Система рециркуляции, шаг за шагом

В системе рециркуляции необходимо постоянно обрабатывать воду для удаления отходов, выведенных рыбой, и добавлять кислород, чтобы поддерживать рыбу живыми и здоровыми. Система рециркуляции на самом деле довольно проста. Из выхода емкостей для рыбы вода поступает в механический фильтр и далее на биологический фильтр, прежде чем она аэрируется и очищается от углекислого газа и возвращается в резервуары для рыбы. Это основной принцип рециркуляции.

В зависимости от конкретных требований могут быть добавлены несколько других объектов, таких как оксигенация чистым кислородом, ультрафиолетовый свет или дезинфекция озона, автоматическая регуляция рН, теплообмен, денитрификация и т. д.

Рисунок 2.1 Принципиальный чертеж системы рециркуляции. Основная система очистки воды состоит из механической фильтрации, биологической очистки и аэрации/зачистки. Дополнительные установки, такие как обогащение кислородом или УФ-дезинфекция, могут быть добавлены в зависимости от требований. _

Рыба на рыбной ферме требует кормления несколько раз в день. Корм съедается и переваривается рыбой и используется в метаболизме рыб, обеспечивая энергию и питание для роста и других физиологических процессов. Кислород (O₂) поступает через жабры и необходим для производства энергии и разрушения белка, в результате чего углекислый газ (CO₂) и аммиак (NH₃) производятся в виде отходов. Непереваренный корм выводится в воду в виде фекалий, называемых взвешенными твердыми веществами (SS) и органическим веществом. Углекислый газ и аммиак выводятся из жабр в воду. Таким образом, рыба потребляет кислород и корма, в результате чего вода в системе загрязняется фекалиями, углекислым газом и аммиаком.

Рис. 2.2 Питание кормов и использование кислорода приводит к росту рыбы и выведению отходов, таких как углекислый газ, аммиак и фекалий. _

Только сухой корм может быть рекомендован для использования в системе рециркуляции. Следует избегать использования мусорной рыбы в любой форме, поскольку она сильно загрязнит систему и весьма вероятно заражение болезнями. Использование сухих кормов является безопасным, а также имеет преимущество в том, что они предназначены для удовлетворения точных биологических потребностей рыб. Сухой корм поставляется в различных размерах гранул, подходящих для любой стадии рыб, а ингредиенты в сухом корме могут быть объединены для разработки специальных кормов для жарки, выводки, роста и т.д.

В системе рециркуляции высокий коэффициент использования корма является полезным, так как это сводит к минимуму количество продуктов выведения, тем самым снижая воздействие на систему очистки воды. В профессионально управляемой системе все добавленные корма будут съедены с минимальным количеством несъеденного корма. Скорость преобразования кормов (FCR), описывающая, сколько килограммов корма вы используете для каждого килограмма рыбы, которую вы производите, улучшается, и фермер получает более высокую урожайность и меньшее влияние на систему фильтрации. Несъеденный корм — это пустая трата денег и приводит к ненужной нагрузке на систему фильтров. Следует отметить, что имеются корма, особенно подходящие для использования в системах рециркуляции. Состав таких кормов направлен на максимальное поглощение белка в рыбу, тем самым минимизируя выведение аммиака в воду.

| Размер поддонов | Размер рыбы, грамм | Белки | Жиры | | — | — | — | — | | 3 мм | 40 - 125 | 43% | 27% | | 4.5 мм | 100 - 500 | 42% | 28% | | 6,5 мм | 400 - 1200 | 41% | 29% |

| Состав,% | 3.0 мм | 4.5 мм | 6.5 мм | | — | — | — | — | | Рыбная мука | 22 | 21 | 20 | | Рыбий жир | 9 | 10 | 10 | | Масло семян рапса | 15 | 15 | 16 | | Гемоглобин блюдо | 11 | 11 | 11 | | Горох | 5 | 5 | 5 | | Соя | 10 | 11 | 11 | | Пшеница | 12 | 11 | 11 | | Пшеничная клейковина | 5 | 5 | 5 | | Другие белковые концентраты | 10 | 10 | 10 | 10 | | Витамины, минералы и т.д. | 1 | 1 | 1 |

Рис. 2.3 Ингредиенты и содержание корма для форели, пригодного для использования в системе рециркуляции. Источник: БиоМар. _

Компоненты в системе рециркуляции

Рыбные танки

| Свойства бака | Циркулярный бак | Дорожка качения с D | Тип дорожки качения | | — | — | — | — | | Самоочищающийся эффект | 5 | 4 | 3 | | Низкое время пребывания частиц | 5 | 4 | 3 | | Контроль и регулирование кислорода | 5 | 5 | 4 | | Использование пространства | 2 | 4 | 5 |

Рисунок 2.4 Различные конструкции резервуаров дают различные свойства и преимущества. Рейтинг 1-5, где 5 является лучшим. _

Окружающая среда в резервуаре для выращивания рыбы должна удовлетворять потребности рыбы как в отношении качества воды, так и в отношении конструкции резервуара. Выбор правильной конструкции резервуара, такой как размер и форма, глубина воды, способность к самоочистке и т.д., может оказать значительное влияние на производительность выращенных видов.

Если рыба является донным жилищем, то потребность в площади поверхности резервуара является наиболее важной, и глубина воды и скорость течения воды могут быть снижены (турбо, подошва или другие плоские рыбы), тогда как пелагические живые виды, такие как лососевые, будут извлекать выгоду из больших объемов воды и демонстрировать более высокую производительность при более высокие скорости воды.

В круговом резервуаре или в квадратном резервуаре с вырезанными углами вода движется по круговому рисунку, в результате чего вся водяная толща резервуара перемещается по центру. Органические частицы имеют относительно короткое время пребывания в течение нескольких минут, в зависимости от размера резервуара, благодаря этой гидравлической схеме, которая дает эффект самоочистки. Вертикальное впускное отверстие с горизонтальной регулировкой является эффективным способом контроля тока в таких резервуарах.

На дорожке качения гидравлика не оказывает положительного влияния на удаление частиц. С другой стороны, если аквариум эффективно заполняется рыбой, эффект самоочистки конструкции резервуара будет зависеть в большей степени от активности рыбы, чем от конструкции резервуара. Наклон нижней части резервуара практически не влияет на самоочищающийся эффект, но при опорожнении резервуара он облегчит полное сливание.

Рис. 2.5 Пример восьмиугольной конструкции резервуара в системе рециркуляции, экономя пространство при этом обеспечивая хорошие гидравлические эффекты циркулярного бака. Источник: Группа АКВА. _

Циркулярные резервуары занимают больше места по сравнению с дорожками качения, что увеличивает стоимость строительства здания. Благодаря отсечению углов квадратного резервуара появляется восьмиугольная конструкция резервуара, которая обеспечит лучшее использование пространства, чем круглые резервуары, и в то же время достигается положительное гидравлическое воздействие циркулярного бака (см. рис. 2.5). Важно отметить, что конструкция больших резервуаров всегда будет благоприятствовать циркулярному баку, так как это самая прочная конструкция и самый дешевый способ изготовления бака.

Гибридный тип цистерны между круговой цистерной и дорожкой качения, называемый «дорожкой качения с D», также сочетает в себе самоочищающийся эффект циркулярной цистерны с эффективным использованием пространства дорожки качения. Однако на практике этот тип цистерн используется редко, предположительно потому, что установка резервуара требует дополнительных работ и новых процедур в управлении.

Достаточный уровень кислорода для благополучия рыб имеет важное значение в рыбоводстве и обычно поддерживается на высоком уровне за счет повышения уровня кислорода во входной воде в резервуар.

Можно также использовать прямое впрыскивание чистого кислорода в резервуар с помощью диффузоров, но эффективность ниже и дороже.

Контроль и регулирование уровня кислорода в круглых резервуарах или аналогичных емкостях относительно легко, так как водяная толща постоянно перемешивается, что делает содержание кислорода практически одинаковым в любом месте резервуара. Это означает, что достаточно легко поддерживать нужный уровень кислорода в баке. Кислородный зонд, расположенный рядом с выпускным отверстием резервуара, даст хорошее представление о доступном кислороде. Время, необходимое зонду для регистрации эффекта добавления кислорода в циркуляционный резервуар, будет относительно коротким. Зонд не должен располагаться вблизи места, где вводится чистый кислород или где подается насыщенная кислородом вода.

Рисунок 2.6 Циркулярный бак, дорожка качения с D и тип дорожки качения. _

Однако на дорожке качения содержание кислорода всегда будет выше на входе и ниже на выходе, что также дает различную среду в зависимости от того, где плавает каждая рыба. Кислородный зонд для измерения содержания кислорода в воде должен всегда размещаться в зоне с наименьшим содержанием кислорода, которая находится вблизи выхода. Этот градиент кислорода ниже по течению затруднит регулирование кислорода, так как промежуток времени от регулировки кислорода вверх или вниз на входе до момента измерения на выходе может составлять до часа. Эта ситуация может привести к тому, что кислород постоянно поднимается и падает, вместо того, чтобы колебаться вокруг выбранного уровня. Однако установка современных систем контроля кислорода с использованием алгоритмов и временных констант позволит предотвратить эти нежелательные колебания.

Выходы резервуаров должны быть сконструированы для оптимального удаления частиц отходов и оснащены экранами с подходящими размерами сетки. Кроме того, он должен быть легко собирать мертвую рыбу во время повседневной работы.

Резервуары часто оснащены датчиками уровня воды, содержания кислорода и температуры для обеспечения полного контроля над фермой. Следует также рассмотреть возможность установки диффузоров для подачи кислорода непосредственно в каждый резервуар в случае чрезвычайной ситуации.

Рисунок 2.7 Drumfilter. Источник: CM Aqua. _

Механическая фильтрация

Механическая фильтрация выходной воды из емкостей для рыбы оказалась единственным практичным решением для удаления органических отходов. Сегодня почти все рециркулированные рыбные хозяйства фильтруют выходную воду из резервуаров в так называемом микроэкране, оснащенном фильтрующей тканью размером от 40 до 100 микрон. Драмфильтр является наиболее часто используемым типом микроэкрана, и конструкция обеспечивает бережное удаление частиц.

Функция барабанного фильтра:

1. Вода, подлежащая фильтрации, поступает в барабан.

2. Вода фильтруется через фильтрующие элементы барабана. Разница в уровне воды внутри и снаружи барабана является движущей силой фильтрации.

3. Твердые частицы улавливаются на фильтрующих элементах и поднимаются в зону обратной промывки путем вращения барабана.

4. Вода из ополаскивающих форсунок распыляется снаружи фильтрующих элементов. Отбракованный органический материал вымывается из фильтрующих элементов в илоток.

5. Шлам течет вместе с водой по гравитации из фильтра, выходящего из рыбной фермы для очистки внешних сточных вод (см. главу 6).

Микроскринная фильтрация имеет следующие преимущества:

• Снижение органической нагрузки биофильтра.

• Делает воду яснее, поскольку органические частицы удаляются из воды.

• Улучшение условий нитрификации, так как биофильтр не засоряет.

• Стабилизирующее воздействие на процессы биофильтрации.

Биологическая обработка

Не все органические вещества удаляются в механическом фильтре, лучшие частицы будут проходить вместе с растворенными соединениями, такими как фосфат и азот. Фосфат является инертным веществом, не оказывающим токсичного воздействия, но азот в виде свободного аммиака (NH₃) токсичен и должен быть преобразован в биофильтр в безвредную нитрат. Разлом органического вещества и аммиака является биологическим процессом, осуществляемым бактериями в биофильтре. Гетеротрофные бактерии окисляют органическое вещество, потребляя кислород и производя углекислый газ, аммиак и ил. Нитрифицирующие бактерии превращают аммиак в нитрит и, наконец, в нитрат.

Эффективность биофильтрации зависит в первую очередь от:

• Температура воды в системе.

• Уровень pH в системе.

Для достижения приемлемой скорости нитрификации температура воды должна поддерживаться в пределах от 10 до 35 °C (оптимально около 30 °C), а уровень рН от 7 до 8. Температура воды чаще всего зависит от выращенных видов, и поэтому она не корректируется для достижения наиболее оптимальной скорости нитрификации, а для обеспечения оптимальных уровней роста рыбы. Однако регулирование рН по отношению к эффективности биофильтра имеет важное значение, поскольку более низкий уровень рН снижает эффективность биофильтра. Поэтому рН следует поддерживать выше 7, чтобы достичь высокой скорости бактериального нитрифицирования. С другой стороны, увеличение рН приведет к увеличению количества свободного аммиака (NH₃), что усилит токсический эффект. Таким образом, цель состоит в том, чтобы найти баланс между этими двумя противоположными целями корректировки pH. Рекомендуемая точка регулировки находится в диапазоне от pH 7,0 до pH 7,5.

На рН в системе рециркуляции воды влияют два основных фактора:

• Производство СО ~2~ из рыбы и биологической активности биофильтра.

• Кислота, полученного в процессе нитрификации.

Результат нитрификации:

NH~4~ (аммоний) + 1,5 O~2~ → NO~2~ (нитрит) + H~2~O + 2H^+^+ 2e

NO ~2~ (нитрит) + 0,5 O~2~ → NO~3~ (нитрат) + e

\ _\ _\ _\ _\ _\ _\ _\ _\ _\ _\ _\ _\ _\ _\ _\ _\ _\ _\ _\ _\ _\ _\ _\ _\ _\ _\ _\ _\ _\ _\ _\ _\ _\ _\ _\ _\ _\ _\ _\ _\ _\ _\ _\ _

NH~4~ + 2 O~2~ ↔ НЕ~3~ + H~2~O + 2H^+^

CO~2~ удаляется путем аэрации воды, в результате чего происходит дегазация. Этот процесс может быть осуществлен несколькими способами, как описано ниже в этой главе.

В процессе нитрификации вырабатывается кислота (^H+), а уровень рН падает. Для стабилизации рН необходимо добавить основание. Для этого в воду необходимо добавить извести или гидроксид натрия (NaOH) или другую базу.

Рыба выделяет смесь аммиака и аммония (общий аммиак нитрат (TAN) = аммоний (NH_⁴⁺) + аммиак (NH₃)), где аммиак является основной частью экскреции. Однако количество аммиака в воде зависит от уровня pH, как показано на рис. 2.8, на котором показано равновесие между аммиаком (NH₃) и аммонием (NH_⁴⁺).

2.8 Равновесие между аммиаком (NH₃) и аммонием (NH^₄₊) при 20°C. Токсичный аммиак отсутствует при рН ниже 7, но быстро растет по мере увеличения рН. _

Рисунок 2.9 Соотношение между измеренным рН и количеством ТАН, доступного для разбивки в биофильтре, на основе концентрации токсичного аммиака 0,02 мг/L._

В целом аммиак токсичен для рыб при уровнях выше 0,02 мг/л. На рис. 2.9 показана максимальная концентрация ТАН, допускаемая при различных уровнях рН, если необходимо обеспечить уровень аммиака ниже 0,02 мг/л. Более низкие уровни рН сводят к минимуму риск превышения этого предельного значения токсичного аммиака в 0,02 мг/л, однако рыбоводству рекомендуется достичь минимального уровня рН 7, чтобы достичь более высокой эффективности биофильтра, как описано выше. К сожалению, общая концентрация ТАН, которая должна быть разрешена, значительно снижена, как это видно на рис. 2.9. Таким образом, существуют два противоположных рабочих вектора рН, которые рыбофермер должен учитывать при настройке своего биофильтра.

Нитрит (NO₂^-) образуется на промежуточном этапе процесса нитрификации и токсичен для рыб при уровнях выше 2,0 мг/л. Если рыба в системе рециркуляции задыхается воздух, хотя концентрация кислорода тонкая, причиной может быть высокая концентрация нитрита. При высоких концентрациях нитрит переносится через жабры в рыбную кровь, где он препятствует поглощению кислорода. Добавляя соль в воду, достигающую всего 0,3 ‰, поглощение нитрита сдерживается.

Нитрат (NO₃^-) является конечным продуктом процесса нитрификации, и, хотя он считается безвредным, высокие уровни (свыше 100 мг/л), как представляется, оказывают негативное воздействие на рост и конверсию кормов. Если обмен новой воды в системе будет поддерживаться на очень низком уровне, будет накапливаться нитрат, и будут достигнуты неприемлемые уровни. Одним из способов избежать накопления является увеличение обмена новой воды, благодаря чему высокая концентрация разбавляется до более низкого и безотказного уровня.

С другой стороны, вся идея рециркуляции заключается в экономии воды, а в некоторых случаях экономия воды является главной целью. В таких условиях концентрация нитратов может быть снижена путем денитрификации. В нормальных условиях для разбавления концентрации нитратов достаточно, чтобы расход воды превышал 300 литров на кг используемого корма. Использование денитрификации требует использования воды менее 300 литров на кг корма.

Наиболее преобладающими денитрифицирующими бактериями называется Pseudomonas. Это анаэробный (без кислорода) процесс, приводящий нитрат к атмосферному азоту. Фактически, этот процесс удаляет азот из воды в атмосферу, благодаря чему уменьшается нагрузка азота в окружающую среду. Для этого процесса необходим органический источник (углерод), например древесный спирт (метанол), который может быть добавлен в денитрификационную камеру. На практике для каждого килограмма нитрата (NO₃-N) требуется 2,5 кг метанола.

Чаще всего денитрификационная камера снабжена биофильтрами, рассчитанными на время пребывания 2-4 часа. Поток должен контролироваться, чтобы держать концентрацию кислорода на выходе на уровне около 1 мг/л. Если кислород полностью истощен, произойдет обширное производство сероводорода (H₂S), который чрезвычайно токсичен для рыбы, а также плохо запахнет (гнилое яйцо). Полученная добыча осадка достаточно высока, и агрегат приходится промывать, как правило, раз в неделю.

Рисунок 2.10 Перемещение носителя кровати на левой и фиксированной кровати справа. _

Биофильтры обычно изготавливаются с использованием пластиковой среды, дающей высокую площадь поверхности на м^3 ^ биофильтра. Бактерии будут расти как тонкая пленка на носителях, тем самым занимая чрезвычайно большую площадь поверхности. Цель хорошо спроектированного биофильтра заключается в том, чтобы достичь как можно более высокой площади поверхности на m^3^ без упаковки биофильтра настолько плотно, что он будет забиваться органическим веществом в процессе эксплуатации. Поэтому важно иметь высокий процент свободного пространства для прохождения воды и обеспечить хороший общий поток через биофильтр вместе с достаточной процедурой обратного промывания. Такие процедуры обратной промывки должны проводиться через достаточно промежутки времени один раз в неделю или месяц в зависимости от нагрузки на фильтр. Сжатый воздух используется для создания турбулентности в фильтре, в результате чего органическое вещество разрывается. Биофильтр шунтируется во время процедуры промывки, а грязная вода в фильтре сливается и выбрасывается перед повторным подключением биофильтра к системе.

Биофильтры, используемые в системах рециркуляции, могут быть спроектированы как фильтры с фиксированным слоем или фильтры с подвижным слоем Все биофильтры, используемые в рециркуляции сегодня, работают как подводные установки под водой. В фильтре фиксированной кровати пластиковая среда фиксируется и не перемещается. Вода проходит через среду в виде ламинарного потока для контакта с бактериальной пленкой. В фильтре подвижного слоя пластиковая среда перемещается в воде внутри биофильтра током, созданным накачкой в воздухе. Из-за постоянного движения среды фильтры с подвижным слоем могут быть упакованы более жесткими, чем фильтры с фиксированным слоем, таким образом, достигая более высокой скорости оборота на м³ биофильтра. Однако нет существенной разницы в скорости оборота, рассчитанной на^м2 (площадь поверхности фильтра), поскольку эффективность бактериальной пленки в любом из двух типов фильтров более или менее одинакова. Однако в фильтре с фиксированным слоем также удаляются мелкие органические частицы, поскольку эти вещества прилипают к бактериальной пленке. Таким образом, фильтр с фиксированным слоем будет действовать также в качестве тонкой механической фильтрующей установки, удаляющей микроскопический органический материал и оставляющей воду очень чистой. Фильтр подвижного слоя не будет иметь такого же эффекта, как постоянная турбулентность воды сделает любую адгезию невозможным.

Рисунок 2.11 Передвижная кровать (сверху) и биофильтры с фиксированной кроватью (снизу) . _

Обе системы фильтрации могут быть использованы в одной системе, или они могут быть объединены; использование подвижной кровати для экономии места и фиксированной кровати, чтобы извлечь выгоду из эффекта прилипания. Существует несколько решений для окончательного проектирования систем биофильтра в зависимости от размера фермы, видов, подлежащих культивированию, размеров рыбы и т.д.

Дегазация, аэрация и зачистка

Перед тем, как вода возвращается в резервуары для рыбы, необходимо удалить накопленные газы, которые вредны для рыбы. Этот процесс дегазации осуществляется путем аэрации воды, а метод часто называют зачисткой. Вода содержит углекислый газ (CO₂) из дыхания рыбы и бактерий в биофильтре в самых высоких концентрациях, но также присутствует свободный азот (N₂). Накопление углекислого газа и уровней азотного газа будет иметь пагубные последствия для благосостояния и роста рыб. В анаэробных условиях может производиться сероводород (H₂S), особенно в системах с морской водой. Этот газ чрезвычайно токсичен для рыб, даже в низких концентрациях, и рыба будет убита, если в системе образуется сероводород.

Аэрация может быть выполнена путем закачки воздуха в воду, благодаря чему

турбулентный контакт между пузырьками воздуха и водой выводит газы. Эта подводная аэрация позволяет одновременно перемещать воду, например, если используется система аэрационной скважины (см. рис. 2.12).

Рисунок 2.12 Система аэрационной скважины. _

Рисунок 2.13 Фото и чертеж фильтра просачивания, завернутого в синий пластиковый вкладыш для устранения брызг на полу (Billund Akvakulturservice, Дания). Процесс аэрации/зачистки также называется CO₂-зачистки. Средство в фильтре просачивания обычно состоит из того же типа, что и в биофильтрах с фиксированным слоем (см. рис. 2.10). _

Однако система аэрационной скважины не столь эффективна для удаления газов, как система фильтрации просачивания, также называемая дегазатором. В системе просачивания газы удаляются путем физического контакта между водой и пластиковыми средами, уложенными в колонну. Вода подается в верхнюю часть фильтра через распределительную пластину с отверстиями и смывается через пластиковую среду, чтобы максимизировать турбулентность и контакт, так называемый процесс зачистки.

Окисление

Процесс аэрации воды, который является тем же физическим процессом, что и дегазация или очистка, приведет к добавлению кислорода в воду через простой обмен между газами в воде и газами в воздухе в зависимости от уровня насыщения кислорода в воде. Равновесие кислорода в воде составляет 100% насыщение. Когда вода проходит через резервуары для рыбы, содержание кислорода снижается, как правило, до 70%, и содержание в биофильтре уменьшается. Аэрация этой воды, как правило, доводит насыщенность до 90%, в некоторых системах может быть достигнуто 100%. Однако часто предпочтительнее насыщение кислородом, превышающее 100% во входной воде в резервуары для рыбы, чтобы иметь достаточное количество кислорода для высокого и стабильного роста рыбы. Уровни насыщения выше 100% требуют системы, использующей чистый кислород.

Рисунок 2.14 Кислородный конус для растворения чистого кислорода при высоком давлении и датчик (зонд) для измерения насыщения кислородом воды. Источник: Группа АКВА/ «Оксигард интернэшнл» _

Чистый кислород часто поставляется в резервуарах в виде жидкого кислорода, но также может быть получен на ферме в генераторе кислорода. Существует несколько способов получения сверхнасыщенной воды с содержанием кислорода 200-300%. Обычно используются кислородные конусные системы высокого давления или кислородные системы с низкой головкой, такие как кислородные платформы. Принцип один и тот же. Вода и чистый кислород смешиваются под давлением, в результате чего кислород вводится в воду. В кислородном конусе давление достигается с помощью насоса, создающего высокое давление обычно около 1,4 бар в конусе. Перекачка воды под давлением в кислородный конус потребляет много электроэнергии. В кислородной платформе давление значительно ниже, как правило, до 0,1 бар, и вода просто перекачивается через коробку смешивания воды и кислорода. Разница в двух типах систем заключается в том, что раствор кислородного конуса использует только часть циркулирующей воды для обогащения кислорода, в то время как кислородная платформа используется для основного потока рециркуляции часто в сочетании с общей накачкой воды в системе.

Рисунок 2.15 Кислородная платформа для растворения чистого кислорода при низком давлении при перекачивании воды вокруг фермы. Система обычно увеличивает уровень растворенного кислорода до чуть выше 100% при входе в резервуары fi sh в зависимости от скорости потока и конструкции фермы. Источник: Решения ФРЕА в области аквакультуры

Независимо от того, какой метод используется, процесс должен контролироваться с помощью измерения кислорода. Наилучший способ сделать это — измерить кислородный зонд после системы оксигенации при нормальном атмосферном давлении, например, в измерительной камере, поставляемой поставщиком. Это упрощает измерение, чем если бы оно производилось под давлением, так как зонд нужно время от времени протирать и калибровать.

Ультрафиолетовый свет

УФ дезинфекция работает путем применения света в длинах волн, разрушающих ДНК в биологических организмах. В аквакультуре мишенью являются патогенные бактерии и одноклеточные организмы. Лечение используется в медицинских целях в течение десятилетий и не влияет на рыбу, так как УФ-обработка воды применяется вне зоны производства рыбы. Важно понимать, что бактерии растут так быстро в органическом веществе, что контроль бактерий в традиционных рыбохозяйствах имеет ограниченный эффект. Наилучший контроль достигается, когда эффективная механическая фильтрация сочетается с тщательной биофильтрацией для эффективного удаления органического вещества из технологической воды, благодаря чему УФ-излучение работает эффективно.

УФ доза может быть выражена в нескольких различных единицах. Одним из наиболее широко используемых является микроватт -секунд на см^2^ (µWS/см²). Эффективность зависит от размера и вида целевых организмов и мутности воды. Для борьбы с бактериями и вирусами воду нужно обработать примерно от 2 000 до 10 000 мкВт/см^2 ^, чтобы убить 90% организмов, грибы понадобятся от 10 000 до 100 000 и мелкие паразиты от 50 000 до 200 000 мкВт/см².

Рисунок 2.16 Закрытые и открытые системы УФ-обработки: Для установки в замкнутой трубопроводной системе и в системе открытого канала соответственно. Источник: УЛЬТРААКВА. _

Ультрафиолетовое освещение, используемое в аквакультуре, должно работать под водой, чтобы дать максимальную эффективность, лампы, установленные вне воды, будут иметь мало или вообще не иметь эффекта из-за отражения поверхности воды.

Озон

Использование озона (О₃) в рыбоводстве подвергалось критике, поскольку чрезмерное дозирование может нанести серьезный ущерб рыбе. На фермах внутри зданий озон также может быть вредным для людей, работающих в этом районе, поскольку они могут вдыхать слишком много озона. Таким образом, правильное дозирование и контроль нагрузки вместе с надлежащей вентиляцией имеет решающее значение для достижения положительного и безопасного результата.

Обработка озоном является эффективным способом уничтожения нежелательных организмов путем тяжелого окисления органических веществ и биологических организмов. В технологии обработки озоном микрочастицы разбиваются на молекулярные структуры, которые снова свяжутся и образуют крупные частицы. Благодаря такой форме флокуляции микроскопические взвешенные твердые частицы, которые слишком малы, чтобы быть пойманными, теперь могут быть удалены из системы вместо прохождения через различные типы фильтров в системе рециркуляции. Эта технология также называется полировкой воды, поскольку она делает воду более чистой и свободной от каких-либо взвешенных твердых веществ и возможных бактерий, придерживающихся их. Это особенно подходит в инкубаториях и системах жарки, выращивающих мелкую рыбу, чувствительную к микрочастицам и бактериям в воде.

Озоновая обработка может также использоваться в тех случаях, когда необходимо дезинфицировать воду, поступающую в систему рециркуляции.

Стоит отметить, что во многих случаях УФ-лечение является хорошей и безопасной альтернативой озону.

Регулирование рН

Нитрифицирующий процесс в биофильтре вырабатывает кислоту, поэтому уровень рН снижается. Для поддержания стабильного рН в воду необходимо добавить основание. В некоторых системах установлена станция смешивания извести, которая капает известковую воду в систему и тем самым стабилизирует рН. Еще одним вариантом является автоматическая система дозирования, регулируемая pH-метром с обратной связью к дозировочному насосу. С этой системой предпочтительнее использовать гидроксид натрия (NaOH), так как он прост в обращении и упрощает обслуживание системы. Гидроксид натрия является сильным щелочным, который может сильно сжигать глаза и кожу. При обращении с этой и другими сильными кислотами и основаниями необходимо носить очки и перчатки.

Рисунок 2.17 Дозировочный насос для регулирования pH с помощью заданного дозирования NaOH. Насос может быть подключен к датчику pH для полностью автоматического регулирования уровня pH. _

Регулирование температуры воды

Поддержание оптимальной температуры воды в системе культуры является наиболее важным, так как скорость роста рыбы напрямую связана с температурой воды. Использование забора воды является довольно простым способом регулирования температуры изо дня в день. В внутренней системе рециркуляции тепло будет медленно накапливаться в воде, потому что энергия в виде тепла высвобождается из метаболизма рыб и бактериальной активности в биофильтре. Также будет накапливаться тепло от трения в насосах и использования других установок. Поэтому высокие температуры в системе часто являются проблемой в интенсивной системе рециркуляции. Регулируя количество прохладной пресной воды в систему, температуру можно регулировать простым способом.

Если охлаждение с использованием всасываемой воды ограничено, можно использовать тепловой насос. Тепловой насос будет использовать количество энергии, обычно теряемой в сливной воде или в воздухе, покидающем ферму. Затем энергия используется для охлаждения циркулирующей воды внутри фермы. Аналогичный способ снижения затрат на отопление/охлаждение может быть достигнут за счет рекуперации энергии с помощью теплообменника. Энергия в сбросной воде из фермы передается в холодную поступающую водозабор или наоборот. Это делается путем передачи обоих потоков в теплообменник, где теплая выходная вода потеряет энергию и нагревает холодную потребляемую воду без смешивания двух потоков. Также на вентиляционную систему можно смонтировать теплообменник для воздуха, используя энергию из выходящего воздуха и передавая его в поступающий воздух, что значительно снижает потребность в нагреве.

В холодном климате может потребоваться подогрев воды. Тепло может поступать из любого источника, например, нефтяного или газового котла, и, независимо от источника энергии, подключено к теплообменнику для нагрева рециркулированной воды. Тепловые насосы являются экологически чистым решением для отопления и могут использовать энергию для отопления из океана, реки, колодца или воздуха. Его можно использовать даже для передачи энергии из одной системы рециркуляции в другую, и тем самым нагревать одну систему и охлаждать другую. Обычно он использует энергию из океана, например, с помощью титанового теплообменника, перемещает энергию в рециркуляцию, которая требует нагрева, и высвобождает тепло через другой теплообменник.

Насосы

Для циркуляции технологической воды в системе используются различные типы насосов. Перекачка обычно требует значительного количества электроэнергии, а низкая высота подъема и эффективные и правильно установленные насосы имеют важное значение для снижения эксплуатационных расходов на минимальном уровне.

Подъем воды предпочтительно должен происходить только один раз в системе, при этом вода проходит под гравитацией весь путь через систему обратно в отстойник насоса. Насосы чаще всего устанавливаются перед системой биофильтра и дегазатором по мере начала процесса подготовки воды. В любом случае насосы следует устанавливать после механической фильтрации, чтобы избежать разрыва твердых веществ, поступающих из емкостей для рыбы.

Расчет общей высоты подъема для перекачки представляет собой сумму фактической высоты подъема и потерь давления в трубопроводах, изгибах труб и других фитингах. Это также называется динамической головкой. Если вода перекачивается через погруженный биофильтр до падения через дегазатор, необходимо также учитывать противодавление биофильтра. Подробности о механике жидкостей и насосах выходят за рамки настоящего руководства.

Рисунок 2.18 Подъемные насосы типа KPL для эффективного подъема большого количества воды. Подъемные насосы часто используются для перекачки основного потока в системе рециркуляции. Правильный выбор насоса важен для снижения эксплуатационных расходов. Регулирование частоты является одним из вариантов регулирования точного потока, необходимого в зависимости от производства рыбы. H - высота подъема, а Q - объем поднятой воды. _

Источник: Грундфос_

Рис. 2.19 Центробежные насосы типа NB для перекачки воды при высоком давлении или высокой высоте подъема. Ассортимент центробежных насосов широк, поэтому эти насосы также эффективно используются для перекачки на более низких высотах подъема. Центробежные насосы часто используются в системах рециркуляции для перекачивания вторичных потоков, например, потоков через УФ системы или достижения высокого давления в кислородных конусах. H - высота подъема, а Q - объем поднятой воды. Источник: Грундфос

Общая высота подъема в наиболее интенсивных системах рециркуляции составляет сегодня около 2-3 м, что делает использование насосов низкого давления наиболее эффективным для перекачки основного потока. Однако процесс растворения чистого кислорода в технологической воде требует центробежных насосов, так как эти насосы способны создавать требуемое высокое давление в конусе. В некоторых системах, где высота подъема основного потока очень низкая, вода приводится в движение без использования насосов путем выдува воздуха в аэрационные скважины. В этих системах дегазация и движение воды осуществляются в рамках одного процесса, что делает возможными низкие высоты подъема. Однако эффективность дегазации и перемещения воды не обязательно лучше, чем откачка воды над дегазатором, поскольку эффективность аэрационных скважин с точки зрения использования энергии и эффективности дегазации ниже, чем использование подъемных насосов и зачистки воды.

Мониторинг, управление и сигналы тревоги

Интенсивное рыбоводство требует тщательного мониторинга и контроля производства для поддержания оптимальных условий для рыбы в любое время. Технические сбои могут легко привести к значительным потерям, а аварийные сигналы являются жизненно важными установками для обеспечения безопасности эксплуатации.

Во многих современных фермах центральная система управления может контролировать и контролировать уровень кислорода, температуру, рН, уровень воды и функции двигателя. Если какой-либо из параметров выходит из заданных значений гистерезиса, процесс старта/остановки попытается решить проблему. Если проблема не решена автоматически, будет запущен сигнал тревоги. Автоматическая подача также может быть неотъемлемой частью центральной системы управления. Это позволяет точно согласовывать сроки подачи с более высокой дозировкой кислорода по мере увеличения потребления кислорода во время кормления. В менее сложных системах контроль и контроль не являются полностью автоматическими, и персоналу придется произвести несколько ручных корректировок.

В любом случае, ни одна система не будет работать без наблюдения за персоналом, работающим на ферме. Таким образом, система управления должна быть оснащена системой сигнализации, которая будет вызывать персонал в случае возникновения серьезных сбоев. Рекомендуется время реакции менее 20 минут, даже в ситуациях, когда установлены автоматические резервные системы.

Рис. 2.20 Кислородный зонд (Oxyguard) калибруется в воздухе перед спуском в воду для оперативного измерения содержания кислорода в воде. Наблюдение может быть компьютеризировано с большим количеством точек измерения и контроля тревоги. _

Аварийная система

Использование чистого кислорода в качестве резервного копирования является мерой безопасности номер один. Установка проста и состоит из резервуара для хранения чистого кислорода и распределительной системы с диффузорами, установленными во всех резервуарах. В случае сбоя в подаче электроэнергии магнитный клапан оттягивается назад, и кислород под давлением поступает в каждый резервуар, сохраняя рыбу живой. Поток, направляемый в диффузоры, должен быть отрегулирован заранее, чтобы кислород в резервуаре для хранения в аварийной ситуации длился достаточно долго, чтобы неисправность была вовремя исправлена.

Рис. 2.21 Кислородный бак и аварийный электрогенератор. _

Для резервного копирования электропитания необходим электрогенератор, работающий на топливе. Очень важно как можно быстрее ввести в эксплуатацию основные насосы, так как аммиак, выведенный из рыбы, будет накапливаться до токсичных уровней, когда вода не циркулирует по биофильтру. Поэтому важно, чтобы поток воды поднимался и работал в течение часа или около того.

Впускная вода

Вода, используемая для рециркуляции, должна предпочтительно поступать из безболезненного источника или стерилизоваться перед поступлением в систему. В большинстве случаев лучше использовать воду из скважины, колодца или чего-то подобного, чем использовать воду, поступающую прямо из реки, озера или моря. Если необходимо установить систему очистки забора воды, она, как правило, состоит из песчаного фильтра для микрофильтрации и УФ-или озоновой системы для дезинфекции.

• Источник: Продовольственная и сельскохозяйственная организация Объединенных Наций, 2015 год, Джейкоб Брегнбалле, Руководство по рециркуляции аквакультуры, http://www.fao.org/3/a-i4626e.pdf. Воспроизводится с разрешения. *