common:navbar-cta
Загрузить приложениеблогфункцииЦеныПоддержкаВойти

3.3 Изменения в РСБУ

2 years ago

21 min read
EnglishEspañolعربىFrançaisPortuguêsItalianoहिन्दीKiswahili中文русский

За последние несколько лет наблюдалось увеличение числа и размеров рециркулирующих рыбохозяйственных хозяйств, особенно в Европе. С ростом признания технологии появляются улучшения по сравнению с традиционными инженерными подходами, инновациями и новыми техническими проблемами. В следующем разделе описываются основные тенденции проектирования и проектирования, а также новые проблемы, с которыми сталкивается рециркулирующая технология аквакультуры.

3.3.1 Основной поток оксигенации

Контроль растворенного кислорода в современных РАС направлен на повышение эффективности переноса кислорода и снижение энергетических потребностей этого процесса. Повышение эффективности передачи кислорода может быть достигнуто путем разработки систем, которые дольше удерживают кислородный газ в контакте с водой, в то время как снижение потребностей в энергии может быть достигнуто за счет использования систем переноса кислорода с низкой головкой или использования систем, которые вообще не используют электричество, таких как жидкий кислород системы, подключенные к кислородным диффузорам, работающие только под давлением. Определяющим фактором для оксигенаторов с низкой головкой является относительно низкая концентрация растворенного раствора, которая может быть достигнута по сравнению с системами высокого давления. Чтобы преодолеть это ограничение, кислородные устройства с низким уровнем головы стратегически расположены для обработки полного рециркулирующего потока вместо использования меньшего объездного шунтирования сильно пересыщенной воды, обеспечивая тем самым достаточный массовый перенос кислорода. Использование устройств оксигенации, установленных в основном рециркуляционном потоке, обеспечивает экономию потребления электроэнергии, так как избежать использования энергоемких систем высокого давления, необходимых для достижения высоких концентраций DO в небольших потоках. Системы оксигенации с низким уровнем головы могут также уменьшить количество необходимых насосных систем, поскольку системы кислородающих под высоким давлением обычно размещаются на байпасе в трубопроводах, направляющихся в резервуары для рыбы. Напротив, кислородные устройства с низким уровнем головы, как правило, сравнительно крупнее, поскольку они нуждаются в обработке больших потоков, и, таким образом, их первоначальная стоимость может быть выше. Примерами устройств, которые могут обрабатывать весь поток, являются низкоголовый оксигенатор (LHO) (Wagner et al. 1995), управляемый методом гравитации, поскольку вода сначала закачивается в биофильтр и упакованную колонну (Summerfelt et al. 2004), низкоголовые кислородные конусы, варианты конуса Списа (Ashley et al. 2008; Timmons и др. Losordo 1994) работал при низком давлении, глубоких шахтных конусов (Kruger Kaldnes, Норвегия), также вариант конуса Speeece, предназначенный для достижения более высокого рабочего давления за счет повышения гидростатического давления в результате размещения устройств ниже, чем резервуары для рыбы и насосные отстойники, U-трубчатый оксигенатор и его конструктивные варианты, такие как трубка Farrell или запатентованная система кислорода (AquaMaOF, Израиль) и использование диффузного оксигенации в емкостях для глубоких рыб (рис. 3.5).

! изображение-20200929115539373

Рис. 3.5 Альтернативы газопередачи для рециркуляции воды, возвращающейся в резервуары для рыбы. Если газоконтактный сосуд допускает давление, кислород может передаваться в высоких концентрациях в относительно небольших потоках высокого давления (a, b). Однако кислород при более низких концентрациях может передаваться в основной цикл рециркуляции, но для этого устройство для переноса кислорода должно быть намного больше, чтобы справиться с полным потоком системы (c)

3.3.2 Альтернативы нитрифицирующей биофильтрации

Хотя нитрифицирующие биофильтры по-прежнему являются основным коммерчески принятым методом удаления аммиака в коммерческих РАС, в последние годы были разработаны новые технологии удаления азота. Некоторые из этих технологий предусматривают альтернативные биологические пути удаления аммиака из культурной воды, в то время как другие нацелены на замену нитрифицирующих биофильтров или параллельную работу с ними, с тем чтобы уменьшить присущие им ограничения. К ним относятся большие размеры реакторов, устойчивость к сбоям, длительное время запуска и более низкая производительность как в холодной воде, так и в морских системах.

Процессы на основе Anammox

Альтернативным методом биологического удаления аммиака, рассматриваемым для РАС, является анаммокс (Tal et al. 2006), который происходит в анаэробных условиях. Анаэробное окисление аммиака представляет собой процесс, который устраняет азот путем сочетания аммиака и нитрита для производства азотного газа (van Rijn et al. 2006). Анаммокс-процесс представляет интерес для РАН, поскольку он позволяет полностью удалить автотрофный азот, в отличие от традиционных комбинаций нитрифицирующих биофильтров с гетеротрофическими денитрификационными системами, требующими добавления органического углерода (van Rijn et al. 2006). Кроме того, в анаммоксе только половина аммиака, выделяемого рыбой, аэробно окисляется до нитрита (требующего кислорода), а другая половина анаэробно преобразуется в азотный газ вместе с произведенным нитритом. Это может обеспечить экономию кислорода и энергии в РАС (van Rijn et al. 2006).

Прототипы реакторов анаммокс были успешно продемонстрированы (Tal et al. 2006, 2009), в то время как в морских денитрификационных системах наблюдалась активность анаммокса (Klas et al. 2006). Европейский проект FP7 DEAMNRECIRC также успешно создал прототипы анаммокса реактора для применения в аквакультуре холодной воды и морской воды. Вместе с тем авторы пока не выявили коммерческого применения этой технологии.

Химическое удаление аммиа

В качестве альтернативы нитрифицирующим биофильтрам предлагаются системы удаления аммиака, основанные на ионообменных и электрохимических процессах окисления. Ионообменные процессы основаны на использовании адсорбционных материалов, таких как цеолиты или ионоселективные смолы, для извлечения растворенного аммиака из воды (Lekang 2013), в то время как процессы электрохимического окисления преобразуют аммиак в газ азота через ряд сложных реакций окисления (Lahav et al. 2015). Для сравнения, ионообменные процессы подходят для вод с низкой концентрацией ионов (например, пресноводных), в то время как процессы электрохимического окисления используют присутствующие в воде хлоридные ионы для получения активных видов хлора, которые легко реагируют с аммиаком (Lahav et al. 2015) и, таким образом, подходит для вод с более высокой концентрацией ионов хлорида (например, солоноватых и морских вод).

Хотя ионообменные процессы не новы, их применение в РАС ограничено их способностью поддерживать производительность с течением времени: фильтрующий материал в конечном итоге становится «насыщенным», теряя адсорбционную способность и, следовательно, должен быть регенерирован. Гендель и Лахав (2013) предложил новый подход к ионообменному процессу аммиака в тандеме с инновационным процессом регенерации адсорбента с использованием электрохимического окисления. Электрохимическое окисление аммиака является процессом, которому в последние годы уделяется повышенное внимание, и было исследовано несколько концепций, которые были запущены на коммерческой основе, например, Eloxiras в Испании.

Факторы, ограничивающие применение этих технологий в коммерческих РСБУ, включают в себя, в случае ионообменных процессов, низкие экономические показатели, сложность регенерации большого количества адсорбентных материалов по требованию (Lekang 2013), сложность системы, требующая добавления химических реагентов, высокий потребление электроэнергии и высокая степень удаления взвешенных твердых частиц (Lahav et al. 2015), что зачастую нецелесообразно в крупномасштабных РАС. В случае процессов электроокисления аммиака производство токсичных реактивных видов, требующих активного удаления, является их наиболее важным ограничением, хотя требования к контролю над твердыми веществами, которые часто возможны только с механическими фильтрами под давлением, также представляют собой проблему в РСО, работающих с большими потоками. и низкое давление.

3.3.3 Управление тонкими твердыми веществами

Мелкодисперсные твердые вещества являются доминирующей фракцией в RAS с частицами\ 30 мкм, образующими более 90% от общего количества взвешенных твердых веществ в воде культуры. Недавние исследования показали, что более 94% твердых веществ, присутствующих в культурной воде РАС, имеют размер\ <20 мкм или «мелкий» (Fernandes et al. 2015). Накопление мелкодисперсных твердых веществ происходит главным образом по мере того, как крупные твердые частицы обходят механические фильтры (которые не являются 100% эффективными) и в конечном итоге разрушаются насосами, трением с поверхностями и бактериальной активностью. Как только размеры твердых частиц уменьшаются, традиционные методы механической фильтрации оказываются бесполезными.

В последние годы продолжается изучение воздействия на производство, контроль, благосостояние рыбы и эффективность системы мелкодисперсных твердых веществ. Воздействие мелкодисперсных твердых веществ на благосостояние рыб первоначально изучалось в рамках рыбопромысловых исследований (Chen et al. 1994). Вместе с тем до недавнего времени не было тщательно изучено прямое воздействие мелкодисперсных твердых веществ в РАС на благосостояние рыб. Удивительно, что отдельные работы по радужной форели, проведенные Becke et al. (2016) и Fernandes et al. (2015), не показали негативного воздействия на благосостояние систем с концентрацией взвешенных твердых веществ до 30 мг/л в испытаниях воздействия продолжительностью 4 и 6 недель, соответственно. Несмотря на эти выводы, косвенные эффекты накопления тонкодисперсных твердых веществ в РАС известны (Pedersen et al. 2017) и, как сообщается, связаны главным образом с распространением оппортунистических микроорганизмов (Vadstein et al. 2004; Attramadal et al. 2014; Pedersen et al. 2017), поскольку мелкие твердые вещества обеспечивают высокую поверхность область субстрата для бактерий, чтобы колонизировать. Другим важным негативным эффектом накопления мелкодисперсных твердых веществ является увеличение мутности, что затрудняет визуальный осмотр рыбы и может препятствовать осуществлению стратегий контроля фотопериода, которые требуют проникновения света в толщу воды. Стратегии борьбы с тонкими твердыми веществами, используемые в современных РАС, включают озонирование, обезживание белка, флоацию, фильтрацию картриджей и мембранную фильтрацию (Couturier et al. 2009; Cripps and Bergheim 2000; Summerfelt and Hochheimer 1997; Wold et al. 2014). Белковые скиммеры, также известные как фракционирующие пены, также являются относительно популярными устройствами контроля тонких твердых частиц, особенно в морских системах (Badiola et al. 2012).

3.3.4 Озонирование

Знания о применении озона (O<sub3/sub) в РАС существуют с 1970-х и 1980-х годов (Summerfelt and Hochheimer 1997). Однако его применение не столь широко распространено, как другие процессы, такие как нитрифицирующие биофильтры или механические фильтры (Badiola et al. 2012). Помимо обработки тонкодисперсных твердых веществ, озон в качестве мощного окислителя может использоваться в РАС для устранения микроорганизмов, нитритов и гуминовых веществ (Gonçalves and Gagnon 2011). В последние годы наблюдается расширение знаний о потенциалах и ограничениях озона, применяемых как в пресноводных, так и в морских РСБУ. Важно отметить, что дозы озона, которые можно безопасно достичь для улучшения качества воды как в пресноводных, так и в системах морской воды, были подтверждены в нескольких публикациях (Li et al. 2015; Park et al. 2013, 2015; Schroeder et al. 2011; Summerfelt 2003; Timmons and Ebeling 2010) с выводом о том, что дозы озона выше рекомендованных предельных значений (1) не улучшают качество воды и (2) могут привести к негативному воздействию на благосостояние, особенно в системах морской воды, где чрезмерное озонирование приведет к образованию токсичных остаточных оксидантов. В холодной воде РСО определены требования к озонированию для достижения полной дезинфекции технологического потока (Summerfelt et al. 2009).

Озонирование улучшает работу микрофильтра и минимизирует накопление растворенного вещества, влияющего на цвет воды (Summerfelt et al. 2009).

Однако чрезмерное озонирование может серьезно сказаться на выращиваемых рыбах, вызвав неблагоприятные последствия, включая гистопатологическое повреждение тканей (Richardson et al. 1983; Reiser et al. 2010) и изменения в питании (Reiser et al. 2010), а также окислительный стресс (Ritola et al. 2000, 2002; Livingstone 2003). Кроме того, побочные продукты озонирования могут быть вредными. Бромат является одним из них и потенциально токсичен. Tango and Gagnon (2003) показали, что в озонированных морских РАС концентрации бромата, которые могут ухудшить здоровье рыб. Reiser et al. (2011) исследовала хроническую токсичность сублетальных окислителей (ОПО) у ювенильного турбота, в то время как здоровье и благосостояние радужной форели были оценены в озонированных и неозонированных РАС методом Good et al. (2011). Выращивание радужной форели до размера рынка в озонированных РАС улучшило рыбу, не оказав существенного влияния на ее здоровье и благосостояние, в то время как высокие дозы ОПО влияют на благосостояние ювенильного турбота.

3.3.5 денитрификация

В большинстве рециркулирующих систем аквакультуры, как правило, накапливается нитрат, конечный продукт нитрификации. Такое накопление обычно контролируется путем разбавления (введения в систему новой воды). Контроль содержания нитратов путем разбавления может быть одним из факторов, ограничивающих операции РСО, в силу экологических норм, низкой доступности новой воды, затрат на очистку поступающей и сточной воды или расходов, связанных с охлаждением или нагревом новой воды.

Биологическое удаление нитратов в РАС может быть достигнуто с помощью факультативных анаэробных бактерий с использованием диссходного пути преобразования нитратов в газ азота в присутствии углерода и нитратов в качестве электронных доноров (van Rijn et al. 2006). Таким образом, денитрификационные реакторы представляют собой биологические реакторы, которые обычно эксплуатируются в анаэробных условиях и, как правило, дозируются с помощью некоторых источников углерода, таких как этанол, метанол, глюкоза, меласса и т.д. Технология денитрификации разрабатывается с 1990-х годов (ван Рейн и Ривьера 1990), но его популярность среди рециркулирующей аквакультуры за последние годы только возросла, предлагая инновационные решения денитрификации реакторов.

Одним из наиболее заметных видов применения систем денитрификации в аквакультуре является «нулевой обмен» РАН (Yogev et al. 2016), в которых используется анаэробное сбраживание биотвердых веществ, производимых в системе, для получения летучих жирных кислот (VFA), которые затем используются денитрификаторами в качестве источника углерода. Компания Klas at al. (2006) разработала «синглслойную» денитрификационную систему, где производство VFA из биотвердых веществ и денитрификация происходит в одном смешанном реакторе. Suhr et al. (2014) дополнительно разработали концепцию singlesludge, адаптировав ее к очистке сточных вод в конце производственного цикла и добавив дополнительный шаг, отделяющий производство VFA от денитрификационного реактора в гидролизном резервуаре. Эти работы позволили получить ценную информацию о возможностях использования аквакультурных биотвердых веществ вместо дорогостоящих источников неорганического углерода для денитрификации. Кроме того, Christianson et al. (2015) изучили эффективность автотрофных денитрификационных реакторов на основе серы в качестве альтернативы традиционным гетеротрофным денитрификационным реакторам. Автотрофические реакторы производят меньше биомассы (твердых веществ) и могут поставляться частицами серы, которые дешевле обычных неорганических источников углерода.

УФАС также являются прекурсором в производстве биополимеров, таких как полигидроалканоаты (ПИ), которые используются для производства биоразлагаемых пластмасс (Pittmann and Steinmetz 2013). Это может позволить рыбным хозяйствам, использующим анаэробные активированные процессы ила, стать частью концепции «биоперерабатывающего завода», применяемой к очистным сооружениям сточных вод.

3.3.6 Микробное управление

Микробные сообщества являются важными составляющими водной экосистемы. В системах производства аквакультуры они играют важную роль в рециркуляции питательных веществ, деградации органического вещества и лечении и борьбе с болезнями (Zeng et al. 2017). Разработка эффективных, продуктивных, биологически безопасных и безболезненных РАС требует глубокого понимания всех процессов жизнеобеспечения, начиная с физических и химических процессов (газоперенос, термическая обработка, озонирование, УФ-облучение, pH и соленость) и заканчивая биологическими процессами (нитрификация, денитрификация и аэробной гетеротрофической активности). В то время как физические и химические процессы могут контролироваться, системы биологической фильтрации зависят от взаимодействия микробных сообществ друг с другом и их окружающей средой в результате поступления питательных веществ (выход рыбных отходов) и, как таковые, контролируются не так легко (Schreier et al. 2010). Недавние исследования с использованием молекулярных инструментов не только позволили оценить микробное разнообразие в РАС, но и дали некоторое представление об их деятельности, что должно привести к лучшему пониманию взаимодействия микробных сообществ. Эти подходы, несомненно, обеспечат новые процедуры РСБУ, а также понимание новых процессов и инструментов для совершенствования и мониторинга этих систем (Schreier et al. 2010). Современное понимание разнообразия микробных биофильтров RAS как в пресноводных, так и морских системах основано на исследованиях с использованием 16S рРНК и функциональных генноспецифических зондов или 16S брНК генов, а не культурных методов (табл. 3.1).

Информации о временной и пространственной динамике микробиоты в РАС также по-прежнему ограничены (Schreier et al. 2010), и отсутствуют потенциальные решения для поддержания или восстановления полезных микробных сообществ в РАС (Rurangwa and Verdegem 2015). Помимо микробного сообщества, которое очищает воду, микробиота в РАС может также содержать патогенные микроорганизмы или вырабатывать неароматизированные соединения (Guttman and van Rijn 2008). Учитывая сложность лечения болезни во время операции без негативного воздействия на полезную микробиоту, управление микробными препаратами в РАС является скорее необходимостью от запуска до всего производственного процесса. Микроорганизмы вводятся в РАС различными путями: вода для макияжа, воздух, переносчики животных, корма, рыбные запасы, грязное оборудование, а также через персонал или посетителей (Sharrer et al. 2005; Blancheton et al. 2013). С другой стороны, специфические микробы могут также применяться намеренно, чтобы направить микробную колонизацию в целях улучшения функционирования системы или здоровья животных (Rurangwa and Verdegem 2015).

** Таблица 3.1** Основные виды деятельности, связанные с установками биофильтрации РАС и участвующими микроорганизмами. (Из Шрайера и др. 2010 года)

стол тхед tr class="заголовок» Тепроцесс/г Трёхдействия/ч th colspan="2"Микроорганизм/г /tr tr td/td td/td TDпресная вода/TD TDMarine/TD /tr /thead tbody tr class="даже» TDnitrification/TD td/td td/td td/td /tr tr class="нечетный» Окисление Tdammoniam/td td NHSub4/Subsup+/SUP + 1.5OSub2/Sub → νOSub2/Sub + 2HSUP+/SUP + HSub2/субо /td TDinitrosomonas олиготрофа/i/td ТДИНИТРОСОМОНАС sp. /i/td /tr tr class="даже» td/td td/td td/td TDinitrosomonas криотолеранты/i/td /tr tr class="нечетный» td/td td/td td/td TDinitrosomonas Европая/i/td /tr tr class="даже» td/td td/td td/td TDinitrosomonas циннибус/нитроза/i/td /tr tr class="нечетный» td/td td/td td/td TDinitrosococcus mobilis/i/td /tr tr class="даже» Окисление TdNitrit/td td νO2sup-/SUP + H2O → No3sup-/SUP + 2HSUP+/SUP + 2ESUP -/sup

/td ТДинитроспира spp. /i/td td/td /tr tr class="нечетный» td/td td/td TДинитроспира марина/исупа/суп/td TДинитроспира марина/исупа/суп/td /tr tr class="даже» td/td td/td ТДИНИТРОСПИРА МОСКВАЕНСИ/ИСУПА/СУП/ТД ТДИНИТРОСПИРА МОСКВАЕНСИ/ИСУПА/СУП/ТД /tr tr class="нечетный» ТДденитрификация/ТД td/td td/td td/td /tr tr class="даже» Tdautotrophic/TD td SSub2/Subsup-/SUP + 1.6NoSub3/Subsup-/SUP + 1.6Hsup +/sup

→ /td td/td Тдитиомикроспория денитрификации/i/td /tr tr class="нечетный» td (зависящий от сульфида) /td td SOSub4/Subsup2-/SUP + 0.8NSub2/Sub (г) + 0.8Hsub2/субо /td td/td Тдитиотрикс ученик/исупа/суп/td /tr tr class="даже» td/td td/td td/td TdirhodoBacter литоралис/исупа/суп/td /tr tr class="нечетный» td/td td/td td/td Тдигидрогенофага sp. /i/td /tr tr class="даже» TDHeterotrophic/TD td 5ЧСуб3/Подкуп-/SUP + 8NOSub3/Субсуп-/SUP + 3Hsup +/sup

→ /td td/td TDipseudomonas флуоресцены/i/td /tr tr class="нечетный» td/td td 10HCOSub3/субсуп-/SUP + 4NSub2/суб (г) + 4Hsub2/субо /td ТДИПСЕВДОМОНАС sp. /i/td TDipseudomonas стутцери/i/td /tr tr class="даже» td/td td/td ТДИКОМАМОНАС sp. /i/td ТДИПСЕВДОМОНАС sp. /i/td /tr tr class="нечетный» td/td td/td td/td TDiparaCobs денитрификации/i/td /tr tr class="даже» TDDissabilatory нитрат/td td NoSub3/субсуп-/SUP + 2HSUP+/SUP + 4Hsub2/Sub → NHSub4/субсуп+/SUP + 3Hsub2/субо /td td/td TDiРазличные Протеобактерии и Фирмикуты/I/TD /tr tr class="нечетный» TdReduction в аммиак (DNRA) /td td/td td/td td/td /tr tr class="даже» Тданаэробный аммий/td td NHSub4/Subsup+/SUP + NoSub2/Subsup-/SUP → NSub2/sub (g) + 2Hsub2/субо /td td/td TDiplanctomycetes spp. /i/td /tr tr class="нечетный» tdoxidation (анаммокс) /td td/td td/td ТДиброкадия sp. /isupa/sup/td /tr tr class="даже» Уменьшение TDсульфата/td td SO4sup2-/SUP + ЧSub3/SubCoosup-/SUP + 3HSUP+/SUP → /td td/td ТдидесульфоВибрио sp. , /i/td /tr tr class="нечетный» td/td TDHSSUP-/SUP + 2HCOSub3/субсуп-/SUP + 3HSUP+/Sup/TD td/td ТдидетиосульфоВибрио sp. , /i/td /tr tr class="даже» td/td td/td td/td TДифузибактер/I sp., Ibacteroides sp. /i/td /tr tr class="нечетный» Окисление TDсульфида/td td HSSUP-/SUP + 2OSub2/Sub → SOSub4/Subsup2-/SUP + HSUP+/SUP /td td/td Тдитиомикроспира sp. /i/td /tr tr class="даже» TDметаногенези/TD td 4Hsub2/Sub + HSUP+/SUP + HCOSub3/Subsup-/SUP → CHSub4/sub (г) + 3Hsub2/субо /td td/td TDМетаногенная архея [Мирзоян и Гросс, не опубликовано] /td /tr /tbody /таблица

Супмикроорганизмы, идентифицированные исключительно на основе частичного гена 16S РРНК или функциональных генов

Одним из подходов к ингибированию колонизации патогенов является использование пробиотических бактерий, которые могут конкурировать за питательные вещества, вырабатывать ингибиторы роста, или, успокаивая связь клеточка-клетки (зондирование кворума), позволяющая оседать в биопленках (Defoirdt et al. 2007, 2008; Kesarcodi-Watson et al. 2008). Пробиотические бактерии включают Bacillus, Pseudomonas (Kesarcodi-Watson et al. 2008) и Roseobacter spp. (Bruhn et al. 2005), и связанные с ними бактерии также были выявлены в биофильтрах RAS (Schreier et al. 2010) (таблица 3.1). Для получения информации, необходимой для управления микробной стабильностью в РАН, Rojas-Tirado et al. (2017) определили факторы, влияющие на изменение динамики бактерий с точки зрения их обилия и активности. Их исследования показывают, что активность бактерий не была простым предсказуемым параметром в водной фазе, так как уровни нитрата-N в одинаковых РАС показали неожиданные внезапные изменения/колебания в одной из систем. Подвесные частицы в RAS обеспечивают площадь поверхности, которая может быть колонизирована бактериями. Больше частиц накапливается по мере увеличения интенсивности рециркуляции, тем самым потенциально увеличивая бактериальную способность систем. Pedersen et al. (2017) исследовали взаимосвязь между общей площадью поверхности частиц (TSA) и бактериальной активностью в пресноводных РАС. Они указывают на сильную, положительную, линейную корреляцию между ТСА и бактериальной активностью во всех системах с низкой и умеренной интенсивностью рециркуляции. Однако связь, видимо, перестала существовать в системах с самой высокой интенсивностью рециркуляции. Это, вероятно, связано с накоплением растворенных питательных веществ, поддерживающих свободноживущие бактериальные популяции, и/или накоплением взвешенных коллоидов и мелких частиц диаметром менее 5 мкм, которые не были охарактеризованы в их исследовании, но могут обеспечить значительную площадь поверхности.

В РАС различные химические соединения (в основном нитраты и органический углерод) накапливаются в подпитывающей воде. Эти химические субстраты регулируют экофизиологию бактериальных сообществ на биофильтре и влияют на его эффективность и надежность нитрификации. Michaud et al. (2014) исследовали смещение структуры бактериального сообщества и относительное изобилие основных таксонов в двух различных биологических фильтрах и пришли к выводу, что динамика и гибкость бактериального сообщества для адаптации к влиятельным изменениям воды, по-видимому, связаны с характеристиками биофильтра. Одним из ключевых аспектов повышения надежности и устойчивости РАС является надлежащее управление бактериальными популяциями биофильтра, что напрямую связано с наличием C (углерода) (Avnimelech 1999). Следует отметить, что РАС обладают свойствами, которые могут реально способствовать стабилизации микробов, включая длительное время удержания воды и большую площадь поверхности биофильтров для роста бактерий, что потенциально может ограничить вероятность распространения оппортунистических микробов в подпитывающей воде ( Аттрамадаль и др. 2012а).

Attramadal et al. (2012a) сравнили развитие микробного сообщества в РАС с умеренным озонированием (до 350 мВ) с развитием обычной проточной системы (ФСТ) для той же группы атлантической трески Gadus morhua. Они обнаружили меньшую изменчивость бактериального состава между репликационными аквариумами РАН, чем между танками ФТС. В РАН была более ровная микробная структура сообщества с более высоким видовым разнообразием и периодически более низкой долей оппортунистов. Рыба в РАС работала лучше, чем контроль в ФСТ, несмотря на то, что подверглась явному низкому физико-химическому качеству воды. Изучая влияние умеренного озонирования или высокоинтенсивного ультрафиолетового облучения на микробную среду в РАС для личинок морских рыб, Attramadal et al. (2012b) подчеркнули, что РАС для таких личинок, вероятно, не должен включать сильную дезинфекцию, поскольку это приводит к снижению бактериальных показателей, что может привести к дестабилизации микробного сообщества. Кроме того, их результаты подтверждают гипотезу РАН как стратегии микробного контроля при первом кормлении личинок рыб.

RAS и микробное созревание как инструменты K-отбора микробных сообществ были предметом исследования Attramadal et al. (2014), в котором они предположили, что личинки рыб, выращенные в воде, где доминируют K-стратеги (зрелые микробные сообщества), будут работать лучше, потому что они менее вероятны для обнаружения оппортунистических (R-выбранных) микробов и развития пагубных взаимодействий между хостом и микробами. Результаты их эксперимента показали высокий потенциал повышения выживаемости рыб с помощью К-селекции бактерий, что является дешевым и легким методом, который может быть использован во всех видах новых или существующих аквакультурных систем. Небольшие изменения в управлении (органическая нагрузка и созревание воды) водоочистки дают значительно разную микробиоту в емкостях для рыб (Attramadal et al. 2016). С другой стороны, гуминовые вещества (HS) являются натуральными органическими соединениями, состоящими из широкого спектра пигментированных полимеров с высоким органическим весом. Они являются конечными продуктами при разложении сложных органических соединений и, при изобилии, образуют типичный коричнево-темно-бурый цвет почвы и воды (Stevenson 1994). В системе аквакультуры с нулевым выбросом вещества, подобные HS-образным веществам, были обнаружены в культурной воде, а также в крови рыб (Yamin et al. 2017a). Сообщалось о защитном воздействии ГС на рыбу, подверженную воздействию токсичных металлов (Peuranen et al. 1994; Hammock et al. 2003) и токсичных концентраций аммиака и нитритов (Meinelt et al. 2010). Кроме того, были представлены доказательства их фунгистатического воздействия на возбудитель рыбы, Saprolengia parasitica (Meinelt et al. 2007). У карпа (Cyprinus carpio), подверженного воздействию а) насыщенной влажностью воды и ила из рециркулирующей системы, b) синтетической гуминовой кислоты и с) гуминового экстракта леонардита, уровень инфицирования снижен до 14,9%, 17,0% и 18,8% соответственно по сравнению с 46,8% инфекцией в системе контроля лечение (Ямин и др. 2017b). Аналогичным образом, воздействие гуппи-рыбы (Poecilia reticulata), зараженной моногеной Gyrodactylus turnbulli и Dactylogyrus sp., на богатую гумическими культурами воду и корм, снизило как распространенность инфекции (% зараженной рыбы), так и интенсивность инфекции (паразитов на одну рыбу на рыбу) двух паразитов (Yamin et сол. 2017c).

Считается, что фундаментальные исследования в области микробной экологии реакторных систем нитрификации/денитрификации в РАН могут привести к инновациям, которые могут кардинально изменить и/или улучшить характеристики реактора в РАН. До сих пор микробное сообщество в реакторах по-прежнему трудно контролировать (Leonard et al. 2000, 2002; Michaud et al. 2006, 2009; Schreier et al. 2010; Rojas-Tirado et al. 2017), и многие недостатки системы проистекают из этого (Martins et al. 2010b).

3.7 Энергоэффективность

Экономическая жизнеспособность рыбного производства в рециркулирующей системе аквакультуры частично зависит от минимизации энергетических потребностей эксплуатируемых объектов. RAS требует более высокой технической инфраструктуры, чем открытые системы, поэтому затраты на энергию в RAS уже были оценены в качестве основных ограничений, которые могут помешать этой технологии широко применять (Singh and Marsh 1996). Из всех расходов, связанных с использованием электроэнергии в РАУ, наиболее важными являются вентиляция и водяное охлаждение. В помещениях RAS вентиляция зданий имеет важное значение для контроля влажности и уровня углекислого газа. Низкий контроль влажности может привести к быстрому ухудшению строительных конструкций, а накопление углекислого газа в атмосфере повлияет на процессы очистки углекислого газа, действующие в РСО, и вызвать головокружение рабочих. Для поддержания приемлемой атмосферы внутри объектов широко используются установки вентиляции или кондиционирования воздуха (Gehlert et al. 2018). Эти вентиляционные системы могут быть оснащены мерами по сокращению потребления энергии. Кроме того, для разработки экологически устойчивой РСБУ одним из ключевых движущих параметров может считаться энергия, и, в частности, энергия может рассматриваться в качестве важного показателя. Анализ энергетической эффективности РАН был проведен Kucuk et al. (2010) с целью внесения вклада в энергетическое управление РАН. В целях повышения энергетических характеристик РСУ было рекомендовано оптимизировать и улучшить условия работы компонентов, в частности, насосы с учетом рыбопромысловой мощности системы.

Для повышения эффективности менеджерам RAS необходимы руководящие принципы и инструменты для оптимизации производства. Энергоаудит может предоставить реальные данные, которые могут быть использованы для принятия решений. Badiola et al. (2014) исследовали общее потребление энергии (кВтч) системы RAS трески непрерывно в течение 14 месяцев и определили, что тепловой насос является основным потребителем энергии для выращивания рыбы, требующей термической обработки с высокой температурой воды. Gehlert et al. (2018) пришли к выводу, что вентиляционные установки обладают значительным потенциалом для экономии энергии в РАН. В большинстве случаев, когда климатические параметры объекта остаются в пределах желаемого диапазона, расход воздуха может поддерживаться на низких уровнях для экономии энергии. Кроме того, энергосберегающие меры в РСБУ могут включать: программное обеспечение с данными об энергетической эффективности, альтернативные источники энергии для нагрева воды и использование частотных преобразователей (Badiola et al. 2014).


Aquaponics Food Production Systems

Loading...

Будьте в курсе новейших технологий Aquaponic

Компания

Авторское право © 2019 Аквапоника AI. Все права защищены.