Transcript ModuB 3 - Jako[ wody i jej ochrona

Kurs-03
Jakość wody i jej uzdatnianie
Autorstwo i edycja:
Sigurður M. Einarsson and Valdimar I. Gunnarsson
Institute of Freshwater Fisheries, Iceland
Głone parametry jakościowe wody
 Kryteria jakości wody w systemach akwakultury obejmują
parametry takie jak temperatura, rozpuszczony tlen,
dwutlenek węgla, całkowite ciśnienie gazu, amoniak i
azotyny. Inne parametry to kwasowości wody, zasolenie i
łącznie rozpuszczone substancje stałe. Kryteria jakościowe
wody mogą silnie zależeć od gatunku, wielkości ryb i celów
hodowli.
Jest to suma wszystkich parametrów, które wpływają na
zdrowie i tempo wzrostu ryb. Każdy parametr oddziałuje z
wody i wpływa na inne parametry, czasem w
skomplikowany sposób
Rozpuszczony tlen
 Rozpuszczony tlen jest
najważniejszym i najbardziej
krytycznym parametrem.
 75% poziom nasycenia
tlenem wyznacza granicę
przetrwania
dla
wielu
gatunków.
 Zmniejszony apetyt i wzrost
i zmniejszenie odporności
na choroby są objawami
niskiego stężenia
 Ciężkie straty występują,
gdy tlenu jest mniej niż 40%
(patrz tabela 1)
Table 1. Guidelines for oxygen levels for salmonids (e.g. salmon, trout and arctic
charr), sea bream and sea bass.
Oxygen saturation Effect on fish
85%
No indication of negative effect
75%
Reduction in appetite
60%
Reduced appetite, possible mortality
40%
No appetite and high mortality
30%
Massive mortality
Temperatura
i
• Temperatura wody jest
drugim najważniejszym po
zawartości tlenu
rozpuszczonego parametrem.
Każdy gatunek ma swoją
temperaturę optymalną dla
wzrostu i rozwoju oraz górną i
dolną granicę temperatury
dla przeżycia.
• Dwutlenek węgla. Jako
zasada, 1,1 g dwutlenku
węgla (CO2) jest wytwarzane
na każdy 1 g tlenu zużytego
przez ryby (tabela 2).
dwutlenek
węgla
Table 2. Recommended parameters for production planning for Atlantic salmon.
Variable
Parameter
Mean oxygen consumption from feed
0.25-0.45 kg oxygen/ kg feed consumed
consumed
Mean carbon dioxide produced from
1.1 kg carbon dioxide / kg oxygen
oxygen consumption
consumed
Mean total ammonia produced from
0.04-0.06 kg total ammonia / kg oxygen
oxygen consumption
consumed
Amoniak i azotyny
 Amoniak jest produktem
ubocznym metabolizmu białka
przez zwierzęta wodne. W
wodzie, pojawia się jako
amoniak albo w zjonizowanych
(NH4 +) lub nie-zjonizowanej
(NH3) postaci, w zależności od
wartości pH (fig. 1).
 Nie-zjonizowane stężenia
amoniaku należy trzymać
poniżej 0,05 mg / l, a całkowita
amoniaku (zjonizowanego (NH
4 +) i nie-zjonizowany (NH3)
stężeniach poniżej 1,0 mg / l
przy długotrwałym
wystepowaniu
• Azotyny. Azotyny (NO2-) są
toksyczne dla ryb na poziomie
powyżej 2 mg / l. Jeśli ryba nie
może złapać powietrza, chociaż
stężenie tlenu jest w porządku,
najprawdopodobniej występuje
wysokie stężenie azotynów.
•
Rysunek 1. Procent wolnego amoniaku (jako NH3) w
wodach słodkich w różnym pH i temperaturze wody..
Ilość wody - zawartość tlenu
Zawartość tlenu w wodzie zmniejsza się wraz ze wzrostem temperatury
(fig. 2). Zawartość tlenu wody słonej jest mniejsza niż słodkiej wody w
tej samej temperaturze. Potrzebne jest więc więcej wody morskiej niż
słodkiej wody na potrzeby tlenu dla ryb, przy inne czynnikach stałych.
Rysunek 2. Podniesienie temperatury wody /
zasolenie zmniejsza to ilość tlenu.
Czynniki wpływające na zawartość
tlenu
• Wielkośc ryb: Im mniejsze proporcjonalnie zużycie tlenu tym
większa ryba.
• Temperatura: wykorzystanie tlenu zwiększa się wraz z temperaturą.
Rozpuszczalność tlenu w wodzie jest mniejsza w wyższych
temperaturach.
• Tempo wzrostu: Zużycie tlenu zwiększa się ze zwiększaniem
szybkości wzrostu.
• Żywienie: Gdy ryby trawią pokarmy, wykorzystanie tlenu zwiększa
się.
• Prędkość pływania: Zużycie tlenu wzrasta wraz ze wzrostem
prędkości pływania.
• Stres: Każdy rodzaj napięcia i stresu, takie jak sprawdzanie
rozmiarów i kąpiele zapobiegające przed chorobą, zwiększa
wykorzystanie tlenu.
Przepływ wody
• Ilość (przepływ) wody stosowanej w hodowli
ryb zależy od zużycia tlenu przez ryby i
zawartości tlenu w wodzie.
Kiedy wymiana wody jest
zmniejszona, a poziom tlenu
w wodzie jest uzupełniany
przez wstrzyknięcie czystego
tlenu, stężenie dwutlenku
węgla może przekraczać
dopuszczalny poziom (rys. 3)
Rysunek 3. Wymagania dla przepływu dla łososia atlantyckiego próg dla
dwutlenku węgla i amoniaku i ogólnej metody oczyszczania wody w celu
poprawy jakości wody.
Przegląd systemu lądowego
akwakultury
• Systemy przepływowe akwakultury
• Częściowe układy ponownego użycia akwakultury
• Recyrkulacja systemów akwakultury
Układ
akwakultury
przepływowej
przy użyciu
pojedynczego
przejścia i
wykorzystania
wody.
Ponowne
wykorzystanie w
stosunku do
przepływowych jest
często między 50 a
75%.
Systemy recyrkulacji
zwykle wahają się od
95-99% ponownego
użycia w stosunku do
zużycia wody w
przepływie przez
system.
Układy przepływowe akwakultury
Zalety
• Hodowle są stosunkowo
proste i łatwe w obsłudze
• Zazwyczaj niższe nakłady
inwestycyjne w porównaniu
do bardziej
zaawansowanych systemów
hodowli
Wady
•
•
•
•
•
•
Zastosowanie układu jest limitowane
dostępnością wody
Wymaga wysokich prędkości przepływu
wody o wysokiej jakości o odpowiedniej
temperaturze
Temperatura zależy od warunków
wejściowych wody
Regulacja temperatury i jakości wody
jest trudne i zazwyczaj kosztuje dużo
Urządzenia są podatne na choroby
przenoszone przez wlot wody a
dezynfekcja wody wlotowej jest
kosztowna
Produkuje duże ilości rozcieńczonych
ścieków, które mogą być trudne i
kosztowne w oczyszczaniu
Systemy częściowego ponownego
użytkowania akwakultur
Zalety
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Mniejsze zużycie wody i objętości ścieków
Zmniejszenie zużycia energii
Rozwój produkcji bez zwiększenia zużycia wody
Niższe nakłady inwestycyjne w porównaniu do układów
recyrkulacji, ale wyższy niż układy przepływowe
Zastosowanie układu jest mniej zależne od dostępności wody
Bardziej ekonomiczny zabiegi wody napływającej i kontrola
temperatury
Dezynfekcja wody dopływowej na rzecz ochrony
bezpieczeństwa biologicznego jest bardziej ekonomiczna
Mniej mechanicznej i operacyjnej złożoności niż systemy
recyrkulacji, ale wyższa niż w systemach przepływowych
Kontrola warunków hodowli poprawia się
Niższe wolumeny powodują bardziej ekonomiczny działanie
oczyszczalni ścieków
Wady
Brak
Systemy recyrkulacji
Zalety
Wady
•
• Ogólnie bardziej
mechanicznie i
operacyjnie
złożone niż w
innych typach
systemów hodowli
• Początkowy
kapitał
inwestycyjny jest
zwykle wyższy, ale
koszty produkcji są
zazwyczaj niższe
niż w innych
systemach
hodowli
•
•
•
•
•
Znacznie zredukowane zużycie wody i ilości ścieków (95%
-99,9%).
Minimalne zużycie wody pozwala na opłacalne zabiegi w
celu poprawy jakości wody i zapobieganie chorobom
Minimalne ilości ścieków powodują możliwość
oczyszczania zarówno wody jak i osadów ściekowych dla
osiągnięcia celów zrównoważonego rozwoju
Pełna kontrola temperatury hodowli jest możliwa,
pozwalając na cały rok, niezależnie od wahań produkcji,
utrzymać warunki środowiskowe lub napływającej wody
Wysoki stopień kontroli pozwala zoptymalizować wzrost
ryb i wykorzystanie paszy, wzrost produkcji i poprawę
jakości produktów
Wyposażenie może być umieszczone w dowolnym
miejscu, wybór miejsca nie jest związany z dostępem do
dużych ilości wody
Różnice pomiędzy systemem częściowego
ponownego wykorzystania a systemem
recyrkulacji
Częściowe ponowne
użycie akwakultury z
systemem
napowietrzania i
natleniania
Zasada systemu recyrkulacji.Podstawowy system uzdatniania
wody składa się z filtracji mechanicznej, obróbki biologicznej,
odgazowania, wzbogacania tlenu, dezynfekcji UV i pompą
Napowietrzanie i natlenianie
Gdy powietrze wchodzi w kontakt z wodą
rozpuszczone gazy z atmosfery powodują
równowagę ciśnień cząstkowych. Typowe wody
akwakultury mają nisko rozpuszczony tlen i wysoko
rozpuszczony dwutlenek węgla i azot. Po
wystawieniu na działanie powietrza
atmosferycznego, woda ma tendencję do
podejścia równowagi i przeniesienia z wody tlenu i
dwutlenku węgla i azotu, (fig. 7)
Figure 7. Transfer gazu w
powietrzu i w wodzie
Równowaga tlenu w wodzie wynosi 100%. Kiedy
woda jest stosowana w akwariach, zawartość
tlenu jest obniżona o 70%. Napowietrzanie tej
wody zwykle wprowadzają wysycenia do około
90%, a w pewnych systemach osiągane jest 100%
poziomu.
Systemy napowietrzania
Typowy napowietrzacz
grawitacyjny z ekranem
rozbryzgowym.
Wieża oddzielająca
dwutlenek węgla.
Niskociśnieniowy
natleniacz(areator
czystego tlenu).
Każde urządzenie napowietrzające może być powierzchniowe, grawitacyjne lub
zanurzeniowe. Areator powierzchniowy Rozpryskuje lub rozchlapuje wodę w powietrzu i
transportuje tlen z powietrza do wody. Areator zanurzeniowy miesza wodę i powietrze
razem w wannie napowietrzeniowej i przenosi tlen z baniek powietrza do wody. Areator
grawitacyjny jest specjanym typem areatora powierzchniowego używającego grawitacji
do transportowanie tlenu (rysunek powyżej)
Napowietrzacz grawitacyjny
Aeratory powierzchniowe rozpryskują wodę w powietrzu, a
najbardziej typowe są pionowe aeratory łopatkowe i pompowe.
Aerator Paddlewheel (z lewej) i pionowe pompy (z prawej)
Areatory zanurzeniowe
Rysunek 10. Aeratory systemu rozproszonego powietrza (z lewej) i śmigłozasysacz- pompa (z prawej)
Zanurzony perlator miesza wodę i powietrze razem w zbiorniku
napowietrzania. Ponieważ pęcherzyki rosną w kolumnie wody jest względny
ruch pomiędzy wodą i bąbelkami. Powoduje to, że obieg wody i odnawianie
powierzchni stykającej się z pęcherzykami co zwiększa przenoszenie tlenu.
Systemy czystego tlenu
Figure 12. Dyfuzor czystego tlenu w
zbiorniku rybnym
Figure 13. Woda i czysty tlen mieszane pod ciśnieniem w stożku
tlenowym (A) i głębokim wale (B)
Czysty tlen jest drogi w porównaniu z powietrzem. Dyfuzor czystego tlenu
ma niską wydajność absorpcji. Dyfuzory są umieszczone w dolnej części
zbiornika, przy czym tlen doprowadza się bezpośrednio do nich pod
ciśnieniem od miejsca składowania luzem (fig. 12).
Tlen służy do utworzenia wysoko nasyconej wody z zawartością tlenu
sięgającej 200-300%. Woda i czysty tlen są mieszane pod ciśnieniem przy
czym tlen wtłacza się wodę.
Oczyszczanie wody
Ważne metody usuwania zanieczyszczeń stałych są sedymentacja,
filtrowanie i flotacja. Zawieszone cząstki stałe osiadają relatywnie łatwo ze
względu na swoją wagę i osad może być gromadzony na przykład w
zbiornikach z niskim przepływem wody który umożliwia osiadanie.
Figure 15.
Syfony stosowane w sedymentacji osadów
Figure 16. Filtrowanie. Zasady operacyjne obrotowego
bębna i filtr separatora wirowego
Oczyszczalnie biologiczne
•
•
•
•
Proces nitryfikacji - filtry biologiczne są wypełnione elementami, które zapewniają
ogromną powierzchnię i w ten sposób pozwalają na dużą kolonizację bakterii
odpowiedzialnych za degradację produktów.
Bio-filtr - wysoka powierzchnia właściwa - Bio - filtry zbudowane są z materiałów z
tworzywa sztucznego dając duży obszar powierzchni na m³ biologicznego filtra.
Bakterie rosną w postaci cienkiej warstwy na nośniku w ten sposób zajmując
bardzo dużą powierzchnię.
Procedura powtórnego oczyszczania - Sprężone powietrze jest wykorzystywane do
tworzenia turbulencji w filtrze w którym materia organiczna zostaje oczyszczona
Stałe i ruchome złoże bio-filtra - jednostki są zanurzone pod wodą. W złożu stałym
plastikowe media filtracyjne są stałe i nie poruszają się (rysunek 17).
Figure 17.
Złoża bio-filtra
Dezynfekcja wody
• Dezynfekcję można określić jako zmniejszenie drobnoustrojów
takich jak bakterie, wirusy, grzyby i pasożyty do żądanego stężenia.
• Dezynfekcyjne ultrafioletowe promieniowanie UV działa przez
zastosowanie światła w długości fal tych, które niszczą DNA w
organizmach biologicznych.
• Ozon jest stosowany w recyrkulacji systemów akwakultury jako
środek dezynfekujący, w celu usunięcia węgla organicznego, a także
w celu usunięcia zmętnienia, glonów, koloru, zapachu i smaku. Ozon
może skutecznie inaktywować szereg bakteryjnych, wirusowych,
grzybiczych i pierwotniaków ryb patogenów.
Systemy monitoringu i kontroli
• W morskich farmach klatkowych najważniejszym parametrem jakości
wody jest rozpuszczalność tlenu i temperatura. Najlepiej, jeśli pomiary
powyższych parametrów mogą być sprawdzane w sposób ciagły w celu
zapobieżenia negatywnym efektom wzrostu i zapobieganiu padania ryb.
• W śródlądowych farmach rybnych, wspólne parametry monitorowania w
intensywnej hodowli ryb, to poziom wody zbiornika, przepływ wody i
jakość wody (tabela 4). Awarie techniczne mogą łatwo doprowadzić do
znacznej utraty ryb, więc alarmy są niezbędne do zabezpieczenia instalacji
operacji.
Table 4. Krótka lista potencjalnych parametrów do monitorowania w intensywnej hodowli ryb.
Type/system
Przyczyny
Poziom wody w zbiorniku Zawór spustowy otwarty, króciec spadnie lub usunięty, przeciek w
układzie, pełen zbiornik.
Przepływ wody
Zawór zamknięty lub otwarty za daleko, awaria pompy, brak ssania, wlot
ekranu zatkany rury zatkane.
Jakość wody
Niski poziom rozpuszczonego tlenu, wysoki dwutlenek węgla, przesycony
wodę, wysokie lub niskie temperatury, wysokie amoniaku, azotynów i
azotanów, niskie pH.
Linki do kursu-03
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Anon. 1998. Idaho waste management guidelines for aquaculture operations. Idaho Department of Health and
Welfare, Division of Environmental Quality, Twin Falls, ID. 80 p. (http://www.deq.idaho.gov/media/488801aquaculture_guidelines.pdf).
Anon. 2010. Feasibility assessment of freshwater Arctic charr & rainbow trout grow-out in New Brunswich. ReThink Inc.
and Canadian Aquaculture Systems Inc. 104 p.
(http://www.gnb.ca/0027/Aqu/pdfs/NB%20%20FreshwaterTrout%20%20Charr%20Study%20Final%20Report%20_Ev_-1.pdf).
Aquatreat 2007. Manual on effluent treatment in aquaculture: Science and practice. Aquatreat - Improvement and
innovation of aquaculture effluent treatment technology. 162 p. (http://archimer.ifremer.fr/doc/2006/rapport6496.pdf)
Bregnballe, J. 2010. A guide to recirculation aquaculture. Eurofish, Copenhagen, Denmark. 66 p.
Boyd, C. E. 1998. Pond water aeration systems. Aquaculture Engineering 18: 9-40.
Colt, J. 2000a. Aeration systems. pp. 7-17. In, Stickney, R.R. (eds.) Encyclopedia of aquaculture. John Wiley & Sons Inc.
Colt, J. 2000b. Pure oxygen systems. pp. 705-712. In, Stickney, R.R. (eds.) Encyclopedia of aquaculture. John Wiley &
Sons Inc.
Colt, J. 2006. Water quality requirements for reuse systems. Aquaculture Engineering 34: 143-156.
(http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S014486090500124X).
Ebeling, J.M. & Vinci, B. 2011. Solids capture. Recirculating Aquaculture Systems Short Course.
http://ag.arizona.edu/azaqua/ista/ISTA7/RecircWorkshop/Workshop%20PP%20%20&%20Misc%20Papers%20Adobe%2
02006/5%20Solids%20Capture/Solids%20Control.pdf
Heldbo, J. (ed.) 2013. Bat for fiskeopdræt i norden. Beste tilgængelige teknologier for Akvakultur i Norden (english
abstract). TemaNord 2013:529. 406 p. (www.norden.org/en/publications/publikationer/2013-529).
Linki do kursu -03
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Thorarensen, H. & Farrell, A.P. 2011. Review: The biological requirements for post-smolt Atlantic salmon in
closed-containment systems. Aquaculture 312:1-14.
(http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0044848610008161)
Lekang, O.-I. 2013. Aquaculture Engineering. Willey-Blackwell. 415 p.
Losordo, T.M. Masser, M.P. & Rakocy, J.E. 1999. Recirculating Aquaculture Tank Production Systems. A
Review of Component Options. SRAC Publication No. 453. 12 p.
(https://srac.tamu.edu/index.cfm/event/getFactSheet/whichfactsheet/104)
Moretti, A., Pedini Fernandez-Criado, M., Vetillart, R. 2005. Manual on hatchery production of seabass and
gilthead seabream. Volume 2. Rome, FAO. 152 p. (www.fao.org/docrep/008/y6018e/y6018e00.HTM).
Reid, G.K., Liutkurs, M., Robinson, S.M.C., Chopin, T.R., Blair, T., Lander, T., Mullen, J., Page, F. & Moccia,
R.D. 2008. A review of the biophysical properties of salmonids faeces: inplications for aquaculture waste
dispersal models and integrated multi-trophic aquaculture. Aquaculture research 40(3): 257-273.
Timmons, M.B. & Ebeling, J.M. 2007. Recirculation Aquaculture. Cayuga Aqua Ventures, LLC. 975 p.
Further information – Website
Nuts & Bolts - The PR Aqua Team contributes articles to Hatchery International Magazine:
http://www.praqua.com/articles/nuts-bolts
SRAC Fact Sheets: https://srac.tamu.edu/index.cfm
Simple methods for aquaculture: ftp://ftp.fao.org/fi/CDrom/FAO_Training/FAO_Training/ENG_MENU.htm
Dziękujemy za udział w kursie - 03.
‘FISHFARM project has been funded with support
from the European Commission. This document
reflects the views only of the author, and the
Commission cannot be held responsible for any use
which may be made of the information contained
therein’