一, Què fa que la qualitat de l'aigua RAS sigui tèrbola i quins són els seus efectes?
Hi ha tres categories bàsiques de coses que fan que l'aigua del sistema RAS estigui ennuvolada:
Matèria de partícules en suspensió: inclou excrements de peix, pinsos no digerits, flocs biològics i microorganismes morts. Aquestes partícules solen tenir entre 0,1 i 100 μm de diàmetre. Les partícules col·loïdals que són inferiors a 1 μm fan sistemes de suspensió estables que són difícils d'eliminar deixant-los assentar per gravetat.
Matèria orgànica dissolta: és el que passa quan es descomponen proteïnes, aminoàcids, àcids húmics i altres substàncies. No crea terbolesa directament, però pot fer que les partícules siguin més grans enganxant-s'hi i fent que la llum es dispersi més.
Comunitat de microbis: els bacteris nitrificants, els bacteris heteròtrofs i altres biofilms s'adhereixen a la superfície de les partícules, produint biofilms que fan que l'aigua sigui encara més tèrbola.
La manera principal de mesurar la terbolesa de la qualitat de l'aigua és mirant la terbolesa (NTU). A RAS, els valors de terbolesa es veuen molt afectats per coses com la velocitat d'alimentació, la durada que triga l'aigua a romandre al sistema i l'eficiència del filtre. En l'aqüicultura d'alta-densitat, si el separador de sòlids-líquids no funciona prou bé, el nitrogen i els nitrits d'amoníac que provenen de la descomposició de les restes de femta de pinso afavorirà el creixement de microbis. Això farà que la terbolesa augmenti de 50 NTU a més de 200 NTU en només 24 hores.
2, el procés físic pel qual la llum passa a través de l'aigua bruta
Segons la llei de Lambert Beer, la llum viatja a través de l'aigua d'una determinada manera. La profunditat de penetració (Z) està negativament relacionada amb la terbolesa (K). Hi ha dues maneres bàsiques de bloquejar la llum a l'aigua tèrbola.
Efecte de la dispersió: la dispersió de Mie es produeix quan el diàmetre de les partícules s'acosta a la longitud d'ona de la llum (400-700 nm). Això fa que el camí òptic es doblegui. El coeficient de dispersió de partícules amb una mida de 0,5 μm per a la llum verda (550 nm) és 1,8 vegades més gran que per a la llum vermella (650 nm). És per això que l'aigua tèrbola sembla blau-verda.
Efecte de l'absorció: els grups cromogènics de la matèria orgànica dissolta (DOM), com l'àcid húmic i l'àcid fúlvic, absorbeixen molt bé la llum ultraviolada (280–400 nm) i la llum blava (450–495 nm), cosa que canvia la forma en què es distribueix l'energia espectral.
Quan la terbolesa passa de 50 NTU a 200 NTU, la profunditat de penetració de la llum de longitud d'ona de 550 nm cau bruscament d'1,2 m a 0,3 m i la taxa d'atenuació d'intensitat arriba al 97%. Això és el que revelen els experiments. Aquesta alteració té tres efectes sobre els organismes aqüícoles:
Trastorn fotoperòdic: els peixos tenen cèl·lules còniques a la retina que són sensibles a determinades longituds d'ona. La terbolesa pot canviar el funcionament d'aquestes cèl·lules, cosa que pot alterar el seu rellotge circadià. Quan la terbolesa és superior a 150 NTU, per exemple, el període de maduració gonadal de la truita arc de Sant Martí és un 30% més llarg.
Inhibició del comportament d'alimentació: molts peixos depenen de veure on es troben les partícules d'alimentació, i quan la terbolesa és superior a 100 NTU, l'eficiència de l'alimentació de la tilàpia disminueix un 45%, la qual cosa en frena el creixement.
La fotosíntesi té límits: en els sistemes de co-cocultiu d'algues, quan la terbolesa supera les 80 NTU, l'eficiència fotosintètica de les microalgues disminueix un 60%, perjudicant la capacitat del sistema d'eliminar nitrogen i fòsfor.
3, Coses principals a tenir en compte a l'hora de triarLlums LED impermeables per aquaris
Com que la qualitat de l'aigua RAS és tèrbola, les làmpades d'aquari s'han de triar segons els conceptes de "prioritat de penetració, adaptació espectral i optimització de l'eficiència energètica". La ruta tècnica exacta és la següent:
1. Estratègia d'elecció de longituds d'ona
La llum vermella (620–750 nm) pot entrar profundament a l'aigua i mantenir una taxa de penetració del 60% fins i tot quan l'aigua està força ennuvolada (200 NTU). És millor per a estanys d'aqüicultura profunds que tinguin més d'1,5 m de profunditat. Per exemple, l'ús de llum vermella de 660 nm en el cultiu de salmó pot ajudar els peixos a guanyar múscul i millorar la quantitat de carn que produeixen en un 8%.
Verd clar (495-570 nm): no s'escampa gaire en partícules de 0,3 a 1 μm de diàmetre, i és millor per a llocs amb terbolesa moderada (50-150 NTU). Quan creixen gambes blanques sud-americanes, la llum verda de 520 nm els pot ajudar a mudar amb més èxit i reduir el risc de malaltia de la closca tova.
Llum blava (450-495nm): no s'enfonsa gaire, però pot impedir que les algues es reprodueixin massa. En els sistemes de cocultiu d'algues, s'ha d'utilitzar amb llum vermella (vermell: blau=3:1).
2. Tecnologia per controlar dinàmicament la intensitat de la llum
Sistema de retroalimentació de la terbolesa: un sensor de terbolesa integrat i un mòdul d'atenuació LED que pot canviar la brillantor de la llum en temps real. Quan la terbolesa passa de 50 NTU a 200 NTU, per exemple, el sistema augmenta automàticament la intensitat de la llum de 2000 lux a 5000 lux per mantenir la intensitat de la llum de penetració constant.
Mode d'il·luminació per pols: en lloc d'il·luminació contínua, s'utilitzen ràfegues curtes d'alta intensitat (com ara 10000 lux/10 ms). Això pot passar per aigua amb molta terbolesa i consumir menys energia. L'experiment demostra que el mode de pols pot millorar la taxa de creixement de la perca en un 15% alhora que disminueix l'ús d'energia en un 30%.
3. Millora del disseny de l'estructura del llum
Anti-fouling coating technology: Putting superhydrophobic nanoparticles (contact angle>150 graus) al cos de la làmpada per evitar que les partícules s'hi enganxin. Per exemple, les llums LED que estan recobertes amb fluorosilà perden només un 5% de la seva eficiència lumínica després de 30 dies d'ús continu. Això és substancialment inferior a la pèrdua del 30% de llums no tractades.
Disseny de la matriu modular: feu que els accessoris d'il·luminació siguin fàcils de desmuntar perquè es puguin netejar i mantenir regularment. En un estany d'aqüicultura circular amb un diàmetre de 10 m, s'instal·len en cercle sis jocs d'il·luminació modular de 120 W. Això pot fer que la llum sigui més uniforme en un 40% en comparació amb l'antic mode d'il·luminació central.
4. Una investigació d'un cas d'aplicació típic
Cas 1: Una tècnica per produir salmó a alta densitat
Una fàbrica de RAS-terrestre noruega utilitza tecnologia de control de bucle tancat-de terbolesa per canviar la proporció espectral del LED en temps real mesurant la terbolesa del grup de reproducció (50-300 NTU):
Terbolesa<100NTU: Red light makes up 70% of the light, which helps things grow; 100NTU
Turbidity>200 NTU: la llum vermella representa el 80% de la llum i la intensitat s'eleva a 8000 lux per evitar que penetri.
El pla redueix un 20% el temps que triga el salmó a créixer i augmenta un 12% el ritme al qual converteixen els pinsos en energia.
Cas 2: sistema de cranc i gambes per a la reproducció conjunta
Una empresa de Jiangsu, a la Xina, utilitza un sistema d'il·luminació escalonat en una piscina de reproducció conjunta de gambes blanques sud-americanes i de cranc de guants xinès.
La llum blava (450 nm) és el color més comú a la capa superficial (0-0,5 m), que impedeix que les algues creixin.
Capa mitjana (0,5-1,5 m): per satisfer les necessitats espectrals variades de gambes i crancs, s'hi brillen alternativament llum verda (520 nm) i llum vermella (660 nm).
Bottom layer (>1,5 m): la llum vermella amb molta potència (10000 lux) passa per l'aigua del fons tèrbol.
Aquest disseny augmenta la taxa de supervivència de gambes i crancs al 92% i augmenta el rendiment de la unitat en un 25%.
