Выращивание рыб в системах оборотного водоснабжения и установках замкнутого водоснабжения

Одно из перспективных направлений индустриального рыбоводства – выращивание рыбы в установках с замкнутым циклом водообеспечения (рис.65). Данный метод, в отличие от традиционных форм рыбоводства не требует больших земельных площадей и водных ресурсов, обеспечивает высокую продуктивность на единицу объема воды рыбоводной емкости до минимума сводит потери кормов, позволяет повысить выработку на одного рабочего. При этом очень важно то, что выращивание рыбы данным способом поддается управлению вплоть до полной автоматизации всех процессов, позволяет создавать как целые комплексы, так и отдельные установки, которые можно использовать в условиях любых отраслей и производств в виде подсобных рыбоводных хозяйств.
Принципиальная схема этой установки показана на рис. 66

Рис. 66 Принципиальная схема рыбоводной установки с оборотным водоснабжением

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 по течению, а водосброс - ниже.
Однако возможна и другая схема водоиспользования. Воду из отстойника можно не сбрасывать в водоприемник сразу, а часть ее, 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, Физико-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 губителей для рыб, особенно молоди, поэтому озонированную воду нужно дополнительно отстаивать.
Наибольшее распространение в промышленных УЗВ получили физические (которые еще 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, полиэтиле¬новые 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.
Интеграторы представляют собой конические емкости, в нижней части которых создается слой активного ила. Верхняя часть работает как отстойник. Соотношение объема рыбоводных емкостей к объему интеграторов составляет 1:5 - 1:10. При использовании интеграторов отпадает необходимость в балансе механической очистки, однако требуется точное поддержание скорости водообмена, чтобы не происходи¬ло осаждение активного ила и выноса его за пределы зоны отстаивания.
Биофильтры в самое последнее время получили наиболее широкое применение в системах биологической очистки. Они представляют собой емкости, заполненные загрузкой различного типа (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. Чаще используют регенерирующуюся загрузку из полиэтиленовых гранул, а также кассетную и сотовую загрузки. По сравнению с аэротенками 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 создается благо приятный кислородный режим как в орошаемых биофильтрах, к которым по удельной производительности близки вращающиеся.
Рабочие характеристики некоторых современных установок с замкнутым циклом водоснабжения приведены в табл. 11.
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. 12
Таблица №11
Сравнительные рабочие характеристики трех типов современных УЗВ
Показатели DIFTA (Дания) ВНИИПРХ, СПГАСУ (Россия) Штеллерматик (Германия)
Биофильтры, м3 24 25 16
Объем бассейнов, м3 30 30 15
Отстойник, м3 8 10 20
Водообмен, м'/ч 30 30 45
Ежедневная подпитка водой, % 3-10 3-10 1-5
Общий объем, м3 62 60 50

Таблица №12
Конструктивные параметры типовых УЗВ
Показатели УЗВ-10 УЗВ-40
Занимаемая площадь, м2 140 450
Общий объем воды в установке, м3 60 280
Объем воды в бассейнах, м3 24 136
Установочная мощность, кВт/ч 24 66,5
Расход оборотной воды, м3/сут. до 960 до 3300
Расход подпиточной воды, м3/сут. 0,25 14
Расход кислорода, кг/ч 0,3 5
Данные установки позволяют круглосуточно выращивать разные виды рыб, а также креветок и раков. Карпа выращивают при соотношении рыбы и воды в бассейнах в пределах 1:7 - 1 : 14, что позволяет достигать рыбопродуктивности 120- 160 кг/м3 . При выращивании в УЗВ карп за один год достигал массы 4-6кг и становился половозрелым. В управляемых условиях УЗВ возможно многоразовое получение в течение года половых продуктов от производителей, проведение инкубации и получение посадочного материала в любое время года.
Рыбоводно-биологические нормативы выращивания в УЗВ карпа и форели представлены к табл. 13

Рыбоводно-биологические нормы выращивания рыбы в УЗВ
Таблица №13
Наименование нормативного показателя
Норма
Карп Форель
Температура, 0С при:
инкубации икры и выдерживании личинок выращивании рыбы до массы 10г выращивании рыбы до массы 1 кг инкубации икры выклеве личинок выдерживании свободных эмбрионов выдерживании личинок выращивании посадочного материала выращивании товарной форели
2-23 27-28 23-25
-
-
-
-
-

3
-
-
9-10
10
12-13
15-16
16-17
16-17
Предельно допустимые концентрации, мг/л при инкубации икры и выдерживании личинок: NH4
NO2
NO3,
Взвешенные вещества при выращивании посадочного материала:
NH4
NO2,
NO3,
Взвешенные вещества при выращивании товарной рыбы:
NH4
NO2,
NO3
Взвешенные вещества
2
0,12
5-10
5-10

4
0,2
до 60 до 60

6
0,3
100
до 60
0,5
0,12
5
до10

2
0,12
до 30
до 15

2,5
0,2
до 60
до 25
Максимальная плотность посадки рыбы, кг/м3 при массе, г
до 0,5
1
5
20
50
500
более 500

10
20
50
-
100
-
до 200

10
20
30
45
60
90
до 100
Сроки выращивания рыбы, сут, при массе, г до 1
1-12
1-10
10-50
12-50
30
-
20
30
-
-
75
-
-
65

Первое промышленное рыбоводное предприятие с замкнутой системой водоснабжения было введено в Японии в 1951 году. В Европе первая УЗВ появилась в 1967 году в Австрии, в 1972 - в Германии. С тех пор, особенно за последние 10-15 лет, в этом направлении в рыбоводстве достигнут огромный прогресс. Появились новые, более современные системы очистки воды, разработаны технологии выращивания десятков видов рыб и других гидробионтов, как пресноводных, так и морских.
В принципе установку с замкнутым циклом водоснабжения для выращивания рыбы может сделать любой желающий как у себя дома, так и на приусадебном участке. Для этого необходимо иметь емкость для выращивания, насос, аэратор или компрессор, изготовить простейший механический фильтр, например, песчано-гравийный и биологический фильтр с загрузкой из гравия, керамзита или полиэтилена, установить в рыбоводной емкости автокормушку, приобрести полноценные сбалансированные корма и можно начинать выращивание. В средней полосе России за лето вполне возможно, как показала практика, вырастить не менее 5-10 кг карпа в 1 м3 воды.