(09.12.2024)
Ученых Пензенского государственного университета (ПГУ) в партнерстве с коллегами из Республики Беларусь создали уникальную аквапонную установку. Принцип ее работы основан на электрохимической обработке воды в комплексе. Тестирование показало, что урожайность микрозелени повысилась более чем на 30%, а вода в бассейнах, где обитают гидробионты, может повторно использоваться. В настоящее время исследователи ведут переговоры о внедрении ноу-хау в рыбные хозяйства и фермы Беларуси. Разработка ведется в рамках реализации национального проекта "Наука и университеты". Во всем мире активно используют аквапонные системы. Аквапоника — высокотехнологичный способ ведения сельского хозяйства. Такие системы сочетают аквакультуру (выращивание водных животных — гидробионтов) и гидропонику (выращивание растений без грунта). Принцип аквапоники прост. Отходы, которые образуются при выращивании водных животных, обеспечивают питательными веществами растения. Между участниками системы образуется своеобразный симбиоз: водные обитатели дают растениям питательные вещества, а растения очищают воду. "Такая технология экологически безопасна. Отходы жизнедеятельности рыб выступают как питательная среда для растений. Водные жители выделяют токсичные для них самих продукты жизнедеятельности: углекислый газ, азотистые и фосфорные соединения. В аквакульткре до 70–75% кормов уходит в твердой, растворенной или газообразной формах. Концентрация питательных веществ в таких системах приравнивается к концентрации их в специальных гидропонных питательных растворах", — поделился один из разработчиков, профессор Пензенского государственного университета Сергей Киреев. Отметим, накопление этих веществ — опасность для замкнутой аквакультуры. А при выращивании растений гидропонным способом они необходимы. "В аквапонике эта проблема решается сама собой: продукты жизнедеятельности рыб утилизируются растениями", — добавил Сергей Киреев. Научный коллектив Пензенского государственного университета, Полесского государственного университета, Белорусского государственного технологического университета предложил уникальную технологию, которая очищает воду даже от самых сложных соединений и увеличивает объем сбора питательных веществ для растений. Кроме того, она выигрывает перед классическим способом очистки воды и получения из нее питательных веществ. Технология включает два этапа: первичную механическую и биологическую очистки. Для этого в емкость запускают специальные бактерии. Метод основывается на электрохимической обработке водного раствора аквапонных систем перед поступлением их на гидропонный модуль по выращиванию микрозелени. На базе электрохимического модуля, работающего при повышенном давлении, создана экспериментальная аквапонная установка. Жидкость в ней циркулирует по кругу, специально сливать ее для очистки не нужно — бессточная технология. Вода проходит через специальные модули очистки и возвращается рыбам. Модули очистки — это электрохимические модули с графитовыми блоками. Поясним: сам электрохимический модуль — это емкость прямоугольной формы с перегородками. Последние разделяют катодное и анодное пространства. Они заполняются соответствующим электродным материалом — боем графита. Пространства полупроницаемые. Благодаря этому растворы не смешиваются, но контакт между ними остается. Пропускание электрического тока через модуль приводит к эффективному снижению концентрации соединений азота (денитрификация) и фосфора в растворе, а также генерируются компоненты, которые продолжают очистку воды после отключения тока. "Пропуская воду через электролизер с графитовыми блоками, наблюдается достаточно эффективная очистка. Отмечу, лучше, чем традиционным — бактериальным способом. При этом перевод азотосодержащих соединений, которые присутствуют в продуктах жизнедеятельности водных обитателей, в нитраты происходит лучше. Мы одновременно решаем несколько задач: очистка воды после выращивания гидробионтов и образование азотных удобрений для выращивания микрозелени", — пояснил Сергей Киреев. Вода, проходя через электрохимические модули, поступает в гидропонную систему. Растения поглощают образовавшиеся нитраты, и жидкость снова возвращается к водным обитателям. "К водным обитателям поступает чистая вода, а вода — это их среда обитания. А для растений достаточное питание — залог хорошей урожайности", — добавил профессор Киреев. С предложенным способом воду не нужно дополнительно обрабатывать. Жидкость пригодна для использования на постоянной основе. Ученые провели эксперимент. Одновременно очищали воду по предложенному способу и классическому. В экспериментальных 80-литровых аквапонных установках исследователи выращивали клариевого сома и горчицу. Емкости были зарыблены каждая на 8 килограммов. Средний вес одной особи — 35 граммов. Семян горчицы было высажено 100 граммов. Отметим, гидробионт (клариевый сом) имеет мелкодисперсные экскременты, которые сложно поддаются фильтрации. Очистку воды воспроизводили по предложенному методу и классическому. Через 9 дней (время созревания горчицы) ученые оценили качество зелени, процент всхожести и массу продукта. Кроме того, сделали гидрохимический анализ воды. Результаты показали, что в ходе безреагентной электролизной обработки раствора прирост горчицы, по сравнению с классическим способом, выше на 34,16%. "Оценка полученных результатов демонстрирует весомый технологический эффект. Раствор с окислительными свойствами в совокупности со слабокислой реакцией среды способствует эффективному переводу азотистых соединений и органических продуктов метаболизма рыб в более доступную для растений форму", — уточнил Сергей Киреев. Он добавил, что гидрохимический анализ воды показал снижение общей минерализации раствора при электролизной обработке. "Это говорит об эффективности извлечения растениями минеральных солей в доступной форме из раствора. Этот факт подтверждает снижение концентрации аммиака и аммония в воде", — рассказал профессор. Светопроницаемость раствора при обработке воды электролизом выше в два раза, чем в классическом способе. В нем она составляет 32,2%, а в методе ученых ПГУ и Беларуси 77–78%. В таком методе заинтересованы предприятия по выращиванию микрозелени и гидробионтов, особенно в регионах с дефицитом чистой пресной воды. По словам ученого ПГУ, затраты на такую установку не соизмеримы с прибылью, которая будет от продажи микрозелени и гидробионтов. Работы выполнялись при поддержке БРФФИ
