Fastlandsbasert industrialisert reirkulierende akvakultursystem (RAS) prosess- og parameterdesign (Del 3): Vannkvalitetsparametere

Parametere for kvalitet av sirkulerende vann

Vannkvalitetsparametere og designstandarder danner grunnlaget for design og driftsforvaltning av systemer for behandling av sirkulerende vann. Under er referansediagrammer og parametere som ofte brukes av  Ingeniørteam :

1. Design av Fjerningssystem for Fast Partikkel

Totalt Suspenderende Stoff (TSS) brukes vanligvis som en parameter for å måle fast partikkelstoff i Gjenvinningsakvakultur system (RAS). Den henviser hovedsakelig til den totale mengden av partikler større enn 1 mikron i et enhet vann. I det sirkulerte vannsystemet omfatter TSS fiskegøyet, resterende fôr, biologiske flokker (døde og levende bakterier), osv. Størrelsen på disse suspenderede partiklene varierer kraftig fra mikrometer til centimeternivå. Suspenderende partikkelstoff kan påvirke helheten og vekst hos fisk (spesielt kaltevannsfisk) direkte, og også øke byrden på biofilter. Derfor er det nødvendig å holde koncentrationen av suspenderede partikler i sirkulerende vann innenfor et rimelig intervall.

I noen EU-land sin Reirkulerende Akvakultur System (RAS) systemer, er kontrollen av suspendert partikkelstoff relativt streng. For eksempel, for vannkroppene som brukes i Reirkulerende Akvakultur System (RAS), forventes konsentrasjonen av suspendert partikkelstoff (målt ved totalt suspenderte stoffer TSS) vanligvis å holdes under 15 mg/L for å opprettholde god vannkvalitet og økologisk miljø.

USA har også relevante vannkvalitetsregler innen akvakultur og vannbehandling. I Reirkulerende Akvakultur System (RAS) systemet har den tilsvarende suspenderte partikkelstoffsinnholdet (omregnet ved turbiditet og andre relaterte indikatorer) også visse begrensninger. Den ideelle området for suspendert partikkelstoffs-konsentrasjon ligger rundt 8-12 mg/L, som brukes for å sikre overlevelse og forplantning av akvatiske organismer.

I den faktiske drift av fabrikkbaserte recirkuleringsakvakultur (RAS)-systemene i Kina kreves det vanligvis at konsentrasjonen av suspendert partikkelstoff (suspendert solid SS) holdes under 10 mg/L. For noen dyrebare arter som krever høy vannkvalitet, for eksempel laks, kreves det til og med at det holdes under 5 mg/L.

2. Fjerningsparametere for oppløste forurensninger

Vanns olighet omfatter oppløselige anorganiske stoffer og oppløselige organiske stoffer. Blant disse er oppløselige skadelige stoffer hovedsakelig ammoniakk-nitrogen (NH3-N) og nitrit-nitrogen (NO2--N). Ammoniakk-nitrogen kan gå inn i blodstrømmen gjennom fiskenes leire og hud, forstyrre deres normale citronsyrekrets, endre deres osmotiske trykk og redusere deres evne til å ta opp oksygen fra vannet, noe som påvirker deres normale vekst og overlevelse.

Den vanlig brukte fiksert membran nitrifiserende biofilter i Reirkulierende Akvakultur System (RAS) er den ammoniak-nitrogen-konverterende bakteriefellesskapet som vokser på overflaten av et bestemt biologisk pakkingsmateriale, og ammoniakk-nitrogen overføres til den fikserte biofilmen gjennom diffusjon og konverteres. Hovedformålet med designet av den biologiske filtreringsprosessen er å sikre at filteret har tilstrekkelig nitrifiserende bakterier for å fjerne ammoniakk-nitrogen som utleddes av fisk, holde ammoniakk-nitrogen-konsentrasjonen i oppdrettssystemet innenfor det forhåndbestemte området, og sikre sikkerheten og effektiv vekst hos fisk.

2.1 Ammoniakk-Nitrogen (NH₃-N) Kontroll

Ammoniak-nitrogen er ett av de hovedsaklige forurensetningene som er opplost i vann i recirkulerings-systemer for akvakultur (RAS). Det kommer hovedsakelig fra utskyllingene og resterende fôr til dyr som holdes i tamfangst. Høye konsentrasjoner av ammoniak-nitrogen kan være giftig for de tamede organismer, påvirke deres vekst, immunitet og evne til å reproduksjon. I biofilter, fjerning av ammoniak-nitrogen skjer hovedsakelig gjennom nitrifisering utført av mikroorganismer som nitratbakterier, som konverterer ammoniak-nitrogen til nitrit og nitrat.

Ved design av en biofilter bør tilstrekkelig overflateareal og volum av filtermaterialet tas i betraktning for å gi nok plass til at nitrifiserende bakterier kan vokse og reproduksjonere. Samtidig er det nødvendig å kontrollere ammoniakk-nitrogenlasten i innstrømmingen og unngå at for høy ammoniakk-nitrogenkonsentrasjon påvirker den biologiske filtre. For eksempel kan konsentrasjonen av ammoniakk-nitrogen i innstrømmingen reduseres ved å bruke en automatisk matemaskin og ved å adoptere en matskjema med små mengder og flere måltider. Bestem den tillatte ammoniakk-nitrogenkonsentrasjonen for biofiltret basert på ammoniakk-nitrogentoleransen og oppdrettetettheten av de dyrket organismer. Generelt sett bør den totale ammoniakk-nitrogenkonsentrasjonen kontrolleres under 1 mg/L, og ikke-ionisert ammoniakk skal ikke overskride 0,025 mg/L.

2.2 Nitrit (NO₂⁻-N) Kontroll

Nitrit er også en vannkvalitetsparameter som må føres nøye overvåking i den sirkulære akvakultur-systemet (RAS). Det er et mellomprodukt i prosessen for ammoniak-nitratgjøring og er også giftig for akvakulturorganismer. Nitrit kan påvirke transporten av oksygen i blodet til dyrne, noe som fører til symptomer av hypoksi, slik som pustesvikt, flytende hoder og til og med død.

I designfasen er det nødvendig å forsikre at biofilteret kan konvertere nitrit effektivt videre til nitrat. Dette krever at man opprettholder aktiviteten til avnitriserende bakterier i biofilteret og gir dem passende miljøbetingelser, som tilstrekkelig oppløst oksygen. Generelt sett bør man kontrollere nitritholdningen under 0.5mg/L.

2.3 Overveielser ved havvannsakvakultur

Saltetet i havvannet er relativt høy, og det inneholder ulike ioner som natriumioner (Na ⁺ ), kloridioner (Cl ⁻ ), magnesiumioner (Mg ² ⁺ ) og kalsiumioner (Ca ² ⁺ ), osv. Marine akvakulturorganismer har utviklet komplekse ionereguleringsystemer under sin lange tilpasning til høy saltmiljøer. Når nitrit inngår i marine organismer, kan disse organisene delvis redusere de fysiologiske effektene av nitrit ved å bruke sitt egne ionereguleringsystem. I en Reirkulierende Akvakultur System (RAS) kan kloridioner (Cl -) redusere giftigheten til nitrit (NO2-) for akvakulturorganismer gjennom konkurrerende inhibisjon. Spesifikt trenger både kloridioner og nitrit å komme inn i fiskenes kropp gjennom kloridceller på gillskiven. Tilstedeværelsen av kloridioner øker vanskeligheten for at nitrit kommer inn i fiskenes kropp, dermed reduserer dens giftighet. Generelt sett, når konsentrasjonen av kloridioner i vannet er seks ganger så høy som den av nitrit, kan det effektivt hindre giftigheten fra nitrit mot akvakulturorganismer. I forhold til sødvannsakvakultur er havvannsakvakultur mindre utsatt for giftige farer fra nitrit, noe som er relatert til den høyere konsentrasjonen av kloridioner i havvannet. Derfor, i et Reirkulierende Akvakultur System (RAS), ved å regulere saltforholdet på en rimelig måte, kan giftigheten fra nitrit effektivt reduseres, og helsen og sikkerheten til akvakulturorganismene kan beskyttes.

3. Dissolved Oxygen (DO)

I et reirkulerende akvakultur-system (RAS), er oppløst oksygen (DO) en nøkkelparameter for vannkvalitet. Fisk og andre akvatiske organismer tar opp oppløst oksygen fra vannet gjennom åndedrett via kinn for å vedlikeholde deres metaboliske aktivitet. Den nødvendige konsentrasjonen av oppløst oksygen for normal vekst hos de fleste varmtvannsfisk er vanligvis omtrent 5-8 mg/L. Når konsentrasjonen av oppløst oksygen er under kritisk nivå, vil åndedretten til akvatiske organismer bli hindret, vil veksthastigheten deres gå saktere, vil immunforsvaret deres svakne, og de blir mer utsette for infeksjoner med sykdommer. For eksempel, når oppløst oksygen er under 2 mg/L, vil mange fisk oppleve fenomenet 'flytende hodet', og lengre vurdering i lavt oppløst oksygen kan føre til at fisk dør.

I en reirkulerende akvakultur system (RAS) anbefales det å holde den dissolverte oksygenmengden mellom 8-10 mg/L. Høyere dissolvert oksygen er fordelsaktig for å øke fodekvantiteten og redusere forholdet mellom fôr og vekst.

4. pH-regulering

I et reirkulerende akvakultur system (RAS) er den egnelege pH-verdien for fisk vanligvis mellom 7.0-8.5. For eksempel, de fleste sørfisker vokser godt i miljøer med pH 7.2-7.8. Dette skyldes at innenfor denne pH-spannen kan de fysiologiske funksjonene til fisk, som pust og osmotisk regulering, utføres relativt normalt. Gassutveksling skjer gjennom gillene, og den riktige syredannelse eller basetholdigheten i vannet letter den normale utvekslingsprosessen av oksygen og karbon-dioxid.

For shrimp farming, som til dømmes laksmedusa fra Sør-Amerika, er den egne pH-verdien omtrent 7.8-8.6. Dette skyldes den fysiologiske oppbygningen og aktivitetskarakteristikken til krustdyr, som gjør dem mer tilpasninger til miljøer med litt høyere pH. En egnet pH er fordelsfull for skjellveksten av reker.

Imidlertid, under prosessen med sirkulasjonssystem for akvakultur (RAS), vil pH-verdien kontinuerlig synke når akvakulturen går fremover, og det er nødvendig å justere pH-verdien på vannet. Man kan bruke automatisk pH-justeringsutstyr. Juster automatisk pH-verdien på vannet basert på data fra pH-sensor.