Дослідження прикладу застосування датчиків розчиненого кисню в прецизійній аерації

I. Передумови проекту: Виклики та можливості індонезійської аквакультури

Індонезія є другим за величиною виробником аквакультури у світі, а ця галузь є важливою опорою її національної економіки та продовольчої безпеки. Однак традиційні методи ведення сільського господарства, особливо інтенсивне землеробство, стикаються зі значними викликами:

• Ризик гіпоксії: У ставках з високою щільністю популяції дихання риб та розкладання органічної речовини споживають велику кількість кисню. Недостатня кількість розчиненого кисню (РК) призводить до уповільнення росту риб, зниження апетиту, підвищення стресу та може спричинити масштабне задухання та смертність, що призводить до руйнівних економічних втрат для фермерів.
• Високі витрати на енергію: Традиційні аератори часто працюють від дизельних генераторів або мережі та потребують ручного керування. Щоб уникнути нічної гіпоксії, фермери часто безперервно використовують аератори протягом тривалого часу, що призводить до величезного споживання електроенергії або дизельного палива та дуже високих експлуатаційних витрат.
• Екстенсивне управління: Покладання на ручний досвід для оцінки рівня кисню у воді, наприклад, спостереження за тим, чи риба «задихається» на поверхні, є дуже неточним. На момент виявлення задишки риба вже перебуває у сильному стресі, і починати аерацію на цьому етапі часто буває занадто пізно.

Для вирішення цих проблем в Індонезії просуваються інтелектуальні системи моніторингу якості води на основі технології Інтернету речей (IoT), де ключову роль відіграє датчик розчиненого кисню.

II. Детальне дослідження прикладу застосування технології

Розташування: ферми з вирощування тілапії або креветок середнього та великого масштабу в прибережних та внутрішніх районах островів за межами Яви (наприклад, Суматра, Калімантан).

Технічне рішення: Розгортання інтелектуальних систем моніторингу якості води, інтегрованих з датчиками розчиненого кисню.

1. Датчик розчиненого кисню – «орган чуття» системи

• Технологія та функції: Використовує оптичні флуоресцентні датчики. Принцип полягає в шарі флуоресцентного барвника на кінчику датчика. При збудженні світлом певної довжини хвилі барвник флуоресціює. Концентрація розчиненого кисню у воді гасить (зменшує) інтенсивність та тривалість цієї флуоресценції. Вимірюючи цю зміну, точно розраховується концентрація розчиненого розчину.
• Переваги (у порівнянні з традиційними електрохімічними датчиками):
  • Не потребує обслуговування: Немає потреби замінювати електроліти або мембрани; інтервали калібрування довгі, що вимагає мінімального обслуговування.
  • Висока стійкість до перешкод: Менша чутливість до перешкод від швидкості потоку води, сірководню та інших хімічних речовин, що робить його ідеальним для складних середовищ ставків.
  • Висока точність та швидка реакція: забезпечує безперервне, точне отримання даних про розчинений розчин у режимі реального часу.

2. Системна інтеграція та робочий процес

• Збір даних: Датчик розчиненого розчину постійно встановлюється на критичній глибині у ставку (часто в зоні, найвіддаленішій від аератора, або в середньому шарі води, де рівень розчиненого розчину зазвичай найнижчий), контролюючи значення розчиненого розчину цілодобово.
• Передача даних: Датчик надсилає дані через кабель або бездротовий зв'язок (наприклад, LoRaWAN, стільникова мережа) до реєстратора даних/шлюзу на сонячній енергії на краю ставка.
• Аналіз даних та інтелектуальне керування: Шлюз містить контролер, попередньо запрограмований верхніми та нижніми пороговими значеннями розчиненого розчину (наприклад, запустити аерацію на рівні 4 мг/л, зупинити на рівні 6 мг/л).
• Автоматичне виконання: Коли дані про розчинений розчин (РК) у режимі реального часу падають нижче встановленої нижньої межі, контролер автоматично активує аератор. Він вимикає аератор, як тільки РК відновлюється до безпечного верхнього рівня. Весь процес не потребує ручного втручання.
• Дистанційний моніторинг: усі дані одночасно завантажуються на хмарну платформу. Фермери можуть дистанційно контролювати стан розчиненого кисню та історичні тенденції кожного ставка в режимі реального часу через мобільний додаток або панель керування комп’ютером, а також отримувати SMS-сповіщення про умови низького рівня кисню.

III. Результати та цінність застосування

Впровадження цієї технології принесло революційні зміни індонезійським фермерам:

1. Значно знижена смертність, підвищена врожайність та якість:
   • Цілодобовий точний моніторинг повністю запобігає гіпоксії, спричиненій нічними годинами або раптовими змінами погоди (наприклад, спекотними, тихими днями), різко знижуючи смертність риби.
   • Стабільне розчинене середовище зменшує стрес риб, покращує коефіцієнт конверсії корму (FCR), сприяє швидшому та здоровішому росту та, зрештою, підвищує врожайність та якість продукції.
2. Значна економія на енерговитратах та експлуатаційних витратах:
   • Перемикає режим роботи з «цілодобової аерації» на «аерацію за потребою», скорочуючи час роботи аератора на 50–70 %.
   • Це безпосередньо призводить до різкого падіння витрат на електроенергію або дизельне паливо, значно знижуючи загальні виробничі витрати та покращуючи рентабельність інвестицій (ROI).
3. Забезпечує точність та інтелектуальне управління:
   • Фермери звільняються від трудомісткого та неточного завдання постійних перевірок ставка, особливо вночі.
   • Рішення, засновані на даних, дозволяють більш науково планувати годівлю, прийом ліків та обмін води, що забезпечує сучасний перехід від «фермерства на основі досвіду» до «фермерства, заснованого на даних».
4. Розширені можливості управління ризиками:
   • Мобільні сповіщення дозволяють фермерам негайно дізнаватися про аномалії та реагувати дистанційно, навіть коли вони не перебувають на місці, що значно покращує їхню здатність керувати раптовими ризиками.

IV. Виклики та перспективи на майбутнє

• Виклики:
  • Початкові інвестиційні витрати: Початкові витрати на датчики та системи автоматизації залишаються значною перешкодою для дрібних індивідуальних фермерів.
  • Технічне навчання та впровадження: Необхідно навчити традиційних фермерів змінювати старі практики та навчитися використовувати й обслуговувати обладнання.
  • Інфраструктура: Стабільне електропостачання та покриття мережі на віддалених островах є обов'язковими умовами для стабільної роботи системи.
• Перспективи на майбутнє:
  • Очікується, що витрати на обладнання продовжуватимуть знижуватися в міру розвитку технологій та досягнення ефекту масштабу.
  • Субсидії та програми просування від уряду та неурядових організацій (НУО) прискорять впровадження цієї технології.
  • Майбутні системи інтегруватимуть не лише розчинений розчин, але й датчики pH, температури, аміаку, каламутності та інші, створюючи комплексний «підводний Інтернет речей» для ставків. Алгоритми штучного інтелекту дозволять повністю автоматизувати та інтелектуально керувати всім процесом аквакультури.

Висновок

Застосування датчиків розчиненого кисню в індонезійській аквакультурі є дуже показовою історією успіху. Завдяки точному моніторингу даних та інтелектуальному керуванню, воно ефективно вирішує основні проблемні питання галузі: ризик гіпоксії та високі витрати на енергію. Ця технологія являє собою не просто оновлення інструментів, а революцію у філософії сільського господарства, що неухильно рухає індонезійську та світову аквакультуру до більш ефективного, сталого та інтелектуального майбутнього.