Вид сверху на розовый венгерский салат и куст клубники, растущий в расширенном сланце.
Этот проект был реализован в рамках курса engr 305 в весеннем семестре 2015 года. Чтобы уменьшить свое воздействие на окружающую среду и выращивать часть своей собственной еды, я построил собственную небольшую систему аквапоники для личного пользования . Чтобы сократить расходы на строительство, я использовал повседневные предметы, большинство из которых у меня уже были. Система потребляет всего 12,045 кВт·ч/год и производит достаточно еды, чтобы удовлетворить мою потребность в походе в продуктовый магазин за салатной зеленью. Она требует очень небольшого обслуживания. Единственным вводом в систему является ежедневное кормление рыб. В заключение следует сказать, что проект был успешным, поскольку он продемонстрировал свою способность производить еду и выполнил все мои критерии.
Содержание
Фон
Впервые я, Эмили Вуд, столкнулась с системой аквапоники на Youtube.com. Это действительно заинтересовало меня идеей выращивания собственной еды в помещении экологически безопасным способом. Однако в то время я была студенткой, живущей в общежитии Калифорнийского политехнического университета в Гумбольдте, и не думала, что у меня будет место, деньги или время, чтобы создать собственную систему. Кроме того, мне пришлось бы как-то в конечном итоге разбираться с ней и перемещать систему, когда я покину общежитие. Целью этого проекта было построить работающую маломасштабную систему аквапоники, которая занимала бы минимальное пространство в моем доме. В настоящее время я живу в небольшом доме в Аркате, Калифорния, с тремя другими соседями по комнате. Выращенная еда в настоящее время используется моими соседями по комнате и мной. Проект начался 31 января 2015 года и был завершен 8 мая 2015 года.
Выращивание растений с использованием рыб, также известное как аквапоника , является симбиотическим процессом, который использует отходы от рыб и преобразует их в питательные вещества для растений. Вода циркулирует из аквариума в грядку для выращивания, где колонии бактерий преобразуют аммоний из отходов рыб в нитраты, которые используются растениями в процессе роста. Эти симбиотические отношения не только обеспечивают питание для растений, но и очищают воду достаточно, чтобы рыбы могли продолжать безопасно в ней жить.
Постановка задачи
Цель этого проекта — продемонстрировать, что вы можете построить собственную самоподдерживающуюся систему аквапоники относительно недорого, создать систему, которую можно использовать в небольшой квартире или комнате общежития, которую можно легко транспортировать на новое место и, конечно же, производить съедобную пищу.
Критерии оценки проекта
The following Criteria will be used to assess the success of this project. These criteria were chosen based on the personal needs of the owner. The scale (1-10) represents the importance level of meeting the constraint of each listed criteria.
| Criteria | Constraints | Weight (1-10) |
|---|---|---|
| Educational aspect | Must demonstrate a working concept of how an aquaponics system functions | 7 |
| Maintainability | Must be easy to maintain with little time and energy | 7 |
| Aesthetics | Must be pleasing to the eye | 9 |
| Cost | Must be between $0-$75 | 10 |
| Vegetation | Must be edible | 10 |
| Functionality | Must successfully generate food | 10 |
| Transportability | Must be easy to move to a new location | 8 |
| Size | Must fit through a door frame | 10 |
Literature Review
This is a review of the available literature pertinent to my small aquaponics system.
Aquaponics basics
Aquaponics is a known for being a sustainable method of producing edible vegetation and fish. It is similar to {hydroponics} in that both methods grow plants in cycled water instead of soil.[1] However, unlike hydroponics, the system is wholly dependent upon itself for the natural cycling of nutrients throughout the system. No additional outside input of nutrients is needed in order to balance and maintain the system since the system utilizes a biological nitrifying filter.[2] Additionally, there is no need to change out and waste the water if salt and nutrient levels get too toxic. The aquaponics system naturally filters and maintains itself. This is achieved via nitrifying bacteria that gradually build up and live in the grow media. There are two different types of bacteria, the Nitrosomonas and the Nitrobacter and they are essential in turning the ammonia laden fish waste into the nitrates the plants utilize. The Nitrosomonas are the ammonia-oxidizing bacteria and are the first step of the nitrifying process. They work to turn ammonia to nitrites. The second step, involves the Nitrobacter or "nitrite-oxidizing bacteria," which work to break down nitrite into the nitrate that is used by the plants.[3]
The bacteria break down the ammonia from the fish waste, and convert it into nitrates which the plants can then utilize. At the same time, the plants are working to filter out the nitrates from the water before it returns back to the tank.[4] This symbiotic process not only cleans the fish water, reducing the ammonia levels to levels that are safe for the fish, but also provides the necessary nutrients for the plants to grow.
Аквапоника является привлекательным вариантом, поскольку после настройки система может эффективно работать сама по себе без дополнительного человеческого вмешательства (если только вы не кормите рыбу вручную, а не с помощью синхронизированной кормушки). Было показано, что она производит пищу так же эффективно, как и гидропонная система [5] . Кроме того, в долгосрочной перспективе аквапонные системы могут быть более дешевой альтернативой гидропонике, поскольку не требуют дополнительных затрат на покупку необходимых питательных веществ, которые необходимо добавлять для поддержания гидропонной системы. Аквапоника также имеет преимущество в использовании воды по сравнению с гидропоникой, поскольку воду никогда не нужно выливать и утилизировать. Единственное чистое добавление воды в аквапонной системе происходит, когда уровень воды в резервуаре становится низким из-за испарения.
Типы субстратов для выращивания
Подходящий тип среды для выращивания следует выбирать в соответствии с размером и потребностями системы. Размер фильтрующего субстрата или слоя для выращивания для максимального удаления аммиака составляет: на каждый галлон в минуту рециркулирующей воды требуется квадратный фут поверхности фильтра. [6] Многие системы аквапоники используют те же типы среды для выращивания, что и гидропоника. Популярные варианты среды для выращивания включают: гравий, речной камень, щебень, вспученный сланец, керамзитовую гальку (гидротон) и синтетические материалы. Диаметр среды для выращивания должен быть около 12-18 мм. Этот размер обеспечивает адекватное соотношение удержания воды к аэрации, чтобы предотвратить гниение корней или рост плесени. [7] Этот диапазон размеров достаточно велик, чтобы позволить корневым системам растений закрепиться и расти. Он также позволяет твердым отходам проходить без засорения. Еще один аспект, который следует иметь в виду, — это выбор среды для выращивания с нейтральным pH, чтобы она не изменила pH вашего аквариума.
Виды используемой рыбы
Тип рыбы, используемой в системе, зависит от нескольких факторов, таких как размер вашего аквариума, климат, в котором вы живете, температура воды, в которой выживают рыбы, и планируете ли вы вылавливать рыбу в качестве источника пищи. Существует множество различных видов рыб, которые можно использовать в системе аквапоники. Тилапия, синежаберный окунь, солнечная рыба, краппи, кои, золотая рыбка, паку, форель, карп, сом и большеротый окунь — вот лишь несколько видов, которые хорошо себя зарекомендовали в системе аквапоники. [8] Некоторые рыбы, такие как тилапия, лучше всего себя чувствуют в теплой воде, поэтому следует учитывать особые соображения, такие как добавление нагревателя [9]
Виды выращиваемых растений
Существует множество различных типов растений, которые можно выращивать в системе аквапоники. Факторами, ограничивающими рост растений, являются количество растений, которые вы планируете выращивать, и достаточно ли у вас рыбы для удовлетворения потребностей растений в питательных веществах. Если растений слишком мало, система не будет фильтроваться должным образом. Если их слишком много, система не сможет поддерживать здоровый рост растений [10] Одними из наиболее распространенных типов выращиваемых растений являются листовые зеленые овощи. Салат и шпинат можно легко собирать, потому что их листья растут над поверхностью субстрата. Другие овощи, такие как помидоры, перец, кабачки и горох, растут хорошо. Травы — еще один популярный выбор, и, как было показано, они хорошо себя чувствуют. Единственными типами растений, которые не процветают в системе аквапоники, являются корнеплоды и клубнеплоды [11]
Строительство
Строительство проекта было относительно простым и заняло всего два дня, чтобы полностью собрать и завершить. Дополнительное время строительства потребовалось позже, когда был добавлен сифон колокола.
В следующих инструкциях шаг за шагом объясняется, как построить небольшую аквапоническую систему.
Как должен выглядеть ПВХ после сборки.
Это будут точки каплепадения.
Вам необходимо создать водонепроницаемое уплотнение.Здесь будет расположен дренажный сток.
Прикрепите к концу еще одну резиновую шайбу. Навинтите резьбовой соединитель на втулку, чтобы создать водонепроницаемое уплотнение.
Хомут продевается через одно из отверстий и обхватывает капельную трубку из ПВХ внутри ванны.
Это материалы, необходимые для сифона-колокола.
Вид сбоку пластиковой аквариумной трубки, прикрепленной к насосу и ниппельному штуцеру.
Этот циклический процесс позволит полезным бактериям накапливаться.Завершение работы над системой аквапоники, растения начинают расти.
График
Для достижения целей и задач данного проекта был установлен следующий график.
| 1/31 | Куплены ПВХ-труба, пластиковая ванна, субстрат для выращивания. |
| 1/31 | Первоначальное строительство и сборка |
| 2/1 | Завершено строительство и монтаж |
| 2/1 | Первый тестовый запуск системы перед добавлением среды для выращивания |
| 2/1 | Промытые питательные среды |
| 2/7 | Куплены еще 6 золотых рыбок |
| 2/14 | Купленные растения |
| 2/14 | Отделенная от корней почва |
| 2/14 | Посаженный шпинат, салат-латук и тосканская молодая листовая капуста |
| 2/14 | Начато тестирование уровня pH воды |
| 2/21 | Начались еженедельные измерения высоты растений (сравнение с контрольной группой) |
| 2/25 | Расчетное энергопотребление системы (кВт/ч, потребляемое водяным насосом) |
| 2/27 | Получен набор для анализа аммиака/нитрата/нитрита |
| 2/27 | Начато проведение двухнедельных тестов воды на уровень pH, растворенного кислорода, нитратов и азота. |
| 4/3 | Изготовлен и установлен колокольный сифон |
| 4/4 | Купил розовый венгерский салат и рассаду клубники. |
| 4/4 | Посажены растения розового венгерского салата и клубники. |
| 5/7 | Собранная еда |
Расходы
Все предметы для этого проекта уже куплены. Около половины материалов для проекта были собраны из того, что уже было у меня дома. Эти предметы можно было легко найти в магазине аквариумов, на craigslist, в комиссионном магазине или на гаражной распродаже довольно недорого. Общая стоимость не учитывала местную и государственную ставку налога с продаж, где я купил предметы (8,75%).
| Количество | Материал | Источник | Стоимость ($) | Всего ($) |
|---|---|---|---|---|
| 1 | маленькая пластиковая бутылочка для снятия макияжа | Мой дом | 0.00 | 0.00 |
| 1 | пластиковая бутылка из-под газировки на 16 унций | Мой дом | 0.00 | 0.00 |
| 3 | Труба ПВХ Schedule 40 (4 фута) | Магазин садовых принадлежностей | 0,32 | 0,96 |
| 5 | Колено 90° | Магазин садовых принадлежностей | 0,27 | 1.35 |
| 2 | тройники | Магазин садовых принадлежностей | 0,35 | 0,70 |
| 3 | Резиновые шайбы скользящего соединения 1"x1/2" | Магазин садовых принадлежностей | 2.27 | 2.27 |
| 1 | Пластиковая ванна 31 QT | Магазин садовых принадлежностей | 11.99 | 11.99 |
| 1 | Втулка ПВХ 3/4"x1/2" | Хоум Депо | 0,40 | 0,40 |
| 1 | Пластиковая аквариумная трубка 5/16" | Мой дом | 0.00 | 0.00 |
| 1 | резьбовой ниппель - штуцеры 1/4" | Мой дом | 0.00 | 0.00 |
| 1 | Экран из оцинкованной стали 1/4" (используется 4"x6") | Мой дом | 0.00 | 0.00 |
| 1 | 15-минутный таймер | Гидропонный склад | 14.00 | 14.00 |
| 1 | 20-фунтовый мешок 3/8" вспученного сланца | Гидропонный склад | 21.00 | 21.00 |
| 6 | стяжки-застежки-молнии | Мой дом | 0.00 | 0.00 |
| 1 | Насос Pondmaster (5,5 Вт Hmax 30" Qmax 75 галлонов в час) | Мой дом | 0.00 | 0.00 |
| 1 | Аквариум на 10 галлонов | Мой дом | 0.00 | 0.00 |
| 1 | нагреватель для аквариума | Мой дом | 0.00 | 0.00 |
| 2 | 15"x 2"x 3/4" дерево | Мой дом | 0.00 | 0.00 |
| 6 | золотая рыбка | Петко | 0,07 | 0,42 |
| 18 | растения | Фермерский рынок Арката | 12.00 | 12.00 |
| Общая стоимость | 65,09 долларов США | |||
Операция
Обслуживание
Техническое обслуживание грядки, насоса, растений, рыб и воды следует проводить ежедневно, еженедельно и ежемесячно.
Расписание
- Ежедневно
- Кормление рыб (один раз утром и один раз вечером).
- Проверка температуры воды, чтобы убедиться, что она находится в пределах 65-68 градусов по Фаренгейту (для золотых рыбок). Другим рыбам может потребоваться вода другой температуры.
- Еженедельно
- Проверьте уровень pH воды. Он должен быть между 6,8 и 7,0.
- Проверьте растения на наличие насекомых.
- Проверьте уровень аммиака. Уровень должен быть на уровне или ниже 0,5 ppm.
- Ежемесячно
- Проверьте уровень нитратов. Уровень выше 150 ppm может указывать на то, что в вашей системе недостаточно растений.
- Проверьте, работает ли насос должным образом.
- Проверьте, нет ли утечек в трубопроводах и трубках.
- Убедитесь, что сифон на месте и работает правильно.
- Урожай еды
- Добавьте в бак дополнительную воду, когда уровень станет низким.
- Ежегодно
- Купить дополнительную рыбу
- Посадить новые растения
инструкции
Проверяйте уровень аммиака раз в неделю, чтобы убедиться, что он не достигает токсичного уровня.
Проверьте растения на наличие насекомых и при необходимости удалите их.
Добавьте воду в аквариум, когда ее уровень начнет падать.
Периодически проверяйте уровень pH.
Салат растет большеСобирайте урожай и наслаждайтесь им, когда растения станут достаточно большими.
Заключение
В этом разделе обсуждаются результаты, полученные в ходе тестирования и анализа на протяжении всего проекта. Он также включает в себя следующие шаги, которые необходимо предпринять, извлеченные уроки и некоторые основные методы устранения неполадок в случае возникновения проблем.
Результаты тестирования
Качество воды
| Дата | Аквариум |
|---|---|
| 28.02.15 | 7.64 |
| 14.03.15 | 7.28 |
| 28.03.15 | 6.90 |
| 4/11/15 | 6.83 |
| Дата | Аквариум |
|---|---|
| 28.02.15 | 15 частей на миллион |
| 14.03.15 | 15 частей на миллион |
| 28.03.15 | 15 частей на миллион |
| 4/11/15 | 15 частей на миллион |
| Дата | Аквариум |
|---|---|
| 28.02.15 | 65 частей на миллион |
| 14.03.15 | 64,5 частей на миллион |
| 28.03.15 | 67,5 частей на миллион |
| 4/11/15 | 65 частей на миллион |
| Дата | Аквариум |
|---|---|
| 28.02.15 | 3,8 частей на миллион |
| 14.03.15 | 3,3 частей на миллион |
| 28.03.15 | 3,5 частей на миллион |
| 4/11/15 | 3,9 частей на миллион |
Тест сифона Белла
Растения
После четырехнедельного цикла системы я посадил первые растения. Чтобы ускорить процесс выращивания, я решил посадить стартовые растения, купленные на фермерском рынке Arcata. Это означало, что корни растений нужно было отделить от почвы, в которой они росли.
Замачиваю корни моей тосканской молодой листовой капусты, чтобы избавиться от грязи и частиц почвы.
Я посадил шпинат, салат-латук и тосканскую молодую листовую капусту. Первые несколько недель я заметил рост растений, но после четвертой недели салат-латук начал увядать. Кроме того, рост листьев капусты, казалось, замедлился. В этот момент я решил построить и установить колокольный сифон, чтобы обеспечить большую аэрацию корневой системы растений.
После установки сифона я пересадил оставшийся салат и добавил куст клубники, чтобы еще немного поэкспериментировать с разными видами растений.
Расчетное потребление энергии
Я использовал небольшой стандартный насос для пруда для своей системы. Он рассчитан на 5,5 Вт. Он работает на таймере, который включается на 15 минут каждый час.
- 15 мин/60 мин x 24 ч = сцеживание в течение 6 часов каждый день.
- 5,5 Вт x 6 часов/1000 = 0,033 кВт·ч
- 0,033 кВтч x 365 дней = 12,045 кВтч в год.
Уроки выучены
Если бы я сделал по-другому, в следующий раз я бы создал сифон-колокол раньше. Это, вероятно, помогло бы моему шпинату расти намного лучше, потому что его корни больше времени находились бы на воздухе. Важно, чтобы корни растений получали достаточную аэрацию. Еще один извлеченный урок состоял в том, что место, которое я изначально выбрал, было не идеальным. Я бы переместил систему в более солнечную зону кухни намного раньше. Еще один способ, которым я мог бы спланировать идеальное место, — это купить что-то вроде калькулятора солнечного света Luster Leaf 1875 Rapitest Suncalc, чтобы определить, где в моем доме будет получаться оптимальное количество солнечного света.
Следующие шаги
Следующий шаг — продолжать собирать урожай и наслаждаться едой. Кроме того, я продолжу следить за качеством воды на протяжении всего срока службы моей системы.
Поиск неисправностей
Это только способ устранения неполадок в основных операциях.
| Проблема | Решение |
|---|---|
| Насос перестает работать | Сначала убедитесь, что он подключен. Затем выньте его из бака и ударьте им по ладони, одновременно промывая его чистой водопроводной водой. Это поможет разрыхлить и прочистить застрявший мусор. |
| Рыба начинает умирать | Температура может колебаться, особенно при небольшом объеме бака. Если вода становится слишком холодной или слишком теплой, обязательно отрегулируйте температуру соответствующим образом. Возможно, вам захочется приобрести небольшой нагреватель для бака. |
| Возможно, накопилось слишком много аммиака. | Чтобы исправить это, добавьте больше растений и не перекармливайте рыб. Слишком много рыб — и биофильтр вашей системы не будет работать эффективно. |
| Растения заражаются насекомыми | Скормите их рыбам или сбрызните их водой. |
| Достигнут токсичный уровень аммиака. | Прекратите кормить рыбу в течение дня. Также удалите мертвую рыбу, если она есть. Смените часть воды, чтобы разбавить аммиак. |
Рекомендации
- ↑ Кронтен, Грег. 2011. Аквапоника. Энциклопедия проблем окружающей среды, ред. 91-92.
- ↑ 1986. Нитрификация. Оксфорд: Опубликовано для Общества общей микробиологии IRL
- ↑ Харрис, Ларри, О. Лерой Фьок, 1977. Нитрифицирующие бактериальные субстраты для повторного использования воды в инкубаториях. [Денвер, Колорадо]: Отделение дикой природы Колорадо, Исследовательский отдел рыболовства
- ↑ Аноним,. 2014. Рецепт успешной аквапоники. Журнал альтернатив. 40, № 4: 53.
- ↑ Винклер, С. (2013). «Как работает аквапоника». < http://home.howstuffworks.com/lawn-garden/professional-landscaping/alternative-methods/aquaponics2.htm > (30 сентября 2012 г.)
- ↑ Харрис, Ларри, О. Лерой Фьок, 1977. Нитрифицирующие бактериальные субстраты для повторного использования воды в инкубаториях. [Денвер, Колорадо]: Отделение дикой природы, Секция исследований рыболовства.
- ↑ «Какая лучшая среда для выращивания в аквапонике? — Идеально подходит для грядок». Home Aquaponics System. 14 июня 2013 г. Доступно 13 февраля 2015 г. https://homeaquaponicssystem.com/basics/what-is-the-best-aquaponics-grow-media/ .
- ↑ «Рекомендуемые растения и рыбы в аквапонике». Nelson & Pade Aquaponic Technology, Systems and Supplies. Доступно 13 февраля 2015 г. http://aquaponics.com/page/recommended-plants-and-fish-in-aquaponics .
- ↑ Скотт. «Десять лучших рыб, используемых в системах аквапоники». Empowernetwork. 1 сентября 2013 г. Доступно 6 мая 2015 г. http://www.empowernetwork.com/scottfan/blog/top-ten-fish-used-in-aquaponic-systems/ .
- ↑ «Рекомендуемые растения и рыбы в аквапонике». Nelson & Pade Aquaponic Technology, Systems and Supplies. Доступно 13 февраля 2015 г. http://aquaponics.com/page/recommended-plants-and-fish-in-aquaponics .
- ↑ 2013. Аквапоника. Мировая еда: энциклопедия истории, культуры и социального влияния от охотников-собирателей до эпохи глобализации. 49-50.