Przetwarzanie nieczystości w hodowli ryb w systemie akwaponicznym

Jako że blog ten służy przede wszystkim usystematyzowaniu mojej i Waszej wiedzy na temat Akwaponiki, ponownie zmierzę się z tematem nitryfikacji.

System akwaponiczny, składający się z połączenia hodowli ryb w systemie zamkniętym oraz hydroponiki (to wciąż jest duży skrót), to bardzo skuteczne rozwiązanie uwzględniające zarządzanie odpadami i oszczędność wody. Hodowle ryb w systemach zwrotnych w przeciwieństwie do klasycznej akwakultury pozwalają na odpowiednie utylizowanie odpadów. Z zanieczyszczoną np. biogenami wodą coś w końcu trzeba zrobić. W akwaponice problem ten zasadniczo znika, ponieważ wodę oczyszczają rośliny. Zanim jednak do tego dojdzie, system musi być na tyle dojrzały, aby bez problemu przetwarzać zanieczyszczenia do postaci możliwej do wchłonięcia przez rośliny. 

System, który w szybki I efektywny sposób nie usuwa rybich odchodów, niezjedzonego pokarmu oraz innych stałych cząstek nigdy nie będzie produkował ryb w sposób ekonomiczny (1)

Zajmując się systemem akwaponicznym czy też hodowlą ryb w systemie zamkniętym, musimy zwracać uwagę na wiele czynników. W przypadku tego artykułu zajmiemy się tylko elementami dotyczącymi cyklu azotowego, czyli azotem amonowym, azotynami oraz azotanami. Kiedyś był już o tym wpis, ale temat warto przypomnieć! 

PROCES NITRYFIKACJI

Azot amonowy w niewielkich ilościach jest czynnikiem niezbędnym, aby ryby żyły w zbiorniku. W nadmiarze stanowi jednak zasadniczy problem. Źródeł azotu w systemie może być kilka: rybie odchody, wydalanie drogą dyfuzji (wymiany gazowej) przez skrzela ryb, niezjedzony pokarm, umierające albo martwe ryby. Rozkład nagromadzonego azotu jest ważny dla ryb z punktu widzenia toksyczności wody: amoniaku, azotynów i do pewnego stopnia także azotanów. Azot amonowy funkcjonuje w dwóch postaciach: niezjonizowanej NH3 oraz zjonizowanej NH4, przy czym ta pierwsza forma jest bardzo groźna, ponieważ może przenikać komórki a wysokie stężenie jest zabójcze dla obsady zbiornika. Nie do końca znane są skutki uboczne wysokiego, ale jeszcze nie zabójczego stężenia tego związku. Zwraca się uwagę np. na wpływ niezjonizowanej formy azotu amonowego na spowolnienie lub zatrzymanie wzrostu ryb. 

W zamkniętych systemach hodowli ryb woda wypływająca ze zbiornika z rybami przepływa przez odpowiednio skonstruowany system filtrów sedymentacyjnych i biologicznych. Podczas tej drogi z systemu usuwa się większe zanieczyszczenia a kolonie odpowiednich bakterii zamieszkujące filtry przemieniają azot najpierw w azotyny i następnie w azotany. Azotyny również są bardzo niebezpieczne dla obsady zbiornika, należy się ich jak najszybciej pozbyć. Związek ten powoduje powstawanie Methemoglobiny, przez którą krew traci możliwość przenoszenia tlenu. Aby zapobiec skutkom gwałtownego wzrostu stężenia azotynów w systemach utrzymuje się niewielkie stężenie soli. Łagodzi ona skutki gwałtownego wzrostu tego związku i daje więcej czasu na reakcję opiekunowi systemu. Proces przemiany azotu amonowego nazywamy nitryfikacją. Odpowiadają za niego dwie grupy bakterii (5):

• pierwsza grupa odpowiada za przemianę azotu amonowego w azotyny. Do tej grupy zaliczamy głównie bakterie z grup: Nitrosococcus i Nitrosomonas,
• druga grupa odpowiada za przemianę azotynów w azotany. Do tej grupy bakterii zaliczają się Nitrobacter, Nitrococcus i Nitrospira (3).

W dużym skrócie można ułożyć to w następujące równanie: 

Azot amonowy -> Nitrosomonas -> Azotyny -> Nitrobacter -> Azotany

Kolonie bakterii wymagają bardzo dużo tlenu, aby dobrze wykonywały swoją pracę (1). Ważne jest usunięcie większości odpadów krążących po systemie aby nie tworzyć miejsc, w których gromadzi się ich większa ilość. Sytuacja taka może wpłynąć na wzrost stężenia amoniaku, dwutlenku węgla oraz negatywnie na nasycenie wody tlenem. Gdy z pozostałości po odchodach i pokarmie utworzy się muł, jego rozkład będzie przebiegał beztlenowo a do systemu będą wydzielane metan oraz siarkowodór, które są bardzo toksyczne(2, 3). Ważne jest zatem skutecznie i szybkie usuwanie odpadów z systemu akwaponicznego. Dopiero po tym można zacząć zastanawiać się nad filtracją hydroponiczną.

FILTRACJA HYDROPONICZNA

Filtr biologiczny w przypadku systemu akwaponicznego stanowi podsystem hydroponiczny - zbiorniki wypełnione medium odpowiednim do podtrzymywania kolonii bakterii obsadzone roślinami. Oczywiście dla lepszej filtracji warto dodać dodatkowy filtr wypełniony specjalnym medium filtracyjnym, np.: bioballe, wkłady ceramiczne, czy też (co już widziałem) klocki lego. W przypadku hodowli ryb w systemie zamkniętym bez filtracji hydroponicznej (czyli roślin oczyszczających wody z nadmiaru azotu i azotanów), w większym stopniu dokonuje się podmian wody oraz wprowadza proces denitryfikacji, gdzie związki powstałe w procesie nitryfikacji są przetwarzane przez bakterie beztlenowe w formę gazową. Do tematu denitryfikacji powrócimy w innym wpisie.

Źródła:

1. http://www.foodandwaterwatch.org/
2. Rakocy, Masser, Losordo, 2006, Recirculating aquaculture tank production systems: aquaponics – integrating fish and plant culture, SRAC Publication no 454
3. Post użytkownika Tester na formu nano-reefi.pl: http://nano-reef.pl/topic/35257-cykl-azotowy-w-swietle-najnowszych-badan/
4. Szkudlarek, Łuczyński, Szczerbowski, Kucharczyk, Gomułka, (2008), Zwrotne obiegi wody w wylęgarnictwie i podchowie ryb – wybrane elementy, IRS, Olsztyn 
5. Losordo, Masser, Rakocy, (1998), Recirculating aquaculture tank production systems. An overview of critical considerations, SRAC publication No 451