Ištirpusio deguonies jutiklių taikymo tiksliojoje aeracijoje atvejo analizė

I. Projekto kontekstas: Indonezijos akvakultūros iššūkiai ir galimybės

Indonezija yra antra pagal dydį akvakultūros gamintoja pasaulyje, o ši pramonė yra labai svarbus jos nacionalinės ekonomikos ir aprūpinimo maistu saugumo ramstis. Tačiau tradiciniai ūkininkavimo metodai, ypač intensyvus ūkininkavimas, susiduria su dideliais iššūkiais:

• Hipoksijos rizika: didelio tankumo tvenkiniuose žuvų kvėpavimui ir organinių medžiagų skaidymui sunaudojamas didelis deguonies kiekis. Nepakankamas ištirpusio deguonies (DO) kiekis lėtina žuvų augimą, sumažina apetitą, padidina stresą ir gali sukelti didelio masto uždusimą bei mirtingumą, o tai ūkininkams sukelia didelių ekonominių nuostolių.
• Didelės energijos sąnaudos: tradiciniai aeratoriai dažnai maitinami dyzeliniais generatoriais arba elektros tinklu ir juos reikia valdyti rankiniu būdu. Siekdami išvengti naktinės hipoksijos, ūkininkai dažnai ilgą laiką nepertraukiamai naudoja aeratorius, todėl sunaudojama didžiulė elektros energija ar dyzelinas, o eksploatavimo išlaidos yra labai didelės.
• Ekstensyvus valdymas: pasikliauti rankiniu patyrimu vertinant vandens deguonies lygį, pavyzdžiui, stebint, ar žuvys „dusina“ paviršiuje, yra labai netikslu. Kai pastebimas dusulys, žuvys jau patiria didelį stresą, todėl pradėti aeraciją šiuo metu dažnai būna per vėlu.

Siekiant spręsti šias problemas, Indonezijoje skatinamos išmaniosios vandens kokybės stebėjimo sistemos, pagrįstos daiktų interneto (IoT) technologija, o ištirpusio deguonies jutiklis atlieka lemiamą vaidmenį.

II. Išsamus technologijų taikymo atvejo tyrimas

Vieta: Vidutinio ir didelio masto tilapijų arba krevečių ūkiai pakrantės ir vidaus vandenyse salose už Javos ribų (pvz., Sumatroje, Kalimantane).

Techninis sprendimas: diegti išmaniąsias vandens kokybės stebėjimo sistemas, integruotas su ištirpusio deguonies jutikliais.

1. Ištirpusio deguonies jutiklis – sistemos „jutimo organas“

• Technologija ir funkcija: Naudoja optinius fluorescencijos pagrindu veikiančius jutiklius. Principas apima fluorescencinių dažų sluoksnį jutiklio gale. Sužadinti tam tikro bangos ilgio šviesa, dažai fluorescuoja. Ištirpusio deguonies koncentracija vandenyje sumažina šios fluorescencijos intensyvumą ir trukmę. Matuojant šį pokytį, tiksliai apskaičiuojama ištirpusio deguonies koncentracija.
• Privalumai (palyginti su tradiciniais elektrocheminiais jutikliais):
  • Nereikalinga priežiūra: nereikia keisti elektrolitų ar membranų; kalibravimo intervalai yra ilgi, todėl reikia minimalios priežiūros.
  • Didelis atsparumas trukdžiams: mažiau jautrus vandens srauto greičiui, vandenilio sulfidui ir kitoms cheminėms medžiagoms, todėl idealiai tinka sudėtingoms tvenkinių aplinkoms.
  • Didelis tikslumas ir greitas reagavimas: teikia nuolatinius, tikslius, realaus laiko DO duomenis.

2. Sistemų integravimas ir darbo eiga

• Duomenų rinkimas: DO jutiklis yra stacionariai įrengiamas kritiniame tvenkinio gylyje (dažnai tolimiausioje nuo aeratoriaus vietoje arba viduriniame vandens sluoksnyje, kur DO paprastai yra mažiausias), ir stebi DO vertes visą parą.
• Duomenų perdavimas: jutiklis siunčia duomenis kabeliu arba belaidžiu ryšiu (pvz., „LoRaWAN“, mobiliojo ryšio tinklu) į saulės energija varomą duomenų kaupiklį / šliuzą tvenkinio pakraštyje.
• Duomenų analizė ir išmanus valdymas: Šliuze yra valdiklis, iš anksto užprogramuotas su viršutinėmis ir apatinėmis DO slenksčio ribomis (pvz., aeravimo pradžia esant 4 mg/l, stabdymas esant 6 mg/l).
• Automatinis vykdymas: kai realaus laiko DO duomenys nukrenta žemiau nustatytos apatinės ribos, valdiklis automatiškai įjungia aeratorių. Jis išjungia aeratorių, kai DO kiekis atsigauna iki saugaus viršutinio lygio. Visam procesui nereikia jokio rankinio įsikišimo.
• Nuotolinis stebėjimas: Visi duomenys vienu metu įkeliami į debesijos platformą. Ūkininkai gali nuotoliniu būdu stebėti kiekvieno tvenkinio ištirpusio deguonies būseną ir istorines tendencijas realiuoju laiku naudodami mobiliąją programėlę arba kompiuterio ataskaitų sritį ir gauti SMS įspėjimus apie mažą deguonies kiekį.

III. Taikymo rezultatai ir vertė

Šios technologijos diegimas Indonezijos ūkininkams atnešė revoliucinių pokyčių:

1. Žymiai sumažintas mirtingumas, padidėjęs derlius ir kokybė:
   • Tikslus stebėjimas visą parą visiškai apsaugo nuo hipoksinių reiškinių, kuriuos sukelia nakties valandos arba staigūs oro pokyčiai (pvz., karštos, ramios popietės), ir taip smarkiai sumažina žuvų mirtingumą.
   • Stabili ištirpusio deguonies aplinka sumažina žuvų stresą, pagerina pašaro konversijos rodiklį (FCR), skatina greitesnį ir sveikesnį augimą ir galiausiai padidina derlių bei produkto kokybę.
2. Didelės energijos ir eksploatavimo išlaidų santaupos:
   • Perjungia veikimą iš „aeravimo visą parą“ į „aeravimo pagal poreikį“, taip 50–70 % sutrumpinant aeratoriaus veikimo laiką.
   • Tai tiesiogiai lemia staigų elektros energijos ar dyzelino kainų sumažėjimą, ženkliai sumažinant bendras gamybos sąnaudas ir pagerinant investicijų grąžą (ROI).
3. Užtikrina tikslų ir išmanų valdymą:
   • Ūkininkai atleidžiami nuo daug darbo reikalaujančios ir netikslios nuolatinės tvenkinių patikros, ypač naktį.
   • Duomenimis pagrįsti sprendimai leidžia moksliškiau planuoti šėrimą, vaistų davimą ir vandens keitimą, sudarydami sąlygas moderniam perėjimui nuo „patirtimi pagrįsto ūkininkavimo“ prie „duomenimis pagrįsto ūkininkavimo“.
4. Patobulintos rizikos valdymo galimybės:
   • Mobilieji įspėjimai leidžia ūkininkams nedelsiant pastebėti nukrypimus nuo normos ir reaguoti nuotoliniu būdu, net ir nebūnant objekte, o tai labai pagerina jų gebėjimą valdyti staigias rizikas.

IV. Iššūkiai ir ateities perspektyvos

• Iššūkiai:
  • Pradinės investicijos išlaidos: Pradinės jutiklių ir automatizavimo sistemų išlaidos išlieka didele kliūtimi smulkiems, individualiems ūkininkams.
  • Techninis mokymas ir pritaikymas: Būtina mokyti tradicinius ūkininkus keisti senus metodus ir išmokti naudoti bei prižiūrėti įrangą.
  • Infrastruktūra: stabilus elektros energijos tiekimas ir tinklo aprėptis atokiose salose yra stabilios sistemos veikimo prielaidos.
• Ateities perspektyvos:
  • Tikimasi, kad įrangos kainos toliau mažės, tobulėjant technologijoms ir pasiekiant masto ekonomiją.
  • Vyriausybės ir nevyriausybinių organizacijų (NVO) subsidijos ir skatinimo programos paspartins šios technologijos diegimą.
  • Ateities sistemos integruos ne tik ištirpusio deguonies, bet ir pH, temperatūros, amoniako, drumstumo bei kitus jutiklius, taip sukurdamos visapusišką „povandeninį daiktų internetą“ tvenkiniams. Dirbtinio intelekto algoritmai leis visiškai automatizuoti ir išmaniai valdyti visą akvakultūros procesą.

Išvada

Ištirpusio deguonies jutiklių taikymas Indonezijos akvakultūroje yra labai reprezentatyvi sėkmės istorija. Tikslus duomenų stebėjimas ir išmanus valdymas leidžia efektyviai spręsti pagrindines pramonės problemas: hipoksijos riziką ir dideles energijos sąnaudas. Ši technologija yra ne tik įrankių atnaujinimas, bet ir ūkininkavimo filosofijos revoliucija, nuolat skatinanti Indonezijos ir pasaulio akvakultūros pramonę kurti efektyvesnę, tvaresnę ir išmanesnę ateitį.