مرشح البركة الحيوي
تربية الأحياء المائية هي تربية الكائنات المائية مثل الأسماك والقشريات والرخويات والنباتات المائية، وقد وفر الطلب العالمي على الأسماك قوة دافعة للنمو السريع في تربية الأحياء المائية. في عام 2012، تم إنتاج 66.6 مليون طن من الأسماك عن طريق تربية الأحياء المائية، وهو ما يمثل 42.2% من إنتاج الأسماك الغذائية في العالم. وبالإضافة إلى ذلك، تعد تربية الأحياء المائية واحدة من أسرع القطاعات المنتجة للغذاء نمواً، حيث بلغ متوسط نموها 6.5% في الفترة من 2000 إلى 2012.
يمكن تصنيف أنظمة الاستزراع المائي إلى ثلاث فئات رئيسية: النظام الموسع، وشبه المكثف، والمكثف، على أساس الإنتاج لكل وحدة حجم (م3) أو وحدة مساحة (م2). وتندرج البحيرات الصغيرة الطبيعية في الأنظمة الموسعة النموذجية، أما الاستزراع في الأحواض الأرضية مع التغذية أو التهوية فيتم في النظام شبه المكثف، أما نظام الاستزراع المائي المعاد تدويره فيتم في النظام المكثف.
أنظمة الاستزراع المائي المعاد تدويرها (RAS) هي أنظمة قائمة على الخزانات حيث يتم التحكم في العوامل البيئية بشكل كامل، بحيث يمكن تخزين الأسماك بكثافة عالية. لقد تم تطوير تقنية RAS وتحسينها على مدار العقود الثلاثة الماضية. تتمتع تقنية RAS بالقدرة على العمل بقدرة عالية مع كمية أقل من المياه وهي متطلب بالمقارنة مع تربية الأسماك التقليدية، كما يمكن لتقنية RAS تقليل استخدام المواد الكيميائية والمضادات الحيوية والتخلص من النفايات؛ بالإضافة إلى ذلك، فإن RAS قابل للتكيف مع الأنواع، مما يعني أنه يمكن إنتاج الأسماك على مدار العام. ومع ذلك، تحتاج RAS إلى رأس مال مرتفع واستثمار تشغيلي وهو العيب الرئيسي. علاوة على ذلك، فهو نظام معقد لبدء التشغيل وتحتاج إلى خبرة للصيانة والمراقبة.
يتم التحكم في جودة المياه في RAS من خلال العديد من المكونات المختلفة. بشكل عام، يتكون RAS من سخان أو مبادل حراري لضبط درجة حرارة الماء، ونظام تهوية لتقليل تركيز ثاني أكسيد الكربون المذاب، ونظام أكسجين لتوفير كمية كافية من الأكسجين، ومرشحات أسطوانية لإزالة المواد الصلبة العالقة، ونظام تطهير (معدات الأشعة فوق البنفسجية والأوزون) لإبطال مسببات الأمراض. ونظام الترشيح الحيوي لإزالة نفايات النيتروجين. يتم التحكم في القلوية في النظام عن طريق إضافة مواد كيميائية إليه.
هناك أنواع عديدة من أنظمة الأغشية الحيوية المستخدمة لمعالجة المياه، مثل المرشحات الحيوية المتقطرة، والموصلات البيولوجية الدوارة (RBC)، والمرشحات الحيوية للوسائط الحبيبية، والمرشحات الحيوية ذات الخرز العائم، والمرشحات الحيوية ذات القاعدة المميعة، وجميعها لها مزايا وعيوب. مرشح التقطير ليس فعالاً من حيث الحجم؛ غالبًا ما حدثت أعطال ميكانيكية في الموصلات البيولوجية الدوارة؛ تحتاج المرشحات الحيوية للوسائط الحبيبية إلى وميض خلفي دوري وتظهر مفاعلات الطبقة المميعة عدم استقرار هيدروليكي. وفي هذا السياق، تم تطوير تقنية مفاعل الأغشية الحيوية ذات الطبقة المتحركة (MBBR) في أواخر الثمانينيات وأوائل التسعينيات في النرويج.
الآن تم تطبيق MBBR على مستوى العالم لمعالجة مياه الصرف الصحي البلدية والصناعية، وكذلك لمعالجة المياه في تربية الأحياء المائية. في صناعة تربية الأحياء المائية، يتم تطبيق MBBR بشكل رئيسي من أجل النترجة، فضلا عن إزالة المواد العضوية. من أجل تجنب البكتيريا غير المتجانسة التي تستهلك المواد العضوية وقمع البكتيريا الآزوتية بأحمال عضوية عالية، يتم تشغيل MBBR دائمًا بأحمال عضوية منخفضة في نظام تربية الأحياء المائية.
بالمقارنة مع معظم مفاعلات الأغشية الحيوية الأخرى، يستخدم MBBR حجم الخزان بالكامل لنمو الكتلة الحيوية، كما أنه يتميز بخسارة طفيفة في الرأس ولا يحتاج إلى الغسيل العكسي الدوري وليس عرضة للانسداد. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يخضع جزء الملء من حاملات الأغشية الحيوية في المفاعل للتفضيلات. ومع ذلك، فمن المستحسن أن تكون نسبة الملء أقل من 70% للحفاظ على الناقل معلقًا بحرية في المفاعل.
MBBR هي تقنية تعتمد على نظرية الأغشية الحيوية، مع نمو الأغشية الحيوية النشطة على ناقلات بلاستيكية مصممة خصيصًا (أو الوسائط الحيوية) معلقة في المفاعل. يمكن تشغيله في الظروف الهوائية واللاهوائية، حيث يتم تعليق الوسائط الحيوية عن طريق التحريض من ناشرات التهوية، بينما في الحالات اللاهوائية، يتم استخدام الخلاط للحفاظ على حركة الوسائط الحيوية. تُصنع الوسائط الحيوية من مواد مختلفة ويشيع استخدام البولي إيثيلين عالي الكثافة، والذي تبلغ كثافته حوالي 0.95 جم/سم 3. ومن أجل توفير أقصى مساحة سطحية محددة (م 2 / م 3)، تم تصميم الوسائط الحيوية بأشكال وأحجام مختلفة.