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一个工程师’教室水产养殖-水培系统的设计

乔凡娜·赫斯利(J.L. Giovanna Hesley),硕士 詹姆斯·M·埃伯林博士

对技术的兴趣和投资正在增长

鱼菜共生
水产养殖系统,显示三个生产罐,泵池,气泡洗净的珠粒过滤器,自动喂料器和监控系统。

 

水产养殖(水产养殖和水培技术的结合)继续受到关注,因为它为鱼类和蔬菜的本地化,可持续,小规模生产提供了机会。鱼菜共生利用鱼类水产养殖生产中富含营养的水作为生长植物和蔬菜的营养来源。在公立学校环境中,可操作的温室不仅为学生提供了良好的教育机会,而且为他们提供了健康美味的食物。

对当地粮食生产的兴趣日益浓厚

在过去的几年中,美国对水培系统的兴趣和投资有了惊人的增长。正在提供许多会议,讲习班和短期课程,以向商业投资者以及小型城市和社区种植者介绍水培法和水产养殖(即植物和鱼类)的这种结合。

对鱼菜共生的更多关注主要是由于人们重新开始对在受控条件下在本地种植粮食的兴趣重新出现,这些粮食中没有农药,除草剂和其他传统农业中使用的其他化学物质。尽管在过去的几十年中,许多学校的课程中都包括了水产养殖,但直到最近才添加了作为第二作物的植物,通常是多叶的绿色植物。鱼菜共生利用鱼类水产养殖生产中富含营养的水作为生长植物和蔬菜的营养来源。

教育和培训

随着该行业的成熟,成功和成功的最重要组成部分之一是经验丰富且训练有素的员工来管理和操作这些努力。当前,很少有提供鱼菜共生的教育和培训计划。另外,大多数中学在水生教学系统的设计和建设方面资源有限。

为了克服这一限制,农业&亚利桑那大学生物系统工程学院的高级顶点学生被要求为一个未充分利用的现场温室(7.6 x 15.25米)设计并实施一种共养系统,其目标是为自助餐厅生产食物并将其运营和管理整合到食堂中。教育课程。

该项目的两个主要目标是使用基本的工程设计原则设计一个小型的学校水培系统,并构建一个让学校,学生和社区感到自豪的专业外观系统。事实证明,这是使工程专业的学生参与现实世界设计问题的一个很好的例子,并为学校提供了将被集成到多个课程中并为面临风险和挑战的学生提供培训的系统。

鱼菜共生
培养基铺有种植草药,草莓和西红柿的膨化粘土培养基。

工程观点

从工程角度看,小型学校系统具有与大型系统相同的设计标准,只是产量较少。此外,某些组件可能具有双重用途,从而节省了初始投资成本。将系统分为循环水产养殖系统和水培系统,可以进行两种单独的设计,并可以选择将它们连接在一起或在必要时进行单独操作。

工程师喜欢将复杂的系统分成与特定处理过程相对应的小部分,称为“单元过程”。再循环系统可以细分为七个独立的单元过程,这些过程可以对应于单独的系统,也可以在过程流中链接在一起。这些单元过程包括:储罐,循环,固体收集,生物过滤,曝气,消毒和温度控制。此外,还需要用于喂养,监测水质和生物安全性的系统或协议。

教室系统设计

基于空间限制,决定使用几个不同大小的水箱,以便在小型水箱(两个半方形的PolyTank,50加仑)中繁殖鱼苗,然后在较大的水箱(Round PolyTank,180加仑)中进行最终繁殖。

从养鱼池开始,包含固体废物和溶解废物的排放水流入集中式污水箱(PT-610 PolyTank,50加仑)。鱼缸中的水位使用中央立管控制,并且要提供额外的备用水,在水槽中还要有一个附加的立管。然后,由一个小型的1 / 8-HP泵提供到生物净化器和水培系统的循环,该泵在集水槽中有一个经过筛选的入口。然后,泵送的水流到一级生物净化器(气泡洗珠过滤器)。珠粒过滤器去除可沉降和悬浮的固体废物,细小和溶解的固体,并将氨从生物上转化为亚硝酸盐,然后再转化为硝酸盐。

深水筏,带有漂浮的绝缘板,种植生菜,辣椒,羽衣甘蓝和黄瓜。
深水筏,带有漂浮的绝缘板,种植生菜,辣椒,羽衣甘蓝和黄瓜。

 

在每个水箱,污水坑以及深水筏床中,为植物根系提供气石,从而通气。尽管由于学校鱼菜共生系统使用的低放养密度,这并不是很关键,但这也提供了有限的二氧化碳去除。最后,将一个小的紫外线(40瓦特HO紫外线消毒器)放在微珠过滤器之后,以串联方式放置,以帮助减少细菌负荷。

尽管不是很关键,但这确实有助于从自助餐厅中为水培绿叶蔬菜服务的州申请健康证明。使用商用振动给料机安装了一个简单的自动给料系统。使用1.0 kW IHC PTC加热器和控制器进行加热。

最终,围绕商业电话系统构建了一个监视和控制系统,该系统监视水和周围的空气温度,以及集水槽中的高/低浮子开关,并在移动超出可接受范围时发送文本消息。此外,常规监测溶解氧,pH,温度,碱度和电导率,以确保鱼类的最佳水质和植物的足够营养水平。

建造了两种类型的水耕系统,两个是使用膨胀粘土颗粒的1.2 x 4.8米,深0.25米深的介质床,另一个是三个使用浮动隔热层支撑植物的1.2 m x 4.8 m x 0.25 m的水筏系统。每张床都是用标准的框架木材建造的,衬有绝缘材料以保护衬垫,这是一种简单的家用DIY池塘衬垫。

主要装备成本
半方形Polytank 50加仑27“ X 27” X 20“(2)$ 317.34
PT-5228圆形Polytank 180 gal 52“直径X 28”深度(1)$ 320.17
气泡洗珠过滤器$ 1,072.74
泵1/8 HP 115 / 230v$ 533.33
Polytank污水箱22“ X 22” X 36“ PT-610 52 gal$ 194.65
在气石中(3)$20.64
振动给料器0.5L(3)$ 177.74
IHC PTC加热器和控制器(1.0 kW)$ 468.00
零件套件(PVC配件,管道,其他配件)$ 500.00
杂项零件和用品 $ 150.00
气泵$90
总: $ 4,044.61

 

观点

系统总成本约为5,000美元,这取决于两个介质床中使用的介质类型。该工程设计的显着优点之一是,它将需要最少的维护并且可以持续数年。通过使用微珠过滤器去除悬浮的固体,可以消除培养基床的潜在堵塞和植物根部的结垢。目前,系统中放有小型锦鲤和罗非鱼,它们正在较大的鱼缸中生长。

正在培育出令人难以置信的多种植物,包括多种类型的草药,绿叶蔬菜和蔬菜。该系统已经运行了一年多,在这段时间内没有发生任何重大问题。每周对珠过滤器进行反冲洗,并种植苗圃苗,每天收获成熟植物。