Для зменшення кількості азотних та фосфорних відходів у системах рециркуляційної аквакультури (РАС) необхідні нові технології. Розробка нових методів боротьби з хворобами сприятиме подальшому зменшенню впливу на навколишнє середовище, а також покращенню економіки рибного господарства. Метою цього проекту є зменшення кількості азотних та фосфорних відходів за допомогою технології активного мулу та подальше зниження рівня захворюваності шляхом розробки системи спостереження, що використовує лише зразки води з RAS
Виробництво риби на фермах для споживання зростає в усьому світі, і для контролю за впливом на навколишнє середовище та його зменшенням системи RAS стають все більш популярними. У цих системах значна частина води рециркулює, а великі частинки, білки та азотисті відходи підлягають переробці. Виробництво риби в Данії регулюється на основі впливу ферми на навколишнє середовище, тому існує екологічна та економічна зацікавленість у зменшенні викидів поживних речовин. У RAS, як і в будь-якій іншій системі вирощування тварин, існують ризики спалахів захворювань, а оскільки більша частина води в RAS рециркулює, спалахи можуть бути серйозними і можуть вплинути на все виробництво на певний час. Це призводить до економічних втрат, збільшення втрат поживних речовин (наприклад, корму, який був витрачений на рибу, що загинула) та проблем з добробутом (риба страждає, коли помирає від хвороб). Останнє стає все більш важливими для споживачів. Для вирішення цих проблем проект “Активний мул та інтелектуальний контроль захворювань на фермах Моделі 3 та FREA/RAS” (Active sludge and intelligent disease control in Model 3 and FREA/RAS farms), що фінансується Агентством рибного господарства при Міністерстві продовольства, сільського та рибного господарства Данії, зосереджується на використанні технологій активного мулу для зменшення викидів поживних речовин при вирощуванні прісноводної та морської риби. Крім того, проект спрямований на розробку інструменту для нагляду за захворюваннями, використовуючи лише зразки води.
Рисунок 1. Малогабаритна система активного мулу. У резервуар 1 додають стічні води з RAS і починають денітрифікацію. У резервуар 2 додається джерело вуглецю, наприклад, мул або метанол, для підвищення ефективності денітрифікації. Потім вода і мул потрапляють до резервуару 3, де відбувається осадження фосфору і додається аерація для вивільнення N2 у повітря. Нарешті, в резервуарі 4 вода і мул розділяються, і мул збирається або повертається в резервуар 1. Вода потім скидається зі значно меншим вмістом азотних і фосфорних відходів.
Технологія активного мулу зменшує обсяги поживних речовин у стічних водах
Технологія активного мулу не є новою, вона просто ще не була впроваджена в повномасштабних системах з рециркуляцією, і саме це хочуть зробити партнери в цьому проекті. Партнери побудували невелику установку з використанням активного мулу і випробовують її на солоній та прісній воді. За цією технологією стічні води/скиди з барабанного фільтра у внутрішній системі водопідготовки рибної ферми потрапляють до системи очищення активним мулом, де вміст азоту та фосфору зменшується. Без системи активного мулу аміак перетворюється на нітрати шляхом нітрифікації в аеробних біофільтрах, які встановлені на рибницьких фермах RAS. У системі очищення активного мулу буде підтримуватися анаеробне середовище, необхідне для розвитку денітрифікуючих бактерій. Згодом нітрати трансформуються у вільний азот. Процес денітрифікації потребує джерела органічного вуглецю, яке в ідеалі забезпечується за рахунок мулу з рибницької ферми. Мул, який утворюється в системі, значною мірою складається з денітрифікуючих бактерій. Система активного мулу складається з 4 різних відсіків (рис. 1). Стічні води з рибницької ферми підводяться до першого відсіку, а потім вода потрапляє до резервуару 2, куди необхідно додати додаткове джерело вуглецю для інтенсифікації процесу денітрифікації. Потім вода і мул потрапляють в резервуар 3, де фосфор осаджується хлоридом заліза, а речовина аерується для вивільнення N2 в повітря. Нарешті, речовина потрапляє в резервуар 4, де вода відокремлюється від осаду (рис. 2). Частину осаду потім збирають, а іншу частину повертають до резервуару 1, де процес починається спочатку. Вода скидається зі значно меншим вмістом азотних і фосфорних відходів.
Рисунок 2. На цьому зображенні видно мул у резервуарі 4. Оскільки активний мул використовувався з солоною водою з RAS, мул плаває. Потрібні інші методи видалення осаду порівняно з обробкою прісної води, де осад осідає на дно.
Інтелектуальний контроль захворювань дає завчасне попередження про можливий спалах
Щоб розробити метод виявлення захворювань до того, як вони стануть серйозною проблемою, або просто встановити, який патоген викликає проблеми в даний момент, у процесі реалізації проєкту має бути розроблено інтелектуальний контроль захворювань. Використовуючи відносно нову технологію, партнери мають на меті виявляти патогени за допомогою екологічної ДНК (еДНК), яку безпосередньо екстрагують з води. еДНК – це термін для позначення слідів ДНК, які кожен організм залишає в навколишньому середовищі. Вона відносно стабільна і може бути виявлена навіть після смерті організму. Таким чином, мета інтелектуального контролю захворювань полягає в тому, що замість того, щоб відбирати зразки риби і досліджувати їх на наявність хвороб, фермер може просто взяти зразок води і відправити його на аналіз. Очищена еДНК з води наноситься на чіп Fluidigm. Чіп може взяти до 24 зразків і проаналізувати до 24 різних патогенів за один раз (рис. 3). Оскільки створення такого чіпа – величезне завдання, цей проєкт буде зосереджений на 10 патогенах, які є основними для аквакультури райдужного пструга. Збудники захворювань, на яких фокусується проєкт, наступні: Паразити (3): Ichthyopthirius multifiliis, Tetracapsuloides bryosalmonae (проліферативне захворювання нирок), Myxobolus cerebralis (збудник вертячки лососевих); Бактерії (7): Aeromonas hydrophila, Renibacterium salmoninarum (бактеріяльна хвороба нирок), Aeromonas salmonicida subsp. Salmonicida (фурункульози), Photobacterium damselae subsp. damselae, Yersinia ruckeri (хвороба червоної ротової порожнини), Flavobacterium columnare (хвороба бавовного рота?), Flavobacterium branchiophilum (бактеріяльне захворювання зябер).
Рисунок 3. Показаний чип Fluidigm (вгорі) має 48x48 слотів, але чип для цього проекту матиме лише 24x24 слоти. Вихідним матеріалом для чипа є очищена еДНК зі зразків води з систем RAS. Аналізи на чіпі будуть являти собою системи детектування до 24 різних патогенних мікроорганізмів. На чіпі буде проводитися qPCR в реальному часі, що дає кількісні дані про наявність різних патогенних мікроорганізмів.
Поєднання апаратного та програмного забезпечення для кращого прогнозування
Такий чіп забезпечить візію кращого контролю над хворобами та зниження захворюваності і смертності на фермі. Регулярне використання чіпа працюватиме як система спостереження, де фермер має можливість щось зробити – наприклад, збільшити кількість кисню, додати солі, припинити годування – до того, як спалахне хвороба. Обробка зразка води повинна бути швидкою, і фермер повинен отримати дані протягом 1-2 днів в ідеалі. Коли чіп буде повністю розроблений, наступним кроком буде написання програмного забезпечення або програм для інтерпретації даних і перетворення їх у щось зрозуміле. Заглядаючи в майбутнє і припускаючи, що всі фермери будуть використовувати чіп на регулярній основі, можна буде створити базу даних, яка показуватиме повний склад організмів на фермах. Ці дані можуть бути використані для інтерпретації синергетичних зв’язків та інших супутніх явищ, які сигналізують про наближення проблем. Виробництво аквакультури завжди повинно прагнути стати більш сталим, зменшуючи свій вплив на навколишнє середовище та забезпечуючи кращий добробут для риб. В рамках цього проекту консорціум має намір досягти цієї мети за допомогою значних досягнень в області водопідготовки та передового технологічного інструменту для виявлення і запобігання захворюванням.
Louise von Gersdorf Jørgensen, Faculty of Health and Medical Sciences, University of Copenhagen, lvgj@sund.ku.dk
Екологізація рибництва
Назва: Активний мул та інтелектуальний контроль захворювань на фермах Моделі 3 та FREA/RAS (Aktivt slam og intelligent sygdomskontrol til Model 3 – FREA/RAS-opdræt)
Фінансування Данська агенція рибного господарства мінпросільрибгоспу Данії
Обсяг підтримки: EUR0.97 млн. (DKK7.2 млн.)
Період: 04.03.2021 – 31.12.2023
Партнери: University of Copenhagen, Royal Danish Fish A/S, Aqua-partners ApS, Technical University of Denmark, and Eurofish International Organisation
Консультантиs: Aquahouse, Aquamind
