Proses dan Reka Bentuk Parameter Sistem Akuakultur Berkeliling Berteknologi Tinggi Berasaskan Tanah (RAS) (Bahagian 3): Parameter Kualiti Air

Parameter Kualiti Air Beredar

Parameter kualiti air dan piawaian reka bentuk membentuk asas kepada rekabentuk sistem rawatan air beredar dan pengurusan operasi. Di bawah adalah gambarajah rujukan dan parameter yang biasa digunakan oleh  Pasukan Kejuruteraan :

1. Reka Bentuk Sistem Pengalihan Zarah Pepejal

Jumlah Jasad Suspended (TSS) biasanya digunakan sebagai parameter untuk mengukur jasad pepejal dalam Sistem Akuakultur Berperingkat (RAS). Ia merujuk kepada jumlah keseluruhan zarah pepejal dengan saiz zarah lebih besar daripada 1 mikron dalam unit air. Dalam sistem air berperingkat, TSS termasuk kotoran ikan, umpan sisa, flok biologi (bakteria mati dan hidup), dll. Saiz zarah terapung ini bervariasi secara ketara dari tahap mikrometer hingga sentimeter. Zarah terapung boleh mempengaruhi langsung kesihatan dan pertumbuhan ikan (terutamanya ikan air sejuk), serta meningkatkan beban kepada biofilter. Oleh itu, adalah perlu untuk mengekalkan kepekatan zarah terapung dalam air berperingkat dalam julat yang wajar.

Di beberapa negara EU, sistem Aquakultur Berkelanjutan (RAS), kawalan terhadap bahan kecil yang terapung adalah agak ketat. Sebagai contoh, untuk badan air yang digunakan dalam Sistem Aquakultur Berkelanjutan (RAS), kepekatan bahan kecil yang terapung (diukur melalui jumlah keseluruhan bahan terapung TSS) biasanya diharapkan dikawal di bawah 15mg/L untuk mengekalkan kualiti air yang baik dan persekitaran ekologi.

Amerika Syarikat juga mempunyai peraturan kualiti air berkaitan dalam bidang aquakultur dan penjagaan air. Dalam sistem Sistem Aquakultur Berkelanjutan (RAS), kandungan bahan kecil yang terapung yang sepadan (dihitung melalui kekeruhan dan penunjuk berkaitan lain) juga mempunyai had tertentu. Julat ideal untuk kepekatan bahan kecil yang terapung adalah kira-kira 8-12 mg/L, yang digunakan untuk memastikan kelangsungan hidup dan pembiakan haiwan air.

Dalam operasi sebenar sistem Recirculating Aquaculture System (RAS) yang berpangkalan di kilang di China, secara amnya diperlukan untuk mengawal kepekatan zarah tergantung (suspended solids SS) di bawah 10mg/L. Untuk beberapa spesies bernilai yang memerlukan kualiti air tinggi, seperti salmon, ia malahan diperlukan untuk dikawal di bawah 5mg/L.

2. Parameter Pengeluaran Kotoran Terlarut

Kecerunan air termasuklah bahan anorganik terlarut dan bahan organik terlarut. Di antara itu, bahan berbahaya yang terlarut dalam air terutamanya adalah nitrogen amonia (NH3-N) dan nitrogen nitrit (NO2--N). Nitrogen amonia boleh memasuki aliran darah melalui pari dan kulit ikan, mengganggu kitaran asid trikarboxilik normal mereka, menukar tekanan渗透 mereka, dan mengurangkan kemampuan mereka untuk menyerap oksigen dari air, dengan itu mempengaruhi pertumbuhan dan kelangsungan hidup mereka.

Biofilter membran tetap yang biasa digunakan dalam sistem Nitrifikasi dalam Sistem Akuakultur Berkelanjutan (RAS) adalah komuniti bakteria pengubah nitrogen amonia yang tumbuh di permukaan bahan kemas biologi tertentu, dan nitrogen amonia dipindahkan kepada biofilem tetap melalui proses difusi untuk dikonversikan. Tujuan utama reka bentuk proses penapisan biologi adalah untuk memastikan bahawa penapis itu mempunyai jumlah bakteria nitrifikasi yang mencukupi untuk mengeluarkan nitrogen amonia yang dikeluarkan oleh ikan, mengekalkan kepekatan nitrogen amonia dalam sistem akuakultur di dalam julat yang ditetapkan, dan memastikan keselamatan serta pertumbuhan efektif ikan.

2.1 Kawalan Nitrogen Amonia (NH₃-N)

Nitrogen amonia adalah salah satu pencemar utama yang terlarut dalam air dalam sistem Akuakultur Berkelanjutan (RAS). Ia terutamanya berasal daripada kotoran dan baki makanan organisma ternakan. Kandungan nitrogen amonia yang tinggi boleh menjadi toksik kepada organisma ternakan, mempengaruhi pertumbuhan, kekebalan, dan keupayaan berkembang biak mereka. Dalam biofilter, penghilangan nitrogen amonia terutamanya bergantung kepada nitrifikasi oleh mikroorganisma seperti bakteria nitrifikasi, yang mengubah nitrogen amonia kepada nitrit dan nitrat.

Apabila merancang sebuah biofilter, kawasan permukaan dan isipadu bahan filter yang mencukupi perlu dipertimbangkan untuk memberikan ruang yang cukup kepada bakteria nitrifikasi tumbuh dan berkembakbiak. Pada masa yang sama, perlu dikawal beban amonia nitrogen dalam air masukan dan elakkan kepekatan amonia nitrogen yang berlebihan daripada mempengaruhi biofilter. Sebagai contoh, kepekatan amonia nitrogen dalam air masukan boleh dikurangkan dengan menggunakan mesin memberi makan automatik dan mengamalkan strategi pemberian makan dalam jumlah kecil tetapi lebih kerap. Tentukan kepekatan amonia nitrogen yang dibenarkan bagi biofilter berdasarkan toleransi amonia nitrogen dan ketumpatan ternakan haiwan yang dijadikan budidaya. Secara amnya, bagi majoriti ikan akuakultur air tawar, kepekatan amonia nitrogen keseluruhan harus dikawal di bawah 1mg/L, dan amonia bukan-ion tidak boleh melebihi 0.025mg/L.

2.2 Kawalan Nitrit (NO₂⁻-N)

Nitrita juga merupakan parameter kualiti air yang perlu dipantau dengan rapat dalam sistem Akuakultur Penyusunan Semula (RAS). Ia merupakan produk sela dalam proses nitrifikasi nitrogen amonia dan juga beracun kepada organisma akuakultur. Nitrita boleh mempengaruhi pengangkutan oksigen dalam darah organisme ternakan, menyebabkan gejala hipoksia seperti kesukaran bernafas, kepala mengapung, dan malah kematian.

Dalam reka bentuk, adalah perlu memastikan bahawa biofilter dapat secara efektif menukar nitrita kepada nitrat. Ini memerlukan pemeliharaan aktiviti bakteria denitrifikasi dalam biofilter dan memberi mereka keadaan alam sekitar yang sesuai, seperti oksigen terlarut yang sesuai. Secara amnya, diperlukan untuk mengawal kandungan nitrita di bawah 0.5mg/L.

2.3 Pertimbangan Akuakultur Air Laut

Kekerapan air laut adalah relatif tinggi, mengandungi pelbagai ion seperti ion natrium (Na ⁺ ), ion klorida (Cl ⁻ ) , ion magnesium (Mg ² ⁺ ), ion kalsium (Ca ² ⁺ ), dll. Organisma keluluan laut telah berevolusi dengan sistem pengaturan ion kompleks semasa penyesuaian jangka panjang mereka kepada alam sekitar garam tinggi. Apabila nitrit memasuki organisma laut, organisma tersebut boleh mengurangkan kesan fisiologi nitrit dengan menggunakan sistem pengaturan ion mereka sendiri. Dalam Sistem Keluluan Berperingkat (RAS), ion klorida (Cl -) boleh mengurangkan toksiti nitrit (NO2-) kepada organisma keluluan melalui penghambatan bersaing. Secara spesifik, kedua-dua ion klorida dan nitrit perlu memasuki badan ikan melalui sel klorida di atas pelat pari. Kehadiran ion klorida meningkatkan kesukaran nitrit untuk memasuki badan ikan, dengan itu mengurangkan toksitiannya. Secara amnya, apabila kepekatan ion klorida dalam air adalah enam kali lebih banyak daripada nitrit, ia boleh secara efektif menghalang toksiti nitrit kepada organisma keluluan. Berbanding dengan keluluan air tawar, keluluan air laut mempunyai bahaya toksik yang lebih rendah dari nitrit, yang berkaitan dengan kepekatan ion klorida yang lebih tinggi dalam air laut. Oleh itu, dalam sistem Sistem Keluluan Berperingkat (RAS), dengan mengatur garam dengan sewajarnya, toksiti nitrit boleh dikurangkan secara efektif, dan kesihatan serta keselamatan organisma keluluan dapat dilindungi.

3. Oksigen Terlarut (DO)

Dalam sistem Akuakultur Penyusunan Semula (RAS), oksigen terlarut (DO) adalah parameter kualiti air utama. Ikan dan organisma akuatik lain mengambil oksigen terlarut dari air melalui pernafasan pari untuk mengekalkan aktiviti metabolisme mereka. Kandungan oksigen terlarut yang diperlukan untuk pertumbuhan normal kebanyakan ikan air panas biasanya berada pada kira-kira 5-8mg/L. Apabila kandungan oksigen terlarut di bawah tahap kritikal, pernafasan organisma akuatik akan terhad, kadar pertumbuhan mereka akan melambat, imuniti mereka akan menurun, dan mereka cenderung terkena penyakit. Sebagai contoh, apabila oksigen terlarut di bawah 2mg/L, banyak ikan akan mengalami fenomena kepala mengapung, dan pendedahan yang lama kepada oksigen terlarut rendah boleh menyebabkan kematian ikan.

Dalam Sistem Akvakultur Berkeliling Semula (RAS), disarankan untuk mengekalkan oksigen terlarut di antara 8-10 mg/L. Oksigen terlarut yang lebih tinggi adalah menguntungkan untuk meningkatkan tahap pemberian makan dan mengurangkan nisbah makanan kepada makanan.

4. Kawalan pH

Dalam sistem Sistem Akvakultur Berkeliling Semula (RAS), julat pH yang sesuai untuk ikan biasanya berada di antara 7.0-8.5. Sebagai contoh, kebanyakan ikan air tawar tumbuh dengan baik dalam persekitaran dengan pH 7.2-7.8. Ini kerana dalam julat pH ini, fungsi fisiologi ikan, seperti pernafasan dan pengaturan tekanan渗透, boleh dilaksanakan secara relatif normal. Pertukaran gas berlaku melalui paru-paru, dan keasaman atau kealkalan yang sesuai dalam air memudahkan proses pertukaran normal oksigen dan karbon dioksida.

Untuk peladangan udang, seperti udang putih Amerika Selatan, julat pH yang sesuai adalah lebih kurang 7.8-8.6. Ini disebabkan oleh struktur fisiologi dan ciri-ciri aktiviti krustasea, yang membuatnya lebih mudah beradaptasi dalam persekitaran pH yang sedikit lebih tinggi. pH yang sesuai adalah menguntungkan untuk pertumbuhan pergantian kulit udang.

Bagaimanapun, semasa proses Sistem Akuakultur Penyusunan Semula (RAS), nilai pH akan terus menurun seiring dengan kemajuan akuakultur, dan perlu menyesuaikan nilai pH air. Peralatan penyesuaian pH automatik boleh digunakan. Secara automatik menyesuaikan nilai pH badan air berdasarkan data pengesan pH.