Иновативни апликации и практики на EC сензори за квалитет на вода во индустријата за аквакултура во Казахстан

Како клучна земја во Централна Азија, Казахстан поседува изобилство водни ресурси и огромен потенцијал за развој на аквакултурата. Со напредокот на глобалните технологии за аквакултура и транзицијата кон интелигентни системи, технологиите за следење на квалитетот на водата сè повеќе се применуваат во аквакултурниот сектор во земјата. Оваа статија систематски истражува специфични случаи на примена на сензори за електрична спроводливост (EC) во аквакултурната индустрија во Казахстан, анализирајќи ги нивните технички принципи, практични ефекти и идните трендови на развој. Со испитување на типични случаи како што се одгледување есетра во Каспиското Море, мрестилишта во езерото Балкхаш и рециркулирачки системи за аквакултура во регионот Алмати, овој труд открива како EC сензорите им помагаат на локалните земјоделци да се справат со предизвиците за управување со квалитетот на водата, да ја подобрат ефикасноста на земјоделството и да ги намалат еколошките ризици. Дополнително, статијата ги дискутира предизвиците со кои се соочува Казахстан во трансформацијата на аквакултурната интелигенција и потенцијалните решенија, обезбедувајќи вредни референци за развој на аквакултурата во други слични региони.

Преглед на аквакултурната индустрија во Казахстан и потребите за следење на квалитетот на водата

Како најголема земја без излез на море во светот, Казахстан се гордее со богати водни ресурси, вклучувајќи ги големите водни тела како што се Каспиското Море, езерото Балхаш и езерото Зајсан, како и бројни реки, обезбедувајќи уникатни природни услови за развој на аквакултурата. Аквакултурната индустрија во земјата покажа постојан раст во последниве години, со примарни одгледувани видови, вклучувајќи крап, есетра, пастрмка и сибирска есетра. Одгледувањето есетра во Каспискиот регион, особено, привлече значително внимание поради производството на кавијар со висока вредност. Сепак, аквакултурната индустрија во Казахстан се соочува и со бројни предизвици, како што се значителни флуктуации на квалитетот на водата, релативно заостанати техники на земјоделство и влијанија од екстремни клими, кои сите го ограничуваат понатамошниот развој на индустријата.

Во аквакултурните средини во Казахстан, електричната спроводливост (EC), како критичен параметар за квалитетот на водата, има посебно значење за следење. EC ја одразува вкупната концентрација на растворени јони на сол во водата, директно влијаејќи врз осморегулацијата и физиолошките функции на водните организми. Вредностите на EC значително варираат кај различните водни тела во Казахстан: Каспиското Море, како соленоводно езеро, има релативно високи вредности на EC (приближно 13.000–15.000 μS/cm); западниот регион на езерото Балкхаш, бидејќи е слатководен, има пониски вредности на EC (околу 300–500 μS/cm), додека неговиот источен регион, без излез, покажува поголема соленост (околу 5.000–6.000 μS/cm). Алпските езера како езерото Зајсан покажуваат уште попроменливи вредности на EC. Овие сложени услови за квалитет на водата го прават следењето на EC клучен фактор за успешна аквакултура во Казахстан.

Традиционално, казахстанските земјоделци се потпираа на искуство за да го проценат квалитетот на водата, користејќи субјективни методи како што се набљудување на бојата на водата и однесувањето на рибите за управување. На овој пристап не само што му недостасуваше научна ригорозност, туку и го отежнуваше брзото откривање на потенцијални проблеми со квалитетот на водата, што често доведуваше до смртни случаи на риби во големи размери и економски загуби. Со проширувањето на обемот на земјоделството и зголемувањето на нивоата на интензивирање, побарувачката за прецизно следење на квалитетот на водата станува сè поитна. Воведувањето на EC сензорска технологија ѝ обезбеди на казахстанската аквакултурна индустрија сигурно, реално време и економично решение за следење на квалитетот на водата.

Во специфичниот еколошки контекст на Казахстан, мониторингот на EC има повеќе важни импликации. Прво, вредностите на EC директно ги одразуваат промените во соленоста во водните тела, што е клучно за управување со еурихалинските риби (на пр., есетра) и стенохалинските риби (на пр., виножитна пастрмка). Второ, абнормалните зголемувања на EC може да укажуваат на загадување на водата, како што се испуштање индустриски отпадни води или земјоделски отпадни води што носат соли и минерали. Дополнително, вредностите на EC се негативно корелирани со нивоата на растворен кислород - водата со висок EC обично има помал растворен кислород, што претставува закана за опстанокот на рибите. Затоа, континуираното мониторирање на EC им помага на земјоделците брзо да ги прилагодат стратегиите за управување за да спречат стрес и смртност на рибите.

Казахстанската влада неодамна ја препозна важноста на следењето на квалитетот на водата за одржлив развој на аквакултурата. Во своите национални планови за развој на земјоделството, владата почна да ги охрабрува земјоделските претпријатија да усвојат интелигентна опрема за следење и обезбедува делумни субвенции. Во меѓувреме, меѓународните организации и мултинационалните компании промовираат напредни земјоделски технологии и опрема во Казахстан, дополнително забрзувајќи ја примената на ЕК сензори и други технологии за следење на квалитетот на водата во земјата. Оваа политичка поддршка и воведувањето на технологија создадоа поволни услови за модернизација на аквакултурната индустрија во Казахстан.

Технички принципи и системски компоненти на сензорите за квалитет на вода

Сензорите за електрична спроводливост (ЕС) се основни компоненти на современите системи за следење на квалитетот на водата, кои работат врз основа на прецизни мерења на спроводливиот капацитет на растворот. Во апликациите за аквакултура во Казахстан, ЕС сензорите ги проценуваат вкупните растворени цврсти материи (TDS) и нивоата на соленост со откривање на спроводливите својства на јоните во водата, обезбедувајќи критична поддршка на податоците за управување со земјоделството. Од техничка перспектива, ЕС сензорите првенствено се потпираат на електрохемиски принципи: кога две електроди се потопени во вода и се применува наизменичен напон, растворените јони се движат насочно за да формираат електрична струја, а сензорот ја пресметува вредноста на ЕС со мерење на овој интензитет на струјата. За да се избегнат грешки во мерењето предизвикани од поларизација на електродите, современите ЕС сензори најчесто користат извори на побудување на наизменична струја и техники за мерење со висока фреквенција за да се обезбеди точност и стабилност на податоците.

Во однос на структурата на сензорот, аквакултурните EC сензори обично се состојат од сензорски елемент и модул за обработка на сигнали. Сензорскиот елемент често е направен од електроди од титаниум или платина отпорни на корозија, способни да издржат разни хемикалии во водата за одгледување во подолг временски период. Модулот за обработка на сигнали ги засилува, филтрира и конвертира слабите електрични сигнали во стандардни излези. EC сензорите што најчесто се користат во казахстанските фарми често имаат дизајн со четири електроди, каде што две електроди применуваат константна струја, а другите две мерат разлики во напонот. Овој дизајн ефикасно ги елиминира пречките од поларизацијата на електродите и меѓуфазниот потенцијал, значително подобрувајќи ја точноста на мерењето, особено во земјоделски средини со големи варијации на соленоста.

Компензацијата на температурата е критичен технички аспект на EC сензорите, бидејќи вредностите на EC се значително засегнати од температурата на водата. Современите EC сензори генерално имаат вградени високопрецизни температурни сонди кои автоматски ги компензираат мерењата со еквивалентни вредности на стандардна температура (обично 25°C) преку алгоритми, обезбедувајќи споредливост на податоците. Со оглед на локацијата на Казахстан во внатрешноста, големите дневни варијации на температурата и екстремните сезонски промени на температурата, оваа функција за автоматска компензација на температурата е особено важна. Индустриските EC предаватели од производители како Шандонг Ренке, исто така, нудат рачно и автоматско префрлување на компензацијата на температурата, овозможувајќи флексибилно прилагодување на различни сценарија за земјоделство во Казахстан.

Од перспектива на системска интеграција, EC сензорите во казахстанските фарми за аквакултура обично работат како дел од систем за следење на квалитетот на водата со повеќе параметри. Освен EC, ваквите системи интегрираат функции за следење на критичните параметри на квалитетот на водата, како што се растворен кислород (DO), pH, потенцијал за редукција на оксидација (ORP), заматеност и амонијачен азот. Податоците од различни сензори се пренесуваат преку CAN bus или безжични комуникациски технологии (на пр., TurMass, GSM) до централен контролер, а потоа се прикачуваат на cloud платформа за анализа и складирање. IoT решенијата од компании како Weihai Jingxun Changtong им овозможуваат на земјоделците да гледаат податоци за квалитетот на водата во реално време преку апликации за паметни телефони и да добиваат известувања за абнормални параметри, значително подобрувајќи ја ефикасноста на управувањето.

Табела: Типични технички параметри на сензори за аквакултура EC

Во практичните апликации во Казахстан, методите за инсталација на EC сензори се исто така карактеристични. За големите фарми на отворено, сензорите често се инсталираат преку пловки или методи со фиксна монтажа за да се обезбедат репрезентативни локации за мерење. Во фабричките рециркулациони аквакултурни системи (RAS), инсталацијата на цевководи е вообичаена, со што директно се следат промените во квалитетот на водата пред и по третманот. Онлајн индустриските EC монитори од Gandon Technology исто така нудат опции за инсталација со проток низ водата, погодни за сценарија за земјоделство со висока густина на густина што бара континуирано следење на водата. Со оглед на екстремниот зимски студ во некои казахстански региони, врвните EC сензори се опремени со дизајни против замрзнување за да се обезбеди сигурно работење при ниски температури.

Одржувањето на сензорите е клучно за обезбедување долгорочна сигурност на мониторингот. Чест предизвик со кој се соочуваат казахстанските фарми е биозагадувањето - растот на алги, бактерии и други микроорганизми на површините на сензорите, што влијае на точноста на мерењето. За да се справат со ова, современите EC сензори користат разни иновативни дизајни, како што се системите за самочистење на „Шандонг Ренке“ и технологиите за мерење базирани на флуоресценција, значително намалувајќи ја фреквенцијата на одржување. За сензори без функции за самочистење, специјализирани „држачи за самочистење“ опремени со механички четки или ултразвучно чистење можат периодично да ги чистат површините на електродите. Овие технолошки достигнувања им овозможуваат на EC сензорите да работат стабилно дури и во оддалечени области на Казахстан, минимизирајќи ја рачната интервенција.

Со напредокот во технологиите IoT и вештачката интелигенција, сензорите за електронска заштита еволуираат од обични уреди за мерење во интелигентни јазли за донесување одлуки. Значаен пример е eKoral, систем развиен од Haobo International, кој не само што ги следи параметрите за квалитет на водата, туку користи и алгоритми за машинско учење за да ги предвиди трендовите и автоматски да ја прилагоди опремата за одржување на оптимални услови за земјоделство. Оваа интелигентна трансформација е од огромно значење за одржливиот развој на индустријата за аквакултура во Казахстан, помагајќи им на локалните земјоделци да ги надминат празнините во техничкото искуство и да ја подобрат ефикасноста на производството и квалитетот на производот.

Случај на апликација за мониторинг на ЕК на фарма за есетра во Каспиското Море

Каспискиот регион, една од најважните бази за аквакултура во Казахстан, е познат по висококвалитетното одгледување есетра и производството на кавијар. Сепак, во последниве години, зголемените флуктуации на соленоста во Каспиското Море, заедно со индустриското загадување, претставуваат сериозни предизвици за одгледувањето есетра. Голема фарма за есетра во близина на Актау беше пионер во воведувањето на систем за сензори EC, успешно справувајќи се со овие промени во животната средина преку следење во реално време и прецизни прилагодувања, станувајќи модел за модерна аквакултура во Казахстан.

Фармата се протега на приближно 50 хектари, користејќи полузатворен систем за одгледување првенствено за видови со висока вредност како руската есетра и ѕвездестата есетра. Пред да го усвои мониторингот на ЕК, фармата целосно се потпираше на рачно земање примероци и лабораториска анализа, што резултираше со сериозни доцнења на податоците и неможност за брзо реагирање на промените во квалитетот на водата. Во 2019 година, фармата соработуваше со Haobo International за да распореди паметен систем за следење на квалитетот на водата базиран на IoT, со сензори на ЕК како основни компоненти стратешки поставени на клучни локации како што се влезови за вода, езерца за одгледување и одводни отвори. Системот користи безжичен пренос TurMass за испраќање податоци во реално време до централна контролна соба и мобилни апликации на земјоделците, овозможувајќи непрекинато следење 24/7.

Како еурихалинска риба, касписката есетра може да се прилагоди на низа варијации на соленоста, но нивната оптимална средина за раст бара вредности на EC помеѓу 12.000–14.000 μS/cm. Отстапувањата од овој опсег предизвикуваат физиолошки стрес, влијаејќи на стапките на раст и квалитетот на кавијарот. Преку континуирано следење на EC, земјоделските техничари открија значителни сезонски флуктуации во соленоста на влезната вода: за време на топењето на снегот во пролет, зголемениот прилив на слатка вода од реката Волга и други реки ги намали крајбрежните вредности на EC под 10.000 μS/cm, додека интензивното летно испарување може да ги зголеми вредностите на EC над 16.000 μS/cm. Овие флуктуации често беа занемарени во минатото, што доведе до нееднаков раст на есетрата.

Табела: Споредба на ефектите од примената на мониторингот на ЕК на фармата за касписка есетра

Врз основа на податоци од EC во реално време, фармата имплементираше неколку мерки за прецизно прилагодување. Кога вредностите на EC паднаа под идеалниот опсег, системот автоматски го намалуваше приливот на слатка вода и ја активираше рециркулацијата за да го зголеми времето на задржување на водата. Кога вредностите на EC беа превисоки, се зголемуваше дополнувањето со слатка вода и се подобруваше аерацијата. Овие прилагодувања, претходно базирани на емпириска проценка, сега имаа научна поддршка од податоци, подобрувајќи го времето и обемот на прилагодувањата. Според извештаите на фармата, по усвојувањето на мониторингот на EC, стапките на раст на есетрата се зголемија за 28%, приносите од премиум кавијар се зголемија од 65% на 82%, а смртноста поради проблеми со квалитетот на водата се намали од 12% на 4%.

Мониторингот на EC, исто така, одигра клучна улога во раното предупредување за загадување. Во летото 2021 година, сензорите на EC открија абнормални скокови во вредностите на EC во езерцето над нормалните флуктуации. Системот веднаш издаде предупредување, а техничарите брзо идентификуваа истекување на отпадни води од блиската фабрика. Благодарение на навременото откривање, фармата го изолираше засегнатото езерце и ги активираше системите за итно прочистување, спречувајќи големи загуби. По овој инцидент, локалните агенции за животна средина соработуваа со фармата за да воспостават регионална мрежа за предупредување за квалитетот на водата врз основа на мониторинг на EC, која ги опфаќа пошироките крајбрежни области.

Во однос на енергетската ефикасност, системот за мониторинг на EC донесе значајни придобивки. Традиционално, фармата претеруваше со замена на водата како мерка на претпазливост, трошејќи значителна енергија. Со прецизно мониторирање на EC, техничарите ги оптимизираа стратегиите за размена на вода, правејќи прилагодувања само кога е потребно. Податоците покажаа дека потрошувачката на енергија од пумпата на фармата се намалила за 35%, заштедувајќи околу 25.000 долари годишно во трошоци за електрична енергија. Дополнително, поради постабилните услови на водата, се подобри користењето на храната за есетра, намалувајќи ги трошоците за храна за приближно 15%.

Оваа студија на случај се соочи и со технички предизвици. Околината со висока соленост на Каспиското Море бараше екстремна издржливост на сензорите, при што почетните електроди на сензорите кородираа во рок од неколку месеци. По подобрувањата со употреба на специјални електроди од легура на титаниум и подобрени заштитни куќишта, животниот век се продолжи на повеќе од три години. Друг предизвик беше зимското замрзнување, што влијаеше на перформансите на сензорите. Решението вклучуваше инсталирање мали грејачи и бови против мраз на клучните точки за следење за да се обезбеди работа преку целата година.

Оваа апликација за мониторинг на EC покажува како технолошката иновација може да ги трансформира традиционалните земјоделски практики. Менаџерот на фармата забележа: „Работевме во темнина, но со податоци за EC во реално време, тоа е како да имаме „подводни очи“ - навистина можеме да ја разбереме и контролираме околината на есетрата.“ Успехот на овој случај привлече внимание од други казахстански земјоделски претпријатија, промовирајќи го усвојувањето на сензори за EC низ целата земја. Во 2023 година, Министерството за земјоделство на Казахстан дури разви индустриски стандарди за мониторинг на квалитетот на водата за аквакултура врз основа на овој случај, барајќи од средните и големите фарми да инсталираат основна опрема за мониторинг на EC.

Практики за регулирање на соленоста во рибникот на езерото Балкхаш

Езерото Балхаш, значајна водна површина во југоисточен Казахстан, обезбедува идеална средина за размножување на разни комерцијални видови риби поради неговиот уникатен солен екосистем. Сепак, карактеристична црта на езерото е неговата огромна разлика во соленоста помеѓу исток и запад - западниот регион, кој се напојува од реката Или и други слатководни извори, има ниска соленост (EC ≈ 300–500 μS/cm), додека источниот регион, без излез, акумулира сол (EC ≈ 5.000–6.000 μS/cm). Овој градиент на соленост претставува посебен предизвик за рибниците, поттикнувајќи ги локалните земјоделски претпријатија да истражуваат иновативни апликации на технологијата на сензори за EC.

Рибникот „Аксу“, сместен на западниот брег на езерото Балкхаш, е најголемата база за производство на мамур во регионот, првенствено одгледувајќи слатководни видови како крап, сребрен крап и големоглав крап, а истовремено и тестирајќи специјализирани риби прилагодени на соленкаста вода. Традиционалните методи на рибникот се соочија со нестабилни стапки на рибување, особено за време на пролетното топење на снегот, кога зголемените текови на реката Или предизвикаа драстични флуктуации на EC на влезната вода (200–800 μS/cm), сериозно влијаејќи врз развојот на јајцата и преживувањето на мамурот. Во 2022 година, рибникот воведе автоматизиран систем за регулирање на соленоста базиран на EC сензори, фундаментално трансформирајќи ја оваа ситуација.

Јадрото на системот користи индустриски EC предаватели на „Шандонг Ренке“, кои имаат широк опсег од 0–20.000 μS/cm и висока точност од ±1%, особено погодни за околината со променлива соленост на езерото Балкхаш. Сензорската мрежа е распоредена на клучни точки како што се влезни канали, резервоари за инкубација и резервоари, пренесувајќи податоци преку CAN шина до централен контролер поврзан со уреди за мешање на слатка вода/езерска вода за прилагодување на соленоста во реално време. Системот, исто така, интегрира следење на температурата, растворениот кислород и други параметри, обезбедувајќи сеопфатна поддршка за податоци за управување со инкубатори.

Инкубацијата на јајца од риби е многу чувствителна на промени во соленоста. На пример, јајцата од крап најдобро се изведуваат во опсег на EC од 300–400 μS/cm, при што отстапувањата предизвикуваат намалени стапки на испилување и повисоки стапки на деформитет. Преку континуирано следење на EC, техничарите открија дека традиционалните методи дозволуваат реални флуктуации на EC во резервоарот за инкубација кои далеку ги надминуваат очекувањата, особено за време на размена на вода, со варијации до ±150 μS/cm. Новиот систем постигна прецизност на прилагодување од ±10 μS/cm, зголемувајќи ги просечните стапки на испилување од 65% на 88% и намалувајќи ги деформитетите од 12% на под 4%. Ова подобрување значително ја зголеми ефикасноста на производството на марихуана и економските приноси.

За време на одгледувањето на пржени риби, мониторингот на EC се покажа подеднакво вреден. Инкубаторот користи постепено прилагодување на соленоста за да го подготви прженот за пуштање во различни делови од езерото Балкхаш. Користејќи ја мрежата на сензори на EC, техничарите прецизно ги контролираат градиентите на соленоста низ базените за одгледување, преминувајќи од чиста слатка вода (EC ≈ 300 μS/cm) во солена вода (EC ≈ 3.000 μS/cm). Оваа прецизна аклиматизација ги подобри стапките на преживување на пржените риби за 30-40%, особено за сериите наменети за источните региони со поголема соленост на езерото.

Податоците од мониторингот на EC, исто така, помогнаа да се оптимизира ефикасноста на водните ресурси. Регионот на езерото Балкхаш се соочува со растечки недостиг на вода, а традиционалните инкубатори во голема мера се потпираа на подземните води за прилагодување на соленоста, што беше скапо и неодржливо. Со анализа на историските податоци од сензорите на EC, техничарите развија оптимален модел за мешање на езерото и подземните води, намалувајќи ја употребата на подземните води за 60%, а воедно ги исполнија барањата за инкубатори, заштедувајќи околу 12.000 долари годишно. Оваа практика беше промовирана од локалните агенции за животна средина како модел за зачувување на водата.

Иновативна примена во овој случај беше интегрирањето на мониторингот на EC со временските податоци за изградба на предвидливи модели. Регионот на езерото Балкхаш често доживува обилни врнежи од дожд и топење на снегот напролет, предизвикувајќи ненадејни бранови на протокот на реката Или што влијаат на соленоста на влезот во инкубаторот. Со комбинирање на податоците од мрежата на сензори за EC со временските прогнози, системот ги предвидува промените на влезот во EC 24-48 часа однапред, автоматски прилагодувајќи ги соодносите на мешање за проактивна регулација. Оваа функција се покажа како критична за време на поплавите во пролетта 2023 година, одржувајќи ги стапките на инкубација над 85%, додека традиционалните инкубатори во близина паднаа под 50%.

Проектот се соочи со предизвици во адаптацијата. Водата од езерото Балкхаш содржи високи концентрации на карбонати и сулфати, што доведува до лупење на електродите што ја нарушува точноста на мерењето. Решението беше користење на специјални електроди против лупење со автоматски механизми за чистење кои вршат механичко чистење на секои 12 часа. Дополнително, изобилството на планктон во езерото се залепи за површините на сензорите, што се ублажи со оптимизирање на локациите за инсталација (избегнување на области со висока биомаса) и додавање на УВ стерилизација.

Успехот на инкубаторот „Аксу“ покажува како технологијата на сензори за EC може да се справи со предизвиците на аквакултурата во уникатни еколошки услови. Раководителот на проектот забележа: „Карактеристиките на соленоста на езерото Балкхаш некогаш беа нашата најголема главоболка, но сега тие се научна предност во управувањето - со прецизно контролирање на EC, создаваме идеални средини за различни видови риби и фази на раст.“ Овој случај нуди вредни сознанија за аквакултурата во слични езера, особено оние со градиенти на соленоста или сезонски флуктуации на соленоста.

Исто така, можеме да понудиме различни решенија за

1. Рачен мерач за квалитет на вода со повеќе параметри

2. Систем на пловечки пловци за квалитет на вода со повеќе параметри

3. Автоматска четка за чистење за сензор за вода со повеќе параметри

4. Комплетен сет на сервери и софтверски безжичен модул, поддржува RS485 GPRS /4g/WIFI/LORAWAN

За повеќе сензор за квалитет на вода информации,

ве молиме контактирајте ја Honde Technology Co., LTD.

Email: info@hondetech.com

Веб-страница на компанијата:www.hondetechco.com

Тел: +86-15210548582