Kurs -0 3 Jakość wody i jej uzdatnianie

1. Kurs-03Jakość wody i jej uzdatnianie Autorstwo i edycja: Sigurður M. Einarsson and Valdimar I. Gunnarsson Institute of Freshwater Fisheries, Iceland

2. 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

3. 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)

4. 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).

5. 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..

6. Ilość wody - zawartość tlenu Rysunek 2. Podniesienie temperatury wody / zasolenie zmniejsza to ilość 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.

7. 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.

8. 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.

9. Przeglądsystemulądowegoakwakultury • Systemyprzepływoweakwakultury • Częściowe układy ponownego użycia akwakultury • Recyrkulacjasystemówakwakultury Układ akwakultury przepływowej przy użyciu pojedynczego przejścia i wykorzystania wody. Systemy recyrkulacji zwykle wahają się od 95-99% ponownego użycia w stosunku do zużycia wody w przepływie przez system. Ponowne wykorzystanie w stosunku do przepływowych jest często między 50 a 75%.

10. Układyprzepływoweakwakultury 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

11. Systemy częściowego ponownego użytkowania akwakultur Zalety Wady Brak • 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

12. 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

13. 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

14. 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) 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. Figure 7. Transfer gazu w powietrzu i w wodzie

15. Systemy napowietrzania Typowy napowietrzacz grawitacyjny z ekranem rozbryzgowym. Niskociśnieniowy natleniacz(areator czystego tlenu). Wieża oddzielająca dwutlenek węgla. 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)

16. 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)

17. Areatory zanurzeniowe Rysunek10. 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.

18. Systemy czystego tlenu Figure 13. Woda i czysty tlen mieszane pod ciśnieniem w stożku tlenowym (A) i głębokim wale (B) Figure 12. Dyfuzor czystego tlenu w zbiorniku rybnym 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.

19. 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

20. 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

21. 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.

22. 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.

23. 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 effluenttreatment 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).

24. 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 salmonidsfaeces: 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

25. Dziękujemy za udział w kursie -03. ‘FISHFARM project has beenfundedwithsupportfromtheEuropeanCommission. Thisdocumentreflectstheviewsonly of theauthor, andtheCommissioncannot be heldresponsibleforanyusewhichmay be made of theinformationcontainedtherein’