Az aquapónia I.
2013/3. lapszám | Berta Katalin | 16 373 |
Figylem! Ez a cikk 12 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
Az épületgépészet határterületein egyre több olyan technológia bukkan fel, amely lehetővé teszi a szakmabeliek számára ismereteik bővítését és ezen keresztül munkaszerzését. Cikksorozatunk egy ilyen területtel foglalkozik, később konkrét magyarországi projekteken keresztül, ahol sok vízszerelési és vezérléstechnikai feladat mellett megújulókat is alkalmaztak. Az aquapónia biológiai egyensúlyon alapuló rendszer, ahol halak és konyhanövények egymást fenntartva élnek együtt. A biológiai egyensúly feltétele többek között a megfelelő hőmérséklet fenntartása a rendszer számára.
Az aquapónia biológiai egyensúlyon alapuló rendszer, ahol halak és konyhanövények egymást fenntartva élnek együtt. A biológiai egyensúly feltétele többek között a megfelelő hőmérséklet fenntartása a rendszer számára. Magyarország időjárási körülményei ezen feltételeket nem biztosítják, így mesterséges úton kell megteremteni az egyensúlyhoz szükséges kritériumokat. A passzív szolár üvegház segítségével egész évben biztosítható a megfelelő hőmérséklet az élőlények számára. Az üvegház kialakítása speciális, geometriailag a Nap járásához igazodik, és a benne található hőtároló közeg segítségével nyáron hűteni, télen pedig fűteni képes az üvegházat, pusztán a napsugárzás energiájának segítségével. Ahhoz, hogy az üvegház megfelelően be tudja tölteni a szerepét, gondos tervezésre és alapos munkára van szükség.
Mi az az aquapónia?
Természetes folyamatokon nyugvó termelés, az aquakultúra (aquaculture) és a hidro-pónia (hydroponics) kombinációja. A megnevezés is ebből származik: aqua-pónia.
Hidropónia
A növénytermesztésnek aszerint, hogy milyen közegben zajlik, három fajtáját különböztetjük meg: geopónikus, hidropónikus és aeropónikus.
A geopónikus növénytermesztés lényege, hogy a növényt tápláló, annak gyökérzetét és szárát tartó médium a föld. A földből a víz oldja ki fizikailag a vízoldható szervetlen vegyületeket, amelyeket a növények a gyökereiken keresztül ionokként vesznek fel, és tápanyagokként hasznosítanak a napfény energiájának segítségével.
A hidropónia esetében a tápanyagokat biztosító közeg egy speciális, fajtánként különböző összetételű, nagy hígításban alkalmazott tápoldat, melyből szintén oldott ionokként veszik fel a tápanyagokat a növények, és a Nap vagy speciális izzók fényének energiájával dolgozzák fel azt.
Az aeropónia a növénytermesztés mondhatni leghatékonyabb válfaja, ugyanis itt a növények gyökérzete részben vagy teljesen zárt légtérbe lóg, amelyben finom eloszlású tápoldatcseppek találhatók.
Hidropóniás rendszereknél az optimális növekedés a mesterséges tápanyagok pontos adagolásán múlik. A növények növekedéséhez szükséges tápanyagot meghatározott recept szerint állítják össze, különböző kemikáliák, só és nyomelemek alkotják a „tökéletes egyensúlyt” biztosító receptet. A hirdopóniás rendszerek vizét időnként cserélni kell, mert bizonyos anyagok visszamaradnak benne, és a túlzott dózis mérgező lehet.
Aquakultúra
Az aquakultúra (más néven vízművelés) tengeri és édesvízi növények és állatok kontrollált körülmények közötti tenyésztését jelenti. Három területre osztható:
- Algatermesztés vegyészeti, gyógyszerészeti célokra, élelmiszernek és takarmánynak.
- Hal-, kagyló-, rák- és garnélatenyésztés élelmiszernek.
- Különféle vízi állatok tenyésztése a szabadon élő állományok gyarapítása céljából.
Számos, egymástól eltérő elven működő édesvízi haltermelő rendszer üzemel:
Ketreces haltermelő rendszerek: tavakban, folyóvizekben, tengerekben rendszerint hálóval elkerített területeken valósítják meg a nevelést a környezeti erőforrások felhasználásával.
Halastavak: jellemzően földmedrű, gátak által határolt építmények, ahol a halak természetszerű környezetben növekednek, a hozzáférhető tápanyagokból napfény segítségével keletkező természetes táplálék felhasználásával. A halhozamok növelésének érdekében a tavak termelőképességét a hozzáférhető tápanyagok bevitelével fokozzák (trágyázás). A mesterséges halastavak legjelentősebb környezeti hatása a trágyázás következtében esetlegesen fellépő szervesanyag-kibocsátás.
Átfolyó vizes rendszerek: a rendszereken a természetes forrásokból származó víz csak egyszer folyik át, majd azt a be-fogadó vizekbe engedik. Ez biztosítja a halak neveléséhez szükséges oxigént és távolítja el a halnevelés során keletkező szilárd és oldott metabolitokat (az anyagcserében részt vevő vagy annak folyamán keletkező anyag) és az egyéb hulladékokat. Az átáramoltatott vizet rendszerint kezelik, mielőtt visszaengednék.
Recirkulációs haltermelő rendszerek: a halnevelő egységek elfolyó vizét mechanikai és biológiai kezelést követően újra felhasználják, ezáltal csökkentve a haltermelés víz- és energiaigényét, valamint tápanyag-kibocsátását.
A fenntarthatóság figyelembe vétele nagyon lényeges kérdés az aquakultúra esetében, amellyel el lehet kerülni a halászati szektorban tapasztalt problémákat. A világ értékesebb tengeri halállományának 75 százaléka vagy túlhalászott állapotban van, vagy már elérte az ökológiailag lehalászható halmenynyiség maximumát, tehát az évi fogás meny-nyisége nem növelhető tovább.
Aquapónia
Az aquapónia lényegében az aquakultúra és a hidropónia ötvözete. Mindkettőnek vannak hátrányai, de a kombinációjukkal a negatív tulajdonságok pozitívvá válhatnak.
A növények valamilyen termesztő közeggel (agyaggolyó, kavics, perlit, kőzetgyapot stb.) töltött tálcákban nőnek, ezekbe a tálcákba szivattyúzzák a haltartály vizét. A halak az ürülékükkel ammóniát juttatnak a vízbe, melyet a baktériumflórák nitritté, majd nitráttá alakítanak (nitrogénciklus). A termesztő közeg és a növények gyökerei megszűrik a vizet, felveszik belőle a tápanyagokat, majd a víz visszakerül a haltartályba.
A körfolyamatból jól látszik, hogy a hidropónia és az aquakultúra milyen jól kiegészítik egymást: az aquakultúra feleslegessé vált vizére a hidropóniának van szüksége, és ugyanígy fordítva is igaz.
Biológiai háttér, a nitrogénciklus
Az aquapóniák működésének alapját a nitrogénciklus képezi, mely baktériumok segítségével valósul meg. A halak ammóniát ürítenek a vízbe. A tavakban és az óceánokban ez nem jelent gondot, hiszen a víz felhígítja, viszont az otthon, akváriumban tartott halak nagyon érzékenyek a megnövekedett ammónia-koncentrációra. Károsíthatja a szöveteket, főként a halak veséjét és kopoltyúit, hatására csökkenhet a növekedés mértéke, csökkenti a betegségekkel szembeni ellenálló képességüket, és akár halálhoz is vezethet. Szerencsére a természet megoldotta ezt a problémát, és létrehozta a nitroszóma nevű baktériumot (Nitrosomonassp.), amely az ammóniát nitritté alakítja. A nitrit kevésbé mérgező a halak számára, mint az ammónia, viszont megakadályozza a halakat az oxigén felvételében. A természet ezt is az irányítása alatt tartja, méghozzá a nitrobaktériummal (Nitrobactersp.), amely a nitritet nitráttá alakítja át, ami a növények egyik legfontosabb tápanyaga, a halak pedig sokkal jobban bírják, mint a nitritet vagy az ammóniát. A nitrifikáló (a nitrogénciklusban részt vevő) baktériumtelepek a termesztő média között burjánzanak.
Az aquapónia organikus rendszer, önálló ökoszisztéma, ahol a folyamat önszabályozó. Amint a halaknak adott táplálék mennyiségét növeljük, a keletkező többlet tápanyagot a növények felveszik. Amennyiben a halak kicsik, vagy csökkentjük a bevitt táplálékot, a növények növekedése is lelassul. A cél az, hogy minél hamarabb létrejöjjön a nitrogénciklus, illetve kialakuljon az egyensúly, minimális megterhelést és stresszt okozva ezzel a vízi élővilágnak. A rendszerbe műtrágyát adagolni nem lehet, mert az a baktériumokra és a halakra is károsan hathat.
A nehézséget az okozza, hogy az egyensúly nem áll fenn akármilyen körülmények között. Az 1-2. diagram a hőmérséklet, illetve a pH-érték függvényében ábrázolja a baktériumok jelenlétét (az optimálishoz képest) százalékos formában.
Elhelyezés
A növények egészséges növekedésének feltétele a napi átlagos 4-6 napsütéses óra, viszont a halaknak nincs szüksége a napfényre. Az akváriumnak árnyékos helyre kell kerülnie, ellenkező esetben algaképződés indul. A halak árnyékolása megoldható a vízfelületre telepített növényekkel is, például az említett passzív hidropóniás módszerrel.
Tartályok
A halak és növények elhelyezésére a leg- kézenfekvőbb megoldás az IBC tartályok (Intermediate Bulk Container) használata. Az IBC tartályokat folyadékok szállítására és tárolására használják, műanyag ballonból és rozsdamentes acél tartószerkezetből állnak. Ál- talában 640-1050 liter folyadék tárolására alkalmasak.
Termesztő közeg
Termesztő közegként használható kőzúzalék, folyami kavics vagy duzzasztott agyagkavics. A közeg kiválasztásánál szem előtt kell tartani az anyag méretét, súlyát, árát és pH-értékét. Az optimális szemcseméret 8-16 mm között van. Ha a kavicsok ennél kisebbek, akkor túl kevés levegős rés marad köztük, ha nagyobbak, akkor pedig túl sok, illetve az összfelületük is kisebb lesz. A közeg súlya a tartószerkezet teherbírása miatt fontos. Ha a kavicsok pH-értéke túl magas, akkor befolyásolhatják a biológiai egyensúly, azaz a nitrogénciklus fennállását (pl. mészkő). A termesztő réteg optimálisan 25-35 cm mély.
A duzzasztott agyag sűrűsége kicsi, pH-semleges, viszont drága. A zúzott vagy folyami kavics sűrűsége nagy, és előfordulhat, hogy magas pH-értékkel rendelkezik, viszont olcsó. Az optimális megoldás az lehet, hogy a tartályok alsó felét pH-semleges kaviccsal, a felsőt pedig agyagkaviccsal töltik ki.
Növények
A biológiai körfolyamat indulásához szükség van fejlett növényekre (palántákra), így nem elég csak maggal beszórni a termőközeget. Mivel itt a növények annyi vizet tudnak felhasználni, amennyit csak akarnak, így nem kell figyelni a köztük lévő távolságra a vetésnél. A futónövényeknek (pl. tök, borsó, uborka, paradicsom) biztosítani kell egy stabil felületet, amelyre fel tudnak kapaszkodni. Ha a körfolyamat már régebb óta fennáll, ügyelni kell arra is, hogy folyamatosan legyenek palánták, növésben lévő és érett növények az egyensúly felbomlásának elkerülése érdekében.
A gyökérzöldségeken kívül (sárgarépa, retek, petrezselyem) a legtöbb konyhanövény megterem, és jól érzi magát ezen körülmények között.
Legfőképp a gyógy- és fűszernövények (bazsalikom, koriander, citromfű stb.) és a levélzöldségek (saláta, káposzta, zeller, spenót), valamint a paradicsom, az uborka és a paprika ajánlható.
Halak
Tapasztalatok alapján többek között a tilápia, a szivárványos pisztráng és a harcsa felel meg ezeknek a követelményeknek. 500 liternyi termesztő közeghez fajtától függően 20-25 darab hal javasolt, és minden halra legalább 10 liternyi vizet kell számolni.
Keringtető rendszer
A keringtető szivattyú működtethető szakaszosan, illetve folyamatosan is, típustól függően. Az úgynevezett auto- vagy harangszifon segítségével mindkét esetben két fázis alakul ki aszerint, hogy éppen tápanyagban vagy oxigénben gazdag a gyökérzet környezete. A szifon nagyon praktikus, működése egyszerű, és újrahasznosított anyagokból is összeállítható.
Működése egyszerű: a vízszint mindaddig emelkedik a tálcákban, amíg el nem éri a beállított magasságot, a lefolyónyílást. Ahogy elkezd lefelé áramolni, egy dugót hoz létre, aminek segítségével egyszerűen „kihúzza” a tálcákból a maradék vizet. A szifon oldalán található egy vékonyabb cső, ennek segítségével tud levegő kerülni a lefolyónyílásba, amikor már elég alacsony a vízszint. Csak beállítás kérdése, hogy a szifon milyen magas vízszintnél „kapcsoljon be”, és milyen alacsony szintet hagyjon a tálcákban. A viszonylag nagy víztömeg miatt ez a folyamat igen lassú. A beállítás a növények számára akkor optimális, ha a tálca ¾ óra alatt telik meg, és ¼ óra alatt ürül ki.
A szivattyú kiválasztásánál fő szempont, hogy egy óra alatt a rendszerben lévő vízmennyiséget ajánlatos egyszer körbekeringtetni. Tehát ha a rendszerünk 3 m³ vizet tartalmaz, akkor a szivattyú 3000 l/h teljesítményű kell, hogy legyen. A szükséges teljesítmény számításánál figyelembe kell venni az emelőmagasságot is. Ezek segítségével már ki lehet választani a megfelelő szivattyút a különböző típusok jelleggörbéinek alapján.
Biztonsági rendszer
A biztonsági háttérrendszer szerepe áramszünet esetén lép előtérbe. Ha nincs áram, a szivattyú leáll, a víz keringése megszűnik, a halak pedig nem jutnak oxigénhez. Ez akár 45 perc alatt is végzetes lehet. Ennek elkerülése végett javasolt egy akkumulátor beszerzése is, ami átveszi a szivattyú működéséhez szükséges energiaforrás szerepét az áramszünet ideje alatt. A másik megoldás, ha egy levegőpumpát használunk csupán az oxigén pótlásához. Ez ugyan nem keringteti a vizet, viszont életben tartja a halakat akár 10 órán keresztül a beépített újratölthető elemek segítségével. A pumpa használata egyébként javasolt normál üzemben is. A nitrogénciklus, így a biológiai egyensúly folyamatos fennállása megfelelő időjárási körülményeket igényel. A 3. diagram szemlélteti, hogy az egyes élőlények milyen hőmérséklettartományban életképesek. A vastagabb zöld sáv az optimális hőmérséklet-intervallumot jelzi, míg a vékonyabb az életképesség határai között fut. Ahhoz, hogy a biológiai egyensúly hazánk időjárási körülményei között egész évben képes legyen fennállni, a nap energiájára, és egy, azt megfelelően hasznosítani képes koncepcióra van szükség.
Az aquapóniák egyedülálló előnyei
- a víz folyamatos feldolgozása és újrahasznosítása,
- a növények folyamatos szerves trágyázása a halak által,
- az intenzív aquakultúra hulladékának hasznosítása,
- a növénytermesztéshez szükséges szántóföldek területének csökkenése,
- a növénytermesztés biológiai lábnyomának csökkenése,
- a növények által megtett távolságok csökkenése, amíg eljutnak a termesztés helyétől a felhasználás helyéig,
- kórokozók visszaszorítása, melyek megtámadják az élőlényeket,
- erózió csökkenése azáltal, hogy nem szükséges művelni a földeket,
- megújuló energiaforrások is beépíthetők a rendszerbe,
- a halak táplálékát képezheti a házilag termelt békalencse, vagy a konyhai hulladékok segítségével tenyésztett katonalégy-lárva.
Az aquapóniák hátrányai
- nagy beruházási költség,
- a néha egymásnak ellentmondó sikeres és sikertelen kutatási eredmények alapján még nem lehet egyértelmű megállapításokat levonni a biológiai egyensúllyal és a felnevelt növények hiányos tápanyagtartalmával kapcsolatban,
- néhány rendszer nagymértékben támaszkodik az ember alkotta technikai megoldásokra a megfelelő hőmérsékletek elérésének érdekében,
- a gondos tervezés ellenére is előfordulhatnak olyan hibák, amik az egész rendszert blokkolják, és a teljes halállomány elveszítéséhez is vezethetnek.
