Maanpohjainen teollistettu kierrätyssuomelausjärjestelmä (RAS) -prosessi ja parametrien suunnittelu (Osa 3): Vedenlaatu-parametrit

Kierrätysveden laatuparametrit

Veden laadun parametrit ja suunnittelustandardit muodostavat perustan kierrätysveden käsittelyjärjestelmän suunnittelulle ja toiminnallisen hallinnalle. Alla on viitekaaviointeja ja parametreja, joita käyttää yleensä  Insinööriteami :

1. Kiinteiden osittain poistojärjestelmän suunnittelu

Kokonaiset upotetut hiekka-aineet (TSS) käytetään yleisesti parametrina mitataksien kiinteitä hiukkasia uudelleenkiertävässä kalankasvatusjärjestelmässä (RAS). Se viittaa pääasiassa kaikkiin hiukkasihin, joiden koko on suurempi kuin 1 mikroni yksikkövesissä. Uudelleenkierrättävässä vesijärjestelmässä TSS sisältää kalankalat, jäljellä olevan ruoan, biologiset flokit (kuolleet ja elossa olevat bakteerit) jne. Näiden upotettujen hiukkasten kokoluokat vaihtelevat huomattavasti mikrometeritasosta senttimetriasteikkoon. Upotetut hiukkaset voivat vaikuttaa suoraan kalojen terveyteen ja kasvuun (erityisesti kylmävedekalojen), ja ne lisäävät myös biofiltraattoreiden taakkaa. Siksi on välttämätöntä pitää upotettujen hiukkasten keskimääräinen määrä uudelleenkierrättävässä vesijärjestelmässä kohtuullisessa rajassa.

Joissakin EU-maissa kierrätyssuonenkalojen (RAS) järjestelmissä hienojen hiukkanemateriaalien valvonta on suhteellisen ankara. Esimerkiksi kierrätyssuonenkalojen (RAS) vedenkäytössä yleensä odotetaan, että kokonaisen uppoavien hiukkasten (TSS) pitoisuutta pidetään alle 15 mg/L hyvän vedenlaadun ja ekologisen ympäristön säilyttämiseksi.

Yhdysvalloilla on myös liittyviä vesilaatuvoimassaakkoja kalankasvatus- ja vesipuhdistusalalla. Kierrätyssuonenkalojen (RAS) -järjestelmässä vastaavan uppoavien hiukkanemateriaalien sisältö (muunneltuna kalsenkurin ja muiden liittyvien indikaattoreiden perusteella) on myös tietyt rajoitukset. Upottuneiden hiukkasten ideaalipitoisuus on noin 8–12 mg/L, mikä varmistaa vesieläinten selviytymisen ja lisääntymisen.

Tehdasperustaisen kierrätyssuupihviestijärjestelmän (RAS) todellisessa toiminnassa Kiinassa vaaditaan yleensä, että pidätettävien hiukkasten keskiarvo (liuottumattomat aineet SS) pitää pitää alle 10mg/L. Joillekin arvokkaammille lajeille, jotka vaativat korkeampaa vesilaatua, kuten lohilla, vaaditaan jopa, että se pidetään alle 5mg/L.

2. Ratkeavan saasteen poistoparametrit

Veden ratkaisukyky sisältää ratkeavia anorgaanisia aineita ja orgaanisia aineita. Nämä vesiin ratkaisevat haitalliset ainestyt ovat pääasiassa ammiakkipuhdas (NH3-N) ja nitriittipuhdas (NO2--N). Ammiakkipuhdas voi päästä kalasten verenvuokkoihin kuormituskiven kautta ja ihoa kautta, häiritsemällä niiden normaalia trikarboxyylikislot-sykliä, muuttamalla niiden osmotista painetta ja heikentämällä kykyään hengittää veden hapan, mikä vaikuttaa niiden normaaliin kasvuun ja eloonjäämiseen.

Yleisesti käytetty kiinteä bioelintenitrifiointisuodin Kierrättävässä Kalankasvatusjärjestelmässä (RAS) on ammoniakiivenmuunnosbakteeriyhteisö, joka kasvaa tietyllä biologisella täyttömateriaalilla, ja ammoniakiive siirtyy kiinteään bioelokerrokseen diffuusiokautta ja muuttuu. Biologisen suodattimen prosessisuunnittelun tärkein tavoite on varmistaa, että suodattimella on tarpeeksi nitrifiointibakteereita kalojen poistamiin ammoniakiivenpoistoja varten, säilyttääksesi ammoniakiivensisällön kasvatusjärjestelmässä ennustetulla välillä sekä turvataksesi kalojen turvallisuuden ja tehokkaan kasvun.

2.1 Ammoniakiiven (NH₃-N) hallinta

Ammooniakalium on yksi pääasiallisista saastuttajista, jotka ovat hajoamassa veteen kierrätysakvaarijärjestelmien (RAS) vesissä. Se tulee pääasiassa kasvatettujen organismien jätteistä ja jäämäisestä ruoasta. Korkeat ammooniakaliumin pitoisuudet voivat olla myrkyllisiä kasvatettaville organismeille, vaikuttaa niiden kasvuun, immuunikehtoon ja lisääntymiskykyyn. Biofiltereissä ammooniakaliumin poisto perustuu pääasiassa nitrifikaatioon, mikrobiologiseen prosessiin, jossa nitrifiointibakteerit muuttavat ammooniakaliumia nitriitiksi ja natriumiksi.

Kun suunnittelee biotilkkaa, on otettava huomioon riittävä pinta-ala ja tilavuus suodattimateriaalille varmistaakseen tarvittavan tilan nitrofisoivien bakteerien kasvulle ja lisääntymiselle. Samalla on hallittava ammonianitrogenin kuormitus virtsaessa ja vältettävä liiallisten ammonianitrogenin konsentraatioiden vaikutus biologiseen tilkkaan. Esimerkiksi virtaan ammonianitrogenin konsentraatiota voidaan vähentää käyttämällä automaattista ruokintakoneesta ja omaksuen strategia, jossa annetaan pieniä määriä useissa ruokinnassa. Määritä biotilkalle sallittu ammonianitrogenin konsentraatio perustuen kasvatettujen eläinten ammonianitrogenin toleranssiin ja kasvatus tiheyteen. Yleensä puhuttaen suurin osa makeanveden kalankasvatuslajeja edellyttää, että kokonaisammonianitrogenin konsentraatio pidetään alle 1 mg/L, ja ei-ionisen ammonian ei tulisi ylittää 0,025 mg/L.

2.2 Nitriitin (NO₂⁻-N) valvonta

Nitriitti on myös vesilaatujen mittausparametri, jota on seurattava tarkasti kierrätyssuomelausjärjestelmässä (RAS). Se on välimaaranen tuote ammoniakin nitrifikaatioprosessissa ja se on myös myrkyllistä kalankasvatusolentoja. Nitriitti voi vaikuttaa hankintaeläinten veren happo-antamaan, mikä johtaa hypoksian oireisiin, kuten hengityksen vaikeuttumiseen, päätönkäyntiin ja jopa kuolemaan.

Suunnittelussa on varmistettava, että biologinen suodatin pystyy muuntamaan nitriitit tehokkaasti nitraateiksi. Tähän tarvitaan denitrofisten bakterien aktiivisuuden ylläpitämistä suodattimessa sekä tarjoamaan näille sopivia ympäristöehdoja, kuten riittävä määrä hajoavaa hapettainetta. Yleensä nitriitin pitoisuutta pyritään pitämään alle 0,5 mg/L.

2.3 Merivesialueiden kasvatushuomioon otettavat asiat

Meravesien suolapitoisuus on suhteellisen korkea ja se sisältää erilaisia iooneja, kuten natriumiooneja (Na ⁺ ) kloridiooneja (Cl ⁻ ), magneesiumiooneja (Mg ² ⁺ ) ja kalsiumiooneja (Ca ² ⁺ ), jne. Merellinen vesiviljelyorganismi on kehittänyt monimutkaisen ionisääntelyjärjestelmän pitkällisen sopeutumisensa seuraustena korkeasti suolaisiin ympäristöihin. Kun nitriitti pääsee merellisiin organismien sisään, nämä organimsimet voivat osittain lievittää nitriitin fysiologisia vaikutuksia käyttämällä omia ionisääntelymekanismejaan. Kierrätysvesiviljelyjärjestelmässä (RAS) kloridiit (Cl -) voivat vähentää nitriitin (NO2-) myrkyllisyyttä vesiviljelyorganismeille kilpailullisen eston kautta. Tarkemmin sanottuna sekä kloridiit että nitriitti tarvitsevat gillakallioilla olevia kloridisoluja päästäkseen kalast sisään. Kloridiionien läsnäolo vaikeuttaa nitriitin pääsyä kalasta, mikä vähentää sen myrkyllisyyttä. Yleensä, kun veden kloridiionipitoisuus on kuusi kertaa suurempi kuin nitriitin, se voi tehokkaasti estää nitriitin myrkyllisyyttä vesiviljelyorganismeille. Vertailuna makeaan vesiviljelyyn, suolavesiviljely aiheuttaa vähemmän myrkyllisiä haittoja nitriitteistä, mikä liittyy korkeampaan kloridiipitoisuuteen suolaveteissä. Siksi kierrätysvesiviljelyjärjestelmässä (RAS) säätämällä suolapitoisuutta järkevästi voidaan tehokkaasti vähentää nitriitin myrkyllisyyttä ja turvata vesiviljelyorganismien terveys ja turvallisuus.

3. Ratkennut hiilihydraatti (DO)

Recirkuloituvassa akvaarijärjestelmässä (RAS) ratkennut hiilihydraatti (DO) on avainvesilaatuusparametri. Kalat ja muut vesieläimet vedostavat ratkennutta hiilihydraattia veden kautta kuohuunsa hengittämiseen, jotta ne voivat ylläpitää metabolisminsa aktiivisuutta. Useimpien lämpövedekalojen normaalille kasvulle tarvittava ratkennun hiilihydraatin pitoisuus on yleensä noin 5-8 mg/L. Kun ratkennun hiilihydraatin pitoisuus laskee alarajan alle, vesieläinten hengitys hidastuu, kasvunopeus heikenee, immuunipuolustus heikkenee ja ne ovat alttiimpia taudin aiheuttamille infektioiden. Esimerkiksi, kun ratkennut hiilihydraatti laskee alle 2 mg/L, monet kalat kokivat nousupään ilmiön, ja pitkään kestävä matala ratkennun hiilihydraatin taso voi johtaa kalan kuolemaan.

Recirkuloituvassa akvaariusjärjestelmässä (RAS) on suositeltavaa pitää hajautettu happea tasolla 8-10 mg/L. Korkeampi hajautettu happeitaso on hyödyllistä ruokinnon lisäämiseksi ja reagoimisen vähentämiseksi.

4. pH:n hallinta

Recirkuloituvassa akvaariusjärjestelmässä (RAS) kalan sopiva pH-alue on yleensä välillä 7.0-8.5. Esimerkiksi useimmat joutsenvesikalat kasvavat hyvin pH:lla 7.2-7.8 olevissa ympäristöissä. Tämä johtuu siitä, että tässä pH-alueessa kalat voivat suorittaa fysiologiset toiminnot, kuten hengityksen ja osmotisen paineen säätelyn, suhteellisen normaalisti. Kaasu vaihtuu kuohussa, ja sopiva vesien hapenevuus tai alkilisuus helpottaa hapon ja hiilidioksidin normaalia vaihtoprosessia.

Kasviskalan, kuten eteläamerikkalaisen valkosimpukan, kasvatussopeutettu pH-alue on noin 7,8-8,6. Tämä johtuu karsikkaineksien fyysisestä rakenteesta ja toimintavyöhykkeistä, jotka tekevät niistä sopeutumiskykyisempiä hieman korkeampaan pH-ympäristöön. Sopiva pH on hyödyllistä kasviskalan hiekkaantumisen kasvatukselle.

Kuitenkin Recirculating Aquaculture System (RAS)-prosessin aikana pH-arvo laskee jatkuvasti kalastusajan edetessä, ja sen on oltava välttämätöntä säätää vesistön pH-arvoa. Automatisoituja pH-säädyslaitteita voidaan käyttää. Säädä automaattisesti vesialueen pH-arvoa pH-tietosensorin perusteella.