Выращивание рыбы в системах оборотного водоснабжения (СОВ) и установках замкнутого водообеспечения (УЗВ)

Говоря в предыдущем разделе о бассейновых хозяйствах, мы имели в виду прямоточную систему водоиспользования. Это означает, что вода в рыбоводные емкости, где выращивают рыбу, подается из водоисточника, а затем сбрасывается из них в водоприемник либо напрямую, либо через какой-либо водоем или емкость, служащие отстойниками и очищающие сбрасываемую воду. Водоисточник и водоприемник могут быть одной и той же рекой или каналом. Только водозабор осуществляют выше, но течению, а водосброс — ниже.

Однако возможна и другая схема водоиспользования. Воду из отстойника можно не сбрасывать в водоприемник сразу, а часть её, осветленную после отстаивания, направлять обратно в рыбоводные емкости. Такой способ называется системой оборотного водоснабжения (СОВ). Он позволяет сократить расход воды в несколько раз и более рационально использовать водные ресурсы. Если же систему замкнуть полностью и пополнять запасы воды только в отстойнике, уменьшающиеся вследствие испарения, то такая система водоснабжения называется замкнутой. Установки замкнутого водоснабжения (УЗВ) отличаются от установок с системой оборотного водоснабжения (СОВ) только долей ежесуточной подпитки. В УЗВ она составляет менее 30% в сутки от всего объема воды, находящейся в системе, в СОВ — более 30%. В современных УЗВ в сутки добавляют не более 3 — 5% свежей воды.

Преимущества замкнутых систем очевидны. Это:

• уменьшение или полное прекращение сброса загрязненных сточных вод;
• упрощение утилизации продуктов жизнедеятельности рыб;
• возможность создания безотходной технологии выращивания рыбы путем дополнительного выращивания в системе овощей или другим путем;
• рациональное использование водных, земельных и людских ресурсов;
• полная управляемость режимами выращивания рыбы: температурным, солевым, газовым, световым и т. д., ускорение тем самым темпа роста рыб и повышение эффективности выращивания.

К недостаткам УЗВ можно отнести, пожалуй, только одно: высокая себестоимость выращиваемой рыбы, самая высокая среди всех форм рыбоводства. Так, себестоимость товарного карпа в таких установках составляла около 50 руб. за 1 кг в ценах 1999 года, или около двух американских долларов, что примерно в 4 — 5 раз выше стоимости карпа, выращенного в прудах и почти в 2 раза в садковых хозяйствах. Поэтому существующие сейчас в России рыбоводные установки такого типа ориентированы на выращивание Деликатесной дорогостоящей продукции, в основном осетровых рыб. В будущем к ним, возможно, добавятся такие объекты, как угорь. Речные раки, пресноводные креветки и некоторые другие.

Другой путь использования УЗВ — выращивание посадочного материала различных видов рыб, поставка их в рыбоводные хозяйства в ранние сроки. За счет увеличения периода выращивания возможно получение товарной продукции в прудовых хозяйствах за один год. Так, разработана и успешно апробирована технология выращивания товарного карпа за 1 год из посадочного материала массой около 1 г, зарыбляемого в начале мая.

При эксплуатации установок с замкнутым циклом водоиспользования на первый план выходит процесс очистки воды. Накапливающиеся токсичные продукты жизнедеятельности рыб — главная угроза, с которой борются различными способами. Все способы очистки воды подразделяются на 4 группы: физические, химические, физико-химические и биологические. Физикo-химические и химические методы очистки воды (адсорбция органических веществ с помощью активированного угля, пеноотделительных колонок (флотаторов), ультрафиолетовое облучение, озонирование, ионообмен и др.) чаще всего применяют при инкубации икры. При этом самым распространенным способом является озонирование. Озон — сильный окислитель органического вещества и дезинфицирующее средство. Следует только помнить, что озон даже в небольших концентрациях губителен для рыб, особенно молоди, поэтому озонированную воду нужно дополнительно отстаивать.

Наибольшее распространение в промышленных УЗВ получили физические (которые ещё называют механическими) и биологические методы очистки воды. Для механической очистки воды используют горизонтальные, вертикальные, полочные отстойники, в которых вода отстаивается и осветляется, освобождаясь от большей части твердых взвешенных частиц, и фильтры грубой и тонкой очистки (гравийные, песчаные и другие), в которых взвешенные частицы отфильтровывают и удаляют. Для этой цели используют также центрифуги и гидроциклоны.

Использование отстойников, как показала практика, малоэффективно вследствие длительности процесса отстаивания, необходимости в больших объемах емкостей для этого, занимающих значительные площади. Кроме того, в отстойниках имеют место потери тепла, что увеличивает расход электроэнергии, и возможно вторичное загрязнение воды из-за разложения скапливающегося осадка. В настоящее время наиболее перспективными для использования в УЗВ считаются механические самопромывающиеся фильтры (например, НСФ-20, НСФ-50 с пропускной способностью 20 и 50 м³ ч соответственно и др.), а также фильтры с регенерирующейся загрузкой из полиэтиленовых гранул. В самопромывающихся фильтрах осадок удаляется обратным током воды в специальный промывной короб. Одним из основных условий эффективной работы фильтров является то, чтобы их рабочая поверхность была не меньше площади рыбоводных емкостей.

Биологическая очистка воды является обязательным процессом в УЗВ, без которого невозможна эффективная их эксплуатация. Она основана на способности микроорганизмов разлагать органические и неорганические вещества, скапливающиеся в воде при выращивании рыбы, и направлена на удаление из оборотной воды, прежде всего соединений азота и фосфора, являющихся основными источниками загрязнений. Биологическая очистка может происходить в специальных устройствах — биофильтрах, аэротенках, а также в биологических прудах, где имеется особая микрофлора или так называемый активный ил. Активный ил — это сообщество микроорганизмов-бактерий, способных окислять органические вещества.

Устройства для биологической очистки воды подразделяются на 3 типа, каждый из которых используется в настоящее время в промышленных установках: аэротенки, интеграторы, биофильтры. Аэротенки представляют собой емкости, заполненные активным илом и оборудованные устройствами для аэрации или оксигенации (насыщения жидким кислородом) воды. Могут быть без загрузки и с загрузкой, представляющей собой гравий, керамзит, керамические или стеклянные элементы, полиэтиленовые гранулы, и позволяющей увеличить концентрацию бактерий и удельную производительность.

Аэротенки имеют сравнительно невысокую стоимость, просты в обслуживании. Однако имеют довольно низкую производительность, поэтому появляется необходимость в больших объемах блоков очистки. Соотношение объема рыбоводных емкостей к объему аэротенков составляет 1:8 — 1:10. Кроме того, с аэротенками обычно применяют для механической очистки воды не фильтры, а отстойники, так как большое количество взвешенного активного ила затрудняет работу фильтров. Все это делает затруднительным поддержание необходимого температурного режима и повышает затраты электроэнергии на подогрев воды.

Биофильтры в самое последнее время получили наиболее широкое применение в системах биологической очистки. Они представляют собой емкости, заполненные загрузкой различного тина (объемной, как в аэротенках), пленочной (в виде отдельных листов или кассет), сотовой и трубчатой. Объемная и пленочная листовая загрузки применяются достаточно редко в промышленных установках. Чаше используют регенерирующуюся загрузку из полиэтиленовых гранул, а также кассетную и сотовую загрузки.

По сравнению с азротенками и интеграторами биофильтры имеют удельную производительность в 8 — 10 раз выше. Однако и стоимость их в 5 — 10 раз больше. Соотношение объема рыбоводных емкостей и биофильтров от 1:0,5 до 1:4. К недостаткам биофильтров помимо высокой стоимости относится необходимость иметь в составе очистного сооружения отдельный биофильтр — денитрификатор, в котором нитраты из очищаемой воды восстанавливаются до свободного азота.

Биофильтры подразделяются на пять типов: погружные, орошаемые (капельные), комбинированные, вращающиеся, с «псевдосжиженным слоем». В погружных биофильтрах в качестве загрузки используют пластиковые кассеты, соты, пучки из ПВХ — трубок, располагающихся ниже поверхности воды в емкости.

Объемную загрузку применяют редко, так как она нуждается в периодической промывке, в процессе которой уничтожается бактериальная пленка. Из всех типов биофильтров имеют самую низкую удельную производительность по окислению соединений азота, В орошаемых биофильтрах слой загрузки располагают выше уровня воды в емкости. Биоочистка происходит в тонком слое воды стекающей по загрузке, что обеспечивает лучшее окисление соединений азота. Наиболее часто в таких биофильтрах применяют кассетную и сотовую загрузки. Производительность их в 1,5 раза выше, чем у погружных. К Недостаткам относят возможную гибель бактериальной пленки из-за быстрого высыхания при остановке насосов, хотя у некоторых биофильтров такого типа предусмотрено автоматическое затопление в случае остановки рециркуляционных насосов.

Комбинированные биофильтры состоят из двух частей. Верхняя представляет собой орошаемый биофильтр, нижняя — погружной. Совмещают достоинства и недостатки обоих типов биофильтров. Вращающиеся биофильтры имеют вращающуюся часть с загрузкой, представляющую собой барабан или систему пластиковых перфорированных труб, заполненных гофрированными дисками. Загрузка, вращаясь, то заходит в воду, то выходит из нее.

В результате для биопленки создастся благоприятный кислородный режим как в орошаемых биофильтрах, к которым по удельной производительности близки вращающиеся. Наиболее перспективным типом считается биофильтр с «псевдосжиженным слоем» (биореактор с движущейся мелкозернистой загрузкой из полиэтиленовых гранул диаметром 2,7 мм и удельной массой 960 — 980 кг/м³). Регенерация загрузки обеспечивается постоянным её перемешиванием внутри очистного блока с помощью эрлифтов или гидроэлеватора. Данный тип биофильтра имеет максимальную удельную площадь активной поверхности (750 м²/м³), а также наименьшее соотношение объема рыбоводных емкостей и объема блока биоочистки: 1:0,5 — 1:1. Такое соотношение практически недостижимо для других типов биофильтров.

Недостатком его является высокая стоимость, главным образом за счет высокой стоимости загрузки. Блок биологической очистки начинает работать на полную мощность через 2 — 3 недели после запуска установки по мере нарастания слоя бактериальной пленки. Рабочие характеристики некоторых современных установок с замкнутым циклом водоснабжения приведены в табл. 24.

Как видно из этой таблицы, разработанные в России УЗВ соответствуют лучшим образцам известного в мире аналогичного оборудования. В нашей стране существует два современных типовых модульных проекта УЗВ-10 и УЗВ-40 мощностью по карпу соответственно 10 и 40 т в год. Параметры этих установок приведены в табл. 25.