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पिछले कुछ वर्षों में विशेष रूप से यूरोप में जलीय कृषि खेतों की संख्या और आकारों में वृद्धि देखी गई है। प्रौद्योगिकी की स्वीकृति में वृद्धि के साथ, पारंपरिक इंजीनियरिंग दृष्टिकोणों, नवाचारों और नई तकनीकी चुनौतियों में सुधार उभरते रहते हैं। निम्नलिखित खंड प्रमुख डिजाइन और इंजीनियरिंग प्रवृत्तियों और नई चुनौतियों है कि जलीय कृषि प्रौद्योगिकी recirculating सामना कर रहा है का वर्णन करता है।

3.3.1 मुख्य प्रवाह ऑक्सीजनेशन

आधुनिक आरएएस में भंग ऑक्सीजन का नियंत्रण ऑक्सीजन हस्तांतरण की दक्षता में वृद्धि करना और इस प्रक्रिया की ऊर्जा आवश्यकताओं को कम करना है। ऑक्सीजन हस्तांतरण दक्षता में वृद्धि उन प्रणालियों को तैयार करके प्राप्त की जा सकती है जो पानी के संपर्क में ऑक्सीजन गैस को लंबे समय तक बनाए रखती हैं, जबकि कम सिर वाले ऑक्सीजन ट्रांसफर सिस्टम या सिस्टम का उपयोग करके ऊर्जा आवश्यकताओं में कमी हासिल की जा सकती है जो बिजली का उपयोग नहीं करते हैं, जैसे तरल ऑक्सीजन ऑक्सीजन दबाव से ही काम कर डिफ्यूज़र से जुड़े सिस्टम। कम सिर ऑक्सीजनेटर्स का एक परिभाषित कारक अपेक्षाकृत कम भंग एकाग्रता है जिसे उच्च दबाव प्रणालियों की तुलना में हासिल किया जा सकता है। इस सीमा को दूर करने के लिए, कम सिर ऑक्सीजन उपकरणों रणनीतिक रूप से अत्यधिक supersaturated पानी के एक छोटे बाईपास का उपयोग करने के बजाय पूर्ण recirculating प्रवाह के इलाज के लिए रखा जाता है, इस प्रकार ऑक्सीजन के पर्याप्त बड़े पैमाने पर परिवहन सुनिश्चित करता है। मुख्य पुनर्संचारी प्रवाह में स्थापित ऑक्सीजनकरण उपकरणों का उपयोग बिजली की खपत में बचत उत्पन्न करता है क्योंकि छोटे प्रवाह में उच्च डीओ सांद्रता प्राप्त करने के लिए आवश्यक ऊर्जा-गहन उच्च दबाव प्रणालियों का उपयोग टाला जाता है। कम सिर ऑक्सीजन सिस्टम भी आवश्यक पंपिंग सिस्टम की मात्रा को कम कर सकते हैं, क्योंकि उच्च दबाव ऑक्सीजनेशन सिस्टम आमतौर पर मछली के टैंकों में जाने वाली पाइपलाइनों में बाईपास पर रखे जाते हैं। इसके विपरीत, कम सिर ऑक्सीजनेशन डिवाइस बड़े प्रवाह को संभालने की उनकी आवश्यकता के कारण तुलनात्मक रूप से बड़ा होते हैं और इस प्रकार, उनकी प्रारंभिक लागत अधिक हो सकती है। प्रवाह की समग्रता का इलाज करने वाले उपकरणों के उदाहरणों में कम-सिर ऑक्सीजनेटर (एलएचओ) (वैगनर एट अल। 1995) शामिल हैं, गुरुत्वाकर्षण द्वारा संचालित क्योंकि पानी को सबसे पहले बायोफिल्टर और पैक किए गए कॉलम में पंप किया जाता है (Summerfelt एट अल। 2004), कम सिर ऑक्सीजन शंकु, स्पीसी कोन (एशले एट अल। Losordo 1994) कम दबाव पर संचालित, गहरी शाफ्ट शंकु (क्रूगर Kaldnes, नॉर्वे), भी Speece शंकु के एक संस्करण में वृद्धि हुई हाइड्रोस्टेटिक दबाव के माध्यम से उच्च ऑपरेटिंग दबाव तक पहुँचने के लिए डिज़ाइन किया गया मछली टैंक और पंप sumps की तुलना में कम उपकरणों रखने से उत्पन्न, यू-ट्यूब oxygenator और इस तरह के फैरेल ट्यूब या पेटेंट ऑक्सीजन dissolver प्रणाली (AquamaOf, इज़राइल) और गहरी मछली टैंक (चित्रा 3.5) में फैलाना ऑक्सीजन के उपयोग के रूप में अपने डिजाइन वेरिएंट।

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अंजीर 3.5 मछली के टैंकों में लौटने वाले पानी को पुन: परिचालित करने के लिए गैस स्थानांतरण विकल्प। यदि गैस संपर्क करने वाले पोत दबाव के लिए अनुमति देता है, तो ऑक्सीजन अपेक्षाकृत छोटे, उच्च दबाव धाराओं (** ए, ** बी) में उच्च सांद्रता में स्थानांतरित किया जा सकता है। हालांकि, कम सांद्रता पर ऑक्सीजन को मुख्य पुनरावृत्ति लूप में स्थानांतरित किया जा सकता है, लेकिन इसके लिए, सिस्टम के पूर्ण प्रवाह को संभालने के लिए ऑक्सीजन ट्रांसफर डिवाइस बहुत बड़ा होना चाहिए (** सी**)

3.3.2 बायोफिल्टरेशन विकल्प नाइट्राइफाइंग

हालांकि नाइट्रीफाइंग बायोफिल्टर वाणिज्यिक आरएएस में अमोनिया हटाने की मुख्य व्यावसायिक रूप से स्वीकृत विधि जारी है, हाल के वर्षों में नई नाइट्रोजन हटाने प्रौद्योगिकियां विकसित की गई हैं। इनमें से कुछ प्रौद्योगिकियां संस्कृति के पानी से अमोनिया को हटाने के लिए वैकल्पिक जैविक मार्गों पर विचार करती हैं, जबकि अन्य अंतर्निहित सीमाओं को कम करने के लिए नाइट्रीफाइंग बायोफिल्टर के साथ समानांतर में प्रतिस्थापित या काम करना चाहते हैं। इनमें बड़े रिएक्टर आकार, दुर्घटनाग्रस्त होने की संवेदनशीलता, लंबे समय तक स्टार्टअप समय और ठंडे पानी और समुद्री प्रणालियों दोनों में गरीब प्रदर्शन शामिल हैं।

** एनाममोक्स-आधारित प्रक्रिया**

आरएएस के लिए माना जाने वाला एक वैकल्पिक जैविक अमोनिया हटाने का मार्ग एनामोक्स प्रक्रिया (ताल एट अल। 2006) है, जो एनारोबिक स्थितियों के तहत होता है। एनारोबिक अमोनिया ऑक्सीकरण एक प्रक्रिया है जो नाइट्रोजन गैस (वैन रिजन एट अल 2006) का उत्पादन करने के लिए अमोनिया और नाइट्राइट के संयोजन से नाइट्रोजन को समाप्त करती है। एनामोक्स प्रक्रिया आरएएस के लिए ब्याज की है क्योंकि यह जैविक कार्बन अतिरिक्त (वैन रिजन एट अल। 2006) की आवश्यकता वाले हेटरोट्रॉफिक डेनिट्रिफिकेशन सिस्टम के साथ बायोफिल्टर्स नाइट्रीफाइंग के पारंपरिक संयोजनों के विपरीत, पूर्ण ऑटोट्रॉफिक नाइट्रोजन हटाने की अनुमति देता है। इसके अलावा, एनामोक्स मार्ग में, मछली द्वारा जारी अमोनिया का केवल आधा एरोबिकली नाइट्राइट (ऑक्सीजन की आवश्यकता होती है) के लिए ऑक्सीकरण किया जाता है, जबकि दूसरे आधे को नाइट्राइट के साथ नाइट्रोजन गैस में परिवर्तित किया जाता है। यह रास (वैन रिजन एट अल 2006) में ऑक्सीजन और ऊर्जा के उपयोग में बचत प्रदान कर सकता है।

Anammox रिएक्टर प्रोटोटाइप सफलतापूर्वक प्रदर्शन किया गया है (ताल एट अल। 2006, 2009), जबकि anammox गतिविधि समुद्री denitrification प्रणाली (Klas एट अल 2006) में होने के लिए संदेह किया गया है। यूरोपीय FP7 परियोजना DEAMNRECIRC ठंडे पानी और समुद्री जल जलीय कृषि अनुप्रयोगों के लिए एनामोक्स रिएक्टर प्रोटोटाइप बनाने में भी सफल रही। हालांकि, लेखकों द्वारा प्रौद्योगिकी के वाणिज्यिक अनुप्रयोगों की अभी तक पहचान नहीं की गई है।

** अमोनिया का रासायनिक हटाने**

आयन एक्सचेंज और इलेक्ट्रोकेमिकल ऑक्सीकरण प्रक्रियाओं के आधार पर अमोनिया हटाने प्रणाली को बायोफिल्टर नाइट्राइफाइंग करने के विकल्प के रूप में प्रस्तावित किया जा रहा है। आयन एक्सचेंज प्रक्रियाएं पानी (लेकांग 2013) से भंग अमोनिया निकालने के लिए ज़ीओलिट्स या आयन-चयनात्मक रेजिन जैसे adsorptive सामग्री का उपयोग करने पर भरोसा करती हैं, जबकि इलेक्ट्रोकेमिकल ऑक्सीकरण प्रक्रियाएं कई जटिल ऑक्सीकरण प्रतिक्रियाओं के माध्यम से अमोनिया को नाइट्रोजन गैस में परिवर्तित करती हैं (लाहाव एट अल। 2015)। तुलना करके, आयन एक्सचेंज प्रक्रियाएं आयनों (यानी मीठे पानी) की कम सांद्रता वाले पानी के लिए उपयुक्त होती हैं, जबकि इलेक्ट्रोकेमिकल ऑक्सीकरण प्रक्रियाएं सक्रिय क्लोरीन प्रजातियों का उत्पादन करने के लिए पानी में मौजूद क्लोराइड आयनों का लाभ लेती हैं जो अमोनिया (लाहाव एट अल। 2015) के साथ आसानी से प्रतिक्रिया करती हैं और इस प्रकार हैं क्लोराइड आयनों (यानी खारा और समुद्री जल) की उच्च सांद्रता वाले पानी के लिए उपयुक्त है।

यद्यपि आयन एक्सचेंज प्रक्रियाएं नई नहीं हैं, फिर भी आरएएस में उनका आवेदन समय के साथ प्रदर्शन को बनाए रखने की उनकी क्षमता से सीमित है: फ़िल्टरिंग सामग्री अंततः 'संतृप्त' हो जाती है, जिससे इसकी adsorptive क्षमता खो जाती है और इस प्रकार, पुन: उत्पन्न किया जाना चाहिए। जेंडेल और लाहाव (2013) ने इलेक्ट्रोकेमिकल ऑक्सीकरण का उपयोग करके एक अभिनव adsorbent पुनर्जनन प्रक्रिया के साथ मिलकर एक आयन एक्सचेंज आधारित अमोनिया प्रक्रिया के लिए एक उपन्यास दृष्टिकोण प्रस्तावित किया। अमोनिया का इलेक्ट्रोकेमिकल ऑक्सीकरण एक ऐसी प्रक्रिया है जिसे हाल के वर्षों में अधिक ध्यान दिया गया है, और कई अवधारणाओं की जांच की गई है और व्यावसायिक रूप से लॉन्च की गई है, उदाहरण के लिए, स्पेन में एलॉक्सिरा।

वाणिज्यिक आरएएस में इन प्रौद्योगिकियों के आवेदन को सीमित करने वाले कारकों में आयन एक्सचेंज प्रक्रियाओं, खराब आर्थिक प्रदर्शन, मांग पर बड़ी मात्रा में adsorbent सामग्री को पुनर्जीवित करने में कठिनाई (लेकांग 2013), सिस्टम जटिलता रासायनिक अभिकर्मकों को जोड़ने की आवश्यकता होती है, उच्च बिजली की खपत और निलंबित ठोस हटाने की एक उच्च डिग्री (Lahav एट अल। 2015), जो अक्सर बड़े पैमाने पर आरएएस में अव्यावहारिक है। अमोनिया electrooxidation प्रक्रियाओं के मामले में, सक्रिय हटाने की आवश्यकता होती विषाक्त प्रतिक्रियाशील प्रजातियों का उत्पादन उनकी सबसे महत्वपूर्ण सीमा है, हालांकि उनके उच्च ठोस नियंत्रण की आवश्यकता, अक्सर दबाव यांत्रिक फिल्टर के साथ ही संभव है, यह भी आरएएस बड़े प्रवाह के साथ काम करने में एक चुनौती है और कम दबाव

3.3.3 ठीक ठोस नियंत्रण

ठीक ठोस कण\ 30 माइक्रोन संस्कृति पानी में कुल निलंबित ठोस के 90% से अधिक गठन के साथ आरएएस में प्रमुख ठोस अंश हैं। हाल की जांच में पाया गया है कि आरएएस की संस्कृति जल में मौजूद ठोस पदार्थों के 94% से अधिक आकार में\ <20 माइक्रोन या 'ठीक' (फर्नांडीस एट अल. 2015) हैं। ठीक ठोस पदार्थों का संचय मुख्य रूप से होता है क्योंकि बड़े ठोस यांत्रिक फिल्टर (जो 100% कुशल नहीं हैं) को बाईपास करते हैं और अंततः पंपों, सतहों और जीवाणु गतिविधि के साथ घर्षण द्वारा टूट जाते हैं। एक बार ठोस आकार कम हो जाते हैं, पारंपरिक यांत्रिक निस्पंदन तकनीकों को बेकार प्रदान किया जाता है।

हाल के वर्षों में, उत्पादन, नियंत्रण, मछली कल्याण प्रभाव और ठीक ठोस पदार्थों के सिस्टम प्रदर्शन प्रभावों का पता लगाया जा रहा है। मछली कल्याण पर ठीक ठोस पदार्थों के प्रभाव शुरू में मत्स्य पालन अनुसंधान के माध्यम से जांच की गई (चेन एट अल 1994)। हालांकि, हाल ही में मछली कल्याण पर आरएएस में ठीक ठोस पदार्थों के प्रत्यक्ष प्रभावों की पूरी तरह से जांच नहीं की गई है। हैरानी की बात है, बेके एट अल द्वारा इंद्रधनुष ट्राउट पर अलग काम। (2016) और फर्नांडीस एट अल। (2015) ने क्रमशः 4 और 6 सप्ताह तक चलने वाले एक्सपोज़र परीक्षणों में 30 मिलीग्राम/एल तक की निलंबित ठोस सांद्रता वाले सिस्टम में कोई नकारात्मक कल्याण प्रभाव नहीं दिखाया। इन निष्कर्षों के बावजूद, आरएएस में ठीक ठोस संचय के अप्रत्यक्ष प्रभाव जाना जाता है (पेडरसन एट अल। 2017) और ज्यादातर अवसरवादी सूक्ष्मजीवों के प्रसार से जुड़े होने की सूचना दी जाती है (वडस्टीन एट अल। 2004; एट्रामडल एट अल। बैक्टीरिया के लिए क्षेत्र सब्सट्रेट उपनिवेश करने के लिए। ठीक ठोस संचय का एक और महत्वपूर्ण नकारात्मक प्रभाव मैलापन में वृद्धि है, जो मछली के दृश्य निरीक्षण को मुश्किल बनाता है और फोटोपीरियड नियंत्रण रणनीतियों को बाधित कर सकता है जिसके लिए पानी के स्तंभ में प्रकाश प्रवेश की आवश्यकता होती है। आधुनिक आरएएस में इस्तेमाल किए जाने वाले ललित ठोस नियंत्रण रणनीतियों में ओजोनेशन, प्रोटीन स्किमिंग, फ्लोटेशन, कारतूस निस्पंदन और झिल्ली निस्पंदन शामिल हैं (Couturier एट अल। 2009; क्रिप्स और बर्गीम 2000; Summerfelt और Hochheimer 1997; Wold एट अल। 2014)। प्रोटीन skimmers, भी फोम fractionators के रूप में जाना जाता है, भी अपेक्षाकृत लोकप्रिय ठीक ठोस नियंत्रण उपकरणों, विशेष रूप से समुद्री प्रणाली (Badiola एट अल। 2012) में कर रहे हैं।

3.3.4 ओजोनेशन

आरएएस में ओजोन (ओ <sub3/उप) आवेदन का ज्ञान 1 9 70 और 1 9 80 के दशक से अस्तित्व में है (सममरफेल्ट और होचहाइमर 1997)। हालांकि, इसका आवेदन बायोफिल्टर या मैकेनिकल फिल्टर (बाडियोला एट अल 2012) नाइट्रीफाइंग जैसी अन्य प्रक्रियाओं के रूप में व्यापक नहीं रहा है। ठीक ठोस उपचार के अलावा, ओजोन, एक शक्तिशाली आक्सीकारक के रूप में, सूक्ष्मजीवों, नाइट्राइट और humic पदार्थों (Gonçalves और गैगनॉन 2011) को खत्म करने के लिए आरएएस में इस्तेमाल किया जा सकता है। हाल के वर्षों में ताजे पानी और समुद्री आरएएस दोनों में लागू ओजोन की क्षमता और सीमाओं के बारे में ज्ञान में वृद्धि देखी गई है। महत्वपूर्ण बात यह है कि ओजोन खुराक जो मीठे पानी और समुद्री जल प्रणालियों दोनों में पानी की गुणवत्ता में सुधार के लिए सुरक्षित रूप से हासिल की जा सकती है, कई प्रकाशनों में पुष्टि की गई है (ली एट अल। 2015; पार्क एट अल। 2013, 2015; श्रोएडर एट अल 2011; Summerfelt 2003; Timmons और Ebeling 2010), निष्कर्ष के साथ कि ओजोन खुराक सिफारिश की सीमा से अधिक (1) आगे पानी की गुणवत्ता में सुधार नहीं है और (2) नकारात्मक कल्याण प्रभाव पैदा कर सकता है, विशेष रूप से समुद्री जल प्रणालियों में जहां अत्यधिक ओजोनेशन विषाक्त अवशिष्ट oxidants के गठन का कारण होगा। ठंडे पानी आरएएस में, प्रक्रिया प्रवाह की पूरी कीटाणुशोधन प्राप्त करने के लिए ओजोनेशन आवश्यकताओं को निर्धारित किया गया है (Summerfelt एट अल 2009)।

ओजोनेशन माइक्रोस्क्रीन फिल्टर प्रदर्शन में सुधार करता है और पानी के रंग को प्रभावित करने वाले भंग पदार्थ के संचय को कम करता है (Summerfelt et al. 2009)।

हालांकि, अत्यधिक ओजोनेशन हिस्टोपैथोलॉजिकल टिशू क्षति (रिचर्डसन एट अल 1983; रीसर एट अल 2010) सहित प्रतिकूल प्रभाव पैदा करके खेती की मछली को गंभीर रूप से प्रभावित कर सकता है और व्यवहार (रीसर एट अल। 2010) के साथ-साथ ऑक्सीडेटिव तनाव (रिटोला एट अल। 2000, 2002; लिविंगस्टोन 2003)। इसके अतिरिक्त, ओजोनेशन बाय-प्रोडक्ट्स हानिकारक हो सकते हैं। Bromate इनमें से एक है और संभावित विषाक्त है। टैंगो और गैगनॉन (2003) से पता चला है कि ओजोनेटेड समुद्री रास ब्रोमेट की सांद्रता है जो मछली के स्वास्थ्य को खराब करने की संभावना है। क्रोनिक, उपठेल ओजोन उत्पादित ऑक्सीडेंट (ओपीओ) विषाक्तता की जांच रीसर एट अल द्वारा किशोर टर्बोट में की गई थी। (2011), जबकि इंद्रधनुष ट्राउट स्वास्थ्य और कल्याण का मूल्यांकन ओजोनेटेड और गैर-ओजोनेटेड आरएएस में अच्छा एट अल द्वारा किया गया था। (2011)। ओजोनेटेड आरएएस में बाजार के आकार में इंद्रधनुष ट्राउट बढ़ाने से उनके स्वास्थ्य और कल्याण को प्रभावित किए बिना मछली के प्रदर्शन में सुधार हुआ है जबकि उच्च ओपीओ खुराक किशोर टर्बोट के कल्याण को प्रभावित करती है।

3.3.5 Denitrification

अधिकांश पुनर्संचारी जलीय कृषि प्रणालियों में, नाइट्रेट, नाइट्रीफिकेशन का अंतिम उत्पाद, जमा हो जाता है। इस तरह के संचय को आमतौर पर कमजोर पड़ने (सिस्टम में नया पानी शुरू करना) द्वारा नियंत्रित किया जाता है। कमजोर पड़ने से नाइट्रेट का नियंत्रण पर्यावरण नियमों के कारण आरएएस ऑपरेशन के लिए एक सीमित कारक हो सकता है, नए पानी की खराब उपलब्धता, इनकमिंग और अपशिष्ट जल धाराओं के इलाज की लागत या नए पानी को गर्म करने या गर्म करने से जुड़ी लागत।

आरएएस में जैविक नाइट्रेट हटाने इलेक्ट्रॉन दाताओं (वैन रिजन एट अल। 2006) के रूप में कार्बन और नाइट्रेट की उपस्थिति में नाइट्रेट को नाइट्रोजन गैस में बदलने के लिए एक अवायवीय बैक्टीरिया द्वारा प्राप्त किया जा सकता है। Denitrification रिएक्टरों इस प्रकार जैविक रिएक्टरों जो आम तौर पर अवायवीय स्थितियों में संचालित और आम तौर पर इस तरह के इथेनॉल, मेथनॉल, ग्लूकोज, गुड़, आदि के रूप में कार्बन स्रोत के कुछ प्रकार के साथ dosed कर रहे हैं Denitrification प्रौद्योगिकी 1990 के दशक (वैन रिजन और रिवेरा 1990) के बाद से विकास के तहत किया गया है, लेकिन पुनर्संचारी जलीय कृषि उद्योग के बीच इसकी लोकप्रियता केवल पिछले वर्षों में बढ़ी है, जो अभिनव निंदा रिएक्टर समाधान प्रदान करती है।

जलीय कृषि में denitrification प्रणालियों के सबसे उल्लेखनीय अनुप्रयोगों में से एक 'शून्य विनिमय' आरएएस (Yogev एट अल। 2016) है, जो अस्थिर फैटी एसिड (वीएफए) का उत्पादन करने के लिए प्रणाली में उत्पादित बायोसोलिड्स के एनारोबिक पाचन को रोजगार देता है जो तब कार्बन स्रोत के रूप में denitrifiers द्वारा उपयोग किया जाता है। (2006) ने एक 'सिंगलस्लज' डिनिट्रिफिकेशन सिस्टम विकसित किया, जहां बायोसोलिड्स और डेनिट्रिफिकेशन से वीएफए का उत्पादन एकल, मिश्रित रिएक्टर में होता है। (2014) ने सिंगलस्लज अवधारणा को आगे विकसित किया, इसे मछली खेती के प्रदूषण के अंत-पाइप उपचार के लिए अनुकूलित किया और एक अतिरिक्त कदम जोड़ा जो वीएफए उत्पादन को हाइड्रोलिसिस टैंक में डेनिट्रिफिकेशन रिएक्टर से अलग करता है। इन कार्यों ने डेनिट्रिफिकेशन के लिए महंगे अकार्बनिक कार्बन स्रोतों के बजाय एक्वाकल्चरल बायोसॉलिड का उपयोग करने की संभावनाओं पर मूल्यवान जानकारी प्रदान की है। इसके अलावा, क्रिश्चियनसन एट अल। (2015) पारंपरिक हेटरोट्रॉफिक डेनिट्रिफिकेशन रिएक्टरों के विकल्प के रूप में ऑटोट्रॉफिक, सल्फर-आधारित डिनिट्रिफिकेशन रिएक्टरों की प्रभावशीलता का अध्ययन किया। ऑटोट्रॉफिक रिएक्टर कम बायोमास (ठोस) का उत्पादन करते हैं और सल्फर कणों के साथ आपूर्ति की जा सकती है, जो परंपरागत अकार्बनिक कार्बन स्रोतों से सस्ता है।

VFAs भी इस तरह के Polyhydroalkanoates (पीएचए) के रूप में biopolymers के उत्पादन में अग्रदूत घटक हैं, biodegradable प्लास्टिक (Pittmann और Steinmetz 2013) का उत्पादन करने के लिए इस्तेमाल किया। यह अपशिष्ट जल उपचार संयंत्रों पर लागू 'बायोरिफाइनरी' अवधारणा का हिस्सा बनने के लिए एनारोबिक सक्रिय कीचड़ प्रक्रियाओं को नियोजित करने वाले मछली खेतों के लिए संभावित हो सकता है।

3.3.6 माइक्रोबियल कंट्रोल

माइक्रोबियल समुदाय जलीय पारिस्थितिकी तंत्र के महत्वपूर्ण घटक हैं। जलीय कृषि उत्पादन प्रणालियों में, वे पोषक रीसाइक्लिंग, कार्बनिक पदार्थों की गिरावट और रोग के उपचार और नियंत्रण (ज़ेंग एट अल। 2017) में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। कुशल, उत्पादक, जैविक रूप से सुरक्षित और रोग मुक्त आरएएस के विकास के लिए जैविक प्रक्रियाओं के लिए शारीरिक और रासायनिक (गैस हस्तांतरण, थर्मल उपचार, ओजोनेशन, यूवी विकिरण, पीएच और लवणता समायोजन) से सभी जीवन समर्थन प्रक्रियाओं की पूरी तरह से समझ की आवश्यकता है (नाइट्रिफिकेशन, डेनिट्रिफिकेशन और एरोबिक heterotrophic गतिविधि)। भौतिक और रासायनिक प्रक्रियाओं को नियंत्रित किया जा सकता है, जैविक निस्पंदन प्रणाली पोषक तत्व इनपुट (मछली अपशिष्ट उत्पादन) का एक परिणाम के रूप में एक दूसरे के साथ माइक्रोबियल समुदायों के संपर्क पर भरोसा करते हैं और, जैसे, के रूप में आसानी से नियंत्रित नहीं कर रहे हैं (Schreier एट अल। 2010)। आणविक उपकरणों का उपयोग करने वाले हाल के अध्ययनों ने न केवल आरएएस में माइक्रोबियल विविधता का मूल्यांकन करने की अनुमति दी है बल्कि उनकी गतिविधियों में कुछ अंतर्दृष्टि भी प्रदान की है जिससे माइक्रोबियल सामुदायिक बातचीत की बेहतर समझ होनी चाहिए। इन दृष्टिकोणों को बढ़ाने और इन प्रणालियों की निगरानी करने के लिए नई प्रक्रियाओं और उपकरणों में उपन्यास आरएएस प्रक्रिया व्यवस्था के साथ-साथ अंतर्दृष्टि प्रदान करने के लिए निश्चित हैं (श्रेयर एट अल। 2010)। दोनों मीठे पानी और समुद्री प्रणालियों में आरएएस biofilter माइक्रोबियल विविधता की वर्तमान समझ 16S RRNA और कार्यात्मक जीन विशिष्ट जांच या बल्कि संस्कृति आधारित तकनीकों से 16S RRNA जीन पुस्तकालयों का उपयोग कर अध्ययन पर आधारित है (तालिका 3.1)।

आरएएस में माइक्रोबायोटा के अस्थायी और स्थानिक गतिशीलता में अंतर्दृष्टि अभी भी सीमित हैं (श्रेयर एट अल। 2010), और आरएएस में लाभकारी माइक्रोबियल समुदायों को बनाए रखने या बहाल करने के लिए संभावित समाधान की कमी है (रूरंगवा और वर्देगम 2015)। एक माइक्रोबियल समुदाय के अलावा जो पानी को शुद्ध करता है, आरएएस में माइक्रोबायोटा भी रोगजनकों को बंदरगाह कर सकता है या ऑफ-फ्लेवर पैदा करने वाले यौगिकों (गुटमैन और वैन रिजन 2008) का उत्पादन कर सकता है। लाभकारी माइक्रोबायोटा को नकारात्मक रूप से प्रभावित किए बिना ऑपरेशन के दौरान बीमारी का इलाज करने में कठिनाई को देखते हुए, आरएएस में माइक्रोबियल प्रबंधन पूरी उत्पादन प्रक्रिया के माध्यम से स्टार्ट-अप से एक आवश्यकता है। सूक्ष्मजीवों को विभिन्न मार्गों के माध्यम से आरएएस में पेश किया जाता है: मेकअप पानी, वायु, पशु वैक्टर, फ़ीड, मछली मोजा, गंदे उपकरण और कर्मचारियों या आगंतुकों के माध्यम से (शारर एट अल 2005; ब्लैंचेटन एट अल। 2013)। दूसरी ओर, विशिष्ट रोगाणुओं को भी जानबूझकर प्रणाली के प्रदर्शन या पशु स्वास्थ्य में सुधार करने के लिए माइक्रोबियल उपनिवेशीकरण चलाने के लिए लागू किया जा सकता है (Rurangwa और Verdegem 2015)।

** तालिका 3.1** आरएएस बायोफिल्टरेशन इकाइयों और भाग लेने वाले सूक्ष्मजीवों से जुड़े प्राथमिक गतिविधियां। (श्रेयर एट अल 2010 से)

तालिका थैड tr वर्ग = “हेडर” ThProcess/वें थ्रेसशन/वें वें colspan = “2"माइक्रोऑर्गेनिसम/वें /tr टीआर टीडी/टीडी टीडी/टीडी टीडीफ्रेशपानी/टीडी टीडीमैरिन/टीडी /tr /thead tbody tr वर्ग = “यहां तक कि टीडीनाइट्रिफिकेशन/टीडी टीडी/टीडी टीडी/टीडी टीडी/टीडी /tr tr वर्ग = “अजीब” टीडीएमोनियम ऑक्सीडेशन/टीडी टीडी एनएचएसयूबी 4/सबसुप+/एसयूपी + 1.5 ओसब2/सब → शिरोसबब 2/सब + 2 एचएसयूपी+/एसयूपी + एचएसयूबी 2/सबो /टीडी टीडीनिट्रोसोमोनास ओलिगोट्रोफा/आई/टीडी टीडीनिट्रोसोमोनास एसपी /i/td /tr tr वर्ग = “यहां तक कि टीडी/टीडी टीडी/टीडी टीडी/टीडी टीडीनिट्रोसोमोनास क्रायोटेलरिस/आई/टीडी /tr tr वर्ग = “अजीब” टीडी/टीडी टीडी/टीडी टीडी/टीडी टीडीनिट्रोसोमोनास यूरोपाए/आई/टीडी /tr tr वर्ग = “यहां तक कि टीडी/टीडी टीडी/टीडी टीडी/टीडी टीडीनिट्रोसोमोनास सिनीबस/नाइट्रोसा/आई/टीडी /tr tr वर्ग = “अजीब” टीडी/टीडी टीडी/टीडी टीडी/टीडी टीडीनिट्रोसोकोकस मोबाइलिस/आई/टीडी /tr tr वर्ग = “यहां तक कि टीडीनाइट्राइट ऑक्सीडेशन/टीडी टीडी o2SUP-/SUP + H2O → No3SUP-/SUP + 2HSUP +/SUP + 2esup -/sup

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Supa/supसूक्ष्मजीव आंशिक 16S RRNA जीन या कार्यात्मक जीन दृश्यों के आधार पर पूरी तरह से पहचान

रोगजनक उपनिवेशीकरण को बाधित करने के लिए एक दृष्टिकोण प्रोबायोटिक बैक्टीरिया का उपयोग होता है जो पोषक तत्वों के लिए प्रतिस्पर्धा कर सकता है, विकास अवरोधकों का उत्पादन कर सकता है, या सेलटो-सेल संचार (कोरम सेंसिंग) को बुझाता है जो बायोफिल्म्स (डिफॉइर्ड्ट एट अल। 2007, 2008; केसरकोडी-वाटसन एट अल 2008)। प्रोबायोटिक बैक्टीरिया में Bacillus, Pseudomonas (केसरकोडी-वाटसन एट अल 2008) और Roseobacter एसपीपी शामिल हैं। (Bruhn एट अल. 2005), और इन से संबंधित बैक्टीरिया भी आरएएस biofilters में पहचान की गई है (Schreier एट अल. 2010) (तालिका 3.1)। आरएएस में माइक्रोबियल स्थिरता को प्रबंधित करने के लिए आवश्यक जानकारी प्राप्त करने के लिए, रोजास-तिराडो एट अल। (2017) ने अपनी बहुतायत और गतिविधि के संदर्भ में जीवाणु गतिशीलता में परिवर्तन को प्रभावित करने वाले कारकों की पहचान की है। उनकी पढ़ाई से पता चलता है कि बैक्टीरियल गतिविधि पानी के चरण में एक सीधा उम्मीद के मुताबिक पैरामीटर नहीं था के रूप में समान आरएएस में नाइट्रेट-एन के स्तर सिस्टम में से एक के भीतर अप्रत्याशित अचानक परिवर्तन/उतार चढ़ाव से पता चला। आरएएस में निलंबित कण सतह क्षेत्र प्रदान करते हैं जिसे बैक्टीरिया द्वारा उपनिवेश किया जा सकता है। पुनरावृत्ति बढ़ने की तीव्रता के रूप में अधिक कण जमा होते हैं, इस प्रकार संभावित रूप से सिस्टम की जीवाणु ले जाने की क्षमता में वृद्धि होती है। पेडरसन एट अल। (2017) ने ताजे पानी आरएएस में कुल कण सतह क्षेत्र (टीएसए) और जीवाणु गतिविधि के बीच संबंधों का पता लगाया। उन्होंने कम से कम मध्यम पुनरावृत्ति तीव्रता वाले सभी प्रणालियों में टीएसए और जीवाणु गतिविधि के बीच एक मजबूत, सकारात्मक, रैखिक सहसंबंध का संकेत दिया। हालांकि, रिश्ते जाहिरा तौर पर उच्चतम पुनरावृत्ति तीव्रता वाले सिस्टम में मौजूद नहीं रह गए हैं। यह संभवतः भंग पोषक तत्वों के संचय के कारण मुक्त जीवित जीवाणु आबादी को बनाए रखने, और/या निलंबित कोलाइड्स और व्यास में 5 माइक्रोन से कम कणों के संचय के कारण है, जो उनके अध्ययन में विशेषता नहीं थे, लेकिन महत्वपूर्ण सतह क्षेत्र प्रदान कर सकते हैं।

आरएएस में, विभिन्न रासायनिक यौगिकों (मुख्य रूप से नाइट्रेट और कार्बनिक कार्बन) पालन वाले पानी में जमा होते हैं। ये रासायनिक substrata biofilter पर जीवाणु समुदायों के ecophysiology को विनियमित और इसकी नाइट्रीफिकेशन दक्षता और विश्वसनीयता पर प्रभाव पड़ता है। Michaud एट अल। (2014) दो अलग जैविक फिल्टर में जीवाणु समुदाय संरचना और प्रमुख taxa रिश्तेदार बहुतायत की पारी की जांच की और निष्कर्ष निकाला है कि गतिशीलता और बैक्टीरिया समुदाय के लचीलेपन के प्रवाह के लिए अनुकूल करने के लिए biofilter प्रदर्शन के साथ जुड़ा हुआ लग रहा था। आरएएस की विश्वसनीयता और स्थिरता में सुधार के लिए महत्वपूर्ण पहलुओं में से एक बायोफिल्टर जीवाणु आबादी का उचित प्रबंधन है, जो सीधे सी (कार्बन) उपलब्धता (Avnimelech 1999) से जुड़ा हुआ है। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि आरएएस में ऐसे गुण हैं जो वास्तव में माइक्रोबियल स्थिरीकरण में योगदान दे सकते हैं, जिनमें लंबे पानी के प्रतिधारण समय और जीवाणु विकास के लिए बायोफिल्टर का एक बड़ा सतह क्षेत्र शामिल है, जो संभावित रूप से पालन करने वाले पानी में अवसरवादी रोगाणुओं के प्रसार की संभावना को सीमित कर सकता है ( अत्रमडल एट अल। 2012 ए)।

Attramadal एट अल. (2012ए) मध्यम ओजोनेशन के साथ एक आरएएस में माइक्रोबियल समुदाय के विकास की तुलना (को 350 mV) एक पारंपरिक प्रवाह प्रणाली की है कि करने के लिए (एफटीएस) अटलांटिक कॉड के एक ही समूह के लिए, Gadus morhua। उन्हें एफटीएस के टैंकों के बीच आरएएस के दोहराने वाली मछली टैंकों के बीच जीवाणु संरचना में कम परिवर्तनशीलता मिली। आरएएस के पास उच्च प्रजातियों की विविधता के साथ एक और भी माइक्रोबियल सामुदायिक संरचना थी और समय-समय पर पोल्स्ट्स का एक कम अंश था। आरएएस में मछली एफटीएस में अपने नियंत्रण से बेहतर प्रदर्शन किया, एक स्पष्ट अवर भौतिक-रासायनिक पानी की गुणवत्ता के संपर्क में होने के बावजूद। समुद्री मछली लार्वा के लिए आरएएस में माइक्रोबियल पर्यावरण पर मध्यम ओजोनेशन या उच्च तीव्रता यूवी विकिरण के प्रभावों पर शोध करते समय, एट्रामडल एट अल। (2012 बी) ने जोर दिया कि ऐसे लार्वा के लिए आरएएस में शायद मजबूत कीटाणुशोधन शामिल नहीं होना चाहिए क्योंकि इससे जीवाणु संख्या में कमी आती है, जो माइक्रोबियल समुदाय की अस्थिरता में परिणाम की संभावना है। इसके अलावा, उनके परिणाम मछली लार्वा के पहले भोजन के दौरान आरएएस की परिकल्पना को माइक्रोबियल नियंत्रण रणनीति के रूप में समर्थन करते हैं।

माइक्रोबियल समुदायों के के-चयन के लिए उपकरण के रूप में आरएएस और माइक्रोबियल परिपक्वता एट्रमडल एट अल द्वारा अध्ययन का विषय था। (2014) जिसमें उन्होंने अनुमान लगाया कि के-रणनीतिकारों (परिपक्व माइक्रोबियल समुदायों) का वर्चस्व वाले मछली लार्वा बेहतर प्रदर्शन करेंगे, क्योंकि वे कम संभावना रखते हैं अवसरवादी (आर-चयनित) रोगाणुओं का सामना करने और हानिकारक मेजबान-माइक्रोब इंटरैक्शन विकसित करने के लिए। उनके प्रयोग के परिणामों ने बैक्टीरिया के के-चयन का उपयोग करके मछली जीवित रहने में वृद्धि के लिए एक उच्च क्षमता दिखायी, जो एक सस्ता और आसान तरीका है जिसका उपयोग सभी प्रकार के नए या मौजूदा जलीय कृषि प्रणालियों में किया जा सकता है। जल उपचार के प्रबंधन (कार्बनिक भार और पानी की परिपक्वता) में छोटे बदलाव मछली टैंकों में काफी अलग माइक्रोबायोटा देते हैं (एट्रामडल एट अल 2016)। दूसरी ओर, humic पदार्थ (एचएस) प्राकृतिक कार्बनिक यौगिक हैं, जिसमें उच्च कार्बनिक वजन के वर्णक पॉलिमर की एक विस्तृत श्रृंखला शामिल है। वे जटिल कार्बनिक यौगिकों की गिरावट में अंतिम उत्पाद हैं और, जब प्रचुर मात्रा में, मिट्टी और पानी (स्टीवेन्सन 1994) के एक विशिष्ट भूरे रंग से काले-भूरे रंग के रंग का उत्पादन करते हैं। एक शून्य-निर्वहन जलीय कृषि प्रणाली में, संस्कृति के पानी के साथ-साथ मछली के रक्त (यामिन एट अल। 2017 ए) में एचएस-जैसे पदार्थों का पता लगाया गया था। एच एस की एक सुरक्षात्मक प्रभाव मछली विषाक्त धातु के संपर्क में सूचना मिली थी (Peuranen एट अल. 1994; झूला एट अल. 2003) और विषाक्त अमोनिया और नाइट्राइट सांद्रता (Meinelt एट अल। इसके अलावा, सबूत मछली रोगज़नक़ के खिलाफ उनके fungistatic प्रभाव के लिए प्रदान किया गया था, Saprolengia परजीवी _ (Meinelt एट अल. 2007)। आम कार्प में (Cyprinus carpio) (क) humic युक्त पानी और एक recirculating प्रणाली से कीचड़, (ख) सिंथेटिक humic एसिड और (सी) लियोनार्डाइट व्युत्पन्न humic अमीर निकालने, संक्रमण दर 14.9%, 17.0% और 18.8% तक कम कर दिया गया था, नियंत्रण में 46.8% संक्रमण दर की तुलना में उपचार (यामिन एट अल 2017b)। इसी तरह, guppy मछली के जोखिम (Poecilia reticulata), मोनोजेनेआ _Gyrodactylus turnbulli और Dactylogyrus sp. humic समृद्ध संस्कृति पानी और फ़ीड करने के लिए, दोनों संक्रमण प्रसार को कम (संक्रमित मछली का%) और दो परजीवी के संक्रमण तीव्रता (प्रति मछली) एट अल। 2017 सी)।

यह माना जाता है कि आरएएस में नाइट्रिफिकेशन/डेनिट्रिफिकेशन रिएक्टर सिस्टम के माइक्रोबियल पारिस्थितिकी के क्षेत्र में मौलिक शोध नवाचार प्रदान कर सकता है जो आरएएस में रिएक्टर प्रदर्शन को काफी बदल सकता है और/या सुधार कर सकता है। अब तक, रिएक्टरों में माइक्रोबियल समुदाय अभी भी नियंत्रित करना मुश्किल है (लियोनार्ड एट अल। 2000, 2002; मिचौद एट अल 2006, 2009; श्रेयर एट अल 2010; रोजास-तिराडो एट अल।

3.3.7 ऊर्जा दक्षता

एक पुनर्संचारी जलीय कृषि प्रणाली में मछली उत्पादन की आर्थिक व्यवहार्यता, कुछ हद तक, ऐसी सुविधाओं के संचालन की ऊर्जा आवश्यकताओं को कम करने पर निर्भर करती है। आरएएस को ओपन सिस्टम की तुलना में उच्च तकनीकी बुनियादी ढांचे की आवश्यकता होती है, इस प्रकार आरएएस में ऊर्जा लागत को पहले से ही प्रमुख बाधाओं के रूप में रेट किया गया है जो इस तकनीक को व्यापक अनुप्रयोग (सिंह और मार्श 1996) से रोक सकता है। आरएएस, वेंटिलेशन और पानी शीतलन में बिजली के उपयोग से जुड़े सभी लागतों में आम तौर पर सबसे महत्वपूर्ण होता है। इनडोर आरएएस में, आर्द्रता और कार्बन डाइऑक्साइड के स्तर को नियंत्रित करने के लिए वेंटिलेशन का निर्माण महत्वपूर्ण है। खराब आर्द्रता नियंत्रण के परिणामस्वरूप निर्माण संरचनाओं में तेजी से गिरावट हो सकती है, जबकि वायुमंडलीय कार्बन डाइऑक्साइड संचय आरएएस में सक्रिय कार्बन डाइऑक्साइड स्ट्रिपिंग प्रक्रियाओं को प्रभावित करेगा और श्रमिकों में चक्कर आना होगा। सुविधाओं के अंदर एक स्वीकार्य वातावरण रखने के लिए, वेंटिलेशन या एयर कंडीशनिंग प्लांट व्यापक रूप से संचालन में हैं (Gehlert एट अल। 2018)। इन वेंटिलेशन सिस्टम को ऊर्जा उपयोग को कम करने के उपायों के साथ फिट किया जा सकता है। इसके अलावा, पर्यावरण की दृष्टि से टिकाऊ आरएएस विकसित करने के लिए, ऊर्जा को एक महत्वपूर्ण ड्राइविंग पैरामीटर के रूप में माना जा सकता है, और विशेष रूप से, ऊर्जा को एक महत्वपूर्ण संकेतक माना जा सकता है। आरएएस के ऊर्जावान प्रदर्शन विश्लेषण Kucuk एट अल द्वारा किया गया है। (2010) आरएएस में ऊर्जा प्रबंधन में योगदान करने के लिए। आरएएस के ऊर्जावान प्रदर्शन में सुधार के लिए, उन्होंने सिफारिश की कि घटकों की परिचालन स्थितियों, विशेष रूप से, पंप को सिस्टम की मछली उत्पादन क्षमता के आधार पर अनुकूलित और सुधार किया जाना चाहिए।

दक्षता बढ़ाने के लिए, आरएएस प्रबंधकों को उत्पादन को अनुकूलित करने के लिए दिशानिर्देशों और उपकरणों की आवश्यकता होती है। ऊर्जा ऑडिट वास्तविक डेटा प्रदान कर सकते हैं जिसका उपयोग निर्णय लेने के लिए किया जा सकता है। बाडियोला एट अल। (2014) ने 14 महीनों के लिए लगातार आरएएस कॉड सिस्टम की कुल ऊर्जा खपत (केडब्ल्यूएच) की जांच की और गर्मी पंप को उच्च जल थर्मल उपचार की आवश्यकता वाले मछली के पालन के शीर्ष ऊर्जा उपभोक्ता के रूप में पहचाना। Gehlert एट अल। (2018) निष्कर्ष निकाला है कि वेंटिलेशन इकाइयों आरएएस में ऊर्जा बचत के लिए एक महत्वपूर्ण क्षमता की पेशकश की। अधिकांश समय, जब सुविधा में जलवायु पैरामीटर वांछित सीमा के भीतर रहते हैं, तो ऊर्जा बचाने के लिए वायु प्रवाह दर निम्न स्तर पर रखी जा सकती है। इसके अतिरिक्त, आरएएस में ऊर्जा बचत उपायों में शामिल हो सकते हैं: ऊर्जा प्रदर्शन डेटा के साथ सॉफ्टवेयर, पानी को गर्म करने के लिए वैकल्पिक ऊर्जा स्रोत और आवृत्ति कन्वर्टर्स के उपयोग (बाडियोला एट अल। 2014)।


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