МЕХАНИЧЕСКИЕ ФИЛЬТРЫ

РЫБОВОДНЫЙ ОСАДОК - продукт, задерживаемый механическими фильтрами. Ме-
ханическая очистка технологической воды рыбоводных установок преследует цель отде-
ления от жидкости твердых тел. Отделению подлежат продукты первичного загрязнения
(остатки корма, фекалии, чешуя и другие твердые загрязнения) и вторичного загрязнения
(избыточный активный ил). Наибольшая концентрация первичных загрязнений находится
в воде на выходе из рыбоводных бассейнов, а вторичных - после биофильтра. В замкну-
тых по воде системах имеет смысл говорить о смеси первичного и вторичного загрязне-
ний, так как оба вида загрязнений попадают в циркулирующую воду, и задерживаются
фильтрами, расположенными в любой точке системы. Концентрация взвешенного вещест-
ва в таких системах достигает 50 - 60 мг сухого вещества на 1 л воды.
По физико-механическим свойствам нерастворенные осадки представлены грубо- и
мелкодисперсными примесями, коллоидными и слизеподобными веществами. Эффект
гравитационного осветления воды с рыбоводным осадком в течение 60 мин равен 88%.
Состав рыбоводных нерастворенных осадков изменяется при изменении вида корма и ре-
жима работы рыбоводной установки. Высушенный рыбоводный осадок из замкнутой ры-
боводной установки представляет собой порошок коричневого или светло-коричневого
цвета с легким запахом, характерным для исходного корма. Примерный биохимический
состав высушенной до 10% влажности смеси первичного и вторичного осадков следую-
щий: зольность 29%, сырой протеин 25%, сырой жир 1%, клетчатка 11%, витамины В1 и
В2 40 мг/л. Сохранение биохимического состава при температуре +20 оС наблюдается в
течение 6 - 7 часов хранения.
Рыбоводный осадок, оседающий в регламентированных местах установки (накопители
осадка) и в нерегламентированных местах (трубы, лотки, дно и стенки бассейнов и т.п.),
представляет биологически активную массу, в которой протекают сложные биологиче-
ские процессы, сопровождающиеся изменением структуры и состава массы. Эти процессы
служат источником вторичного загрязнения воды, а также потребляют из воды кислород и
изменяют рН воды. Опыты по самоокислению биомассы показали ее возрастающую ак-
тивность после 24 часов хранения в воде установок. Этим определяется максимальное
время цикла очистки отстойников рыбоводной установки от накопившегося осадка.

Рис.51. Классификация механических фильтров рыбоводных осадков.
КЛАССИФИКАЦИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ ФИЛЬТРОВ РЫБОВОДНЫХ УСТАНОВОК.
В силу особенностей рыбоводного осадка для его отделения от воды пригодны не все ви-
ды фильтров. Оценка и сравнение фильтров ведется по следующим показателям: отноше-
ние объема фильтра к номинальной проточности, потери напора в фильтре, сложность об-
служивания, управление фильтроциклом, эффект очистки в %, затраты воды на обслужи-
вание фильтра.
Применяемые в рыбоводных установках фильтры можно условно разделить по способу
отделения осадка на четыре группы (рис.51). Каждая группа делится на подгруппы, отли-
чающиеся конструктивными особенностями.
СЕТЧАТЫЕ ФИЛЬТРЫ используются в рыбоводных установках для различных целей
и, в зависимости от назначения, имеют различные размеры ячеи. Неподвижные сетчатые
фильтры закрывают все выпуски воды из бассейнов и удерживают гранулированный суб-
страт фильтров. На выпусках из бассейнов сетки удерживают не только живую рыбу от
ухода из бассейна, но и достаточно крупный сор: погибшую рыбу, случайные предметы,
водоросли. Чем мельче рыба содержится в бассейне, тем мельче должна быть ячея сетки.
Стремлению уменьшить ячею сетки препятствует возможность ее быстрого засорения, а в
высоконагруженных установках ячея зарастает биопленкой и не пропускает воду. Так
сетка с ячеей 3 мм зарастает полностью в течение нескольких суток.
Использование неподвижных сетчатых фильтров всегда предусматривает меры по пе-
риодической или постоянной очистке их от закупорки. Там, где это возможно, использу-
ется ручная чистка. В больших и достаточно глубоких бассейнах предусматривается сис-
тема механических щеток с дистанционным приводом или промывка сеток струей воды
под давлением. Заслуживает внимания и метод очистки сеток, дна и стенок бассейнов пу-
тем подсадки в бассейны с культивируемой рыбой небольшого количества рыб, поедаю-
щих отложения - тиляпии, белого амура. Не являясь конкурентами по питанию комбикор-
мом основному культивируемому виду, они довольствуются обрастаниями во всех дос-
тупных им частях бассейна.
Вращающиеся сетчатые фильтры (радиальные) представляют собой цилиндрический кар-
кас с натянутой на него сеткой. Поступающий поток направлен вдоль оси вращения ци-
линдра, выходящий - радиально от оси цилиндра к его периферии, таким образом, что-
бы жидкость прошла через ячеи сетки. Промывка сетки осуществляется либо периодиче-
ски, по мере возрастания напора, либо постоянно.

Рис.52. Схема устройства радиального вращающегося сетчатого фильтра: 1 - сетчатый
барабан; 2 - патрубок подачи очищаемой воды; 3 - патрубок подачи промывочной воды; 4
- желоб отвода грязи.
Схема постоянно действующей промывки радиального фильтра приведена на рис.52.
Фильтр состоит из сетчатого барабана 1, патрубка подачи очищенной воды 2, трубопро-
вода подачи промывочной воды 3, желоба для сбора отвода промывочной воды с грязью
4.
Размер ячеи для фильтрующих сеток радиальных фильтров зависит от его назначения.
Желание отделить мелкие частицы заставляет применять мелкоячеистые сетки. Такие
фильтры называются микрофильтрами. Потери напора и промывочной воды с уменьше-
нием ячеи сетки возрастают. Это ограничивает применение фильтра задачами отделения
крупного мусора. Применение микрофильтров в высоконагруженных системах малоэф-
фективно, так как связано с затратами промывочной воды подаваемой под давлением.
ГРАВИТАЦИОННЫЙ СПОСОБ ОТДЕЛЕНИЯ ПРИМЕСЕЙ заключается в использо-
вании эффекта разделения воды и частиц грязи из-за их различной плотности. Плотность
частиц грязи несколько выше плотности воды, поэтому в спокойной воде частицы грязи
движутся вниз и накапливаются на дне. Удаление грязи в спокойной воде называется от-
стаиванием. Принцип отстаивания положен в основу горизонтального отстойника, схема
которого приведена на рис.53. Отстойник представляет собой емкость с плоским дном,
разделенную на три секции. Входная секция 1 предназначена для уменьшения турбулент-
ности и скорости движения потока. Секция 2 предназначена для осаждения осадка. Сек-
ция 3 обеспечивает переход к высоким скоростям движения потока. Наибольший эффект
отстаивания наблюдается при низких скоростях и ламинарном течении жидкости. Реко-
мендуемые скорости течения воды в секции отстоя должны быть менее 0,8 м/сек. Реко-
мендуемое время пребывания воды в отстойнике - 15 - 60 мин. Потери напора незначи-
тельны. Эффект очистки 10 - 30% взвесей. Очистка дна секции 2 от накопившегося осадка
представляет определенные трудности, так как осадок распределяется по всей поверхно-
сти дна почти равномерно. Кроме того, очистке подлежат все стенки отстойника, так как
со временем они покрываются слоем биопленки, условия для отрыва и выноса которой
отсутствуют.
В практике рыбоводных установок широкое применение нашли отстойники с верти-
кальным перемещением очищаемой воды и смещением вектора ее движения от центра к
182
периферии (рис.54 а, б). Отстойник имеет цилиндрический корпус 1 с плоским а) или ко-
нусным б) дном. В верхней части корпуса устроен кольцевой лоток для приема очищен-
ной воды 2. В центре корпуса размещена труба для подачи воды 3. Если дно у отстойника
плоское, то в его состав включается скребок 4, приводимый в движение приводом 5.
Очищаемая вода подается сверху вниз по трубе 3. При выходе из трубы скорость движе-
ния воды падает, а направление движения изменяется на противоположное. Изменение
направления движения воды ускоряет выпадение в осадок частиц грязи за счет влияния
центробежных сил.

Рис.53. Схема горизонтального отстойника: 1 - секция ввода; 2 - секция отстаивания;
3 - секция выпуска воды.
Рис.54. Схемы вертикальных отстойников: 1 - корпус; 2 - кольцевой лоток; 3 - труба
подачи воды; 4 - скребок; 5 - привод.

Рис.55. Схема гидроциклона: 1 - корпус; 2 - нижний патрубок; 3 - верхний патрубок;
4 - входной патрубок.
Подъем воды снизу вверх также сопровождается выпадением частиц грязи в осадок,
если скорость движения воды вверх ниже скорости опускания частиц грязи вниз. Опти-
мальной считается скорость подъема воды 10 м/час или 3 мм/сек, скорость движения воды
по центральной трубе подачи - 0,08 - 0,1 м/сек, угол наклона конусного дна 45 - 50°.
ГИДРОЦИКЛОН. Эффект выделения осадка может быть усилен за счет вращательного
движения жидкости в аппарате, именуемом гидроциклон. Схема гидроциклона приведена
на рис.55. В цилиндрическом корпусе 1 устроено коническое дно с выходным патрубком
2, в верхней части корпуса устроена крышка с патрубком 3. По касательной к цилиндри-
ческой части корпуса встроен патрубок 4. При подаче воды в патрубок 4 она движется
внутри корпуса по спирали. В результате движения частицы грязи выносятся к стенкам
корпуса. Винтообразный поток движется сначала вниз вдоль стенок, затем вверх в его
центральной части. Между этими двумя потоками образуется зона, в которой скорость
вертикального движения равна нулю. В центре спирали, поднимающейся снизу вверх, об-
разуется область низкого давления, которая заполняется воздухом или парами жидкости.
Ядро, заполненное воздухом, возникает и увеличивается с увеличением скорости враще-
ния воды.
Осветленная вода поднимается в верхнюю часть аппарата и выливается из него. Части-
цы взвеси вместе с частью воды выходят из нижнего патрубка. Эффективность осветления
воды зависит от режима работы гидроциклона.
В рыбоводной практике гидроциклоны использовались в единичных случаях. Причи-
ной тому необходимость в высоком давлении на входе, а, следовательно, высокие энерге-
184
тические затраты. Нормальная работа гидроциклона наблюдается при падении давления
1,5 - 3 кг/см2. Эффективность очистки тем выше, чем выше скорости движения жидкости.
Если гидроциклон, изображенный на рис.55,использовать при небольшом давлении, а
нижний патрубок перекрыть, то такой прибор выполняет роль ловушки взвесей, которые
накапливаются в его нижней части. Безнапорные циклоны достаточно эффективно рабо-
тают в аквариумах и промышленных рыбоводных установках, задерживая примерно 15%
взвесей. Требования к циклу удаления осадка из безнапорного циклона остаются неиз-
менными, выпуск осадка должен производиться не реже одного раза в сутки.
ЦЕНТРИФУГИ как аппараты для отделения взвесей от воды в составе рыбоводных ус-
тановок не использовались. На станциях очистки фекальных вод используются центрифу-
ги со шнековой подачей для понижения влажности осадка до 85 - 87%. Центрифугирова-
ние идет активно только при внесении добавок коагулирующего действия. Эффективность
центрифугирования без добавления коагулянтов низка из-за присутствия в осадке колло-
идных и слизеподобных веществ.
ОБЪЕМНЫЕ ПОРИСТЫЕ ФИЛЬТРЫ. В классических песчаных фильтрах очистка воды
осуществляется пропусканием ее через слой песка или какого-либо другого зернистого
материала. Частицы взвеси, размер которых превышает размер пор, задерживаются пес-
ком. Размер песка в классическом песчаном фильтре колеблется от 2 до 0,02 мм. Приме-
няя в качестве фильтрующих частиц глину, диатомит можно задерживать взвеси до 0,1
мкм. В случае закупоривания фильтра его отключают от системы подачи очищаемой воды
и промывают обратным током воды.

Рис.56. Фильтр с плавающей загрузкой: 1 - фильтрующий слой гранулы; 2 - корпус; 3 -
кольцевой лоток; 4 - сетка; 5 - подающая труба.
Песчаные фильтры не нашли применения в практике очистки рыбоводных стоков, так
как поверхность песчинок покрывается слоем биопленки. Биопленка, обладая сорбирую-
185
щими свойствами, притягивает загрязнения, разрастается и закупоривает фильтр, сращи-
вая песчинки в единый конгломерат. Обратная промывка сросшегося слоя песка не вос-
станавливает его фильтрующих свойств.
Преодолеть препятствия, связанные с зарастанием и регенерацией фильтрующего слоя,
удалось путем применения вместо песка полиэтиленовой гранулы диаметром 2,5 мм с
плотностью 0,93 - 0,95. Фильтры с плавающей загрузкой (ФПЗ) нашли широкое примене-
ние в практике рыбоводных установок. Схема ФПЗ приведена на рис.56. Фильтрующий
слой гранулы 1 размещается в корпусе 2, имеющем кольцевой лоток 3, выход в который
защищен сеткой 4. Для подачи воды в фильтр внутри корпуса устроена труба 5. Дно кор-
пуса на рисунке изображено конусным, но может быть плоским. При плоском дне конст-
рукция усложняется скребками и приводом для скребков.
Фильтр работает следующим образом. Загрязненная вода подается по трубе 5 в зону
отстоя. В этой зоне ФПЗ работает как обычный вертикальный отстойник. Медленно под-
нимаясь вверх, вода проходит фильтрующий слой и очищенной сливается через сетку в
кольцевой лоток. По мере накопления осадка в порах фильтрующего слоя увеличивается
его гидравлическое сопротивление и уровень воды в фильтре несколько поднимается (на 5
- 10 с).
Очистка фильтрующего слоя производится при отключении подачи очищаемой воды.
Для очистки используют барботаж гранулы либо сжатым воздухом, либо струей воды. За-
тем воде дают отстояться и сливают накопившийся на дне осадок. ФПЗ обладает высокой
эффективностью очистки до 82 - 92%. Это объясняется, очевидно, сорбционными свойст-
вами биопленки, покрывающей гранулу. В силу обладания способностью сорбировать
биопленка задерживает частицы намного меньше по размеру, чем поры между гранулами.
Фильтрующие свойства гранулы восстанавливаются достаточно легко, так как из-за не-
большой положительной плавучести гранулы даже незначительные усилия, возникающие
при барботаже, разрушают слой гранулы, накопивший загрязнения.

Рис.57. Схема флотации с инъекцией воздуха под давлением: 1 - аппарат для инъекции
воздуха; 2 - трубопровод насыщенной воды; 3 - емкость флотатора; 4 - лоток сбора воды;
5 - внутренний корпус; 6 - пеносборник.
Потери напора в ФПЗ незначительны (менее 1 м).
186
Эффективность очистки в ФПЗ зависит от скорости фильтрации и концентрации взве-
шенных веществ в очищаемой воде. При скорости подъема около 10 м/час, высоте фильт-
рующего слоя 0,2 - 0,5 м и цикле очистки 24 часа эффект очистки максимальный.
ФЛОТАЦИЯ как способ механической очистки воды от взвесей иногда используется
для очистки рыбоводных стоков, а также для подготовки воды из открытых источников
перед подачей в рыбоводные бассейны. Удаление взвешенных веществ происходит путем
концентрации их в пене, образующейся при продувке воды сжатым воздухом. Параллель-
но с адсорбцией взвесей на поверхности воздушных пузырьков происходит коагуляция и
укрупнение коллоидных частиц, что облегчает их задержание на механическом фильтре.
В процессе продувки происходит повышение рН среды и удаляется значительное количе-
ство аммиака.
Наиболее эффективны камеры с противотоком воды и пузырьков воздуха. Рекомендуе-
мый расход воздуха не менее 10 м3/м2 при избыточном давлении 0,2 - 0,35 кг/см2. Основ-
ными факторами, определяющими эффективность флотационного процесса очистки воды
от взвесей, являются время контакта, и величина площади раздела фаз вода/воздух. С уве-
личением суммарной поверхности раздела вода/воздух возрастает величина потенциала
заряда между пузырьками и частицами органических соединений. При размере пузырьков
1 - 1,5 мм поверхность раздела фаз лежит в пределах 40 - 50 м2/л.
По способу образования пузырьков в устройствах флотации для рыбоводных установок
используются два способа:
- воздушные пузырьки получаются путем распыления сжатого воздуха через перфори-
рованные трубы;
- сжатый воздух инжектируется в воду под высоким давлением и при снятии давления
он освобождается из воды пузырьками.
При пропускании воздуха через перфорированные трубы сложно добиться образования
мелких пузырьков воздуха, а, следовательно, и высокой эффективности устройства в це-
лом. При инъекции воздуха в воду под высоким давлением размеры пузырьков после сня-
тия давления остаются минимальными. Этот метод нашел применение, как в рыбоводной
практике, так и на станциях очистки воды. Преимущества этого способа очевидны, так как
удаляются частицы, плотность которых незначительно отличается от плотности воды.
Удаляются частицы размером от 10 мкм. Особенно эффективно с помощью флотации
уменьшается микробиологическое загрязнение воды, эффект очистки достигает 90%.
Схема устройства для очистки воды с помощью инъекции воздуха под давлением при-
ведена на рис.57. В схему входит аппарат для насыщения воды сжатым воздухом 1, тру-
бопровод подачи воды, насыщенной воздухом, 2, емкость флотатора 3 с кольцевым лот-
ком сбора воды 4, внутреннего корпуса 5 с кольцевым лотком для сбора пены 6. Устрой-
ство аппарата для инъекции воздуха в воду под давлением аналогична устройству оксиге-
натора. Эффективная инъекция воздуха происходит в аппарате при давлении 3,5 - 4 кг/см2
.
Насыщенная воздухом вода по трубопроводу 2 подается во внутренний корпус флота-
тора 5. Давление воды в корпусе флотатора резко падает, воздух выделяется в виде мел-
ких пузырьков, увлекая с собой частицы загрязнений, которые собираются в пеносборни-
ке. Вода движется вниз по корпусу флотатора, унося с собой крупные частицы загрязне-
ния, которые выпадают в осадок на дно флотатора. Далее вода поднимается между корпу-
сами флотатора и собирается в кольцевом лотке 4.
Чтобы избежать опасного остаточного пресыщения воды азотом воздуха, площадь кон-
такта воды с атмосферным воздухом в кольцевом лотке должна обеспечивать полную де-
газацию избыточного насыщения азотом. К недостаткам способа очистки по схеме, изо-
браженной на рис.57, следует отнести высокую энергоемкость инъектирования воздуха.