Рециркуляционная система аквакультуры

Рециркуляционные системы аквакультуры ( УЗВ ) используются в домашних аквариумах и при рыбоводстве, где водообмен ограничен и использование биофильтрации требуется для снижения токсичности аммиака . ^{[ 1 ]} Другие типы фильтрации и контроля окружающей среды часто также необходимы для поддержания чистой воды и обеспечения подходящей среды обитания для рыб. ^{[ 2 ]} Основным преимуществом УЗВ является возможность снизить потребность в свежей, чистой воде, сохраняя при этом здоровую среду для рыб. Для того чтобы коммерческая УЗВ работала экономически, она должна иметь высокую плотность посадки рыбы, и многие исследователи в настоящее время проводят исследования, чтобы определить, является ли УЗВ жизнеспособной формой интенсивной аквакультуры . ^{[ 3 ]}

Процессы очистки воды УЗВ

Для поддержания качества воды при интенсивном рыбоводстве используется ряд процессов очистки. Эти шаги часто выполняются по порядку, а иногда и в тандеме. После выхода из судна с рыбой вода сначала очищается от твердых частиц, а затем поступает в биофильтр для преобразования аммиака, затем происходит дегазация и оксигенация, за которыми часто следуют нагрев/охлаждение и стерилизация. Каждый из этих процессов можно выполнить с использованием множества различных методов и оборудования, но в любом случае все они должны выполняться для обеспечения здоровой окружающей среды, которая максимизирует рост и здоровье рыб. ^{[ нужна ссылка ]}

Биофильтрация

Все УЗВ используют биофильтрацию для преобразования аммиака (NH ₄⁺ и NH3 ₎ выделяются рыбой в нитраты . ^{[ 4 ]} Аммиак является отходом метаболизма рыб , и его высокие концентрации (>0,02 мг/л) токсичны для большинства рыб. ^{[ 5 ]} Нитрифицирующие бактерии — хемоавтотрофы , которые превращают аммиак в нитрит, а затем в нитрат. Биофильтр внутри обеспечивает субстрат для бактериального сообщества, в результате чего толстая биопленка . фильтра растет ^{[ 4 ]} Вода прокачивается через фильтр, а аммиак используется бактериями для получения энергии. Нитрат менее токсичен, чем аммиак (>100 мг/л), и его можно удалить с помощью денитрифицирующего биофильтра или путем замены воды. Для обеспечения эффективной работы биофильтра необходимы стабильные условия окружающей среды и регулярное техническое обслуживание. ^{[ нужна ссылка ]}

Удаление твердых частиц

Помимо очистки жидких отходов, выделяемых рыбой, необходимо также обрабатывать твердые отходы, это делается путем концентрирования и вымывания твердых веществ из системы. ^{[ 6 ]} Удаление твердых частиц снижает рост бактерий, потребность в кислороде и распространение болезней. Самый простой метод удаления твердых частиц — это создание отстойника, в котором относительная скорость воды низкая и частицы могут оседать на дне резервуара, где их либо смывают, либо удаляют пылесосом вручную с помощью сифона. Однако этот метод непригоден для операций RAS, где требуется небольшая занимаемая площадь. Типичное удаление твердых частиц в системе RAS включает в себя песочный фильтр или фильтр твердых частиц, в которых твердые частицы застревают и могут периодически вымываться из фильтра обратной промывкой. ^{[ 7 ]} Другим распространенным методом является использование механического барабанного фильтра, при котором вода пропускается через вращающийся барабанный фильтр, который периодически очищается распылительными форсунками под давлением, а полученная суспензия обрабатывается или отправляется в канализацию. Для удаления чрезвычайно мелких частиц или коллоидных твердых веществ можно использовать протеиновый фракционатор с добавлением озона (O ₃ ) или без него. ^{[ нужна ссылка ]}

Оксигенация

Реоксигенация воды в системе является важнейшим этапом достижения высокой плотности производства. Рыбам необходим кислород для метаболизма пищи и роста, как и сообществам бактерий в биофильтре. Уровень растворенного кислорода можно повысить двумя методами: аэрацией и оксигенацией . При аэрации воздух прокачивается через воздушный камень или подобное устройство, которое создает небольшие пузырьки в толще воды, в результате чего образуется большая площадь поверхности, на которой кислород может растворяться в воде. В целом из-за медленной скорости растворения газа и высокого давления воздуха, необходимого для образования мелких пузырьков, этот метод считается неэффективным, и вместо этого вода насыщается кислородом путем закачки чистого кислорода. ^{[ 8 ]} Используются различные методы, чтобы гарантировать, что во время оксигенации весь кислород растворяется в толще воды. Необходимо тщательно рассчитать и учитывать потребность в кислороде данной системы, и эта потребность должна быть удовлетворена с помощью оборудования для оксигенации или аэрации. ^{[ 9 ]}

контроль pH

Во всех УЗВ pH необходимо тщательно контролировать и контролировать . Первый этап нитрификации в биофильтре снижает щелочность и снижает pH системы. ^{[ 10 ]} Поддержание pH в подходящем диапазоне (5,0–9,0 для пресноводных систем) имеет решающее значение для поддержания здоровья как рыб, так и биофильтра. pH обычно контролируют добавлением щелочи в виде извести (CaCO ₃ ) или гидроксида натрия (NaOH). Низкий уровень pH приведет к повышению уровня растворенного углекислого газа (CO ₂ ), который может оказаться токсичным для рыб. ^{[ 11 ]} pH также можно контролировать путем дегазации CO ₂ используется оксигенация вместо аэрации _{в насадочной колонне или с помощью аэратора, это необходимо в интенсивных системах, особенно когда в резервуарах для поддержания уровня O 2} . ^{[ 12 ]}

Контроль температуры

У всех видов рыб есть предпочтительная температура, выше и ниже которой рыба испытывает негативные последствия для здоровья и в конечном итоге умирает. Виды с теплой водой, такие как тилапия и баррамунди, предпочитают воду с температурой 24 °C или выше, тогда как виды с холодной водой, такие как форель и лосось, предпочитают воду с температурой ниже 16 °C. Температура также играет важную роль в концентрации растворенного кислорода (РК): более высокие температуры воды имеют более низкие значения насыщения РК. Температура контролируется с помощью погружных нагревателей, тепловых насосов , охладителей и теплообменников . ^{[ 13 ]} Все четыре можно использовать для поддержания работы системы при оптимальной температуре для максимизации производства рыбы.

Биобезопасность

Вспышки заболеваний возникают чаще при высокой плотности посадки рыбы, которая обычно используется при интенсивной УЗВ. Вспышки можно уменьшить, если использовать несколько независимых систем в одном здании и изолировать контакт воды между системами путем очистки оборудования и персонала, перемещающегося между системами. ^{[ 14 ]} Кроме того, использование системы очистки воды ультрафиолетом (УФ) или озоном снижает количество свободно плавающих вирусов и бактерий в воде системы. Эти системы лечения снижают нагрузку на рыбу, подвергшуюся стрессу, и, таким образом, снижают вероятность вспышки. ^{[ нужна ссылка ]}

Преимущества

Снижение потребности в воде по сравнению с системами аквакультуры с канализацией или прудом. ^{[ 15 ]}
Снижение потребности в земле благодаря высокой плотности посадки ^{[ 16 ]}
Гибкость выбора места и независимость от большого источника чистой воды. ^{[ 17 ]}
Сокращение объемов сбросов сточных вод . ^{[ 18 ]}
Повышение биобезопасности и облегчение лечения вспышек заболеваний. ^{[ 14 ]}
Способность внимательно отслеживать и контролировать условия окружающей среды для максимизации эффективности производства. Аналогично независимость от погоды и переменных условий окружающей среды. ^{[ 1 ]}

Недостатки

Средние выбросы парниковых газов для разных типов продуктов питания ^{[ 19 ]}
Типы продуктов питания	Выбросы парниковых газов (г CO 2 -C эквивалента на грамм белка)
Мясо жвачных животных	62
Рециркуляционная аквакультура	30
Траловое рыболовство	26
Нерециркуляционная аквакультура	12
Свинина	10
Птица	10
Молочный	9.1
Нетраловый промысел	8.6
Яйца	6.8
Крахмалистые корни	1.7
Пшеница	1.2
кукуруза	1.2
Бобовые	0.25

Высокие первоначальные инвестиции в материалы и инфраструктуру. ^{[ 20 ]}

Высокие эксплуатационные расходы, в основном из-за электроэнергии и обслуживания системы. ^{[ 20 ]}
Необходимость в высококвалифицированном персонале для мониторинга и эксплуатации системы. ^{[ 20 ]}
Выбросы парниковых газов выше, чем у нерециркуляционной аквакультуры. ^{[ 21 ]}

Специальные типы РАН

Аквапоника

Объединение растений и рыб в УЗВ называется аквапоникой. В системах этого типа аммиак, вырабатываемый рыбами, не только преобразуется в нитраты, но и удаляется растениями из воды. ^{[ 22 ]} В системе аквапоники рыба эффективно удобряет растения, создавая замкнутую систему, в которой образуется очень мало отходов, а затраты сводятся к минимуму. Преимущество аквапоники заключается в возможности собирать и продавать несколько культур. Существуют противоречивые взгляды на пригодность и безопасность сточных вод УЗВ для поддержания роста растений в условиях аквапоники. Будущие преобразования, а скорее «модернизация» действующих ферм УЗВ в полукоммерческие предприятия по аквапонике не должны сдерживаться аргументами, связанными с недостаточностью питательных веществ или безопасностью питательных веществ. Поощряется стимулирование утилизации сельскохозяйственных отходов УЗВ с помощью полукоммерческой аквапоники. Питательные вещества, содержащиеся в сточных водах и иле УЗВ, содержат достаточное количество безопасных питательных веществ для поддержания роста растений в условиях аквапоники. ^{[ 23 ]}

Аквариумы

Домашние аквариумы и внутренние коммерческие аквариумы представляют собой разновидность УЗВ, в которых качество воды очень тщательно контролируется, а плотность посадки рыб относительно низкая. Целью этих систем является демонстрация рыбы, а не производство еды. Однако биофильтры и другие формы очистки воды по-прежнему используются для уменьшения необходимости замены воды и поддержания прозрачности воды. ^{[ 24 ]} Как и в традиционной УЗВ, воду необходимо периодически удалять, чтобы предотвратить накопление в системе нитратов и других токсичных химикатов. Прибрежные аквариумы часто имеют высокие показатели водообмена и обычно не используются в качестве УЗВ из-за близости к большому водоему с чистой водой.

См. также

Сельское хозяйство в контролируемой среде

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б Майкл Б. Тиммонс и Джеймс Б. Эбелинг (2013). Рециркуляционная аквакультура (3-е изд.). Издательство Итака Паблишинг Компани. п. 3. ISBN 978-0971264656 .
^ Томас Б. Лоусон (1995). Основы аквакультурной инженерии . Спрингер США. п. 192. ИСБН 978-1-4615-7049-3 .
^ Дженнер, Эндрю (24 февраля 2010 г.). «Системы рециркуляции аквакультуры: будущее рыбоводства?» . Христианский научный монитор . Проверено 25 августа 2015 г.
^ Jump up to: ^а ^б Холл, Антар (1 декабря 1999 г.). Сравнительный анализ трех типов биофильтров для очистки сточных вод, образующихся в системах оборотной аквакультуры (магистр наук). hdl : 10919/30796 . Проверено 22 сентября 2020 г.
^ Роберт Стикни (1994). Принципы аквакультуры (2-е изд.). Уайли. п. 91. ИСБН 0-471-57856-8 .
^ Саммерфелт, Роберт; Пенне, Крис (сентябрь 2005 г.), «Удаление твердых частиц в рециркуляционной системе аквакультуры, где большая часть потока обходит микросеточный фильтр», Aquacultural Engineering , 33 (3): 214–224, doi : 10.1016/j.aquaeng.2005.02. 003
^ Чен, Шулин; Мэлоун, Рональд (1991), «Контроль взвешенных веществ в рециркуляционных системах аквакультуры», Материалы симпозиума по аквакультуре в Корнельском университете, Итака, штат Нью-Йорк : 170–186.
^ Одд-Ивар Леканг (2013). Аквакультурная инженерия (2-е изд.). Джон Уайли и сыновья. п. 165. ИСБН 978-0-470-67085-9 .
^ Кепеньес, Дж. «Глава 15 Рециркуляционные системы и повторное использование воды в аквакультуре» . ФАО . Проверено 3 октября 2015 г.
^ Лосордо, Т.; Массар, М.; Ракоци, Дж. (сентябрь 1998 г.). «Системы производства рециркуляционных резервуаров для аквакультуры: обзор критических условий» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 17 октября 2015 года . Проверено 25 августа 2015 г.
^ Саммерфелт, Стивен (1996). «Инжиниринг систем повторного использования воды» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2 января 2011 года . Проверено 16 сентября 2015 г.
^ Мэлоун, Рон (октябрь 2013 г.). «Системы производства рециркуляционных резервуаров для аквакультуры: обзор современных методов проектирования» (PDF) . Государственный университет Северной Каролины . п. 5 . Проверено 3 октября 2015 г.
^ Одд-Ивар Леканг (2013). Аквакультурная инженерия (2-е изд.). Джон Уайли и сыновья. п. 136. ИСБН 978-0-470-67085-9 .
^ Jump up to: ^а ^б Янонг, Р. «Аспекты управления здоровьем рыб в системах замкнутой аквакультуры – Часть 1: Введение и общие принципы» (PDF) . Проверено 25 августа 2015 г.
^ Мартинс, К.; Эдинг, Э.; Вердегем, М.; Хайнсбрук, Л.; Шнайдер, О.; Бланштон, Дж.; д'Орбкастель, Э.; Веррет, Дж. (ноябрь 2010 г.), «Новые разработки в системах рециркуляционной аквакультуры в Европе: взгляд на экологическую устойчивость» (PDF) , Aquacultural Engineering , 43 (3): 83–93, doi : 10.1016/j.aquaeng.2010.09 .002
^ Хелфрич, Л.; Либей, Г. «Рыбоводство в системах замкнутой аквакультуры» (PDF) . Проверено 25 августа 2015 г.
^ Барри Коста-Пирс; и др. (2005). Городская аквакультура . Издательство CABI. п. 161. ИСБН 0-85199-829-1 .
^ Уэлдон, Ванесса (3 июня 2011 г.). «Рециркуляционные системы» . расширение.org . Проверено 3 октября 2015 г.
^ Майкл Кларк; Тилман, Дэвид (ноябрь 2014 г.). «Глобальные диеты связывают экологическую устойчивость и здоровье человека». Природа . 515 (7528): 518–522. Бибкод : 2014Natur.515..518T . дои : 10.1038/nature13959 . ISSN 1476-4687 . ПМИД 25383533 . S2CID 4453972 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с Роулинсон, П.; Форстер, А. (2000). «Экономика рециркуляционной аквакультуры» (PDF) . Университет штата Орегон . Проверено 3 октября 2015 г.
^ Майкл Кларк; Тилман, Дэвид (ноябрь 2014 г.). «Глобальные диеты связывают экологическую устойчивость и здоровье человека». Природа . 515 (7528): 518–522. Бибкод : 2014Natur.515..518T . дои : 10.1038/nature13959 . ISSN 1476-4687 . ПМИД 25383533 . S2CID 4453972 .
^ Дайвер, С. (2006). «Аквапоника, интеграция гидропоники и аквакультуры» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 17 апреля 2012 года . Проверено 25 августа 2015 г.
^ Лунда, Роман; Рой, Кошик; Масилко, Ян; Мраз, Ян (сентябрь 2019 г.). «Понимание пропускной способности питательных веществ в сточных водах действующих ферм УЗВ для поддержки полукоммерческой аквапоники: возможна легкая модернизация, не вызывающая споров». Журнал экологического менеджмента . 245 : 255–263. дои : 10.1016/j.jenvman.2019.05.130 . ПМИД 31158677 . S2CID 174808814 .
^ Дэвид Э. Боруховиц (2001). Простое руководство по пресноводным аквариумам . ТФХ с. 31 . ISBN 9780793821013 .

Внешние ссылки

[Timmons-1] Jump up to: ^а ^б Майкл Б. Тиммонс и Джеймс Б. Эбелинг (2013). Рециркуляционная аквакультура (3-е изд.). Издательство Итака Паблишинг Компани. п. 3. ISBN 978-0971264656 .

[2] Томас Б. Лоусон (1995). Основы аквакультурной инженерии . Спрингер США. п. 192. ИСБН 978-1-4615-7049-3 .

[3] Дженнер, Эндрю (24 февраля 2010 г.). «Системы рециркуляции аквакультуры: будущее рыбоводства?» . Христианский научный монитор . Проверено 25 августа 2015 г.

[Hall-4] Jump up to: ^а ^б Холл, Антар (1 декабря 1999 г.). Сравнительный анализ трех типов биофильтров для очистки сточных вод, образующихся в системах оборотной аквакультуры (магистр наук). hdl : 10919/30796 . Проверено 22 сентября 2020 г.

[5] Роберт Стикни (1994). Принципы аквакультуры (2-е изд.). Уайли. п. 91. ИСБН 0-471-57856-8 .

[6] Саммерфелт, Роберт; Пенне, Крис (сентябрь 2005 г.), «Удаление твердых частиц в рециркуляционной системе аквакультуры, где большая часть потока обходит микросеточный фильтр», Aquacultural Engineering , 33 (3): 214–224, doi : 10.1016/j.aquaeng.2005.02. 003

[7] Чен, Шулин; Мэлоун, Рональд (1991), «Контроль взвешенных веществ в рециркуляционных системах аквакультуры», Материалы симпозиума по аквакультуре в Корнельском университете, Итака, штат Нью-Йорк : 170–186.

[8] Одд-Ивар Леканг (2013). Аквакультурная инженерия (2-е изд.). Джон Уайли и сыновья. п. 165. ИСБН 978-0-470-67085-9 .

[9] Кепеньес, Дж. «Глава 15 Рециркуляционные системы и повторное использование воды в аквакультуре» . ФАО . Проверено 3 октября 2015 г.

[10] Лосордо, Т.; Массар, М.; Ракоци, Дж. (сентябрь 1998 г.). «Системы производства рециркуляционных резервуаров для аквакультуры: обзор критических условий» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 17 октября 2015 года . Проверено 25 августа 2015 г.

[11] Саммерфелт, Стивен (1996). «Инжиниринг систем повторного использования воды» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 2 января 2011 года . Проверено 16 сентября 2015 г.

[12] Мэлоун, Рон (октябрь 2013 г.). «Системы производства рециркуляционных резервуаров для аквакультуры: обзор современных методов проектирования» (PDF) . Государственный университет Северной Каролины . п. 5 . Проверено 3 октября 2015 г.

[13] Одд-Ивар Леканг (2013). Аквакультурная инженерия (2-е изд.). Джон Уайли и сыновья. п. 136. ИСБН 978-0-470-67085-9 .

[Yanong-14] Jump up to: ^а ^б Янонг, Р. «Аспекты управления здоровьем рыб в системах замкнутой аквакультуры – Часть 1: Введение и общие принципы» (PDF) . Проверено 25 августа 2015 г.

[15] Мартинс, К.; Эдинг, Э.; Вердегем, М.; Хайнсбрук, Л.; Шнайдер, О.; Бланштон, Дж.; д'Орбкастель, Э.; Веррет, Дж. (ноябрь 2010 г.), «Новые разработки в системах рециркуляционной аквакультуры в Европе: взгляд на экологическую устойчивость» (PDF) , Aquacultural Engineering , 43 (3): 83–93, doi : 10.1016/j.aquaeng.2010.09 .002

[16] Хелфрич, Л.; Либей, Г. «Рыбоводство в системах замкнутой аквакультуры» (PDF) . Проверено 25 августа 2015 г.

[17] Барри Коста-Пирс; и др. (2005). Городская аквакультура . Издательство CABI. п. 161. ИСБН 0-85199-829-1 .

[18] Уэлдон, Ванесса (3 июня 2011 г.). «Рециркуляционные системы» . расширение.org . Проверено 3 октября 2015 г.

[19] Майкл Кларк; Тилман, Дэвид (ноябрь 2014 г.). «Глобальные диеты связывают экологическую устойчивость и здоровье человека». Природа . 515 (7528): 518–522. Бибкод : 2014Natur.515..518T . дои : 10.1038/nature13959 . ISSN 1476-4687 . ПМИД 25383533 . S2CID 4453972 .

[Rawlinson-20] Jump up to: ^а ^б ^с Роулинсон, П.; Форстер, А. (2000). «Экономика рециркуляционной аквакультуры» (PDF) . Университет штата Орегон . Проверено 3 октября 2015 г.

[21] Майкл Кларк; Тилман, Дэвид (ноябрь 2014 г.). «Глобальные диеты связывают экологическую устойчивость и здоровье человека». Природа . 515 (7528): 518–522. Бибкод : 2014Natur.515..518T . дои : 10.1038/nature13959 . ISSN 1476-4687 . ПМИД 25383533 . S2CID 4453972 .

[22] Дайвер, С. (2006). «Аквапоника, интеграция гидропоники и аквакультуры» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 17 апреля 2012 года . Проверено 25 августа 2015 г.

[23] Лунда, Роман; Рой, Кошик; Масилко, Ян; Мраз, Ян (сентябрь 2019 г.). «Понимание пропускной способности питательных веществ в сточных водах действующих ферм УЗВ для поддержки полукоммерческой аквапоники: возможна легкая модернизация, не вызывающая споров». Журнал экологического менеджмента . 245 : 255–263. дои : 10.1016/j.jenvman.2019.05.130 . ПМИД 31158677 . S2CID 174808814 .

[24] Дэвид Э. Боруховиц (2001). Простое руководство по пресноводным аквариумам . ТФХ с. 31 . ISBN 9780793821013 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]

[ 18 ]

[ 19 ]

[ 20 ]

[ 21 ]

[ 22 ]

[ 23 ]

[ 24 ]