Phụ lục 4: Tính toán lượng amoniac và lọc vi sinh cho aquaponic

Phụ lục này cung cấp giải thích chi tiết về bộ lọc vi sinh và tính toán bộ lọc vi sinh tối ưu để chuyển đổi amoniac thành nitrat từ một lượng thức ăn cho cá. Ngoài thông tin được cung cấp trong Chương 8 trong phần này giới thiệu hai tham số mới trong chu trình nitrat hóa đó là:

• tổng nitơ amoniac (TAN) được tạo ra từ thức ăn cho cá
• tỷ lệ chuyển đổi amoniac thành nitrat của vi khuẩn

Xác định lượng amoniac tạo ra từ thức ăn của cá

Lượng amoniac trong nước trong hệ thống aquaponics phụ thuộc vào một số yếu tố như% protein hay axit amin trong thức ăn cho cá, tỷ lệ tiêu hóa thức ăn của cá, loài cá, nhiệt độ và cả pH .

Trung bình, chỉ có 30% protein trong thức ăn được giữ lại trong cơ thể cá 70% mất đi . Trong 70% đó  có 15% không bị tiêu hóa, 55% còn lại được cá thải ra như amoniac hoặc các sản phẩm dễ phân hủy thành amoniac. Nói chung, khoảng 61% lượng nitơ từ thức ăn trở thành amoniac và bị nitrat hóa.

Ví dụ 20 kg cá ăn cho ăn một lượng thức ăn bằng 1% trọng lượng cơ thể mỗi ngày (200g). Từ 200g thức ăn với trung bình 32% protein tính được amoniac khoảng 7.5g.

200g x 32% x 16% x 61% x 1.2 = 7.5g amoniac

Tính toán cụ thể như sau

• 32% là  tỉ lệ phần trăm Protein trong thức ăn
• 16% là lượng nito trong protein
• 61% là tỉ lệ nito chuyển thành amoniac
• Mỗi gam nito tạo ra 1,2 gam amoniac

Xác định thể tích bộ lọc vi sinh

Tỷ lệ loại bỏ amoniac bằng vi khuẩn nitrat hóa là 0,2-2 g mỗi mét vuông mỗi ngày.
Tốc độ loại bỏ phụ thuộc vào thiết kế bộ lọc , lưu lượng nước (lượng nước chảy qua bộ lọc chứa vi khuẩn), nhiệt độ (hoạt động sinh học cao hơn ở> 20 ° C), độ mặn, pH, oxy cũng như chất rắn lơ lửng từ chất thải của cá.

Để đơn giản hóa các tính toán phức tạp cần thiết, một tỷ lệ  được quy ước để sử dụng: 0,57 g amoniac được chuyển đổi trên một mét vuông diện tích bề mặt mỗi ngày. Cho một lượng thức ăn hàng ngày là 200 g và tạo ra 7,5 g amoniac, cần phải cung cấp cho vi khuẩn diện tích bề mặt hoạt động là 13,3 m2, như thể hiện trong công thức tính toán sau:

7.5 / 0.57 = 13.3 m2

Vi khuẩn cần bề mặt để bám và phát triển mạnh thì cần diện tích bề mặt rộng để trú ẩn.  Bề mặt hoạt động của vi khuẩn tùy vật liệu, mỗi loại có diện tích bề mặt cụ thể gọi là (SSA), còn được gọi là tỷ lệ diện tích bề mặt so với thể tích, được biểu thị bằng mét vuông trên mét khối (m2 / m3). Vật liệu lọc phổ biến bao gồm sỏi, cát, lưới sợi và hạt lọc nhựa. SSA là tổng bề mặt trên một mét khối của một vật liệu cụ thể Một số giá trị SSA này được ghi lại trong Bảng A4.1 (xem thêm Bảng 4.1).

Ví dụ đối với hạt đất sét nung SSA là 200 m2/m3, hạt lọc kaldnes k1 là 500m2/m3.

Quay lại ví dụ với 13.3m2 ở trên ta tính được:

• Nếu dùng hạt đất sét nung: 13.3 / 200 = 0.0665m3 = 66.5 lít
  Suy ra mỗi lít đất sét nung chuyển hóa được 3g thức ăn/ngày
• Nếu dùng hạt lọc kaldnes k1: 13.3 / 500 = 0.0266 = 26.6 lít
  Suy ra mỗi lít kaldnes k1 chuyển hóa được 7.5g thức ăn/ngày.

Chú ý:

Thưc nghiệm cho thấy kết quả tính đất nung không chính xác. Quy đổi 200g thức ăn cần ~ 1000l đất nung ( 1 khối) mới đạt hiệu quả tương tự.