Mechanická filtrace

Slouží k odstranění nerozpuštěných látek v systému, jako jsou výkaly a zbytky krmiv. Účinná mechanická filtrace značně pomůže biofiltru, který již není zatěžován nerozpuštěnými odpadními látkami.

Bubnový filtr: s automatickým oplachem a odkalením, dokáže odstranit nečistoty od 50µm v současnosti nejúčinnější a nejpoužívanější.

Šterbinový filtr: dokáže odstranit nečistoty od 200µm, vhodný do menších systémů (líhně, odchov násad apod.)

Sedimentační filtr: různé typy horizontálních sedimentačních nádrží, bez nebo s filtračními náplněmi. Nejjednodušší typ mechanického filtru s nutností častého odkalovaní.

Biologická filtrace

Biofiltr je srdcem RAS. Nejdůležitější součástí. Principem biofiltru je přeměna toxických produktů rybího metabolismu na netoxické sloučeniny pomocí autotrofních bakterií = Nitrifikace

Nitrifikace = aerobní přeměna amoniakálního dusíku přes dusitany na dusičnany

Nitrifikace

• nitritace= NH₄⁺+ O₂ + HCO₃⁻ →NO₂⁻ + CO₂ + H⁺ + H₂O
• nitratace=NO₂⁻ + O₂ + HCO₃⁻→NO₃⁻ + CO₂ + H⁺ +H₂O

Kromě nitrifikace může v biofiltru také probíhat aerobní rozklad zachycených organických látek pomocí heterotrofních bakterií (zejména na ponořených, nepohyblivých náplních biofiltrů).

Organický materiál (BSK₅)+O₂→Biomasa kalu + CO₂+H₂O

Bakterie, jak autotrofní, tak heterotrofní vytváří tzv. biofilm, což je nárůst bakterií na površích systému. V biofiltru jde o vytvoření co největšího povrchu pro osídlení bakterií. K tomuto účelu se používají speciální filtrační materiály, na kterých bakterie přisedle žijí.

Stále častěji se do RAS zařazují reaktory na denitrifikaci, což je anaerobní rozklad dusičnanů (NO₃) až na plynný dusík (N₂). Degradace NO₃ probíhá pomocí heterotrofních bakterií a za přísunu CO₂ jako výživy pro bakterie. Denitrifikace nebo sorpce na speciálních materiálech je jedinou technologickou možností, jak „dostat“ NO₃ ze systému.

Filtrační materiály

Jsou v RAS primárně  nosičem biomasy autotrofních nitrifikačních nebo heterotrofních bakterií. V RAS je důležité používat filtrační materiály s nejlepšími vlastnostmi, protože na nich závisí výkonnost  celého systému.

Co musí splňovat dobrý filtrační materiál?

1. Specifický povrch pro bakterie, cca 750m²/m³ a více
2. Chráněný povrch uvnitř elementu, cca 650m²/m³ a více
3. TAN koeficient (NH₃+NH₄) g/m³/den , cca 550g/m³/den,při zaběhlém biofiltru, pH 7,2 a 20°C
4.  Hustotu v g/cm³, (0,93 u zkrápěných filtrů, 1 u MBBR filtrů a 1,2 u ponořených náplní)
5. Snadnou nebo nulovou údržbu 
6. Snadnou aplikaci a výměnu
7. Ochotu bakterií osidlovat materiál (tzv.bacteria friendly material)

Typy biofiltrů

MBBR (moving bed bio reactor): biofiltr s pohyblivou náplní, pohyb elementů je zajišťován aerací nebo prouděním vody. Výhodou je minimální údržba a vysoká účinnost.

Zkrápěný biofiltr: biofiltr se zkrápěnou náplní, voda prokapává přes filtrační materiály v tenké vrstvě, což je výhodné pro nitrifikační bakterie, zároveň dochází k jejímu odplynění. Pravděpodobně nejúčinnější typ biofiltru.

Ponořený biofiltr: biofiltr s ponořenou nepohyblivou náplní. Často zde převládají heterotrofní bakterie. Náročnější na údržbu, hodí se spíše do systémů s nižší intenzitou chovu případně do kombinace s MBBR filtrem nebo zkrápěnýmfiltrem.

Tlakový biofiltr (Bead filtr nebo Polygeyser): velmi účinný typ biofiltru, kde jsou filtrační média uložena v tlakové nádobě, snadno se odkaluje a má i vynikající mechanickou filtrační schopnost. Filtrační náplň je PVC nebo PE granulát. Výhodou jsou malé prostorové nároky, nevýhodou vyšší energetická náročnost (nutnost použití silných čerpadel). Oblíben je na farmách USA

Denitrifakční bioreaktor: slouží k odbourání dusičnanů

Jak stanovit kapacitu biofiltru?

Kapacita biofiltru, nebo li objem filtračních materiálů, závisí na typu biofiltru, na typu filtračních materiálů a na hydraulickém zatížení. Jiná bude u zkrápěného filtru a jiná u tlakového bead filtru, což odráží konstrukci a způsob používání jednotlivých typů biofiltrů. Níže uvádíme příklad orientačního výpočtu u filtru s plovoucím ložem (MBBR biofiltru), který je v současnosti nejpoužívanější.

• 1kg spotřebovaného krmiva =cca 250m² plochy filtračních materiálů
• 1m³ RK-Bioelements = 750m² filtrační plochy
• Na 1Kg spotřebovaného krmiva je tedy potřeba cca 340l RK-Bioelements.

Na objem filtračních materiálů je potřeba dvojnásobný objem filtrační nádrže.

Tento orientační výpočet zahrnuje výkonnostní rezervu 25%, včetně započítání možných negativních vlivů ovlivňující účinnost biofiltru. Reálně může být potřeba filtračního materiálu až o třetinu nižší. Není však nic horšího, než při stavbě RAS kapacitu biofiltru poddimenzovat.

UV záření a Ozonizace

UV-C záření se v RAS používá k redukci celkového bakteriálního zatížení a jako prevence proti šíření choroboplodných patogenů v systému, hlavně bakterióz a plísňových onemocnění. Dále se v RAS kombinuje s ozonizací, kde eliminuje rizikový zbytkový ozón a zároveň  uvolňuje do vody velké množství volných radikálů, které mají výrazný desinfekční účinek.

 Potrubní UV-C lampy

•  zářivky jsou uzavřené v potrubí, kde efektivně ozáří celý průtok
• možnost instalace jak na gravitační, tak na tlakové vedení
• při velkých průtocích nutná instalace na samostatných větvích (bypass)
• výkony od 50 do 3500W

Potrubní UV-C lamp

Ponorné UV-C lampy

• možnost instalace do otevřených kanálů, speciálních UV-komor apod.
• možnost i instalace do potrubí
• dostupné v různých délkách a výkonových řadách
• možnost zapojení do neomezených sérií
• jednoduchá instalace, servis a údržba
• výkony zářivek od 40 do 120W

ponorné UV-C lampy

Potřebný výkon UV lamp v RAS je 5-10W/m3 objemu, v závislosti na průtoku, průhlednosti vody a intenzitě produkce.

Ozonizace

Ozonizace je nejúčinnějším způsobem desinfekce vody v RAS. Ozón O₃ lze vyrobit třemi způsoby, buď UV zářením ve vakuu, corona výbojem v upraveném (vysušeném a vyfiltrovaném) vzduchu nebo tzv. studenou plazmou (metodou dielektrického barierového výboje), kdy vstupní surovinou je přímo kyslík. K výrobě ozónu se používají ozongenerátory neboli ozonizátory.

Důležité je co nejlepší promísení ozónu s vodou v reakční komoře a následné odstranění zbytkového ozónu pomocí UV záření, aby nedošlo k poškození obsádky, případně zdravotním komplikacím obsluhy RAS.

Výhody ozonizace  

1. Mikroflokulace jemných a koloidních pevných látek, což usnadňuje jejich odstranění ze systému.
2. Odstranění rozpuštěných organických sloučenin oxidačním srážením
3. Oxidace dusitanů na dusičnany
4. Vysoký oxidační potenciál využitelný pro desinfekci (5x vyšší než O₂ a 2x vyšší než chlor)
5. Vysoká míra smrtící účinnosti pro bakterie, viry a plísně, za daleko kratší čas, než u ostatních typů desinfekce
6. Redukce zápachu organického původu a barvy vody (projasnění)

Ozonizátor-PRIMEOZON

Aerace a odplynění

Aerace je buď vhánění vzduchu do vody (kompresorem) nebo mechanické tříštění vodního proudu ve vzduchu na speciálních zařízeních (Biobloky). V RAS mají oba způsoby využití hlavně v aeraci MBBR biofiltrů,v pohybu vody (Airlift) nebo v tzv. odplynění recirkulované vody (odstranění CO₂,N₂)

Aerace MBBR biofiltrů

• pomocí dmychadel a provzdušňovacích elementů (disky, válce)
• uvedení filtračního média do pohybu
• nadlepšení kyslíkové bilance pro nitrifikační bakterie
• dílčí odplynění recirkulované vody

Aerace pomocí Biobloků

• skrápěním biobloků nebo podobných materiálů ve skrápěných biofiltrech
• efektivní prokysličení i odplynění spolu s biofiltrací

Airlift

• je zařízení, které pomocí vhánění stlačeného vzduchu pohybuje s vodou
• umožňuje  pohyb vody jak vertikální, tak horizontální, dle konstrukce airliftu
• zároveň dochází k prokysličení a odplynění (nízkotlaký airlift)
• při malém převýšení lze využít k čerpání velkého objemu vody s nízkými náklady (hydropneumatické čerpadlo)

Čerpadla

Čerpadla jsou základním prostředkem cirkulace vody v RAS. Zajišťují potřebný průtok, na který se dimenzují další součásti systému, jako jsou rozvodné armatury, UV lampy, mechanické a biologické filtry apod. Potřeba vody se vyjadřuje potřebným průtokem odchovnou nádrží na 1Kg obsádky. Optimum je 0,38l na kg obsádky za minutu, minimum 0,2l na kg obsádky za minutu. V praxi se často používá jednoduchý výpočet průtoku:

Minimální průtok v RAS = celkový objem RAS x 2 / 1hodina.

Požadavky na čerpadla

1. spolehlivost
2. optimální poměr výkon/příkon
3. možnost regulace výkonu (otáček)
4. dostupnost servisu
5. snadná demontáž a výměna v případě poruch

Pro případ poruchy je nutné mít v systému nainstalováno záložní čerpadlo, které se automaticky rozběhne a výpadek původního čerpadla nahradí.

Čerpadla v RAS musí být kontinuálně monitorována a poruchy okamžitě hlášeny řídícím systémem. 

Řídící systém

Vzhledem k intenzitě produkce v RAS je nezbytné kontinuálně monitorovat a řídit řadu parametrů a procesů, které jsou často vzájemně provázané a zásadně rozhodují o úspěšnosti chovu. K tomuto účelu slouží monitorovací a řídící technologie, které spolu s příslušným softwarem zajišťují trvalou kontrolu nad recirkulačním systémem.

Monitoring: pomocí sond a tlakových, elektronických nebo průtokových senzorů jsou monitorovány hlavně:

Fyzikálně chemické parametry vody:

1. O₂, v každé odchovné nádrži, na přítoku a odtoku z biofiltru
2. pH, v každé nádrži
3. teplota, v každé nádrži
4. ORP, v celém systému, stačí jedno kontrolní místo
5. NH₃/NH₄⁺, v celém systému, stačí jedno kontrolní místo
6. NO₂⁻, v celém systému, stačí jedno kontrolní místo
7. CO₂, v celém systému, stačí jedno kontrolní místo

Technologické parametry systému:

1. Funkce  čerpadel, detekce průtoku a napětí
2. Funkce dmychadel, detekce výstupního tlaku a napětí
3. Otáčky bubnového filtru a počet oplachovacích cyklů, činnost motoru a oplachovacího čerpadla
4. Funkce UV lamp a počet hodin svitu, detekce napětí
5. Detekce naplnění zásobníku krmiva
6. Objem obměny vody v systému
7. Zátopové a hladinové senzory pro detekci havarijních situací

Sběr dat a řízení jednotlivých operací lze zajistit pomocí speciálně nakonfigurovaných PLC modulů, které spolu s příslušným softwarem umožňují efektivní správu systému. Dodávají se včetně kompletního rozvaděče a elektroinstalace.

Další možností je využít již hotový hardware, speciálně vyvinutý pro akvakulturu, který lze propojit s Vaším PC a pomocí aplikace i s vaším smart telefonem. Máte tak o Vaší RAS přehled kdekoli na světě. Tyto řídící jednotky se dají velmi lehce připojit na stávající elektroinstalaci a nevyžadují speciální odborné znalosti.

Krmný systém

Předkládání krmiva je v intenzivní akvakultuře zásadní záležitostí, jak v odchovu plůdku, tak v odchovu násad a tržních ryb. U větších RAS je krmivo předkládáno pneumaticky z centrálního zásobníku, u menších RAS pomocí krmítek, která jsou většinou doplňována ručně.

Typy krmítek

1. S hodinovým strojkem
2. Dotyková
3. Automatická, elektronická, napojená na řídídcí systém RAS

U automatických krmítek řízených IT systémem lze navolit řadu parametrů jako množství předkládaného krmiva, frekvenci krmení, začátek a konec krmení. Systém také kontroluje množství krmiva v zásobníku a dokáže upozornit pomocí SMS obsluhu k doplnění zásobníku. Systém dokáže započítat do množství předkládaného krmiva i průměrný denní přírůstek či výlovek a ztráty úhynem a upravit tak denní krmnou dávku. IT systém také dokáže krmit každou nádrž individuálně na základě situace v nádrži.

Odpadové hospodářství

RAS produkuje v závislosti na intenzitě chovu množství odpadní vody. Nakládání s odpadními vodami je řešeno příslušnou legislativou. V RAS se dá odpadní voda využít k dalšímu zpracování, jako zdroj živin pro pěstování rostlin, tzv. Akvaponii

Akvaponie

Akvaponie je proces, který kombinuje chov ryb v akvakultuře s pěstováním plodin pomocí hydroponie, kdy exkrementy z chovu ryb slouží jako zdroj živin pro pěstované rostliny.

V Akvaponii lze pěstovat různé druhy zeleniny, bylinek, vodních rostlin apod.

Pro klasické RAS jde zatím jen o doplněk rybářské produkce a zpestření sortimentu pro zákazníky.