Видалення завислих речовин в УЗВ: відстійники, сита, гранульні фільтри та флотація

Класи завислих речовин в УЗВ, принцип роботи відстійників, вихрових і радіальних сепараторів, мікросит, гранульних фільтрів і флотаторів, і чому освітлення йде перед біофільтром.

Освітлення — один із п'яти базових процесів установки замкненого водопостачання (УЗВ). За даними публікації SRAC 453, близько половини з'їденого рибою корму виводиться у вигляді твердих частинок, які швидко розпадаються на дрібніші. SRAC 451 пояснює, що під час бактеріального розкладання фекалії та нез'їдений корм споживають розчинений кисень і виділяють аміак, тому їх треба виводити із системи якомога швидше.

Класи завислих речовин

Осідні частинки — зазвичай осідають у стоячій воді протягом години (SRAC 451); SRAC 453 відносить до них частинки, більші за приблизно 100 мкм. Це найлегше видалюваний клас.
Завислі частинки — приблизно 1–100 мкм (SRAC 453). Вони не осідають ні в басейні, ні у звичайних відстійниках, можуть обмежувати кількість риби в системі й подразнюють зябра (SRAC 451).
Дрібні та колоїдні частинки — колоїди мають розмір 0,1–1 мкм (SRAC 453). SRAC 451 повідомляє, що дрібні завислі речовини менше 30 мкм можуть становити понад половину загальної кількості завислих речовин і збільшують потребу в кисні.
Розчинені речовини — розчинена органіка, наприклад білок, підвищує споживання кисню й стає проблемою в системах із дуже малим водообміном (SRAC 451).

Органічна частка завислих речовин, що вимірюється як леткі завислі речовини (VSS), стимулює ріст бактерій, пов'язаний із погіршенням якості води та запахом (SRAC 453).

Чому видалення завислих речовин іде перед біофільтром

SRAC 453 пояснює, що освітлювач традиційно ставлять перед біофільтром, щоб видалити багаті на органіку VSS: це знижує органічне навантаження й дозволяє сформуватися біоплівці з переважанням нітрифікаторів. Посібник FAO перелічує переваги проціджування стоку з басейнів: менше органічне навантаження на біофільтр, прозоріша вода, краща нітрифікація завдяки відсутності замулення та загалом стабільніша біофільтрація. FAO також радить ставити насоси після механічної фільтрації, щоб завислі речовини з басейнів не подрібнювалися на дрібніші частинки, які важче вловити.

Гравітаційне осадження

Відстійники використовують різницю густини частинок і води. SRAC 453 рекомендує мінімальну глибину близько 1,2 м, час гідравлічного перебування 15–30 хвилин і для прямокутних відстійників співвідношення довжини до ширини від 4:1 до 8:1; час осадження для конкретного об'єкта можна оцінити тестом у конусі Імгоффа. Відстійники розраховують за гідравлічним навантаженням на поверхню (площа відносно витрати), тому за високої рециркуляції потрібні великі опалювані площі, а дрібні частинки вони видаляють погано. Тож вони краще підходять для слабко завантажених систем і очищення скидної води, ніж для основного рециркуляційного потоку. SRAC 451 зазначає, що похилі трубчасті модулі покращують осадження, знижуючи турбулентність і вирівнюючи потік.

Вихрові сепаратори та радіальні відстійники

У басейнах із подвійним дренажем осідні частинки концентруються в невеликому донному потоці й спрямовуються до компактного відстійника. У вихровому сепараторі вода входить у конічний корпус по дотичній і обертається навколо центру; уловлювання все одно визначається переважно гравітацією, а фекалії та дрібні частинки корму осідають повільно, бо їхня питома вага лише трохи вища, ніж у води. У радіальному відстійнику вода подається в центральний циліндр-заспокоювач, звідки розтікається до периферійних переливних лотків із поступово спадною швидкістю.

Davidson і Summerfelt (Aquacultural Engineering, 2005) порівняли обидва пристрої на басейні Корнелльського типу з подвійним дренажем об'ємом 150 м³, де 7–8% витрати йшло через донний злив, за гідравлічного навантаження на поверхню 0,0031 м³/с на м². Середня ефективність видалення завислих речовин (TSS) становила 37,1% у вихрового сепаратора та 77,9% у радіального відстійника, причому у відстійника вона менше коливалася. На вихровий сепаратор припадало близько 23% маси завислих речовин, що видаляється за добу, на радіальний відстійник — близько 48%, а барабанне мікросито на всьому рециркуляційному потоці в обох варіантах видаляло близько 40–45%.

Сітчасті фільтри (мікросита)

FAO описує мікросито як практичний стандарт для стоку з басейнів, зазвичай із фільтрувальною тканиною 40–100 мкм; SRAC 453 називає типовим розмір вічка 20–60 мкм — достатньо, щоб затримати всі осідні частинки та великі завислі. В обертовому барабанному мікроситі вода входить усередину барабана й проходить крізь сітчасті панелі під дією різниці рівнів усередині та зовні. Затримані частинки під час обертання піднімаються в зону промивання, форсунки ззовні змивають їх із панелей у шламовий лоток, і шлам самопливом іде на зовнішнє очищення. Барабанні мікросита займають мало місця й працюють за дуже малого напору, але обмежено вловлюють дрібні частинки й можуть давати значний об'єм промивної води; щоб подовжити інтервали промивання, застосовують басейни з подвійним дренажем, вихрові сепаратори та флотатори (SRAC 453).

Зернисті та плавучі гранульні фільтри

SRAC 451 називає зернисте завантаження (пісок або пластикові гранули) поряд із ситами основними механічними засобами проти завислих частинок. У плавучому гранульному фільтрі вода проходить крізь шар пластикових гранул завтовшки 30–90 см; коли шар забивається, його промивають механічно (пропелером) або пневматично (повітрям), дають завислим речовинам осісти й відбирають концентрований шлам. SRAC 453 повідомляє про вловлювання частинок до приблизно 30 мкм за один прохід і практично повне видалення завислих частинок за кілька проходів. Гранульні фільтри також підтримують нітрифікацію й широко застосовуються там, де воду використовують повторно 30–100 діб.

Пінна флотація

Пінна флотація (протеїнове скимування) — подавання бульбашок повітря в нижню частину закритої водяної колони; поверхнево-активні речовини та дрібні частинки прилипають до бульбашок і утворюють піну, яку відводять у відходи (SRAC 451). Метод видаляє дрібні завислі речовини й частину розчиненої органіки, недоступні для осадження та проціджування. SRAC 453 зазначає, що в морській воді він працює надійно, а в прісній ефективність часто нестабільна, бо поверхнево-активних речовин мало, а риб'ячий жир у кормах пригнічує піноутворення. Посібник FAO додає, що озон спричиняє флокуляцію мікроскопічних частинок у більші, які потім уловлюються фільтрами.