Aqu @teach: Биофильтр

Биофильтр является сердцем каждой рециркулирующей системы аквакультуры. Здоровье рыбы и, следовательно, экономический успех зависят от правильной работы биофильтра. Высокое содержание аммиака и нитритов в емкостях для рыб может быть вызвано несколькими факторами. Один из них может быть плохо спроектирован или неоптимальным функционированием биофильтра (слишком мал, не смешивается равномерно, слишком высокий уровень нитратов, слишком низкий pH, интоксикация биофильтра солью или медикаментозное лечение, аэрация слишком низкая или слишком высокая и т.д.). Другим основным аспектом проектного отказа является недостаточная рециркуляция воды. Биофильтр может только ухудшать то, что он получает из аквариума. Если скорость рециркуляции слишком низкая, даже биофильтр с большим размером не приведет к хорошему качеству воды. Чтобы избежать этого, следуйте примеру, приведенному в главе 2, чтобы рассчитать правильную скорость рециркуляции для вашей системы.

Требуется ли отдельный биофильтр?

В системах с низкой плотностью рыбного промысла слой для выращивания сред может взять на себя роль удаления твердых веществ и биофильтрации. Если нагрузка на твердые вещества слишком высока, могут возникнуть засорения и анаэробные участки, которые снижают эффективность биофильтрации. Поэтому, если растение должно функционировать в качестве биофильтра, рекомендуется либо очень низкий рыбный запас, либо отдельное устройство для удаления твердых веществ.

Выбор биофильтра

Наиболее часто используемым типом биофильтра в аквапонике и в РАС является реактор биофильтра с подвижным слоем (MBBBR) (рис. 13, таблица 6). Средство фильтра с подвижным слоем состоит из небольших (1-2 см) пластиковых конструкций с высокой удельной площадью поверхности (например, Kaldness k1). Этот фильтрующий материал поддерживается в постоянном движении посредством аэрации (например, через поступление воздуха через воздушные пластины в нижней части резервуара для биофильтра). Постоянное движение среды оказывает самоочищающееся воздействие на фильтрующую среду и предотвращает интенсивный рост бактерий. Для очистки движущегося слоя фильтр должен быть отключен от RAS и затем промыт обратно примерно раз в неделю.

Носители поддерживают рост микробной биопленки, обеспечивая большую площадь поверхности. Как правило, MBBBR заполняются на 40 -60% биореакторами, создавая абсолютную площадь поверхности 300-600 м²/м³объема биореактора. Движение воздуха создает силы сдвига на биопленках и поддерживает рост и разрушение биопленки в равновесии. Если биопленка на носителях становится слишком толстой, то аэрация слишком низкая, а если ее нет, то аэрация слишком высока. Основным преимуществом MBBR является дегазация и аэрация воздушным потоком, который не обеспечивается стационарными фильтрами.

Фиксированные фильтров имеют фиксированные биофильтры. Фильтр с фиксированным слоем также работает в качестве устройства для удаления твердых веществ, поскольку он имеет возможности фильтрации для отфильтрования остатков твердых веществ и органических соединений, которые не были отфильтрованы в блоке разделения твердых веществ. Если органическая нагрузка выше, чем естественная деградация поверхности, фильтрующий пирог может засоряться ростом частиц и бактерий. Фильтр должен регулярно промываться, а обратная промывка воды должна обрабатываться отдельно (путем осаждения и т.д.). (Таблица 6).

** Фильтрующие фильтры** являются последним из трех распространенных типов фильтров и работают путем просачивания воды через кучу носителей биопленки. Самым большим преимуществом фильтра просачивания является высокий эффект дегазации через высокую поверхность воды к воздуху, вызванный просачиванием. Основным недостатком являются высокие затраты на перекачивание воды на требуемую высоту. Поскольку эти носители не перемещаются регулярно, как в MBBR, биопленка толстеет на этих носителях и снижает скорость нитрификации. Фильтры просачивания очень распространены в аквапонике, так как они позволяют газообмен (дегазация СО₂ и аэрация) на одном шаге. Кроме того, им нужна только циркуляция воды и отсутствие дополнительного аэрационного устройства, такого как MBBR (например, воздуходувка), что делает их очень простой в построении системы.

Рисунок 13: Две версии биофильтров для субоптимальных движущихся сред: (слева) биофильтр, содержащий слишком много биочипов (фото R. Bolt); (справа) биофильтр без аэрации (фото: U. Strniša)

Таблица 6: Виды биофильтров и их плюсы и минусы с точки зрения эффективности системы: реактор биопленки с подвижным слоем (MBBR), фильтр с фиксированным слоем и фильтр просачивания

Тип биофильтра	Базовая конструкция	Плюсы и минусы
Биопленочный реактор подвижного слоя (MBBR		Нитрификация++ Фильтрация - Дегазация +
Фильтр фиксированной кровати		Нитрификация + Фильтрация + Дегазация -
Фильтр для просачивания		Нитрификация+фильтрация -Дегазация ++ (при аэрации) -

Дегазация и аэрация

Аквариум (и), биофильтр и растительный слой (и) нуждаются в соответствующей аэрации. Существует множество способов обеспечения этого, в том числе с помощью воздушных насосов, водяных распылителей, лопаток, роторов, воздуходувок и компрессоров. Как и в случае перекачки воды, аэрация воды должна быть надежной и энергоэффективной. Аэрация в небольших системах может быть обеспечена с помощью энергоэффективного и долговечного воздушного насоса и пищевой виниловой трубы, соединенной с воздушными камнями, расположенными на дне резервуаров или вблизи них и растущих плащ. Воздушные насосы, как правило, недостаточно велики для аэрации больших систем, в которых используется регенеративная воздуходувка или генератор кислорода.

В аквапонике воздушные насосы и воздушные камни используются для втягивания воздуха в воду для обеспечения корней растений и рыб кислородом. Воздушные насосы широко доступны в различных размерах, от очень маленьких до очень больших, с возможностью работы от одного до нескольких аэрокамней, каждый из которых вводит в раствор сотни крошечных пузырьков свежего, насыщенного кислородом воздуха. В то время как легче выталкивать воздух из аэрокамня, находящегося на мелководье, вы не попадаете в воду столько кислорода, сколько делаете, если аэрокамень глубже. Когда аэрокамень глубже, большое количество пузырьков, которые выходят меньше из-за более высокого давления воды, которые вместе имеют большую площадь поверхности, чем меньше крупных пузырьков, и они должны двигаться дальше к поверхности, с окружающей водой поглощает кислород из пузырьков весь путь до в верхней части бака, где они лопнули на поверхность.

Высокоэффективный вход кислорода

Основными технологиями оксигенации являются U-труба, оксигенационный конус и оксигенатор с низкой головкой (рис. 14-16, таблица 7).

Таблица 7: Характеристики различных возможностей высокоэффективного обогащения кислорода в РАС

Одной из простых технологий оксигенации для растворения кислорода в системной воде является U-труба (рис. 14). Кислород вводится на дно трубы глубиной 10-30 м, через которую проходит вода системы. Благодаря высокой гидравлической головке высокое давление приводит к высокому растворению кислорода в водной толще. Однако, поскольку этот метод требует, чтобы структуры были встроены глубоко в землю, этот метод часто не может быть реализован на практике.

Рисунок 14: U-труба

оксигенационный конус (рис. 15) использует тот же принцип, что и U-труба. Разница заключается в том, что высокое гидравлическое давление вызвано насосом (который использует много энергии). Эта технология особенно подходит для покрытия пиковых потребностей в кислороде и имеет высокую эффективность с точки зрения растворения кислорода.

Рис. 15: Кислородный конус для растворения чистого кислорода при высоком давлении Источник: Тиммонс и Эбелинг 2007 (слева), Bregnballe 2015 (справа)

** оксигенатор с низкой головкой** (LHO) (рис. 16) использует другой метод обогащения кислородом. Вода протекает через перфорированную пластину и приводит к высокой площади поверхности газа в смесительной камере ниже. LHO работают очень экономично, хотя они не могут достичь концентрации кислорода так высока, как конусы.

Рисунок 16: оксигенатор с низкой головкой

Высокоэффективное обогащение кислорода

На рис. 17 и в таблице 8 показаны различные возможности низкоэффективного обогащения кислорода.

Рисунок 17: Различные возможности низкоэффективного обогащения кислорода в аквакультуре

Таблица 8: Характеристики различных возможностей низкоэффективного обогащения кислорода в РАС

при высокой толще воды до 100% при ок. 5-

10 м

*Авторское право © Партнеры проекта Aqu @teach. Aqu @teach является стратегическим партнерством Erasmus+ в области высшего образования (2017-2020), возглавляемым Университетом Гринвича, в сотрудничестве с Цюрихским университетом прикладных наук (Швейцария), Техническим университетом Мадрида (Испания), Люблянским университетом и Биотехническим центром Naklo (Словения) . *