Główne substancje zanieczyszczające wodę akwakultury i ich wpływ na zwierzęta wodne

W przypadku akwakultury zarządzanie zanieczyszczeniami w stawach hodowlanych ma kluczowe znaczenie. Do powszechnych substancji zanieczyszczających wodę akwakultury należą substancje azotowe i związki fosforu. Do substancji azotowych zalicza się między innymi azot amonowy, azot azotynowy, azot azotanowy, rozpuszczony azot organiczny. Związki fosforu obejmują reaktywne fosforany i fosfor organiczny. W tym artykule omówiono główne zanieczyszczenia wody pochodzące z akwakultury i ich wpływ na zwierzęta wodne. Przyjrzyjmy się najpierw uproszczonemu diagramowi, aby ułatwić zapamiętywanie i zrozumienie.

Poniżej przedstawimy szczegółowe wyjaśnienia.

Azot amonowy jest jedną z głównych substancji zanieczyszczających wodę akwakultury, powstającą głównie w wyniku rozkładu w wodzie resztek paszy i produktów przemiany materii zwierząt akwakultury. Nagromadzenie azotu amonowego w organizmie może uszkodzić tkankę naskórka i skrzela ryb, zakłócając biologiczną aktywność enzymów. Nawet niskie stężenia azotu amonowego (>1 mg/l) mogą mieć toksyczne działanie na zwierzęta akwakultury, zwłaszcza wysoce toksyczny niejonizowany amoniak, który może powodować szkody w bardzo niskich stężeniach. Zwiększone stężenie azotu amonowego w środowisku prowadzi również do zmniejszenia wydalania azotu przez organizmy wodne, ograniczając pobieranie przez nie substancji zawierających amoniak, co ostatecznie wpływa na prawidłowy wzrost i rozwój zwierząt wodnych. Wysokie stężenia azotu amonowego w środowisku mogą również wpływać na równowagę osmotyczną zwierząt wodnych, prowadząc do zmniejszenia zdolności przenoszenia tlenu i braku możliwości wydalania toksycznych substancji z ich organizmu. Większość krajowych i międzynarodowych badań nad uzdatnianiem wody akwakultury koncentruje się na uzdatnianiu azotu amonowego.

Azotyn w akwakulturze jest głównie produktem pośrednim powstającym podczas procesów nitryfikacji lub denitryfikacji. Może przedostać się do organizmu przez skrzela zwierząt akwakultury i zmniejszyć zdolność hemoglobiny do przenoszenia tlenu we krwi, powodując niedotlenienie i śmierć zwierząt wodnych. Należy zwrócić uwagę na akumulację azotynów w zbiornikach wodnych, zwłaszcza w nowo eksploatowanych systemach, która może mieć znaczący toksyczny wpływ na organizmy akwakultury.

Azotany mają stosunkowo niską toksyczność dla ryb, dlatego nie ma określonego stężenia granicznego, ale wysokie stężenia mogą wpływać na smak produktów akwakultury. Azot azotanowy podczas procesów denitryfikacji może również wytwarzać azot azotawy, który może być toksyczny dla organizmów akwakultury. Doniesienia literaturowe wskazują, że akumulacja azotu azotanowego może prowadzić do spowolnienia wzrostu i chorób organizmów akwakultury. Powszechnie uważa się, że podczas akwakultury łososia poziom azotanów w wodzie powinien być utrzymywany poniżej 7,9 mg/l. Dlatego w procesie uzdatniania wody akwakultury różne przemiany azotu nie powinny ślepo przekształcać się w sam azot azotanowy, należy także zwrócić uwagę na usunięcie azotu azotanowego.

Rozpuszczony azot organiczny w wodzie akwakultury pochodzi głównie z pozostałości paszy, odchodów i produktów przemiany materii organizmów akwakultury. Rozpuszczony azot organiczny w wodzie akwakultury ma stosunkowo prostą strukturę, dobrą biodegradowalność i może być łatwo wykorzystany przez mikroorganizmy, osiągając dobrą skuteczność usuwania w konwencjonalnych procesach biologicznego oczyszczania. Gdy stężenie azotu organicznego w wodzie nie jest wysokie, ma on niewielki wpływ na organizmy wodne. Jednakże, gdy azot organiczny gromadzi się w pewnym stopniu, może sprzyjać namnażaniu się patogennych i szkodliwych mikroorganizmów, pogarszając jakość wody oraz powodując choroby i śmierć organizmów akwakultury.

Aktywne fosforany w roztworach wodnych mogą występować w postaciach takich jak PO3-4,HPO2-4,H₂PO-4–H₃PO₄, przy czym ich względne proporcje (współczynniki podziału) zmieniają się wraz ze zmianą pH. Mogą być bezpośrednio wykorzystywane przez glony, bakterie i rośliny. Aktywne fosforany wywierają minimalną bezpośrednią szkodę dla ryb, ale mogą sprzyjać rozległemu wzrostowi glonów i bakterii w wodzie, zużywając tlen i upośledzając wzrost ryb. Usuwanie fosforanów z wody akwakultury opiera się głównie na chemicznym wytrącaniu i adsorpcji. Wytrącanie chemiczne polega na dodawaniu środków chemicznych do wody w celu utworzenia osadów fosforanowych w procesach wytrącania chemicznego, po których następuje flokulacja i oddzielanie substancji stałych od cieczy w celu usunięcia fosforanów z wody. Adsorpcja wykorzystuje adsorbenty o dużej powierzchni i licznych porach, aby umożliwić fosforowi w ściekach poddanie się wymianie jonowej, kompleksowaniu koordynacyjnemu, adsorpcji elektrostatycznej i reakcjom wytrącania powierzchniowego, usuwając w ten sposób fosfor z wody.

Fosfor całkowity odnosi się do sumy fosforu rozpuszczalnego i fosforu cząsteczkowego. Fosfor rozpuszczalny w wodzie można dalej podzielić na rozpuszczalny fosfor organiczny i rozpuszczalny fosfor nieorganiczny, przy czym rozpuszczalny fosfor nieorganiczny występuje głównie w postaci aktywnych fosforanów. Fosfor w postaci cząstek odnosi się do form fosforu obecnych na powierzchni lub wewnątrz cząstek zawieszonych w wodzie, które zwykle są trudne do bezpośredniego wykorzystania przez zwierzęta wodne. Fosfor organiczny w postaci cząstek występuje głównie w tkankach komórkowych i szczątkach organicznych tkanek zwierząt wodnych, podczas gdy fosfor nieorganiczny w postaci cząstek adsorbuje się głównie na zawieszonych minerałach ilastych.

Podsumowując, najważniejszym zadaniem w akwakulturze jest regulacja środowiska wodnego akwakultury z uwzględnieniem różnych czynników w celu stworzenia zrównoważonego środowiska wodnego, minimalizując w ten sposób straty i maksymalizując korzyści ekonomiczne. Sposób regulacji środowiska wodnego będzie analizowany w kolejnych artykułach.