egnete pH-intervall cirka 7.8-8.6. Dette skyldes krustdyrenes fysiologiske opbygning og aktivitetskarakteristika, der gør dem mere tilpasninger til svagt højere pH-miljøer. En egnet pH er fordelagtig for rejerne under deres skællevækst.

Imidlertid under processen med cirkulær akvakultur (RAS) vil pH-værdien kontinuerligt falde i takt med akvakulturens fremskridt, og det er nødvendigt at justere vandets pH-værdi. Man kan bruge automatisk pH-justeringsudstyr. Justér automatisk pH-værdien af vandet baseret på data fra pH-sensor.