アクアポニックファーミングシステムにおける栄養素の分布に関する流体の流れの影響

アクアポニックスの流体の流れを理解する

アクアポニック系における流体の流れは単なる水の動きよりも大きいです。それは、溶解した酸素、栄養素、温度を環境全体に輸送するための主要なメカニズムです。フローレジムは、ラマイナー(滑らかな、予測可能)またはタブレン(チャオティック、混合)であり、それぞれは栄養素の可用性と生物学的健康において異なる役割を果たします。

主流れ変数

• [] 速度 - 1分当たりガロン(GPM)または1分(LPM)で測定し、すぐに水サイクルを判断します。
• Velocity] - 配管やチャンネルを介して水の速度、植物の根に対するせん断のストレスに影響を与えます。
• [流体保持時間(HRT)[ - 平均時間水は、細菌変換のために重要な成分に残っています。
• []Reynolds 番号 – フローがラマイナーであるか、またはタバントであるかを示す無次元の値; より高い値が混合を促進します。

典型的な小型から中規模のアクアポニック系では、部品サイズや魚のバイオマスに応じて、1から10 GPMまでの流量範囲を流量します。ポンプやパイプの適切なサイズは、水が停滞を防ぐのに十分な速度を移動するが、根本的な損傷を避けるために十分な速度を確保します。

栄養素分布における流体の流れの役割

養殖場の栄養素は、主に魚飼料から由来しています。魚は食物を代謝させるので、それらはギルと尿を通してアンモニアを排泄します。このアンモニアは、高濃度で魚に有毒ですが、 のための燃料として機能します。 ニトロソモナス]と ]ニトロバクター細菌、バイオフィルター、植物の表層をコロネートする細菌、さらには根源に成長します。

1. アンモニア(NH3) → ニトライト(NO2−) by [[]ニトロソモナス]
2. Nitrite → Nitrate (NO3−) による ] ニトロバクター

硝酸塩は、ほとんどの葉の緑とハーブの好まれた窒素源です。 液流は、バイオフィルターから植物の根領域にこれらの硝酸塩を運びます。 十分な流れがなければ、硝酸塩が豊富な水は根を迂回し、栄養素蓄積が低い「デッドゾーン」を作ることができます。

フロー効果が栄養素の集中力勾配をどのように影響するか

静的水では、栄養素がゆっくりと拡散します。 Aquaponicシステムは]advectionに依存しています。 - 拡散制限を克服するために、水のバルク運動。 うまく設計されたフローパターンは、活性摂取が起こる根本的な表面と接触するために栄養素が豊富な水に強制します。 フローが低すぎると、境界層が周囲に形成され、栄養素吸収を制限します。 フローが高すぎると、それは根本的な毛または有益なバイオフィルムを洗い流す可能性があります。

アクアポニック系とそのフロー特性の種類

メディアベースの水耕栽培(フロード=ドレイン)

媒体のベッドでは、水は根の地帯をカバーする高さに断続的に浸水され、それから排水されます。この循環の流れは水recedesとして、根の地帯に酸素を引くことのaerationを提供します。[flood-and-drainの周期[[]]は、通常15〜30分持続します、流量は5〜10分以内にベッドを埋めるために調整しました。不均等な湿式パターンは、さまざまな栄養素の分配器を均一に作成することができます。従って、層は、水が均一に、そして層を均一に保ちます。

深海文化(DWC)

ここでは、植物は栄養素 - らデン水深チャネルでいかだを浮上させます。 連続した、穏やかな流れ(0.5〜1.0 ft /秒)は、根を過去に水を移動するままになり、酸素と栄養素を届けます。 根は水に直接ぶら下がり、流れのわずかな減少でさえ、酸素の枯渇を引き起こす可能性があります。 DWCシステムは、しばしば溶かされた酸素を添加するためにエアストーンを使用しますが、水平流速は栄養素混合のためにキー残します。

栄養フィルム技術(NFT)

NFTでは、水が斜面チャネルを流れる薄膜で、根のマットの下部部分に接触します。 流量は、通常、チャネルごとに1〜2 LPMで、層流を作成します。 薄膜は、空気水面での酸素曝露を最大にしますが、チャネルの端で乾燥したスポットを防ぐための非常に均一な流れを必要とします。 任意の中断 - 詰まりの発散器またはポンプの故障 - すぐに水と栄養素の植物を飢餓させることができます。

液流・栄養素の均一性に影響する要因

複数の物理的および生物学的要因は、水の動きと栄養素がどのように広がるかに影響を及ぼします。

• ]ポンプ容量とヘッド高さ[ - 不十分なヘッドを持つポンプは、最高の成長ベッドに水を持ち上げることができ、上部の層の流量を削減します。
• パイプ径と摩擦損失 – 狭いパイプは、圧力を下げ、フローを下げます。 滑らかな穴ポリ塩化ビニールを使用して、90°肘を最小化することで、抵抗を低下させます。
• []システムレイアウトジオメトリ - 長く、蛇行は圧力降下を引き起こします。 要約に複数のリターンを持つマニホールドは、流れを均等化します。
• バイオフィルムと固体蓄積[ - 時間が経つにつれて、細菌が細くなり、フィードのログパイプと画面を非加熱し、定期的な清掃または後洗を必要とする。
• []ルート侵入[] - NFTとDWCでは、ルートはチャネルをブロックし、フローパスを変更することができます。 定期的なトリミングまたはより広いチャネルは、これを緩和します。
• 水温] - より自由に流れる温暖な水はより低い粘度を持っていますが、またより少ない溶かされた酸素を保持します。 バランスが必要です。

より良い栄養素分布のための流体の流れを最適化

均一な流れの設計原則

すべての植物の栄養素の可用性を最大限に活用するために、複数の出口を持つ[クローズドループ]として配管を設計して下さい。メディアベッドでは、均等に間隔をあいた穴が付いている[の]ヘッダーの管[を、使用して下さい。DWCでは、プラグフローパターンを作成するために反対の端で入口および出口を置きます、ショート-循環を最小にします。NFTのために、各チャネルは各々の弁が同じ弁の流量か、またはマンダを合わせることによって流れます。

監視および調整ツール

• ]Flow メーター – インラインタービンまたは超音波メーターはリアルタイムの読み取りを与えます。
• 圧力計] - フィルターを渡る圧力の低下は、詰まりを示します。
• 温度センサ] - 温度のスパイクは、多くの場合、低流量ゾーンと相関します。
• ]溶断酸素計 – 1つの領域の低DOは、循環不良を信号します。

商用アクアポニックファームは、リアルタイムセンサーデータに基づく可変周波数ドライブ(VFD)でポンプ速度を調整する「」のIoT(モノのインターネット)コントローラー」を組み込んでいます。これにより、植物の水分の摂取量や魚の活性を変化させる動的応答が可能になります。

一般的なフロー-関連の問題と修正

ケーススタディ: フロー再設計は、商業セットアップでの収量を削減する方法

2020年、テキサス州の中規模のアクアポニックファームで、チラピアとバジルを生産し、第2次成長ベッドの20%下収率を経験しました。フローメーターをインストールした後、2番目のベッドは、下サイズのリターンパイプによるポンプの出力の60%のみを受け取ることがわかりました。リターンラインを1.5′′から2′′に置き換え、バランシングバルブを追加し、同等に流れます。2週間以内に、第二のベッドのバジル成長が巻き上げられ、そして、全体的にシステム全体的にはLTF [F] [F] [F] [F] を参照してください。

未来の方向:精密フロー管理

採掘研究では、建設前の水耕システムにおける栄養素分散をモデル化することができます。 CFDシミュレーションでは、エンジニアは異なるポンプの配置、パイプ径、バッフルのルートの位置を事実上テストすることができます。 ] 可変式速度ポンプ は、栄養素を調節するフィードバックを作成することができます。 特定の栄養素を消費するフローは、 最適な栄養素を低減する と 最適な栄養素を削減する] と 特定の栄養素を 測定する 、 特定の栄養素を 測定する 、 または 測定する 、 特定の栄養素を 測定する または 測定する 。 [FLT] の と の 、 、 の の の の 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、 、

もう一つのフロンティアは、フロー最適化のための[機械学習です。 歴史センサーデータ(フロー、pH、EC、温度)に関するトレーニングモデルによって、農場は、フィルターがログにかかっているか、熱波の前に流れが増加するタイミングを予測することができます。 この積極的なアプローチは、ダウンタイムと作物の損失を削減します。 センサーコストが低下すると、バックヤードのホビリストはスマートコントローラーを採用することができます。 (ハイドロAIをAIで読み、および {3:XNUMX])