پرورش مدار بسته – گام چهارم
تصفیه زیستی
همه ذرات معلق و فضولات در فیلتر مکانیکی حذف نمی‌شوند، بخشی از ذرات بصورت ترکیبات محلول مثل فسفات و نیتروژن از آن عبور می‌کنند. فسفات یک ماده بی‌اثر است، بدون اثر سمی، اما نیتروژن به شکل آمونیاک آزاد سمی است، و باید به نیترات بی‌ضرر تبدیل شود. تجزیه مواد آلی و آمونیاک یک فرآیند بیولوژیکی است که توسط باکتری‌ها انجام می‌شود. باکتری Heterotrophic مواد آلی را با مصرف اکسیژن و تولید دی اکسید کربن، آمونیوم و نیتریت تولید می‌کند. باکتری‌ها آمونیاک را به نیتریت و در نهایت به نیترات تبدیل می‌کنند.
دو نکته در این روش بسیار مهم است :
الف) دمای آب در سیستم ب) سطح pH در سیستم
برای رسیدن به یک نرخ قابل قبول تثبیت نیتروژن، دمای آب باید در10 تا 35 درجه سانتی گراد (درحدود 20 تا 30 درجه سانتی گراد) و PH بین 7 و 8 حفظ شود. دمای آب اغلب به این موارد بستگی دارد و اینگونه تنظیم نشده است که به حداکثر نرخ تثبیت نیتروژن برسد، بلکه برای رسیدن به سطوح بهینه رشد ماهی باید به سطوح بهینه دما دست یابد. تنظیم PH در رابطه با بهره‌وری بایو فیلتر مهم است چون سطح PH پایین‌تر، بهره‌وری را کاهش می‌دهد. بنابراین pH باید بیشتر از 7 حفظ شود تا به میزان بالای نیتروژن سازی باکتریایی برسد. ازطرف دیگر، افزایش PH منجر به افزایش مقدار آمونیاک آزاد NH3 می‌شود که تاثیر سمی را افزایش خواهد داد. بنابراین هدف یافتن تعادل بین این دو هدف تنظیم PH و دما است. یک نقطه تنظیم پیشنهادی بین PH هفت و PH هفت و نیم است.
دو عامل اصلی بر pH در سیستم گردش آب تاثیر می‌گذارند :
الف) تولید co2 از ماهی و از فعالیت بیولوژیکی فیلتر زیستی ب) اسید تولید شده از فرآیند تثبیت نیتروژن
CO2 با هوادهی آب دفع می‌شود، که به موجب آن degassing رخ می‌دهد. این فرآیند را میتوان به روش‌های مختلفی که بعداً در این بخش توضیح داده می شود، انجام داد.
فرآیند nitrifying اسید تولید می‌کند (+H) و سطح pH کاهش می‌یابد. برای تثبیت PH یک پایه باید اضافه شود. برای این منظور، سدیم هیدروکسید یا هیدروکسید سدیم (NaOH) یا یک پایه دیگر باید به آب اضافه شود.
آمونیاک مخلوطی از آمونیاک و آمونیوم (Total) = آمونیوم (NH4+) + آمونیاک (NH3 ) است که در آن آمونیاک قسمت اصلی دفع را تشکیل می‌دهد. اما مقدار آمونیاک در آب بستگی به جدول روبرو دارد :
در این تصویر تعادل میان آمونیاک (NH3 ) و آمونیوم (NH4+) در دمای °C ۲۰ را مشاهده می کنید. آمونیاک سمی در PH پایین ۷ وجود ندارد اما با افزایش PH افزایش می‌یابد. سطح pH را میتوان در شکل تشخیص داد، که تعادل بین آمونیاک ( NH3) و آمونیوم (NH4+) را نشان می‌دهد.
به طور کلی آمونیاک سمی برای ماهی بیشتر ۰.۰۲ میلی‌گرم در لیتر سمی است. در شکل زیر حداکثر غلظت آمونیاک سمی نشان می‌دهد که در سطوح PH مختلف مجاز است اگر یک سطح زیر ۰.۰۲ میلی‌گرم بر لیتر آمونیاک تضمین شود. سطح PH پایین‌تر خطر تجاوز بیش از حد مجاز آمونیاک به میزان ۰.۰۲ میلی‌گرم بر لیتر را کاهش می‌دهد، اما به مدیر پرورش ماهی توصیه می‌شود که به سطحی از حداقل PH ۷ برسد تا بایو فیلتر به کارآیی بالاتر برسد.
در تصویر بالا نیز رابطه بین pH اندازه‌گیری شده و مقدار TAN موجود برای تفکیک پذیری در بایو فیلتر، براساس غلظت سمی آمونیاک ۰.۰۲ میلی‌گرم بر لیتر است.
نیتروژن (دی‌اکسید نیتروژن) در مرحله میانی در فرآیند تثبیت نیتروژن گیری شکل می‌گیرد و برای ماهی در سطوح بالاتر از ۲ L /mg، سمی است. اگر ماهی در یک سیستم گردشی دچار اختلال تنفس می شود، هرچند میزان غلظت اکسیژن خوب باشد، غلظت نیتریت بالا ممکن است علت آن باشد. در غلظت‌های بالا، نیتریت از طریق آبشش به درون خون ماهی انتقال داده می‌شود، تا جایی که مانع جذب اکسیژن می‌شود. با افزودن نمک به آب، تا ۰.۳ درصد جذب می‌شود، جذب نیتریت را مهار می‌کند.
Nitrate یک محصول نهایی در فرآیند تثبیت نیتروژن است، و با این که در نظر گرفته می‌شود، سطوح بالا (بالای 20 تا 50 میلی‌گرم در لیتر) تاثیر منفی بر رشد و تبدیل غذا دارند. اگر تبادل آب جدید در سیستم بسیار پایین نگه‌داشته شود، نیترات جمع خواهد شد و نتایج غیر قابل قبول به دست خواهند آمد. یک راه برای جلوگیری از تجمع نیترات، افزایش تبادل آب جدید است که در آن غلظت زیاد به سطح پایین و بدون دردسر رقیق می‌شود.
از سوی دیگر، کل ایده پرورش مدار بسته ماهی، ذخیره آب است و در برخی موارد صرفه‌جویی در آب یک هدف بزرگ است. تحت چنین شرایطی، غلظت نیترات می‌تواند به نیتروژن گیری کاهش یابد. در شرایط عادی، مصرف آب بیش از ۳۰۰ لیتر در هر کیلو خوراک مورد استفاده برای رقیق کردن غلظت نیترات کافی است.
اکثر باکتری غالب، سودوموناس نامیده می‌شود. این یک فرآیند بی‌هوازی (بدون اکسیژن) برای کاهش نیترات به نیتروژن اتمسفر است. در حقیقت، این فرآیند نیتروژن را از آب به اتمسفر جدا می‌کند، که در آن بار نیتروژن به محیط اطراف کاهش می‌یابد. این فرآیند نیازمند یک منبع آلی (کربن)، برای مثال الکل چوب (متانول) است که می‌تواند به محفظه نیترات زدایی اضافه شود. در شرایط عملی ۲.۵ کیلوگرم متانول برای هر کیلو نیترات (NO – N) denitrified مورد نیاز است.
اغلب اتاق نیترات زدایی مجهز به بایو فیلم یا سطوح ویژه است که با زمان اقامت ۲ تا ۴ ساعت طراحی شده‌است. جریان باید کنترل شود تا غلظت اکسیژن خروجی را در برنامه نگه دارد. اگر اکسیژن بیش از یک میلی گرم بر لیتر تولید شود، سولفید هیدروژن (H2S) رخ خواهد داد، که برای ماهی بسیار سمی است و هم چنین بوی بد و آزار دهنده ای می‌دهد (تخم‌مرغ گندیده). در ضمن در فرایند نیترات زدایی تولید لجن بدست‌آمده بسیار بالا است و واحد حذف نیترات باید به طور معمول هفته‌ای یک‌بار شسته شود.
نمونه هایی از بایو فیلم جهت استفاده در بایو فیلتر
بایو فیلتر ها معمولاً با استفاده از رسانه‌های پلاستیکی ساخته می‌شوند که سطح بالایی در هر مترمکعب را می‌دهند. باکتری به عنوان یک لایه نازک روی رسانه‌ها رشد خواهد کرد در نتیجه یک سطح بسیار بزرگ را اشغال خواهد کرد. هدف یک بایو فیلتری که خوب طراحی‌شده، رسیدن به یک سطح بالا در هر متر مکعب بدون بستن شدن است که با مواد آلی مسدود شود. بنابراین داشتن درصد بالایی از فضای آزاد برای عبور آب از طریق بایو فیلتر و داشتن جریان کلی خوب با روش شستشو کافی، مهم است. چنین مراحلی باید در فواصل زمانی سه هفته یا یک ماه بسته به بار روی بایو فیلتر انجام شود. هوای فشرده برای ایجاد جریان مداوم در صافی مورد استفاده قرار می‌گیرد که در آن ماده آلی جدا می‌شود. در حالی که روند شستشو رخ می‌دهد، تمیز می‌شود و آب کثیف در صافی تخلیه می‌شود و قبل از اینکه دوباره به سیستم متصل شود تخلیه می‌شود.
فیلتر تخت ثابت یا فیلترهای بستر متحرک طراحی شود. همه بایو فیلتر های بکار رفته در مزارع مداربسته امروزه به عنوان واحدهای مستغرق در آب عمل می‌کنند. در فیلتر تخت ثابت، رسانه پلاستیکی ثابت است و حرکت نمی‌کند. آب از طریق رسانه‌ها به عنوان یک جریان آرام جریان می‌یابد تا با بایو فیلم ارتباط برقرار کند. در فیلتر بستر متحرک، رسانه پلاستیک با جریانی که توسط پمپ هوا ایجاد می‌شود، در داخل آب حرکت می‌کند. به دلیل حرکت ثابت رسانه، فیلتر بستر متحرک می‌تواند سخت‌تر از فیلترهای تخت ثابت باشد و در نتیجه به نرخ جابجایی بالاتر در هر مترمکعب برسد. با این حال، هیچ تفاوت قابل‌توجهی در نرخ گردش مالی محاسبه‌شده در هر متر مربع (ناحیه سطح فیلتر) به عنوان کارایی بایو فیلم باکتریایی در هر کدام از این دو وجود ندارد.
نمونه هایی از بایو فیلم جهت استفاده در بایو فیلتر
بایو فیلتر ها معمولاً با استفاده از رسانه‌های پلاستیکی ساخته می‌شوند که سطح بالایی در هر مترمکعب را می‌دهند. باکتری به عنوان یک لایه نازک روی رسانه‌ها رشد خواهد کرد در نتیجه یک سطح بسیار بزرگ را اشغال خواهد کرد. هدف یک بایو فیلتری که خوب طراحی‌شده، رسیدن به یک سطح بالا در هر متر مکعب بدون بستن شدن است که با مواد آلی مسدود شود. بنابراین داشتن درصد بالایی از فضای آزاد برای عبور آب از طریق بایو فیلتر و داشتن جریان کلی خوب با روش شستشو کافی، مهم است. چنین مراحلی باید در فواصل زمانی سه هفته یا یک ماه بسته به بار روی بایو فیلتر انجام شود. هوای فشرده برای ایجاد جریان مداوم در صافی مورد استفاده قرار می‌گیرد که در آن ماده آلی جدا می‌شود. در حالی که روند شستشو رخ می‌دهد، تمیز می‌شود و آب کثیف در صافی تخلیه می‌شود و قبل از اینکه دوباره به سیستم متصل شود تخلیه می‌شود.
فیلتر تخت ثابت یا فیلترهای بستر متحرک طراحی شود. همه بایو فیلتر های بکار رفته در مزارع مداربسته امروزه به عنوان واحدهای مستغرق در آب عمل می‌کنند. در فیلتر تخت ثابت، رسانه پلاستیکی ثابت است و حرکت نمی‌کند. آب از طریق رسانه‌ها به عنوان یک جریان آرام جریان می‌یابد تا با بایو فیلم ارتباط برقرار کند. در فیلتر بستر متحرک، رسانه پلاستیک با جریانی که توسط پمپ هوا ایجاد می‌شود، در داخل آب حرکت می‌کند. به دلیل حرکت ثابت رسانه، فیلتر بستر متحرک می‌تواند سخت‌تر از فیلترهای تخت ثابت باشد و در نتیجه به نرخ جابجایی بالاتر در هر مترمکعب برسد. با این حال، هیچ تفاوت قابل‌توجهی در نرخ گردش مالی محاسبه‌شده در هر متر مربع (ناحیه سطح فیلتر) به عنوان کارایی بایو فیلم باکتریایی در هر کدام از این دو وجود ندارد.
انواع فیلتر نیز در سایز های مختلف وجود دارد. با این حال، در فیلتر تخت ثابت، ذرات آلی نیز خوب برداشته می‌شوند چون این مواد به بایو فیلم چسبیده‌اند. بنابراین فیلتر تخت ثابت همچنین به عنوان یک واحد تصفیه مکانیکی خوب نیز عمل می‌کند که مواد آلی میکروسکوپی را از بین می‌برد و آب را بسیار شفاف می‌کند. فیلتر بستر متحرک همان تاثیر را نخواهد داشت چون آشفتگی مداوم آب چسبندگی مناسب را ندارد.
هر دو سیستم فیلتر را میتوان در سیستم پرورشی مورد استفاده قرار داد، یا میتوان آن‌ها را با هم ترکیب کرد؛ با استفاده از بستر متحرک برای صرفه‌جویی در فضا و بستر ثابت برای بهره‌مند شدن از تاثیر مضاعف و ویژه. راه‌حل‌های متعددی در دپارتمان شیلات فرد برای طراحی نهایی سیستم‌های بایو فیلتر وجود دارد که بر اساس اندازه مزرعه، گونه ماهی برای کشت، اندازه و سایز ماهی و غیره طراحی می گردد.
بهروز فرد تحلیل گر و عارضه یاب شیلات