Kara Tabanlı Endüstriyel Döngülü Su Tarım Sistemi (RAS) Süreç ve Parametre Tasarımı (Bölüm 3): Su Kalitesi Parametreleri

Döngülü Su Kalite Parametreleri

Su kalite parametreleri ve tasarım standartları, döngülü su tedavi sistemi tasarımının ve işletimsel yönetimin temelini oluşturur. Aşağıda,  Mühendislik ekibi :

1. Katı Parçacık Kaldırma Sistemi Tasarımı

Toplam Süspansiyonlu Katılar (TSS), Döngülü Su Tarım Sistemleri (RAS) içindeki katı parçacıkları ölçmek için yaygın olarak kullanılan bir parametredir. Ana anlamda, TSS, birim su içerisinde 1 mikron'dan büyük olan tüm katı parçacıkların toplam miktaridır. Döngü sistemindeki TSS, balığın dışkısı, arta kalan yemler, biyolojik floklar (ölü ve canlı bakteriler) vb. içerir. Bu süspansiyonlu parçacıkların boyutu, mikrometre seviyesinden santimetre seviyesine kadar büyük ölçüde değişebilir. Süspansiyonlu katı madde, balıkların sağlığı ve büyümelerini (özellikle soğuk su balığı türleri) doğrudan etkileyebilir ve aynı zamanda biyo-filtrelerin yükünü artırabilir. Bu nedenle, dolaşan su sistemindeki süspansiyonlu parçacık konsantrasyonunu makul bir aralıkta tutmak gerekir.

Bazı AB ülkelerindeki Recirculating Aquaculture System (RAS) sistemlerinde, süspansiyon halindeki parçacık maddelerin kontrolü nispeten serttir. Örneğin, Recirculating Aquaculture System (RAS) için kullanılan su cisimleri için süspansiyon halindeki parçacık madde konsantrasyonu (toplam süspansiyonlu katı maddeler TSS ile ölçülür) genellikle iyi su kalitesi ve ekolojik ortamını korumak için 15 mg/L'nin altına indirilmesi beklenir.

Amerika Birleşik Devletleri de, sucul tarım ve su tedavisi alanlarında ilgili su kalitesi düzenlemelerine sahiptir. Recirculating Aquaculture System (RAS) sisteminde, ilgili süspansiyon halindeki parçacık madde içeriği (bulanıklık ve diğer ilgili göstergelerle çevrilmemiştir) belirli sınırlara tabidir. Süspansiyon halindeki parçacık madde konsantrasyonunun ideal aralığı, sucul organizmaların hayatta kalmasını ve üremesini sağlamak için yaklaşık 8-12 mg/L'dur.

Çin'deki fabrika tabanlı Döngülü Su Tarım Sistemi (RAS) sisteminin gerçek işletiminde, genellikle asılsız parçacık madde konsantrasyonunu (asılsız katılar SS) 10 mg/L altında tutmak gerekir. Bazı yüksek su kalitesi gerektiren değerli türler için, örneğin somon için, bu değeri 5 mg/L altında kontrol etmek istenebilir.

2. Çözünmüş Kirlilik Kaldırma Parametreleri

Su çözünürlüğü, çözünebilir organik maddeler ve çözünebilir organik maddeler içerir. Bunların arasında, suyun çözünebilir zararlı maddeler çoğunlukla amonyak azotu (NH3-N) ve nitrit azotu (NO2--N)'dur. Amonyak azotu balıkların solungaçları ve ciltinden kan akışına girebilir, normal üçarboxilik asit döngüsünü bozar, osmotik basıncını değiştirir ve suyu oksijen emme kapasitesini azaltır, böylece normal büyüme ve hayatta kalma şanslarını etkiler.

Döngülü Su Tarım Sistemleri (RAS) sistemlerinde yaygın olarak kullanılan sabit membran nitrifikasyon biyofiltresi, belirli bir biyolojik doldurma malzemesinin yüzeyinde büyüyen amonyak-nitrojen dönüşümü yapan bakteriyel topluluktur ve amonyak-nitrojen difüzyon yoluyla sabit biyofilm'e aktarılır ve burada dönüştürülür. Biyolojik filtreleme süreç tasarımının ana amacı, filtrede balıklar tarafından atılan amonyak-nitrojenini kaldırmak için yeterli nitritifye edici bakteriye sahip olmasına, su tarım sistemindeki amonyak-nitrojen konsantrasyonunu önceden belirlenmiş sınırlar içinde tutmakla ve balıkların güvenliğini ve etkili büyümesini sağlamakla ilgilidir.

2.1 Amonyak Nitrojen (NH₃-N) Kontrolü

Ammonia azotu, Yeniden Dolaşım Su Tarımı Sistemleri (RAS) sistemlerinde suya çözünmüş ana kirleticilerden biridir. Ana olarak yetiştirilen organizmaların dışkılarından ve arta kalan yemlerinden kaynaklanır. Yüksek konsantrasyonlardaki amonyum azotu, yetiştirilen organizmalar için zehirlenebilir olup, büyüme, bağışıklık ve üreme kabiliyetlerini etkileyebilir. Biyofiltrelerde, amonyum azotunun kaldırılması çoğunlukla nitritik bakteriler gibi mikroorganizmaların nitrifikasyonuna bağlıdır; bu mikroorganizmalar amonyum azotunu nitrit ve nitrat haline dönüştürür.

Bir biyofilter tasarırken, nitritli bakterilerin büyümesi ve çoğalması için yeterli alan sağlamak amacıyla filtre malzemesinin yeterli yüzey alanı ve hacmi dikkate alınmalıdır. Aynı zamanda, giren suyun amonyum azot yükünü kontrol etmek ve biyolojik filtreye fazla amonyum konsantrasyonunun etkisini önlemek gerekir. Örneğin, otomatik besleme makinesi kullanılarak ve küçük miktarlarda çok sayıda öğün stratejisi benimsenerek giren suya olan amonyum azot konsantrasyonu düşürülebilir. Yetiştirilen organizmaların amonyum azot toleransına ve yetiştirme yoğunluğuna göre biyofilter için izin verilebilir amonyum azot konsantrasyonunu belirleyin. Genel olarak, çoğu tatlısu balığı için toplam amonyum azot konsantrasyonu 1 mg/L altında tutulmalıdır ve iyonlaşmamış amonyum 0.025 mg/L'i geçmemelidir.

2.2 Nitrit (NO₂⁻-N) Kontrolü

Nitrit, Yeniden Dolaşım Su Tarımı Sistemi (RAS) sisteminde yakından izlenmesi gereken bir su kalitesi parametresidir. Amonyak azotun nitrifikasyon sürecindeki bir ara ürün olup, aynı zamanda sucul organizmalar için de toksiktir. Nitrit, yetiştirilen organizmaların kanındaki oksijen taşıma kapasitesini etkileyebilir ve nefes darlığı, başların yüzeye çıkması ve hatta ölüm gibi hipoksik belirtilere neden olabilir.

Tasarımda, biyofilter'in nitriti nitrat olarak etkin bir şekilde daha da dönüştürmesini sağlamak gerekir. Bu, biyofilter'deki denitrifikasyon bakterilerinin aktivitelerini korumak ve onlara uygun çevresel koşullar sağlamak anlamına gelir, örneğin uygun çözünmüş oksijen. Genellikle, nitrit konsantrasyonunu 0.5 mg/L altında tutmak istenir.

2.3 Denizsuğu Su Tarımı Düşünceleri

Deniz suyu'nun tuzluluğu nispeten yüksektir ve sodyum iyonları (Na ⁺ ) klorür iyonları (Cl ⁻ ), magnezyum iyonları (Mg ² ⁺ ) ve kalsiyum iyonları (Ca gibi çeşitli iyonları içerir. ² ⁺ ), vb. Deniz suyu tarım organizmaları, uzun süreli yüksek tuz ortamlarına uyum sürecinde karmaşık iyon düzenleme sistemleri geliştirmiştir. Nitrit deniz organizmalarına girdiğinde, bu organizmalar kendi iyon düzenleme sistemlerini kullanarak nitritin fiziolojik etkilerinin bir kısmını hafifletebilirler. Döngülü Tarım Sistemleri (RAS) içinde, klorid iyonları (Cl -), rekabetçi inhibisyon yoluyla tarım organizmleri için nitrit (NO2-) zehirliliğini azaltabilir. Belirli olarak, hem klorid iyonları hem de nitrit, balığın vücutlarına solungana bağlı klorid hücreleri aracılığıyla girer. Klorid iyonlarının varlığı, nitritin balığın vücutlarına girmesini zorlaştırır ve böylece zehirliliğini azaltır. Genel olarak, su içindeki klorid iyonlarının konsantrasyonu, nitritin konsantrasyonunun altı katı olduğunda, bu durum tarım organizmleri için nitritin zehirliliğini etkili bir şekilde engelleyebilir. Taze su tarımına kıyasla, deniz suyu tarımında nitritten kaynaklanan toksik tehditler daha azdır; bu da deniz suyunun daha yüksek klorid iyon konsantrasyonuna bağlıdır. Bu nedenle, Döngülü Tarım Sistemleri (RAS) sisteminde, tuzluluk değerlerinin mantıklı bir şekilde düzenlenmesiyle nitritin zehirliliği etkili bir şekilde azaltılabilir ve tarım organizmlerinin sağlığı ile güvenliği korunabilir.

3. Çözünmüş Oksijen (DO)

Bir Döngülü Su Tarım Sistemleri (RAS) sisteminde, çözünmüş oksijen (DO), ana su kalitesi parametresidir. Balıklar ve diğer sucul organizmalar, metabolik faaliyetlerini sürdürmek için giller aracılığıyla suyun içindeki çözünmüş oksijeni emerler. Çoğu sıcak su balığının normal büyümesi için gereken çözünmüş oksijen konsantrasyonu genellikle 5-8 mg/L civarındadır. Çözünmüş oksijen konsantrasyonu eleştirel seviyenin altına düştüğünde, sucul organizmaların solunumu engellenir, büyümeleri yavaşlar, bağışıklıkları azalır ve hastalıklara daha kolay maruz kalırlar. Örneğin, çözünmüş oksijen 2 mg/L'nin altında olduğunda, birçok balık baş kaldırma fenomeni yaşar ve düşük çözünmüş oksijende uzun süre kalırsa bu balıkların ölümüne neden olabilir.

Yeniden Dolaşım Su Tarımı Sistemi (RAS)’de, çözünmüş oksijen 8-10 mg/L arasında tutulması önerilir. Daha yüksek çözünmüş oksijen besin seviyelerini artırma ve yem verim oranlarını azaltma açısından faydalıdır.

4. pH Kontrolü

Bir Yeniden Dolaşım Su Tarımı Sistemi (RAS) sisteminde, balıklar için uygun pH aralığı genellikle 7.0-8.5 arasındadır. Örneğin, çoğu tatlı su balığı pH 7.2-7.8 olan ortamlarda iyi büyür. Bu çünkü bu pH aralığında, balıkların solunum ve osmotik basınç düzenleme gibi fizyolojik fonksiyonları nispeten normal bir şekilde gerçekleştirilebilir. Solunum plakaları üzerinden gaz değişimi gerçekleşir ve suyun uygun asitlik veya bazlık seviyesi, oksijen ve karbon dioksit arasındaki normal değişim sürecini kolaylaştırır.

Kırmızı kürek ayığı gibi şrim kampanları için, uygun pH aralığı yaklaşık olarak 7.8-8.6'dır. Bu, kabukluların fizyolojik yapısı ve aktivite özelliklerinin, onları biraz daha yüksek pH ortamlarına uyum sağlayabilecek şekilde yapan nedenlerden kaynaklanmaktadır. Uygun pH, şrimlerin soyunma büyümesi için faydalıdır.

Ancak, Recirculating Aquaculture System (RAS) sürecinde, akvaryumcılık ilerledikçe pH değeri sürekli olarak düşecektir ve suyun pH değeri ayarlanması gerekir. Otomatik pH ayarlama ekipmanı kullanılabilir. pH sensörü verilerine göre su kütlelerinin pH değerini otomatik olarak ayarlayın.