Рециркуляционные системы аквакультуры ( УЗВ ) используются в домашних аквариумах и при рыбоводстве, где водообмен ограничен и для снижения токсичности аммиака требуется использование биофильтрации . [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]
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 цитата ]
Все системы УЗВ основаны на биофильтрации для преобразования аммиака (NH 4 + и NH 3 ), выделяемого рыбой, в нитраты . [4] Аммиак является отходом метаболизма рыб , и его высокие концентрации (>0,02 мг/л) токсичны для большинства рыб. [5] Нитрифицирующие бактерии — это хемоавтотрофы , которые превращают аммиак в нитрит, а затем в нитрат. Биофильтр обеспечивает субстрат для бактериального сообщества, в результате чего внутри фильтра растет толстая биопленка . [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 цитата ]
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 они либо смываются, либо удаляются 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 задерживаются твердые частицы, которые можно периодически вымывать 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 цитата ]
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]
Во всех УЗВ необходимо тщательно контролировать и контролировать pH . 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 в насадочной колонне или с помощью аэратора, это необходимо в интенсивных системах, особенно там, где оксигенация вместо аэрации используется в резервуарах для поддержания уровня O 2 . [12]
У всех видов рыб есть предпочтительная температура, выше и ниже которой рыба испытывает негативные последствия для здоровья и в конечном итоге умирает. Теплые виды, такие как тилапия и баррамунди , предпочитают воду с температурой 24 °C или выше, тогда как холодноводные виды, 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 могут использоваться для поддержания работы системы при оптимальной температуре для максимизации производства рыбы.
Вспышки болезней возникают быстрее 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 цитата ]
Высокие первоначальные инвестиции в материалы и инфраструктуру. [20]
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, что создает 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 аквапонические предприятия не должны сдерживаться аргументами в пользу недостаточности питательных веществ или безопасности 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]
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.
