Izšķīdušā skābekļa sensoru pielietojuma gadījuma izpēte precīzā aerācijā

I. Projekta pamatojums: Indonēzijas akvakultūras izaicinājumi un iespējas

Indonēzija ir pasaulē otrā lielākā akvakultūras ražotāja, un šī nozare ir kritiski svarīgs tās valsts ekonomikas un pārtikas nodrošinājuma pīlārs. Tomēr tradicionālās lauksaimniecības metodes, īpaši intensīvā lauksaimniecība, saskaras ar ievērojamām problēmām:

• Hipoksijas risks: augsta blīvuma dīķos zivju elpošana un organisko vielu sadalīšanās patērē lielu daudzumu skābekļa. Nepietiekams izšķīdušā skābekļa (DO) daudzums noved pie lēnas zivju augšanas, samazinātas apetītes, paaugstināta stresa un var izraisīt liela mēroga nosmakšanu un mirstību, radot postošus ekonomiskos zaudējumus lauksaimniekiem.
• Augstas enerģijas izmaksas: Tradicionālos aeratorus bieži darbina dīzeļģeneratori vai elektrotīkls, un tiem nepieciešama manuāla vadība. Lai izvairītos no hipoksijas naktī, lauksaimnieki bieži vien ilgstoši darbina aeratorus nepārtraukti, kā rezultātā rodas milzīgs elektroenerģijas vai dīzeļdegvielas patēriņš un ļoti augstas ekspluatācijas izmaksas.
• Plaša apsaimniekošana: Paļaušanās uz manuālu pieredzi, lai novērtētu ūdens skābekļa līmeni, piemēram, novērojot, vai zivis "elso" virspusē, ir ļoti neprecīza. Līdz brīdim, kad tiek novērota elsošana, zivis jau ir pamatīgā stresā, un aerācijas uzsākšana šajā brīdī bieži vien ir par vēlu.

Lai risinātu šīs problēmas, Indonēzijā tiek popularizētas viedās ūdens kvalitātes uzraudzības sistēmas, kuru pamatā ir lietu interneta (IoT) tehnoloģija, un izšķiroša nozīme ir izšķīdušā skābekļa sensoram.

II. Detalizēts tehnoloģiju pielietojuma gadījuma pētījums

Atrašanās vieta: vidēja līdz liela mēroga tilapijas vai garneļu audzētavas piekrastes un iekšzemes apgabalos salās ārpus Javas (piemēram, Sumatrā, Kalimantānā).

Tehniskais risinājums: Viedu ūdens kvalitātes uzraudzības sistēmu, kas integrētas ar izšķīdušā skābekļa sensoriem, ieviešana.

1. Izšķīdušā skābekļa sensors — sistēmas “maņu orgāns”

• Tehnoloģija un funkcija: Izmanto optiskos fluorescences sensorus. Princips ietver fluorescējošas krāsvielas slāni sensora galā. Kad to ierosina noteikta viļņa garuma gaisma, krāsviela fluorescē. Ūdenī izšķīdušā skābekļa koncentrācija samazina šīs fluorescences intensitāti un ilgumu. Izmērot šīs izmaiņas, tiek precīzi aprēķināta DO koncentrācija.
• Priekšrocības (salīdzinājumā ar tradicionālajiem elektroķīmiskajiem sensoriem):
  • Bez apkopes: Nav nepieciešams nomainīt elektrolītus vai membrānas; kalibrēšanas intervāli ir gari, tāpēc nepieciešama minimāla apkope.
  • Augsta izturība pret traucējumiem: Mazāk jutīgs pret ūdens plūsmas ātruma, sērūdeņraža un citu ķīmisku vielu radītiem traucējumiem, padarot to ideāli piemērotu sarežģītām dīķu vidēm.
  • Augsta precizitāte un ātra reaģēšana: Nodrošina nepārtrauktus, precīzus DO datus reāllaikā.

2. Sistēmu integrācija un darbplūsma

• Datu iegūšana: DO sensors tiek pastāvīgi uzstādīts kritiskā dziļumā dīķī (bieži vien vistālāk no aeratora vai vidējā ūdens slānī, kur DO parasti ir viszemākais), uzraugot DO vērtības 24 stundas diennaktī, 7 dienas nedēļā.
• Datu pārraide: Sensors nosūta datus pa kabeli vai bezvadu režīmā (piemēram, LoRaWAN, mobilo sakaru tīklu) uz saules enerģijas datu reģistrētāju/vārteju dīķa malā.
• Datu analīze un inteliģenta vadība: Vārteja satur kontrolieri, kas ir iepriekš ieprogrammēts ar augšējiem un apakšējiem DO robežvērtībām (piemēram, aerācijas sākšana pie 4 mg/l, apstāšanās pie 6 mg/l).
• Automātiska izpilde: Kad reāllaika DO dati nokrītas zem iestatītās apakšējās robežas, kontrolieris automātiski aktivizē aeratoru. Tas izslēdz aeratoru, kad DO atjaunojas līdz drošam augšējam līmenim. Visam procesam nav nepieciešama manuāla iejaukšanās.
• Attālā uzraudzība: Visi dati tiek vienlaikus augšupielādēti mākoņplatformā. Lauksaimnieki var attālināti reāllaikā uzraudzīt katra dīķa DO statusu un vēsturiskās tendences, izmantojot mobilo lietotni vai datora vadības paneli, un saņemt SMS brīdinājumus par zemu skābekļa līmeni.

III. Pieteikuma rezultāti un vērtība

Šīs tehnoloģijas ieviešana ir nesusi revolucionāras pārmaiņas Indonēzijas lauksaimniekiem:

1. Ievērojami samazināta mirstība, palielināta raža un kvalitāte:
   • Precīza uzraudzība visu diennakti, 7 dienas nedēļā, pilnībā novērš hipoksiskus gadījumus, ko izraisa nakts stundas vai pēkšņas laika apstākļu izmaiņas (piemēram, karstas, mierīgas pēcpusdienas), ievērojami samazinot zivju mirstību.
   • Stabila DO vide samazina zivju stresu, uzlabo barības konversijas koeficientu (FCR), veicina ātrāku un veselīgāku augšanu un galu galā palielina ražu un produkta kvalitāti.
2. Ievērojami ietaupījumi enerģijas un ekspluatācijas izmaksās:
   • Pārslēdz darbību no “aerācijas visu diennakti” uz “aerācijas režīmu pēc pieprasījuma”, samazinot aeratora darbības laiku par 50–70 %.
   • Tas tieši noved pie strauja elektroenerģijas vai dīzeļdegvielas izmaksu krituma, ievērojami samazinot kopējās ražošanas izmaksas un uzlabojot ieguldījumu atdevi (ROI).
3. Nodrošina precīzu un inteliģentu pārvaldību:
   • Lauksaimnieki tiek atbrīvoti no darbietilpīgā un neprecīzā uzdevuma, kas saistīts ar pastāvīgām dīķu pārbaudēm, īpaši naktī.
   • Uz datiem balstīti lēmumi ļauj zinātniskāk plānot barošanu, medikamentu lietošanu un ūdens apmaiņu, tādējādi nodrošinot mūsdienīgu pāreju no “uz pieredzi balstītas lauksaimniecības” uz “uz datiem balstītu lauksaimniecību”.
4. Uzlabotas risku pārvaldības iespējas:
   • Mobilie brīdinājumi ļauj lauksaimniekiem nekavējoties uzzināt par novirzēm un reaģēt attālināti, pat neatrodoties objektā, tādējādi ievērojami uzlabojot viņu spēju pārvaldīt pēkšņus riskus.

IV. Izaicinājumi un nākotnes perspektīvas

• Izaicinājumi:
  • Sākotnējās ieguldījumu izmaksas: Sensoru un automatizācijas sistēmu sākotnējās izmaksas joprojām ir ievērojams šķērslis maziem, individuāliem lauksaimniekiem.
  • Tehniskā apmācība un ieviešana: Ir nepieciešams apmācīt tradicionālos lauksaimniekus mainīt vecās prakses un apgūt aprīkojuma lietošanu un apkopi.
  • Infrastruktūra: Stabila elektroapgāde un tīkla pārklājums attālās salās ir priekšnoteikumi stabilai sistēmas darbībai.
• Nākotnes perspektīvas:
  • Paredzams, ka iekārtu izmaksas turpinās samazināties, attīstoties tehnoloģijām un sasniedzot apjomradītus ietaupījumus.
  • Valdības un nevalstisko organizāciju (NVO) subsīdijas un veicināšanas programmas paātrinās šīs tehnoloģijas ieviešanu.
  • Nākotnes sistēmas integrēs ne tikai DO, bet arī pH, temperatūras, amonjaka, duļķainības un citus sensorus, radot visaptverošu “zemūdens lietu internetu” dīķiem. Mākslīgā intelekta algoritmi nodrošinās pilnībā automatizētu un inteliģentu visa akvakultūras procesa pārvaldību.

Secinājums

Izšķīdušā skābekļa sensoru izmantošana Indonēzijas akvakultūrā ir ļoti reprezentatīvs veiksmes stāsts. Pateicoties precīzai datu uzraudzībai un inteliģentai vadībai, tā efektīvi risina nozares galvenās problēmas: hipoksijas risku un augstās enerģijas izmaksas. Šī tehnoloģija ir ne tikai instrumentu modernizācija, bet arī revolūcija lauksaimniecības filozofijā, virzot Indonēzijas un pasaules akvakultūras nozari uz efektīvāku, ilgtspējīgāku un inteliģentāku nākotni.