Пример применения датчиков растворенного кислорода в системах прецизионной аэрации.

I. Предыстория проекта: Вызовы и возможности индонезийской аквакультуры

Индонезия является вторым по величине в мире производителем продукции аквакультуры, и эта отрасль — важнейшая опора национальной экономики и продовольственной безопасности страны. Однако традиционные методы ведения сельского хозяйства, особенно интенсивное земледелие, сталкиваются со значительными проблемами:

• Риск гипоксии: В прудах с высокой плотностью рыбы дыхание и разложение органических веществ потребляют большое количество кислорода. Недостаток растворенного кислорода приводит к замедлению роста рыбы, снижению аппетита, повышению уровня стресса и может вызвать массовое удушение и гибель рыбы, что влечет за собой катастрофические экономические потери для фермеров.
• Высокие затраты на электроэнергию: Традиционные аэраторы часто работают от дизельных генераторов или от сети и требуют ручного управления. Чтобы избежать ночной гипоксии, фермеры часто включают аэраторы непрерывно на длительное время, что приводит к огромному потреблению электроэнергии или дизельного топлива и очень высоким эксплуатационным расходам.
• Обширное управление: Полагаться на ручной опыт для оценки уровня кислорода в воде — например, наблюдая за тем, «задыхаются» ли рыбы на поверхности, — крайне неточно. К тому моменту, когда наблюдается задыхание, рыбы уже находятся в состоянии сильного стресса, и начало аэрации в этот момент часто бывает слишком поздним.

Для решения этих проблем в Индонезии продвигаются интеллектуальные системы мониторинга качества воды на основе технологии Интернета вещей (IoT), в которых ключевую роль играет датчик растворенного кислорода.

II. Подробное исследование конкретного случая применения технологии

Местоположение: Средние и крупные фермы по разведению тилапии или креветок в прибрежных и внутренних районах островов за пределами Явы (например, Суматра, Калимантан).

Техническое решение: Внедрение интеллектуальных систем мониторинга качества воды, интегрированных с датчиками растворенного кислорода.

1. Датчик растворенного кислорода – «орган чувств» организма.

• Технология и функциональность: Использует оптические флуоресцентные датчики. Принцип работы заключается в нанесении слоя флуоресцентного красителя на кончик датчика. При возбуждении светом определенной длины волны краситель флуоресцирует. Концентрация растворенного кислорода в воде снижает интенсивность и продолжительность этой флуоресценции. Измеряя это изменение, можно точно рассчитать концентрацию растворенного кислорода.
• Преимущества (по сравнению с традиционными электрохимическими датчиками):
  • Не требует технического обслуживания: нет необходимости заменять электролиты или мембраны; интервалы калибровки длительные, что требует минимального обслуживания.
  • Высокая устойчивость к помехам: менее подвержен влиянию скорости потока воды, сероводорода и других химических веществ, что делает его идеальным для сложных прудовых экосистем.
  • Высокая точность и быстрая реакция: обеспечивает непрерывные, точные данные о содержании растворенного кислорода в режиме реального времени.

2. Системная интеграция и рабочий процесс

• Сбор данных: Датчик растворенного кислорода постоянно устанавливается на критической глубине в пруду (часто в зоне, наиболее удаленной от аэратора, или в среднем слое воды, где уровень растворенного кислорода обычно самый низкий), круглосуточно контролируя значения растворенного кислорода.
• Передача данных: Датчик отправляет данные по кабелю или по беспроводной связи (например, LoRaWAN, сотовая сеть) на работающий от солнечной энергии регистратор данных/шлюз, расположенный на краю пруда.
• Анализ данных и интеллектуальное управление: шлюз содержит контроллер, предварительно запрограммированный с верхним и нижним пороговыми значениями растворенного кислорода (например, начало аэрации при 4 мг/л, остановка при 6 мг/л).
• Автоматическое выполнение: Когда данные о содержании растворенного кислорода в режиме реального времени падают ниже установленного нижнего предела, контроллер автоматически включает аэратор. Он отключает аэратор, как только содержание растворенного кислорода восстанавливается до безопасного верхнего уровня. Весь процесс не требует ручного вмешательства.
• Дистанционный мониторинг: Все данные одновременно загружаются на облачную платформу. Фермеры могут удаленно отслеживать состояние растворенного кислорода и исторические тенденции в каждом пруду в режиме реального времени через мобильное приложение или компьютерную панель управления, а также получать SMS-уведомления о низком содержании кислорода.

III. Результаты применения и ценность

Внедрение этой технологии принесло революционные изменения в жизнь индонезийских фермеров:

1. Значительное снижение смертности, повышение урожайности и качества:
   • Круглосуточный высокоточный мониторинг полностью предотвращает гипоксические явления, вызванные ночными часами или внезапными изменениями погоды (например, жарким, безветренным днем), что значительно снижает смертность рыбы.
   • Стабильная концентрация растворенного кислорода снижает стресс у рыб, улучшает коэффициент конверсии корма (ККК), способствует более быстрому и здоровому росту и, в конечном итоге, повышает урожайность и качество продукции.
2. Значительная экономия на энерго- и эксплуатационных расходах:
   • Переход от круглосуточной аэрации к аэрации по требованию позволяет сократить время работы аэратора на 50-70%.
   • Это напрямую приводит к резкому снижению затрат на электроэнергию или дизельное топливо, значительному уменьшению общих производственных издержек и повышению рентабельности инвестиций (ROI).
3. Обеспечивает точное и интеллектуальное управление:
   • Фермеры освобождаются от трудоемкой и неточной работы по постоянному осмотру прудов, особенно в ночное время.
   • Принятие решений на основе данных позволяет более научно планировать кормление, применение лекарств и замену воды, обеспечивая современный переход от «фермерства, основанного на опыте» к «фермерству, основанному на данных».
4. Расширенные возможности управления рисками:
   • Мобильные оповещения позволяют фермерам незамедлительно узнавать об отклонениях от нормы и реагировать удаленно, даже находясь вне поля зрения, что значительно повышает их способность управлять внезапными рисками.

IV. Вызовы и перспективы на будущее

• Проблемы:
  • Первоначальные инвестиционные затраты: Первоначальные затраты на датчики и системы автоматизации остаются существенным препятствием для мелких фермеров-индивидуалов.
  • Техническое обучение и внедрение: Необходимо обучить традиционных фермеров отказу от устаревших методов ведения сельского хозяйства, а также навыкам использования и обслуживания оборудования.
  • Инфраструктура: Для стабильной работы системы необходимы стабильное электроснабжение и покрытие сети на отдаленных островах.
• Перспективы на будущее:
  • Ожидается, что стоимость оборудования продолжит снижаться по мере развития технологий и достижения эффекта масштаба.
  • Государственные субсидии и программы содействия со стороны неправительственных организаций (НПО) ускорят внедрение этой технологии.
  • В будущих системах будут интегрированы не только датчики растворенного кислорода, но и датчики pH, температуры, аммиака, мутности и другие, что позволит создать комплексную «подводную IoT-систему» ​​для прудов. Алгоритмы искусственного интеллекта обеспечат полностью автоматизированное и интеллектуальное управление всем процессом аквакультуры.

Заключение

Применение датчиков растворенного кислорода в индонезийской аквакультуре — это яркий пример успеха. Благодаря точному мониторингу данных и интеллектуальному управлению, эта технология эффективно решает основные проблемы отрасли: риск гипоксии и высокие энергозатраты. Эта технология представляет собой не просто модернизацию инструментов, а революцию в философии рыбоводства, неуклонно продвигая индонезийскую и мировую аквакультуру к более эффективному, устойчивому и интеллектуальному будущему.