一, Cosa rende torbida la qualità dell'acqua RAS e quali sono i suoi effetti?
Esistono tre categorie fondamentali di cose che rendono torbida l'acqua nel sistema RAS:
Particelle sospese: includono escrementi di pesce, mangime non digerito, fiocchi biologici e microrganismi morti. Queste particelle hanno solitamente un diametro compreso tra 0,1 e 100 μm. Le particelle colloidali inferiori a 1 μm formano sistemi di sospensione stabili di cui è difficile liberarsi lasciandoli depositare per gravità.
Materia organica disciolta: questo è ciò che accade quando proteine, amminoacidi, acidi umici e altre sostanze si degradano. Non crea direttamente torbidità, ma può rendere le particelle più grandi aderendo ad esse e diffondendo maggiormente la luce.
Comunità di microbi: batteri nitrificanti, batteri eterotrofi e altri biofilm si attaccano alla superficie delle particelle, producendo biofilm che rendono l’acqua ancora più torbida.
Il modo principale per misurare la torbidità della qualità dell'acqua è osservare la torbidità (NTU). Nel RAS, i valori di torbidità sono fortemente influenzati da fattori come la velocità di alimentazione del mangime, la durata della permanenza dell'acqua nel sistema e l'efficienza del filtro. Nell'acquacoltura ad alta-densità, se il separatore solido-liquido non funziona abbastanza bene, l'azoto ammoniacale e il nitrito derivanti dalla scomposizione delle feci rimanenti del mangime incoraggeranno la crescita dei microbi. Ciò farà salire la torbidità da 50 NTU a oltre 200 NTU in sole 24 ore.
2,Il processo fisico attraverso il quale la luce attraversa l'acqua sporca
Secondo la legge di Lambert Beer, la luce viaggia attraverso l'acqua in un certo modo. La profondità di penetrazione (Z) è negativamente collegata alla torbidità (K). Esistono due modi fondamentali in cui la luce viene bloccata nell'acqua torbida.
Effetto dello scattering: lo scattering Mie avviene quando il diametro delle particelle si avvicina alla lunghezza d'onda della luce (400–700 nm). Ciò fa piegare il percorso ottico. Il coefficiente di diffusione delle particelle con una dimensione di 0,5 μm per la luce verde (550 nm) è 1,8 volte superiore a quello della luce rossa (650 nm). Questo è il motivo per cui l'acqua torbida appare blu{9}}verde.
Effetto dell'assorbimento: i gruppi cromogenici nella materia organica disciolta (DOM), come l'acido umico e l'acido fulvico, assorbono molto bene la luce ultravioletta (280–400 nm) e la luce blu (450–495 nm), modificando il modo in cui viene distribuita l'energia spettrale.
Quando la torbidità passa da 50 NTU a 200 NTU, la profondità di penetrazione della luce con lunghezza d'onda di 550 nm diminuisce bruscamente da 1,2 ma 0,3 m e il tasso di attenuazione dell'intensità raggiunge il 97%. Questo è ciò che rivelano gli esperimenti. Questa alterazione ha tre effetti sugli organismi di acquacoltura:
Disturbo fotoperiodico: i pesci hanno cellule coniche nella retina che sono sensibili a determinate lunghezze d'onda. La torbidità può cambiare il modo in cui funzionano queste cellule, il che può rovinare il loro orologio circadiano. Quando la torbidità è superiore a 150 NTU, ad esempio, il periodo di maturazione delle gonadi nella trota iridea è più lungo del 30%.
Inibizione del comportamento alimentare: molti pesci dipendono dal vedere dove si trovano le particelle di mangime e quando la torbidità è superiore a 100 NTU, l'efficienza alimentare della tilapia diminuisce del 45%, rallentando la loro crescita.
La fotosintesi ha dei limiti: nei sistemi di co-coltura algale, quando la torbidità supera gli 80 NTU, l'efficienza fotosintetica delle microalghe diminuisce del 60%, compromettendo la capacità del sistema di rimuovere azoto e fosforo.
3, Principali cose a cui pensare quando si sceglieLuci a LED impermeabili per acquari
Poiché la qualità dell'acqua RAS è torbida, le lampade per acquari dovrebbero essere scelte in base ai concetti di "priorità di penetrazione, adattamento spettrale e ottimizzazione dell'efficienza energetica". Il percorso tecnico esatto è il seguente:
1. Strategia per la scelta delle lunghezze d'onda
La luce rossa (620–750 nm) può penetrare in profondità nell'acqua e mantenere un tasso di penetrazione del 60% anche quando l'acqua è piuttosto torbida (200 NTU). È ideale per stagni di acquacoltura profondi superiori a 1,5 m. Ad esempio, l’utilizzo della luce rossa a 660 nm nell’allevamento del salmone può aiutare i pesci ad aumentare la massa muscolare e a migliorare dell’8% la quantità di carne prodotta.
Verde chiaro (495-570 nm): non si disperde molto su particelle con diametro di 0,3–1 μm ed è ideale per luoghi con torbidità moderata (50–150 NTU). Quando si coltivano gamberetti bianchi sudamericani, la luce verde a 520 nm può aiutarli a fare la muta con maggiore successo e ridurre il rischio di malattie del guscio molle.
Luce blu (450-495 nm): non arriva molto in profondità, ma può impedire alle alghe di riprodursi troppo. Nei sistemi di co-coltura algale, deve essere utilizzato con luce rossa (rosso: blu=3:1).
2. Tecnologia per il controllo dinamico dell'intensità della luce
Sistema di feedback della torbidità: un sensore di torbidità integrato e un modulo di regolazione LED che può modificare la luminosità della luce in tempo reale. Quando la torbidità passa da 50 NTU a 200 NTU, ad esempio, il sistema aumenta automaticamente l'intensità della luce da 2000 lux a 5000 lux per mantenere costante l'intensità della luce di penetrazione.
Modalità di illuminazione a impulsi: invece dell'illuminazione continua, vengono utilizzati brevi lampi ad alta intensità (ad esempio 10.000 lux/10 ms). Questo può attraversare l'acqua con molta torbidità e consumare meno energia. L'esperimento dimostra che la modalità a impulsi può aumentare il tasso di crescita del pesce persico del 15% riducendo il consumo energetico del 30%.
3. Migliorare il design della struttura della lampada
Anti-fouling coating technology: Putting superhydrophobic nanoparticles (contact angle>150 gradi) sul corpo della lampada per evitare che le particelle vi si attacchino. Ad esempio, le luci a LED rivestite con fluorosilano perdono solo il 5% della loro efficienza luminosa dopo 30 giorni di uso continuo. Questo è sostanzialmente inferiore alla perdita del 30% delle luci non trattate.
Layout dell'array modulare: rendere gli apparecchi di illuminazione facili da smontare in modo che possano essere puliti e sottoposti a regolare manutenzione. In uno stagno di acquacoltura circolare con un diametro di 10 m, sono installati in cerchio sei set di apparecchi di illuminazione modulari da 120 W. Ciò può rendere la luce più uniforme del 40% rispetto alla vecchia modalità di illuminazione centrale.
4. Un'indagine su un tipico caso applicativo
Caso 1: Una tecnica per produrre salmone ad alta densità
Uno stabilimento RAS norvegese-con sede a terra utilizza la tecnologia di controllo a circuito chiuso-della torbidità per modificare il rapporto spettrale dei LED in tempo reale misurando la torbidità del pool di allevamento (50–300 NTU):
Torbidità<100NTU: Red light makes up 70% of the light, which helps things grow; 100NTU
Turbidity>200NTU: la luce rossa costituisce l'80% della luce e l'intensità viene aumentata a 8000lux per impedirne la penetrazione.
Il piano riduce del 20% il tempo necessario affinché il salmone cresca e aumenta del 12% il ritmo con cui trasformano il mangime in energia.
Caso 2: Sistema di granchi e gamberetti per il co-allevamento
Un'azienda di Jiangsu, in Cina, utilizza un sistema di illuminazione a più livelli in una vasca di co-allevamento di gamberetti bianchi sudamericani e granchi cinesi.
La luce blu (450 nm) è il colore più comune sullo strato superficiale (0–0,5 m), che impedisce la crescita delle alghe.
Strato intermedio (0,5–1,5 m): per soddisfare le diverse esigenze spettrali di gamberetti e granchi, su di essi vengono proiettate alternativamente luce verde (520 nm) e luce rossa (660 nm).
Bottom layer (>1,5 m): la luce rossa con molta potenza (10000 lux) attraversa l'acqua torbida del fondo.
Questo design aumenta il tasso di sopravvivenza di gamberetti e granchi al 92% e aumenta la resa unitaria del 25%.
