一, O que torna a qualidade da água RAS turva e quais são seus efeitos?
Existem três categorias básicas de coisas que tornam a água no sistema RAS turva:
Partículas suspensas: incluem cocô de peixe, ração não digerida, flocos biológicos e microorganismos mortos. Essas partículas têm geralmente entre 0,1 e 100 μm de diâmetro. Partículas coloidais menores que 1 μm formam sistemas de suspensão estáveis, dos quais é difícil se livrar, deixando-os assentar por gravidade.
Matéria orgânica dissolvida: é o que acontece quando proteínas, aminoácidos, ácidos húmicos e outras substâncias se decompõem. Ele não cria turbidez diretamente, mas pode aumentar as partículas aderindo a elas e fazendo com que a luz se espalhe mais.
Comunidade de micróbios: Bactérias nitrificantes, bactérias heterotróficas e outros biofilmes aderem à superfície das partículas, produzindo biofilmes que tornam a água ainda mais turva.
A principal forma de medir a turbidez da qualidade da água é observando a turbidez (NTU). No RAS, os valores de turbidez são muito afetados por fatores como a taxa de alimentação, o tempo que a água leva para permanecer no sistema e a eficiência do filtro. Na aquicultura de alta-densidade, se o separador de sólidos-líquidos não funcionar bem o suficiente, o nitrogênio amoniacal e o nitrito provenientes da decomposição de restos de fezes de ração estimularão o crescimento de micróbios. Isto fará com que a turbidez aumente de 50 NTU para mais de 200 NTU em apenas 24 horas.
2,O processo físico pelo qual a luz passa pela água suja
De acordo com a lei de Lambert Beer, a luz viaja através da água de uma determinada maneira. A profundidade de penetração (Z) está negativamente ligada à turbidez (K). Existem duas maneiras básicas de bloquear a luz em águas turvas.
Efeito do espalhamento: O espalhamento Mie ocorre quando o diâmetro das partículas se aproxima do comprimento de onda da luz (400–700 nm). Isso faz com que o caminho óptico se dobre. O coeficiente de dispersão para partículas com tamanho de 0,5 μm para luz verde (550 nm) é 1,8 vezes maior do que para luz vermelha (650 nm). É por isso que a água turva parece azul-verde.
Efeito da absorção: Grupos cromogênicos na matéria orgânica dissolvida (DOM), como ácido húmico e ácido fúlvico, absorvem muito bem a luz ultravioleta (280–400nm) e a luz azul (450–495nm), o que altera a forma como a energia espectral é distribuída.
Quando a turbidez vai de 50NTU para 200NTU, a profundidade de penetração da luz de comprimento de onda de 550nm cai drasticamente de 1,2m para 0,3m, e a taxa de atenuação de intensidade atinge 97%. Isto é o que as experiências revelam. Esta alteração tem três efeitos nos organismos da aquicultura:
Desordem fotoperiódica: Os peixes possuem células cônicas em suas retinas que são sensíveis a certos comprimentos de onda. A turbidez pode alterar a forma como essas células funcionam, o que pode atrapalhar o seu relógio circadiano. Quando a turbidez é superior a 150 NTU, por exemplo, o período de maturação gonadal na truta arco-íris é 30% mais longo.
Inibição do comportamento alimentar: Muitos peixes dependem de ver onde estão as partículas de ração e, quando a turbidez é superior a 100NTU, a eficiência alimentar da tilápia cai 45%, o que retarda o seu crescimento.
A fotossíntese tem limites: em sistemas de co{0}}cultura de algas, quando a turbidez excede 80 NTU, a eficiência fotossintética das microalgas diminui em 60%, prejudicando a capacidade do sistema de remover nitrogênio e fósforo.
3,Principais coisas a considerar ao escolherLuzes LED à prova d'água para aquários
Como a qualidade da água RAS é turva, as lâmpadas de aquário devem ser escolhidas de acordo com os conceitos de “prioridade de penetração, adaptação espectral e otimização da eficiência energética”. O caminho técnico exato é o seguinte:
1. Estratégia para escolha de comprimentos de onda
A luz vermelha (620–750 nm) pode penetrar profundamente na água e manter uma taxa de penetração de 60% mesmo quando a água está bastante turva (200NTU). É melhor para tanques de aquicultura profundos com mais de 1,5 m de profundidade. Por exemplo, o emprego da luz vermelha de 660 nm na criação de salmão pode ajudar os peixes a ganhar músculos e melhorar a quantidade de carne que produzem em 8%.
Verde claro (495-570nm): Não se espalha muito em partículas com 0,3–1 μm de diâmetro e é melhor para locais com turbidez moderada (50–150 NTU). Ao cultivar camarões brancos da América do Sul, a luz verde de 520 nm pode ajudá-los a mudar com mais sucesso e diminuir o risco de doenças de casca mole.
Luz azul (450-495nm): Não vai muito fundo, mas pode impedir a reprodução excessiva das algas. Em sistemas de cocultura de algas, precisa ser utilizado com luz vermelha (vermelho: azul=3:1).
2. Tecnologia para controlar dinamicamente a intensidade da luz
Sistema de feedback de turbidez: Um sensor de turbidez integrado e módulo de dimerização LED que pode alterar o brilho da luz em tempo real. Quando a turbidez passa de 50NTU para 200NTU, por exemplo, o sistema aumenta automaticamente a intensidade da luz de 2.000lux para 5.000lux para manter a intensidade da luz de penetração consistente.
Modo de iluminação pulsada: Em vez de iluminação contínua, são empregadas rajadas curtas de alta intensidade (como 10.000lux/10ms). Isso pode passar por águas com muita turbidez e consumir menos energia. O experimento demonstra que o modo pulsado pode aumentar a taxa de crescimento do poleiro em 15% e, ao mesmo tempo, diminuir o uso de energia em 30%.
3. Melhorar o design da estrutura da lâmpada
Anti-fouling coating technology: Putting superhydrophobic nanoparticles (contact angle>150 graus) no corpo da lâmpada para evitar que partículas grudem nela. Por exemplo, as luzes LED revestidas com fluorosilano perdem apenas 5% da sua eficiência luminosa após 30 dias de uso contínuo. Isto é substancialmente menor do que a perda de 30% de luzes não tratadas.
Layout da matriz modular: Torne as luminárias fáceis de desmontar para que possam ser limpas e mantidas regularmente. Em um lago de aquicultura circular com diâmetro de 10 m, seis conjuntos de luminárias modulares de 120 W são instalados em círculo. Isto pode tornar a luz mais uniforme em 40% em comparação com o antigo modo de iluminação central.
4. Uma investigação de um caso típico de aplicação
Caso 1: Uma técnica para produção de salmão em alta densidade
Uma fábrica norueguesa-de RAS terrestre usa tecnologia de controle de circuito-fechado de turbidez para alterar a proporção espectral do LED em tempo real medindo a turbidez do reservatório de reprodução (50–300 NTU):
Turbidez<100NTU: Red light makes up 70% of the light, which helps things grow; 100NTU
Turbidity>200NTU: A luz vermelha representa 80% da luz e a intensidade é aumentada para 8.000lux para evitar que penetre.
O plano reduz em 20% o tempo necessário para o crescimento do salmão e aumenta em 12% o ritmo a que este transforma alimentos em energia.
Caso 2: Sistema de Caranguejo e Camarão para Co-criação
Uma empresa em Jiangsu, na China, usa um sistema de iluminação em camadas em um ambiente de co-reprodução de camarão branco sul-americano e caranguejo-luva chinês.
A luz azul (450 nm) é a cor mais comum na camada superficial (0–0,5 m), que impede o crescimento das algas.
Camada intermediária (0,5–1,5 m): Para atender às diversas necessidades espectrais de camarão e caranguejo, luz verde (520 nm) e luz vermelha (660 nm) brilham alternadamente sobre eles.
Bottom layer (>1,5m): Luz vermelha com muita potência (10.000lux) passa por águas turvas de fundo.
Este projeto aumenta a taxa de sobrevivência de camarões e caranguejos para 92% e aumenta o rendimento unitário em 25%.
