Студија случаја примене сензора раствореног кисеоника у прецизној аерацији

I. Позадина пројекта: Изазови и могућности индонежанске аквакултуре

Индонезија је други највећи произвођач аквакултуре на свету, а индустрија је кључни стуб њене националне економије и безбедности хране. Међутим, традиционалне методе пољопривреде, посебно интензивна пољопривреда, суочавају се са значајним изазовима:

• Ризик од хипоксије: У рибњацима са високом густином насељавања, дисање риба и разградња органске материје троше велике количине кисеоника. Недовољно раствореног кисеоника (ДО) доводи до спорог раста риба, смањеног апетита, повећаног стреса и може изазвати гушење и смртност великих размера, што резултира разорним економским губицима за пољопривреднике.
• Високи трошкови енергије: Традиционални аератори се често напајају дизел генераторима или мрежом и захтевају ручно управљање. Да би избегли ноћну хипоксију, пољопривредници често користе аераторе континуирано током дужег периода, што доводи до огромне потрошње електричне енергије или дизела и веома високих оперативних трошкова.
• Екстензивно управљање: Ослањање на ручно искуство за процену нивоа кисеоника у води - као што је посматрање да ли рибе „дахћу“ на површини - је веома нетачно. До тренутка када се примети дахтање, рибе су већ озбиљно под стресом и започињање аерације у овом тренутку је често прекасно.

Да би се решили ови проблеми, у Индонезији се промовишу интелигентни системи за праћење квалитета воде засновани на технологији Интернета ствари (IoT), при чему сензор раствореног кисеоника игра кључну улогу.

II. Детаљна студија случаја примене технологије

Локација: Фарме тилапије или шкампа средњег до великог обима у приобалним и унутрашњим деловима острва ван Јаве (нпр. Суматра, Калимантан).

Техничко решење: Примена интелигентних система за праћење квалитета воде интегрисаних са сензорима раствореног кисеоника.

1. Сензор раствореног кисеоника – „сензорни орган“ система

• Технологија и функција: Користи сензоре засноване на оптичкој флуоресценцији. Принцип укључује слој флуоресцентне боје на врху сензора. Када је побуђена светлошћу одређене таласне дужине, боја флуоресцира. Концентрација раствореног кисеоника у води гаси (смањује) интензитет и трајање ове флуоресценције. Мерењем ове промене, концентрација раствореног кисеоника се прецизно израчунава.
• Предности (у односу на традиционалне електрохемијске сензоре):
  • Без одржавања: Нема потребе за заменом електролита или мембрана; интервали калибрације су дуги, што захтева минимално одржавање.
  • Висока отпорност на сметње: Мање је подложан сметњама од протока воде, водоник-сулфида и других хемикалија, што га чини идеалним за сложена окружења језера.
  • Висока тачност и брз одзив: Пружа континуиране, тачне податке о раствореном кисеонику у реалном времену.

2. Системска интеграција и ток рада

• Прикупљање података: Сензор раствореног кислорода је трајно инсталиран на критичној дубини у језеру (често у подручју најудаљенијем од аератора или у средњем слоју воде, где је растворени кислород обично најнижи), пратећи вредности раствореног кислорода 24/7.
• Пренос података: Сензор шаље податке путем кабла или бежично (нпр. LoRaWAN, мобилна мрежа) до уређаја за снимање података/гејтвеја на соларни погон на ивици језера.
• Анализа података и интелигентна контрола: Гејтвеј садржи контролер унапред програмиран са горњим и доњим граничним вредностима раствореног кисеоника (нпр. почетак аерације на 4 мг/Л, заустављање на 6 мг/Л).
• Аутоматско извршавање: Када подаци о раствореном кисеонику у реалном времену падну испод подешене доње границе, контролер аутоматски активира аератор. Искључује аератор када се растворени кисеоник врати на безбедан горњи ниво. Читав процес не захтева ручну интервенцију.
• Даљинско праћење: Сви подаци се истовремено отпремају на облачну платформу. Пољопривредници могу даљински пратити статус раствореног кисеоника и историјске трендове сваког рибњака у реалном времену путем мобилне апликације или контролне табле на рачунару и примати СМС упозорења за услове са ниским садржајем кисеоника.

III. Резултати и вредност примене

Усвајање ове технологије донело је револуционарне промене индонежанским пољопривредницима:

1. Значајно смањена смртност, повећан принос и квалитет:
   • Прецизно праћење 24/7 потпуно спречава хипоксичне догађаје изазване ноћним сатима или наглим временским променама (нпр. врућа, мирна поподнева), драстично смањујући смртност риба.
   • Стабилно растворено окружење смањује стрес код риба, побољшава конверзију хране (FCR), подстиче бржи и здравији раст и на крају повећава принос и квалитет производа.
2. Значајне уштеде на енергији и оперативним трошковима:
   • Пребацује рад са „24/7 аерације“ на „аерацију по потреби“, смањујући време рада аератора за 50%-70%.
   • Ово директно доводи до наглог пада трошкова електричне енергије или дизела, значајно смањујући укупне трошкове производње и побољшавајући повраћај инвестиције (ROI).
3. Омогућава прецизност и интелигентно управљање:
   • Пољопривредници су ослобођени радно интензивног и нетачног задатка сталних провера језера, посебно током ноћи.
   • Одлуке засноване на подацима омогућавају научније заказивање храњења, лекова и размене воде, омогућавајући модеран прелаз са „пољопривреде засноване на искуству“ на „пољопривреду засновану на подацима“.
4. Побољшане могућности управљања ризицима:
   • Мобилна упозорења омогућавају пољопривредницима да одмах буду свесни абнормалности и да реагују даљински, чак и када нису на лицу места, што значајно побољшава њихову способност да управљају изненадним ризицима.

IV. Изазови и будући изгледи

• Изазови:
  • Почетни трошкови улагања: Почетни трошкови сензора и система за аутоматизацију остају значајна препрека за мале, индивидуалне пољопривреднике.
  • Техничка обука и усвајање: Неопходна је обука традиционалних пољопривредника да промене старе праксе и науче како да користе и одржавају опрему.
  • Инфраструктура: Стабилно напајање и покривеност мрежом на удаљеним острвима су предуслови за стабилан рад система.
• Будући изгледи:
  • Очекује се да ће трошкови опреме наставити да опадају како технологија сазрева и постижу се економије обима.
  • Субвенције и програми промоције владе и невладиних организација (НВО) убрзаће усвајање ове технологије.
  • Будући системи ће интегрисати не само растворени кисеоник, већ и сензоре за pH, температуру, амонијак, мутноћу и друге сензоре, стварајући свеобухватни „подводни интернет ствари“ за језерца. Алгоритми вештачке интелигенције омогућиће потпуно аутоматизовано, интелигентно управљање целим процесом аквакултуре.

Закључак

Примена сензора раствореног кисеоника у индонежанској аквакултури је веома репрезентативна прича о успеху. Кроз прецизно праћење података и интелигентну контролу, ефикасно се решавају главне проблеме индустрије: ризик од хипоксије и високи трошкови енергије. Ова технологија не представља само надоградњу алата већ револуцију у филозофији пољопривреде, стално водећи индонежанску и глобалну индустрију аквакултуре ка ефикаснијој, одрживијој и интелигентнијој будућности.