IMTA-RAS systémy - Modelování, řízení a návrh experimentů

Integrovaný multitrofický akvakulturní systém (IMTA) zahrnuje více vodních organismů z různých trofických úrovní, které jsou chovány integrovaným způsobem s cílem zvýšit efektivitu, snížit odpad a poskytovat ekosystémové služby, jako je bioremediace. Recirkulační akvakulturní systém (RAS) umožňuje opětovné využití vody z rybích nádrží, čímž snižuje provozní náklady a riziko onemocnění. Ve většině případů je odpadní voda z rybích nádrží v RAS čištěna bakteriálním biofiltrem, okysličována a recirkulována.

Kombinace IMTA a RAS do IMTA-RAS systému má za cíl optimalizovat využití živin recyklací akvakulturních odpadů jako potravy pro společně chované organismy. Integrace RAS a IMTA rovněž podporuje vývoj nových akvakulturních produktů a může zvýšit ekonomickou návratnost.

Příklad simulace hydrodynamiky v nádrži IMTA-RAS: CFD modelování umožňuje analyzovat proudění a světelné podmínky důležité pro růst řas.

Kromě biologických aspektů vyžaduje úspěšný provoz systému IMTA-RAS i vhodný návrh a řízení všech jeho částí, včetně senzorů a řídicích algoritmů. Specifickou oblastí výzkumu a vývoje systémů pro kultivaci řas je modelování a simulace hydrodynamických podmínek pomocí výpočtové dynamiky tekutin (CFD). CFD simulace slouží k určení světelného režimu, kterému jsou řasy vystaveny [1], nebo k predikci růstu řas integrací dynamiky tekutin a reakční kinetiky [2]. Pro problematiku návrhu experimentů při identifikaci modelů viz naše práce [3, 4, 5].

Experimentální laboratorní nádrž s dolním probubláváním pro pěstování makrořas. Šipky označují rychlost pohybu listů zelené makrořasy Ulva ohnoi.

Tento projekt zdůrazňuje jak složité interakce biotických a abiotických faktorů ovlivňujících výkon a stabilitu IMTA-RAS systémů, tak i současný nedostatek spolehlivých matematických modelů a empirických dat pro optimalizaci růstu makro- a mikrořasových konsorcií v nádržích IMTA-RAS. Řešením je komplexní mechanistický přístup k modelování a optimalizaci růstu konsorcia v systému IMTA-RAS.

Projekt zahrnuje 3 podprojekty:

1. návrh experimentálních zařízení s vhodnými senzory a řízením pro laboratorní a malé kultivace;
2. matematické modelování rozložení světla a distribuce rozpuštěného kyslíku v probublávané nádrži pomocí vhodného CFD softwaru;
3. optimalizace kultivačních podmínek pro růst řasového konsorcia v IMTA-RAS systému.