Kurs-03

Jakość wody i jej uzdatnianie

Autorstwo i edycja:Sigurður M. Einarsson and Valdimar I.

GunnarssonInstitute 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 dwutlenek węgla

• 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).

Table 2. Recommended parameters for production planning for Atlantic salmon. Variable Parameter Mean oxygen consumption from feed consumed

0.25-0.45 kg oxygen/ kg feed consumed

Mean carbon dioxide produced from oxygen consumption

1.1 kg carbon dioxide / kg oxygen consumed

Mean total ammonia produced from oxygen consumption

0.04-0.06 kg total ammonia / kg oxygen 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 tlenuZawartość 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.

Rysunek 3. Wymagania dla przepływu dla łososia atlantyckiego próg dla dwutlenku węgla i amoniaku i ogólnej metody oczyszczania wody w celu poprawy jakości wody.

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)

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 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

• Hodowle są stosunkowo proste i łatwe w obsłudze

• Zazwyczaj niższe nakłady inwestycyjne w porównaniu do bardziej zaawansowanych systemów hodowli

Systemy częściowego ponownego użytkowania akwakultur

Zalety WadyBrak• 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

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

Zasada systemu recyrkulacji.Podstawowy system uzdatniania wody składa się z filtracji mechanicznej, obróbki biologicznej, odgazowania, wzbogacania tlenu, dezynfekcji UV i pompą

Częściowe ponowne użycie akwakultury z systemem napowietrzania i natleniania

Napowietrzanie i natlenianie

Figure 7. Transfer gazu w powietrzu i w wodzie

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)

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 śmigło-zasysacz- 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 wodyWażne 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 PrzyczynyPoziom 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/488801-aquaculture_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%20-Final%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/rapport-6496.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%202006/5%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’