Process och parameterdesign för landbaserade industriella recirkulerande akvakultursystem (RAS) (Del 3): Vattenkvalitetsparametrar

Vattenkvalitetsparametrar för cirkulationsvatten

Vattenkvalitetsparametrar och designstandarder utgör grunden för design och driftshantering av cirkulationsvattenbehandlingssystem. Nedan finns referensdiagram och parametrar som vanligen används av  Teknikteam :

1. Systemdesign för borttagning av fasta partiklar

Totalt upphängt fasta ämne (TSS) används vanligtvis som en parameter för att mäta fasta partiklar i recirkulerande akvakultursystem (RAS). Det hänvisar främst till den totala mängden partiklar med en storlek över 1 mikron i en vattenenhet. I det cirkulerande vattnet inkluderar TSS fiskavföringar, resterade lockror, biologiska flockar (döda och levande bakterier) osv. Storleken på dessa upphängda partiklar varierar kraftigt från mikrometer- till centimeternivå. Upphängda partiklar kan direkt påverka fiskenas hälsa och tillväxt (särskilt kaldfiskar) och också öka belastningen på biofilter. Därför är det nödvändigt att hålla koncentrationen av upphängda partiklar inom ett rimligt område i det cirkulerande vattnet.

I vissa EU-länder är kontrollen av upphängd partikelmassa i recirkulerande akvakultursystem (RAS) relativt strikt. Till exempel, för vattenmassor som används i recirkulerande akvakultursystem (RAS) förväntas koncentrationen av upphängd partikelmassa (mätt som totala upphängda fasta delar, TSS) vanligtvis hållas under 15 mg/L för att bibehålla god vattenkvalitet och ekologisk miljö.

Förenta staterna har också relevanta vattenkvalitetsregler inom områdena akvakultur och vattentreatment. I recirkulerande akvakultursystem (RAS) finns även vissa begränsningar för den motsvarande koncentrationen av upphängd partikelmassa (omvandlad med hjälp av slörhet och andra relaterade indikatorer). Den idealiska spannet för koncentrationen av upphängd partikelmassa ligger runt 8-12 mg/L, vilket används för att säkerställa överlevnad och fortplantning hos vattenorganismer.

I den faktiska driften av fabriksbaserade recirkulerande akvarie-system (RAS) i Kina krävs det vanligtvis att koncentrationen av upphängda partiklar (upphängda fasta ämnen SS) hålls under 10 mg/L. För vissa dyra arter som kräver hög vattenkvalitet, såsom lax, krävs det till och med att hålla det under 5 mg/L.

2. Parametrar för borttagning av lösbara föroreningar

Vattenlösbarhet omfattar lösta anorganiska ämnen och lösta organiska ämnen. Därav är de vattenlösta skadliga ämnena främst ammoniak-nitrogen (NH3-N) och nitrit-nitrogen (NO2--N). Ammoniak-nitrogen kan tränga in i fiskarnas blodström via lungor och hud, störa deras normala citronsyracyklus, ändra deras osmotiska tryck och minska deras förmåga att absorbera syre från vattnet, vilket påverkar deras normala växt och överlevnad.

Den vanligt förekommande fixa membran-nitrifieringsbiofilter som används i System för Återcirkulerande Vattenodling (RAS) är den bakteriella kolonin som omvandlar ammoniumkväve och växer på ytan av ett visst biologiskt packningsmaterial. Ammoniumkvävet överförs till den fasta biofilmen genom diffusion och omvandlas. Huvudsyftet med designen av den biologiska filtreringsprocessen är att se till att filtret har tillräckligt med nitrifierande bakterier för att ta bort ammoniumkväve som avges av fiskarna, hålla koncentrationen av ammoniumkväve inom det förbestämda spannet i odlingssystemet och säkerställa fiskenas säkerhet och effektiva tillväxt.

2.1 Kontroll av ammoniumkväve (NH₃-N)

Ammoniak-nitrogen är en av de huvudsakliga förorenarna som finns upplöst i vattnet i recirkulerande fiskodlingsanläggningar (RAS). Den kommer främst från odlingarnas utslag och resterande foder. Hög koncentration av ammoniak-nitrogen kan vara giftig för odlingarna, vilket påverkar deras tillväxt, immunitet och reproduktionsförmåga. I biofilter beroar borttagandet av ammoniak-nitrogen främst nitrifikationen genom mikroorganismer som nitritbakterier, som omvandlar ammoniak-nitrogen till nitrit och nitrat.

När man utformar en biofilter bör tillräcklig yta och volym av filtrematet beaktas för att ge tillräckligt med utrymme för nitrifierande bakterier att växa och multiplicera. Samtidigt är det nödvändigt att kontrollera ammoniak-nitratlasten i infarten och undvika att en för hög koncentration av ammoniak-nitrat påverkar den biologiska filtret. Till exempel kan koncentrationen av ammoniak-nitrat i infarten reduceras genom att använda en automatisk matningsmaskin och anta en matningsstrategi med små mängder och flera måltider. Bestäm den tillåtna ammoniak-nitratkoncentrationen för biofiltret baserat på ammoniak-nitrattoleransen och uppfödningsdensiteten av de odlade organismerna. Generellt sett bör totala ammoniak-nitratkoncentrationen hållas under 1 mg/L för de flesta sötvattenfiskar, och icke-ionerad ammoniak bör inte överstiga 0,025 mg/L.

2.2 Nitrit (NO₂⁻-N) Kontroll

Nitrit är också en vattenkvalitetsparameter som måste hållas nära i ögonen i den Recirculating Aquaculture System (RAS)-systemet. Det är ett mellanprodukt i ammoniak-nitrifieringsprocessen och är också giftigt för akvakulturorganismerna. Nitrit kan påverka transporten av syre i blodet hos uppfödda organismer, vilket leder till hypoxiasymptom som andningsbesvär, flytande huvuden och till och med död.

I designen är det nödvändigt att se till att biofiltret kan omvandla nitrit effektivt till nitrat. Detta kräver att man håller på aktiviteten hos avnitrieringsbakterier i biofiltret och ger dem lämpliga miljöförhållanden, såsom lämplig upplöst syre. Generellt sett krävs det att koncentrationen av nitrit hålls under 0,5 mg/L.

2.3 Överväganden för havsvattenakvakultur

Salthaltigheten i havsvattnet är relativt hög och innehåller olika ioner som natriumioner (Na ⁺ ), chloridioner (Cl ⁻ ), magnesiumioner (Mg ² ⁺ ) och kalciumioner (Ca ² ⁺ ), etc. Marinakvarkulturorganismer har utvecklat komplexa jonregleringssystem under sin långsiktiga anpassning till högsalta miljöer. När nitrit intränger i marina organismer kan dessa delvis lindra de fysiologiska effekterna av nitrit genom att använda sitt egna jonregleringssystem. I cirkulationsakvakultursystem (RAS) kan chloridjoner (Cl -) minska nitritens (NO2-) toksicitet för akvakulturorganismer genom konkurrensinhibition. Specifikt behöver både chloridjoner och nitrit inträda i fiskenes kropp via chloridcellerna på girrellplattorna. Chloridjonernas närvaro ökar svårigheten för nitrit att intränga i fiskenes kropp, vilket minskar dess toksicitet. I allmänhet kan koncentrationen av chloridjoner i vattnet, när den är sex gånger så hög som den för nitrit, effektivt inhämta nitritens toksicitet mot akvakulturorganismer. Jämfört med sötvattenakvakultur utgör nitrit mindre toxiska hot i havsvattenakvakultur, vilket beror på de högre chloridkoncentrationerna i havsvattnet. Därför kan man i cirkulationsakvakultursystemet (RAS) effektivt minska nitritens toksicitet och skydda hälsan och säkerheten för akvakulturorganismerna genom att reglera saliniteten på ett rimligt sätt.

3. Upplöst syre (DO)

I ett recirkulerande akvarieodlingsystem (RAS), är upplöst syre (DO) en nyckelparameter för vattenkvalitet. Fisk och andra vattenorganismer absorberar upplöst syre från vattnet via gillabälstning för att underhålla sin metaboliska aktivitet. Den upplösta syrekonsentration som krävs för den normala tillväxten hos de flesta varmvattenfiskar ligger vanligtvis kring 5-8 mg/L. När upplösta syret koncentration faller under det kritiska värdet, hindras andningen hos vattenorganismerna, deras tillväxttakt saktar ner, deras immunitet minskar och de blir mera benägna att få infektioner. Till exempel när upplöst syre ligger under 2 mg/L, upplever många fiskar fenomenet 'flytande huvud', och långtidsutsättning för lågt upplöst syre kan leda till fisks död.

I ett recirkulerande akvakultursystem (RAS) rekommenderas det att hålla den upplösta syret mellan 8-10 mg/L. Högare upplöst syre är fördelaktigt för att öka matningsnivåerna och minska foder-konverteringskvoten.

4. pH-reglering

I ett recirkulerande akvakultursystem (RAS) är den lämpliga pH-spannet för fisk vanligtvis mellan 7.0-8.5. Till exempel, växter de flesta sötvattenfiskar väl i miljöer med pH 7.2-7.8. Det beror på att inom detta pH-spann kan fiskenas fysiologiska funktioner, såsom andning och osmoreglering, utföras relativt normalt. Gasutbytet sker via svällarna, och den rätta surhetens eller basiciteten i vattnet underlätter den normala utbyteprocessen av syre och koldioxid.

För skaldjursodling, som till exempel vit sydamerikansk reksjuka, är den lämpliga pH-spannen ungefär 7,8-8,6. Det beror på de fysiologiska strukturerna och aktivitetskaraktäristikerna hos krustaceerna, vilka gör dem mer anpassningsbara till miljöer med något högre pH. En lämplig pH är fördelaktigt för skaldjurens avskalningsväxt.

Men under processen med cirkulationsbaserad akvakultur (RAS) kommer pH-värdet att kontinuerligt minska när odlingen fortskrider, och det är nödvändigt att justera vattnets pH-värde. Man kan använda automatisk utrustning för pH-reglering. Justera automatiskt pH-värdet för vattenmassan baserat på data från pH-sensorer.