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Die folgenden Informationen zu RAS Fischzucht-/Kreislauf-Aquakultursystem .
Die Aquakultur ist aufgrund der steigenden Nachfrage nach proteinreichen Lebensmitteln einer der am schnellsten wachsenden Sektoren in der Landwirtschaft. Die Aufzucht von Fischen in den Farmen gilt als lohnende Investition und erfreut sich großer Beliebtheit. Die wichtigsten Gründe für Fischzucht oder Aquakultur sind die Nichtverfügbarkeit von Wildfischen aufgrund von Überfischung und der Kontamination natürlicher Gewässer. Die traditionelle Aquakulturindustrie war mit mehreren Problemen konfrontiert, wie der Nichtverfügbarkeit von Land, Wasservorräte, Ungleichgewicht des Ökosystems, Abwassermanagement, Krankheitsausbrüche, usw. Eine solche effektive Lösung zur Bewältigung dieser Probleme ist das rezirkulierende Aquakultursystem (RAS).
Eine Technologie zur hochdichten Fischzucht unter kontrollierten Umweltbedingungen wird als rezirkulierendes Aquakultursystem bezeichnet. Dies sind tankbasierte Systeme, die mechanische und biologische Filter verwenden, um alle Wasserarten wie Fische, Venusmuscheln, Garnele, usw. Der Begriff Rezirkulation wird mit diesen Systemen verbunden, da das Wasser in den Aquarien nach der Aufbereitung wiederverwendet wird. Diese Systeme sind nachhaltig, da sie fast 90-99% weniger Wasser verbrauchen als die traditionellen Aquakulturmethoden. Diese Kreislaufsysteme sollen die Abfallentsorgung reduzieren, Bedarf an Chemikalien und Flucht von Fischen und Parasiten. Meistens sind RAS für Süßwasserumgebungen ausgelegt und gelten als kostspielig. Die Kontrolle aller kritischen Parameter, die für das System erforderlich sind, ist ein wichtiger und notwendiger Bestandteil und sollte regelmäßig überwacht werden. Im Gegensatz zu traditionellen Aquakulturbetrieben die von äußeren Umweltmustern abhängig sind, diese rezirkulationssysteme machen externe faktoren ganz oder teilweise überflüssig und dies hängt stark von der konstruktion und funktion des systems ab. Die Bereitstellung dieser Systeme erfordert Kenntnisse, Sachverstand, und Beharrlichkeit für einwandfreies Funktionieren und erfolgreiche Ergebnisse.
Rezirkulierende Aquakultursysteme bieten eine Reihe von Vorteilen gegenüber herkömmlichen Techniken, wie z.
Das Grundsystem ist einfach aufgebaut und besteht aus Aquarien, mechanischer Filter, Biofilter, Rieselfilter oder Entgaser, Sauerstoffanreicherungseinheit, UV-Desinfektionsgerät. Einige zusätzliche Einrichtungen wie der pH-Regler, Wärmetauschereinheit, Denitrifikationseinheit kann je nach Anforderung in das Design integriert werden.
Das grundlegende Funktionsprinzip dieser Systeme besteht darin, dass das Wasser aus dem Aquarium durch den mechanischen Filter und dann durch den biologischen Filter fließt; Das Wasser wird vor der Belüftung von Kohlendioxid befreit und in die Fischtanks zurückgeführt.
Tanks für Aquakultur oder Fischzucht in diesen Systemen können jede Form und Größe haben, z. B. rechteckig, kreisförmig, Oval, usw. Meist werden runde oder ovale Tanks bevorzugt, da sie im Vergleich zu rechteckigen Tanks leichter zu reinigen sind und eine einfache Wasserzirkulation ermöglichen. Rechteckige Tanks werden in der Regel auf geneigten Flächen verwendet. Die Größe eines Fischaufzuchtbeckens kann von 500 bis 500.000 Gallonen Fassungsvermögen reichen und dies hängt von den Faktoren wie Fischart, Aktienkurs, Wasserbedarf, und Qualität. Der Tank sollte so gebaut werden, dass er mit anderen Komponenten des Systems kompatibel ist. Die zum Bau des Tanks erforderlichen Materialien können Metall, Holz, Glas, Gummi, Beton oder Kunststoff. Jedes Material, das ungiftig ist und nicht korrodiert, kann für den Bau des Tanks verwendet werden. Die Innenfläche des Tanks sollte sauber und glatt sein. Jedes hierfür verwendete Material hat seine eigenen Vor- und Nachteile. Die Neigung des Aquariums kann das Entleeren erleichtern, hat jedoch keinen oder nur geringen Einfluss auf die Selbstreinigungsfähigkeit.
Die meisten modernen Tanks werden mit Ausläufen gebaut, die eine optimale Abfallentsorgungskapazität haben und mit geeigneten Maschensieben ausgestattet sind. Diese Auslässe sollen auch das Entfernen von toten Fischen erleichtern. Einige Tanks sind auch mit Sensoren zur Erkennung des Wasserstands ausgestattet, Sauerstoffgehalt, Temperatur, usw., damit sie automatisch gesteuert werden können. Tanks sollten auch Diffusoren für eine ausreichende Sauerstoffversorgung haben.
Andere als runde und rechteckige Tanks, Es gibt noch eine weitere Variante, die als Raceway-Tank bezeichnet wird und eine Mischung aus kreisförmigen und rechteckigen Formen ist. Diese Tanks haben eine Wand in der Mitte, um die Zirkulation zu erleichtern.
In Kreislaufanlagen für Aquakulturen es sollte ein konstanter Wasserfluss vorhanden sein und es sollte eine Möglichkeit geben, die Geschwindigkeit zu ändern, Druck, und Richtung je nach Bedarf. Die Bewegung des Wassers wird durch die Schwerkraft gesteuert und bevor es im System verwendet wird, es wird im Allgemeinen auf eine Höhe gepumpt, von wo aus es zu fließen beginnt.
Der am häufigsten in RAS verwendete Pumpentyp ist eine Kreiselpumpe, die mit dem Schub arbeitet, der durch das Drehen von Wasser mit hoher Geschwindigkeit im Pumpenkopf erzeugt wird. Die Pumpe wird normalerweise außerhalb des Tanks platziert und arbeitet mit hohem Druck. Um den Energieverbrauch zu minimieren, wird eine Pumpe mit hohem Durchfluss und geringer Hubkapazität gewählt. Frühere Kreiselpumpen hatten einen Umlaufdruck von 25 ft, aber jetzt beträgt der Druck etwa 10 ft. Zwei andere Arten von Pumpenanordnungen sind Axial- und Lufthebepumpen.
Eine praktische Möglichkeit, den Abfall aus dem Aquarium zu entfernen, ist durch mechanische Filterung möglich. Moderne Umlaufsysteme haben einen Auslass mit einem Filter namens Mikrosieb mit einer Maschenweite von 40 bis 100 Mikrometer. Das Vorhandensein des Mikrosiebs hat einige Vorteile, wie es die Belastung des Biofilters reduziert, entfernt die organischen Verunreinigungen, verbessert oder erleichtert den Biofiltrationsprozess. Der verwendete Mikrosiebtyp wird Trommelfilter genannt und hat folgende Funktionen:
Dies ist die wichtigste Komponente von RAS, da sie bei der Abfallbehandlung hilft, die feinen Schadstoffe aus dem Wasser zu entfernen. Das Filtermedium besteht aus Materialien wie Plastikfolien, Perlen, Lavagestein, Kies oder Sandkörner. Die Medien sollten so beschaffen sein, dass sie eine große Oberfläche für das Bakterienwachstum aufweisen, Poren für die Wasserbewegung, verstopfungsbeständig und sollte leicht zu reinigen sein.
Ein einfacher Biofilter kann ein Rad sein, Fass oder Kiste gefüllt mit Medien, auf denen nitrifizierende Bakterien wachsen. Es kann aus Kunststoff sein, Holz, Glas, Metall oder Beton. Die Größe des Biofilters bestimmt die Fischaufnahmekapazität des gesamten Systems. Die Oberfläche des Filters sollte groß sein, um Bakterien mit hoher Dichte aufzunehmen, um die im Aquarium vorhandenen Abfallmengen zu verarbeiten. Bei der Gestaltung von Biofiltern wird die Oberfläche, Ammoniakbelastung und hydraulische Belastung sollten richtig geschätzt werden. Diese Filter können auf viele Arten konfiguriert werden und zwei Hauptkategorien von Biofiltern sind:
Biofiltration kann nur effektiv durchgeführt werden, wenn die Temperatur und der pH-Wert des Wassers richtig reguliert werden. Die Mindesttemperatur des Wassers sollte zwischen 10-35˚C liegen und der pH-Bereich sollte zwischen 7 und 8 liegen. Hohe und niedrige pH-Werte können zu einer Ineffizienz des Filters bzw. einer höheren toxischen Wirkung führen. Ein Gleichgewicht ist also sehr wichtig und hängt von zwei Faktoren ab; die biologische Aktivität des Filters und die im Tank produzierte CO₂-Menge und der Nitrifikationsprozess.
Das Vorhandensein von Abfall im Tank erhöht den Sauerstoffbedarf und verringert den Gehalt an gelöstem Sauerstoff im Wasser, Dadurch wird die Dichte der Fische im Tank verringert. Ein Sumpf oder ein Klärbecken wird verwendet, um den überschüssigen Abfall langsam zu sammeln. Die Hauptidee des Sumpfes besteht darin, alle festen Abfälle zu sammeln und zu sedimentieren, die sonst den Biofilter blockieren und den Sauerstoff verbrauchen könnten. Dies ist von einem Aquarium isoliert und sollte regelmäßig geräumt werden. Die Form des Sumpfes sollte „V“ sein, um eine leichte Reinigung zu ermöglichen.
Angesammelte Gase im Aquarium sollten durch geeignete Belüftung beseitigt werden. Diese Methode wird als Strippen bezeichnet. Bei der Atmung von Fischen entsteht Kohlendioxid und Bakterien im Biofilter produzieren Stickstoff, beides ist schädlich für das Wachstum der Fische. Wenn es sich um einen Salzwassertank handelt, dann besteht die Möglichkeit der Schwefelwasserstoffproduktion, die für die Fische gleichermaßen giftig ist. Die Zufuhr von Luft in die Tanks kann die Gase durch Turbulenzen vertreiben. Für diesen Prozess wird häufig ein Rieselfiltersystem verwendet. Wenn Wasser von der Oberseite des Filters durch das in einer Säule gestapelte Kunststoffmedium nach unten gespült wird, erhöht dies die Turbulenz und den Kontakt, was beim Strippen der Gase hilft.
Die Versorgung des Wassers in den Tanks mit Sauerstoff wird als Belüftung bezeichnet. Kreislaufsysteme für warmes und kaltes Wasser benötigen 6 bzw. 8 ppm Sauerstoff, damit Bakterien und Fische überleben können. RAS-Tanks mit hoher Tragfähigkeit sollten alle 20 oder 30 Minuten Sauerstoff ersetzen können. Es sollte eine ordnungsgemäße und regelmäßige Sauerstoffversorgung erfolgen, da es sonst zu Fischverlusten kommen kann, und auch für große Kreislaufsysteme sollte eine Backup-Vorrichtung vorhanden sein. Das Blasen von Luft durch einen untergetauchten Ausströmerstein ist die häufig verwendete Methode, um den Tank zu belüften. Für ein Pfund Futter, das den Fischen zugeführt wird, die benötigte Luftmenge beträgt ungefähr 187 lpm/kg/Tag. Diffusorschlauch und Airlift sind Geräte, die für den Belüftungsprozess verwendet werden. Bei ausreichender Belüftung besteht keine Notwendigkeit für eine gesonderte Kohlendioxid-Stripping-Einheit.
Die im Tank vorhandenen festen Abfälle können in drei Arten eingeteilt werden, und ihre Beseitigungsmethoden sind hier aufgeführt:
Der Prozess der Entgiftung von Ammoniak wird als Nitrifikation bezeichnet. Die Umwandlung von Ammoniakstickstoff in weniger giftiges Stickstoffdioxid und schließlich in ungiftiges Nitrat durch bakterielle Wirkung ist das Prinzip der Nitrifikation. Damit dieser Prozess ablaufen kann, muss das Bakterium auf einer Oberfläche gezüchtet werden und sauberes Wasser mit normaler Temperatur sollte verwendet werden. Die für diesen Prozess erforderlichen Bakterien sind von zweierlei Art; Eine, die Ammoniak in Stickstoffdioxid umwandelt, wird als „ Nitrosomonas-Bakterien “ und die andere, die Stickstoffdioxid in Nitrat umwandelt, wird als „ Nitrobacter-Bakterien“. Der gesamte Prozess der Nitrifikation ist aerober Natur, sodass Sauerstoff benötigt wird. Die Mindestmenge an Sauerstoff, die erforderlich ist, um 1 mg Ammoniak umzuwandeln, beträgt etwa 5 mg. Auch für das Überleben der Bakterien werden zusätzlich 5 mg Sauerstoff benötigt. Es ist wichtig zu beachten, dass dieser Prozess in großen Becken mit hoher Fischdichte und hohem Ammoniakgehalt ablaufen kann, auch der Sauerstoffbedarf ist extrem hoch und sollte vor und nach dem Biofiltrationsprozess zugeführt werden.
Das Endprodukt des Nitrifikationsprozesses ist Nitrat und ist von Natur aus ungiftig. Nitrat über 100 mg/l wirkt sich jedoch negativ auf das Fischwachstum und die Futterverwertung aus. Durch die regelmäßige Zufuhr von Frischwasser in den Tank kann der Nitratgehalt niedrig gehalten werden. aber das Hauptziel von Kreislaufsystemen ist es, den Wasserverbrauch aufrechtzuerhalten oder zu senken (Wasserressourcen zu sparen), daher wird ein Prozess namens Denitrifikation angewendet. Dieser Vorgang ist erforderlich, wenn die Wasserzufuhr weniger als 300 Liter pro kg Futter beträgt. Die für diesen Prozess verwendeten Bakterien werden als denitrifizierende Bakterien bezeichnet und als „ Pseudomonas“. Der gesamte Denitrifikationsprozess ist anaerob und beinhaltet die Umwandlung von Nitrat in atmosphärischen Stickstoff. Der Stickstoff aus dem Wasser wird an die Atmosphäre abgegeben und der Denitrifikationskammer sollte eine organische Quelle wie Holzalkohol oder Methanol zugesetzt werden. Die Mindestmenge an Methanol, die zur Denitrifikation von 1 kg Stickstoff erforderlich ist, beträgt etwa 2,5 kg. Die Denitrifikationskammer wird mit einer Verweilzeit von 2 bis 4 Stunden auf den Biofilter aufgesetzt.
Damit die Fische in den Wassertanks überleben können, sollte der pH-Wert des Wassers innerhalb einer tolerierbaren Grenze gehalten werden und der geeignete pH-Bereich liegt bekanntlich zwischen 6 und 9,5. Ein Ungleichgewicht der pH-Werte kann aufgrund von Säuren auftreten, die durch den Nitrifikationsprozess produziert werden. Ein pH-Wert unter 6 hemmt die nitrifizierenden Bakterien und entfernt nicht den toxischen Inhalt. Der pH-Wert der Umlaufsysteme kann durch Zugabe von Puffern wie Natriumbicarbonat und Calciumbicarbonat aufrechterhalten werden.
Abgesehen von den oben genannten Anforderungen, Es könnte einige zusätzliche Funktionalitäten der Umlaufsysteme geben, die für große kommerzielle Praxen wichtig sind.
Die Fische sollten für Wachstum und Aktivität gefüttert werden. Fische nehmen Sauerstoff für die Proteinsynthese auf und produzieren Kohlendioxid und Ammoniak als Abfall. Fische scheiden unverdautes Futter ins Wasser aus und es entstehen Schwebstoffe oder organische Abfälle. So, unter Beibehaltung eines Kreislaufsystems, Es wird empfohlen, den Fischen Trockenfutter zu geben, damit es im Becken weniger Verschmutzung und Krankheiten gibt. Es sollte eine hohe Futterverwertungsrate gegeben sein, so dass weniger Abfallgehalt und eine geringere Belastung der Wasseraufbereitungssysteme anfallen. Deswegen, vor der Auslegung des Umlaufsystems, Die Futterumwandlungsrate sollte sorgfältig abgeschätzt und nur geeignetes Futter eingeführt werden, um Geld und unnötige Belastung der Filter zu sparen.
Recyceltes Wasser ist wärmer als natürliches Wasser und es wird angenommen, dass Kaltwasserrassen wie Lachs und Forelle für die Aufzucht in diesen Systemen nicht sehr geeignet sind. Arten, die in RAS angebaut werden können, sind afrikanisch Wels , Barramundi, Karpfen, Barsch, Tilapia , Pangasius, weißer Fisch, Atlantischer Kabeljau, blauflossen Thunfisch , Regenbogenforelle, Stör, Seebarsch usw.
Es ist wichtig, die Fischproduktion im Einklang mit der Kapazität des Kreislaufsystems zu halten. Um eine Überlastung des Systems mit hoher Materialdichte zu vermeiden, viele Techniken werden verwendet.
Das UV-Licht kann bei bestimmten Wellenlängen verwendet werden, um die DNA von biologischen Organismen zu zerstören. Infektionserregende einzellige pathogene Bakterien werden mit UV-Licht in Kreislaufsystemen gezielt. Diese Behandlungsmethode wird außerhalb des Aquariums durchgeführt und ist keine geeignete Methode für traditionelle Fischfarmen, in denen die Bakterien sehr schnell wachsen können. Diese Technik funktioniert am besten, wenn sie mit mechanischen und biologischen Filtermethoden kombiniert wird. Die Anzahl der UV-Strahlen kann in Mikrowattsekunden pro cm² (µWs/cm²) ausgedrückt werden. Das zur Desinfektion des Wassers im Tank benötigte UV-Licht wird auf etwa 2000-10000 µWs/cm² für Bakterien geschätzt, 10K-100K µWs/cm² für Pilze und 50K-200K µWs/cm² für Parasiten. Es ist erwähnenswert, dass UV-Licht innerhalb des Wassers und nicht durch Lampen außerhalb des Tanks geleitet werden sollte.
Ozon ist eine Alternative zur UV-Behandlungsmethode, wird jedoch selten verwendet, da eine Überdosierung zu Verletzungen und zum Tod von Fischen führen kann. Mikrobakterien und unerwünschte Organismen werden besonders in Brütereien und Brutanlagen gezielt, da diese kleinen Fische empfindlicher auf solche Bakterien reagieren. Eine effiziente Handhabung des Systems ist wichtig, um positive und sichere Ergebnisse zu erzielen.
Tenside, d. h. Chemikalien mit einem molekularen Ende, werden durch diese Technik entfernt. Diese Chemikalien sind das Ergebnis des Proteinabbauprozesses und verursachen Schaumprobleme in den Tanks. Die Schaumfraktionierung kann manchmal feine Feststoffe und gelöste organische Abfälle entfernen. Diese Technik ist besser geeignet für Salzwassersysteme mit einem Salzgehalt von mehr als 12 ppm, so dass sich leicht Luftblasen bilden können und die Schaumproduktion zuverlässig ist. Schaumfraktionierer besteht aus einem PVC-Rohr und einem Ausströmer. Kommerzielle Schaumfraktioniererdesigns werden mit Acrylsäulen hergestellt. Zwei wichtige Dinge, die von der Konstruktion des Fraktionierers beeinflusst werden, sind die Blasengröße und die Kontaktzeit zwischen den Luftblasen und gelösten organischen Substanzen.
Wärme für die Umlaufsysteme kann auf zwei Arten bereitgestellt werden; entweder durch Erhitzen des Luftraums oder durch Erhitzen von Wasser. Der Bereich oder das Gebäude sollte über eine geeignete Isolierung und eine geeignete Wasserdampfkondensationsstruktur verfügen. Kondenswasserdampf innerhalb des Gebäudes kann Schäden an den Gebäudeteilen verursachen. Direktes Erhitzen wird aufgrund von Verkalkungsproblemen bei der Verwendung von hartem Wasser vermieden. So werden ersatzweise Polypropylen-Heizschlangen an einen Boiler angeschlossen und das Wasser erhitzt. Die Temperatur des Kessels wird automatisch geregelt.
Zentralheizungen werden verwendet, um den Raum über den Tanks zu beheizen. Alle Berechnungen für Feuchtigkeit und Kohlendioxidgehalt sollten sorgfältig geprüft werden, bevor diese Methode angewendet wird.
Gewächshaustechnologie kann auch eine alternative Lösung für die Einrichtung von Aquakultur-Umlaufsystemen sein.
Die Fischzucht kann nur dann richtig betrieben werden, wenn es innerhalb der RAS ein geregeltes Kontroll- und Überwachungssystem gibt. Ein zentrales System zur Steuerung und Überwachung bestimmter Funktionen wie Sauerstoffgehalt, pH-Bereich, Wasserstände, und weitere Funktionen wird für eine effiziente Handhabung der Systeme eingesetzt. In diesen Systemen installierte automatische Sensoren oder Alarme können anzeigen, wenn ein Problem auftritt. Obwohl die Systeme automatisch arbeiten, sie müssen regelmäßig durch Fachpersonal so überwacht werden, dass ein vernachlässigbarer Schaden entsteht. Im Notfall, Reiner Sauerstoff-Backup ist ein Muss im Produktionsbereich. Für einen effizienten Umgang mit dem RAS ist auch ein Generator zur Ergänzung der Stromversorgung erforderlich.
