Конкретные типы биофильтров
Фильтры с расширяющимся субстратом (Expandable media filters) - в
реакторе между двумя экранами плавает слой гранул (шариков), через
который проходит загрязненная вода. Поверхность гранул является субстра-
том для биопленки.
Пластиковые шарики в таких фильтрах имеют показатели до 1150-1475 м²/м³.
Способность нитрификации составляет 300-330 г/м³/сутки. Т.е. фильтр спосо-
бен очищать воду при внесении 13 кг корма в сутки на м³ субстрата. Очень
эффективные фильтры, занимают мало места, но дороги (рис. 3).
Вращающиеся биологические фильтры (Rotating biological contactors) –
субстрат помещен в барабан, вращающийся на оси, ось находится на повер-
хности воды (рис. 3). Таким образом, часть барабана (и субстрата) погружена в
воду (около 40%), часть – находится в воздухе. Барабан постоянно вращается, и
субстрат, вращаясь вместе с ним, то погружается в воду, то снова оказывается в
воздушной среде. Благодаря этому в воздухе происходит смена углекислого
газа (производимого рыбой и бактериями) на кислород, что необходимо для
работы бактерий.
Современные биофильтры имеют показатели субстрата 150–200 м²/м³, ско-
рость нитрификации достигает 60-80 г общего азота/м³/сутки.
Псевдосжиженный (проточный, слоистый) фильтр (Fluidized bed filters) –
затопленный цилиндр или бак, частично заполненный мелко гранулирован-
ным субстратом (кстати, хорошо подходит песок) (рис. 3).Работа биофильтра
состоит из двух фаз: фильтрация и промывка субстрата. Во время фильтрации
ток воды регулируется так, чтобы расширение субстрата не превышало 50%.
Воду пропускают через слой песка в количестве и со скоростью, достаточными
для поднятия и расширения этого слоя (появляется своеобразная текучесть
песка), чтобы частицы песка были способны двигаться, точнее – не прикасаться
друг к другу. Однако (!!) подающий ток воды не должен быть настолько силь-
ным, чтобы поднять песок и вынести его из корпуса фильтра.
Когда биопленка начинает закупоривать фильтр, включают вторую фазу –
промывку, для чего увеличивают ток воды для выноса песчинок из реактора.
Песок промывают или заменяют. Биофильтр имеет показатель 12000–20000
м²/м³, нитрифицирующая способность может быть 600-1200 г/м³. Однако для
этого фильтра требуется больше энергии. Песочный фильтр, в отличие от
орошаемого, не насыщается кислородом из воздуха, поэтому ему необходима
вода с высоким уровнем кислорода. Для этого можно использовать аэрацию
или оксигенацию.
Перемешивающиеся фильтры (Mixed bed reactors) – схема схожа с псевдосжи-
женным фильтром, только в качестве субстрата используют пластиковые
гранулы, которые постоянно перемешиваются. Диаметр пластиковых частиц
существенно крупнее песчинок, поэтому площадь субстрата намного меньше
(800–1150 м²/м³). Шарики обычно имеют нейтральную плавучесть или слегка
тяжелее воды. Перемешиваются благодаря механическому или гидравличес-
кому приспособлению. Так как гранулы постоянно двигаются, то фильтр не
закупоривается. Нитрифицирующую способность оценивают на уровне 16–23
кг корма/день/м³ субстрата.
Погруженные биофильтры (submerged filters) представляют собой реактор,
наполненный субстратом, через который пропускают воду, т.е. субстрат
полностью затоплен водой. Современные погруженные фильтры эффективны,
имеют малые потери воды, легко конструируются и используются. Это может
быть бассейн, заполненный водой, через который пропускают воду для очис-
тки. Путь воды по субстрату фильтра должен быть как можно более протяжен-
ным, поэтому лучше устроить длинный прямоугольный бассейн. Для развития
бактерий и стимулирования циркуляции воды и ее тока по всему реактору
следует использовать аэрацию. Аэрация должна быть достаточной для актив-
ного перемешивания воды по всему субстрату, создания турбулентности,
чтобы тело фильтра подвергалось по всему объему одинаковому движению
воды.
Показатели биофильтра близки к показателям для следующего рассматривае-
мого типа - капельного фильтра.
Рис. 3. Различные типы биофильтров
Капельные (орошаемые) фильтры(Trickling filters). Высокий реактор (в
литературе называемый башней), наполненный субстратом с широкими
порами, пустотами. Вода подается наверх биофильтра, тщательно разбрызги-
вается по всему сечению реактора и стекает по пустотам вниз через субстрат.
Субстрат неподвижен. Бактерии растут в зоне увлажнения в пустотах.
Субстрат имеет относительно малую поверхность: показатель менее 300
м²/м³, часто бывает 120-150 м²/м³. У капельных фильтров обычно скорость
нитрификации невысокая и составляет около 90 г TAN/м³/день. При проекти-
ровании в УЗВ для такого биофильтра можно принимать критерий проектиро-
вания из расчета около 3,6-4 кг кормов/день/м³ субстрата.
Именно этот тип биофильтра мы и выбрали для собственной УЗВ. Такой
биофильтр (как и погруженный) хорош для начинающих рыбоводов, прост,
доступен, практичен. Капельный биофильтр легко тиражируется (наращива-
ется в размерах), его можно создавать для тока воды от 15 литров до десятков
тонн в минуту. Он эффективно работает при разных уровнях загрязнения
воды; хорошо улавливает и взвеси.
У капельного фильтра есть ограничения: относительно большие размеры,
субстрат сравнительно дорогой, требует качественного насоса (для подъема
воды наверх). Лучше предварительно пропускать воду через механический
фильтр, чтобы удалить взвешенные частицы и не допустить закупоривания
биофильтра.
Фильтр позволяет использовать несколько видов субстрата. Хорошим суб-
стратом является блочный материал из пластических масс (рис. 4).Можно
склеить листы волнистого профиля из пластика.
Рис. 4. Блочный субстрат для биофильтра
Важным узлом в капельном фильтре является механизм распределения воды
сверху реактора (орошение фильтра). Вода должна орошать равномерно всю
вершину фильтра. Используют два основных подхода для этого. Разбрызгива-
ние под давлением воды через брызговик /разбрызгиватель (например,
головка душа) – самый простой вариант. Единственный его недостаток –
необходимость создания давления. Другая система включает конструкцию
простого неглубокого распределительного поддона с системой из нескольких
самотечных насадок/выпускных отверстий (рис. 5).
Рис. 5. Схема разбрызгивания воды на вершине капельного биофильтра и
промышленный образец
При разработке дизайна капельного биофильтра надо учесть решения
нескольких простых вопросов:
- вода должна равномерно распределяться по всей площади верхней части
фильтра, иначе будут зоны без воды, а значит – без бактерий, в результате
фильтр будет работать нерационально;
- при установке фильтра надо обеспечить хорошую вентиляцию воздуха
(биофильтр выделяет углекислый газ, повышение концентрации которого
опасно для людей и вредно для рыбы);
- лучше чередовать слои субстрата так, чтобы направления стекания воды
перекрещивались, для оптимального ее распределения по всему субстрату;
- лучше сделать биофильтр несколько больше нужного размера, чем мень-
ше;
- чем быстрее оборот воды в системе, тем лучше ее качество в бассейне с
рыбой.
Еще несколько советов для капельного биофильтра.
- Для уменьшения площади фильтра лучше увеличивать его высоту. Высота
зависит от высоты потолка в помещении, мощности насоса (его способнос-
ти подавать воду наверх) и особенностей скелетной конструкции фильтра
(поддерживающей структуры).
- Чем выше фильтр, тем больший путь пройдет в нем вода, а следовательно,
выше эффективность ее очистки (есть фильтры высотой до 9 м, но чаще в
аквакультуре используют фильтры около 3 м высотой).
Отметим еще одно важное преимущество капельного биофильтра: вместе с
биологической очисткой он выполняет и функцию аэрации. Вода стекает по
пустотам, но не заполняет их (так как поры/пустоты субстрата большие).
Вследствие этого при протекании по пустотам происходит и газообмен между
водой и атмосферой. В результате из фильтра вниз вода выходит в виде
многочисленных брызг, она очищена от аммония и нитритов, не содержит
высокой концентрации углекислого газа и обогащена атмосферным кислоро-
дом. Как показывает практика, в УЗВ с капельным биофильтром дополнитель-
ная аэрация не требуется.
