פילטר ביו של בריכה
חקלאות מים היא חקלאות של אורגניזמים מימיים כגון דגים, סרטנים, רכיכות וצמחי מים, הביקוש העולמי לדגים סיפק את הדחף לצמיחה מהירה בחקלאות ימית. בשנת 2012 היו 66.6 מיליון טון דגים שיוצרו על ידי חקלאות ימית, שהיוו 42.2% מתוצרת דגי המזון בעולם. בנוסף, חקלאות ימית היא אחד מענפי ייצור המזון הצומחים ביותר, עם צמיחה של 6.5% בממוצע בתקופה שבין 2000 ל-2012.
ניתן לסווג מערכות חקלאות מים לשלוש קטגוריות עיקריות: נרחבות, אינטנסיביות למחצה ואינטנסיביות, בהתבסס על ייצור ליחידת נפח (m 3 ) או יחידת שטח (m 2 ). אגמים קטנים טבעיים נופלים במערכות נרחבות טיפוסיות, תרבות בריכות עם האכלה או אוורור בחצי אינטנסיבי, ומערכות חקלאות ימית חוזרות אינטנסיביות.
מערכות חקלאות ימית חוזרות (RAS) הן מערכות מבוססות מיכלים שבהן פרמטרים סביבתיים נשלטים באופן מוחלט, כך שניתן לאגור דגים בצפיפות גבוהה. טכנולוגיית RAS פותחה ושוכללה בשלושת העשורים האחרונים. לטכנולוגיית RAS יש את היכולת לעבוד בקיבולת גבוהה עם פחות מים והם דרישה בהשוואה לגידול דגים מסורתי, כמו כן RAS יכול להפחית את השימוש בכימיקלים ובאנטיביוטיקה ואת סילוק הפסולת; בנוסף, RAS מותאם למין, מה שאומר שניתן לייצר דגים כל השנה. עם זאת, RAS זקוקה להון גבוה ולהשקעה תפעולית שהיא החיסרון העיקרי. יתרה מכך, זוהי מערכת מורכבת להפעלה ויש צורך במומחיות לתחזוקה ולמעקב.
בקרת איכות המים ב-RAS מושגת על ידי רכיבים רבים ושונים. באופן כללי, RAS מורכב ממחמם או מחליף חום להתאמת טמפרטורת המים, מערכת אוורור להפחתת ריכוז CO 2 מומס, מערכת חמצון לאספקת מספיק חמצן, מסנני תוף להסרת מוצקים מרחפים, מערכת חיטוי (ציוד UV ואוזון) להשבתת פתוגנים ומערכת ביולוגית לסילוק פסולת חנקן. האלקליניות במערכת נשלטת על ידי הוספת כימיקלים לתוכה.
ישנם סוגים רבים של מערכות ביופילם המשמשות לטיפול במים, כגון פילטרים ביולוגיים מטפטפים, מגע ביולוגי מסתובב (RBC), ביו-פילטרים של מדיה גרגרית, ביו-פילטרים של חרוזים צפים ומסננים ביולוגיים של מיטה נוזלית, לכולם יש יתרונות וחסרונות. המסנן המטפטף אינו יעיל בנפח; כשלים מכניים נחוו לעתים קרובות במגעים ביולוגיים מסתובבים; הביו-פילטרים של מדיה גרגרית זקוקים להבהבה חוזרת תקופתית וכורי המיטה הנוזלת מראים חוסר יציבות הידראולית. בהקשר זה, טכנולוגיית הביופילם של מיטה נעה (MBBR) פותחה בסוף שנות השמונים ותחילת שנות התשעים בנורבגיה.
כעת MBBR יושם ברחבי העולם לטיפול בשפכים עירוניים ותעשייתיים, כמו גם לטיפול במים בחקלאות ימית. בענף החקלאות הימית מיישמים MBBR בעיקר לצורך ניטריפיקציה וכן לפינוי חומרים אורגניים. על מנת למנוע מהחיידקים ההטרוטרופיים הצורכים חומר אורגני מדכאים את החיידקים המחנקים בעומסים אורגניים גבוהים, MBBR מופעל תמיד בעומסים אורגניים נמוכים במערכת חקלאות ימית.
בהשוואה לרוב כורי הביופילם האחרים, MBBR מנצל את כל נפח המיכל לגידול ביומסה, יש לו גם אובדן ראש לא משמעותי ואין לו צורך בשטיפת חזרה תקופתית ואינו רגיש לסתימה. בנוסף, חלק המילוי של נושאי ביופילם בכור יכול להיות כפוף להעדפות. עם זאת, מומלץ כי שברי המילוי יהיו פחות מ-70% כדי לשמור על המנשא תלוי בחופשיות בכור.
MBBR היא טכנולוגיה המבוססת על תיאוריית ביופילם, עם ביופילם פעיל הגדל על נושאי פלסטיק (או ביומדיה) שתוכננו במיוחד, התלויים בכור. ניתן להפעיל אותו הן בתנאים אירוביים והן בתנאים אנאירוביים, הביומדיה נשמרת על ידי תסיסה ממפזרי אוורור, בעוד שבמקרים אנאירוביים משתמשים במיקסר כדי לשמור על תנועת הביומדיה. חומרי ביו-מדיה עשויים מחומרים שונים, ושימוש נפוץ בפוליאתילן בצפיפות גבוהה, בעל צפיפות של כ-0.95g/cm 3. על מנת לספק שטח פנים ספציפי מרבי (m 2 /m 3), ביו-מדיה מעוצבות בצורות וגדלים שונים.