Проектирование УЗВ: процессы водоподготовки и схема контура

Порядок процессов в контуре УЗВ, способы оценки степени повторного использования воды, роль подпиточной воды и расчёт всех узлов от пикового суточного рациона корма.

Установка замкнутого водоснабжения (УЗВ, RAS) повторно использует воду, непрерывно её очищая. Рыба потребляет корм и кислород и выделяет в воду фекальные взвеси, углекислый газ и аммиак; контур очистки должен удалить эти продукты и восстановить баланс растворённых газов до того, как вода вернётся в бассейны. Этот гид посвящён порядку и расчёту процессов водоподготовки, а не общей концепции рециркуляции.

Пять базовых процессов

Публикация SRAC 453 называет пять процессов, которые должна обеспечивать любая бассейновая УЗВ: циркуляцию, осветление (удаление взвесей), биофильтрацию, аэрацию и удаление углекислого газа. Они описаны как звенья цепи: самое слабое звено определяет, сколько рыбы система способна содержать или произвести, а пренебрежение любым из них подрывает коммерческое предприятие. Вторичные процессы — нагрев и охлаждение, УФ- или озоновое обеззараживание, флотация (пенное фракционирование), дозирование щёлочи, денитрификация — добавляются после того, как закрыта база.

Порядок контура и его смысл

Руководство FAO по рециркуляционной аквакультуре описывает базовый путь: вода выходит из рыбоводных бассейнов, проходит механический фильтр, затем биологический, аэрируется и освобождается от углекислого газа и возвращается в бассейны. При необходимости в эту последовательность добавляют насыщение чистым кислородом и УФ-обеззараживание.

Рыбоводный бассейн — водовыпуски устроены так, чтобы быстро выводить отходы, и оснащены решётками.
Удаление взвесей — ставится перед биофильтром, чтобы богатые органикой взвеси его не перегружали; FAO отмечает, что микросито защищает биофильтр от заиливания и стабилизирует нитрификацию.
Биофильтрация — нитрифицирующие бактерии превращают аммиак в нитрит, затем в нитрат, а гетеротрофные бактерии разлагают растворённую органику.
Дегазация — углекислый газ от дыхания рыбы и биофильтра и избыточный азот удаляются до того, как вода попадёт к рыбе.
Оксигенация — SRAC 451 указывает, что аэрировать или насыщать кислородом обратный поток непосредственно перед входом в бассейн эффективнее, чем аэрировать в самом бассейне: именно здесь растворённого кислорода меньше всего, а углекислого газа больше всего.
Обеззараживание — УФ работает лучше всего после механической и биологической очистки, потому что проникновение УФ зависит от прозрачности воды.

Размещение насосов подчиняется той же логике. FAO советует поднимать воду только один раз и возвращать её в приёмный колодец самотёком, а насосы ставить после механической фильтрации, чтобы не дробить взвеси из бассейнов на более мелкие частицы. По данным FAO, общая высота подъёма в большинстве интенсивных систем — около 2–3 м; SRAC 453 отмечает, что старые проекты работали при напоре около 8 м, а большинство современных рассчитано примерно на 3 м.

Оценка повторного использования и водообмена

FAO выражает интенсивность через расход свежей воды на килограмм произведённой рыбы в год. Ориентиры: около 30 м³ для традиционного прямоточного форелевого хозяйства, около 3 м³ для низкоинтенсивной уличной УЗВ, около 1 м³ для интенсивной УЗВ и всего 0,3 м³ для сверхинтенсивной системы в помещении. Там же приведена формула степени рециркуляции: внутренний рециркуляционный расход, делённый на сумму внутреннего расхода и притока свежей воды, умноженная на 100. В расчётном примере хозяйства на 500 т в год этим уровням соответствует примерно 0%, 95,9%, 98,6% и 99,6% рециркуляции.

От водообмена зависит и нитрат. FAO указывает, что нитрат выше примерно 100 мг/л, по-видимому, ухудшает рост и кормовой коэффициент, что свежей воды более 300 литров на килограмм корма обычно достаточно для его разбавления, а при меньшем расходе стоит рассмотреть ступень денитрификации. SRAC 451 добавляет, что нитрат также выводится при регулярном удалении осадка и обратной промывке фильтров.

Подпиточная вода

Подпиточная (исходная) вода компенсирует потери и служит одним из главных путей заноса патогенов. FAO рекомендует источник, свободный от болезней, — скважину или колодец, а не реку, озеро или море; если исходную воду нужно обрабатывать, обычно используют песчаный фильтр и затем УФ или озон. SRAC 453 указывает, что поверхностную воду, способную переносить болезни, следует обеззараживать, и что чаще всего это встречается в морских системах без подходящего подземного источника. Исходной водой можно также регулировать температуру, поскольку в системах в помещении накапливается тепло от метаболизма рыбы, работы биофильтра и трения в насосах.

Расчёт от кормовой нагрузки

SRAC 453 описывает порядок проектирования: определить вместимость системы по рыбе, рассчитать пиковый суточный рацион корма, подобрать каждый узел под эту пиковую нагрузку и затем применить единый коэффициент запаса (например, 1,5) ко всем основным расчётам. Все узлы должны выдерживать одну и ту же кормовую нагрузку.

Рециркуляционный расход: обычно 42–84 литра в минуту на килограмм суточного корма (SRAC 453).
Аммонийная нагрузка: примерно 3% корма превращается в аммонийный азот (SRAC 451). Необходимый расход вытекает из баланса масс; если тракт очистки удаляет 50% аммиака за проход, расход должен быть вдвое больше, чем при промывке свежей водой.
Потребность в кислороде: около 0,3 кг кислорода на кг корма, если взвеси удаляются быстро, а биофильтр не затоплен, и до 0,75 кг, если взвеси остаются в системе между промывками затопленных фильтров (SRAC 451).
Мощность аэрации: при высокой нагрузке система аэрации должна заменять весь кислород в системе каждые 20–30 минут в пик кормления (SRAC 453).
Плотность посадки: широко принятое проектное значение для товарного выращивания — около 60 кг/м³; плотность около 120 кг/м³ достижима, но часто сопровождается нестабильным качеством воды (SRAC 453).