Проєктування УЗВ: процеси водопідготовки та схема контуру

Порядок процесів у контурі УЗВ, способи оцінки ступеня повторного використання води, роль підживлювальної води та розрахунок усіх вузлів від пікового добового раціону корму.

Установка замкненого водопостачання (УЗВ, RAS) повторно використовує воду, безперервно її очищуючи. Риба споживає корм і кисень та виділяє у воду фекальні завислі речовини, вуглекислий газ і аміак; контур очищення має видалити ці продукти й відновити баланс розчинених газів до того, як вода повернеться в басейни. Цей гід присвячено порядку та розрахунку процесів водопідготовки, а не загальній концепції рециркуляції.

П'ять базових процесів

Публікація SRAC 453 називає п'ять процесів, які має забезпечувати будь-яка басейнова УЗВ: циркуляцію, освітлення (видалення завислих речовин), біофільтрацію, аерацію та видалення вуглекислого газу. Їх описано як ланки ланцюга: найслабша ланка визначає, скільки риби система здатна утримувати чи виробити, а нехтування будь-якою з них підриває комерційне підприємство. Вторинні процеси — нагрівання й охолодження, УФ- чи озонове знезараження, флотація (пінне фракціонування), дозування лугу, денітрифікація — додають після того, як закрито базу.

Порядок контуру та його сенс

Посібник FAO з рециркуляційної аквакультури описує базовий шлях: вода виходить із рибницьких басейнів, проходить механічний фільтр, потім біологічний, аерується й звільняється від вуглекислого газу та повертається в басейни. За потреби до цієї послідовності додають насичення чистим киснем і УФ-знезараження.

Рибницький басейн — водовипуски влаштовано так, щоб швидко виводити відходи, і обладнано ґратами.
Видалення завислих речовин — ставиться перед біофільтром, щоб багаті на органіку завислі речовини його не перевантажували; FAO зазначає, що мікросито захищає біофільтр від замулення та стабілізує нітрифікацію.
Біофільтрація — нітрифікувальні бактерії перетворюють аміак на нітрит, потім на нітрат, а гетеротрофні бактерії розкладають розчинену органіку.
Дегазація — вуглекислий газ від дихання риби й біофільтра та надлишковий азот видаляються до того, як вода потрапить до риби.
Оксигенація — SRAC 451 вказує, що аерувати чи насичувати киснем зворотний потік безпосередньо перед входом у басейн ефективніше, ніж аерувати в самому басейні: саме тут розчиненого кисню найменше, а вуглекислого газу найбільше.
Знезараження — УФ працює найкраще після механічного й біологічного очищення, бо проникнення УФ залежить від прозорості води.

Розміщення насосів підпорядковується тій самій логіці. FAO радить піднімати воду лише один раз і повертати її до приймального колодязя самопливом, а насоси ставити після механічної фільтрації, щоб не подрібнювати завислі речовини з басейнів на дрібніші частинки. За даними FAO, загальна висота підйому в більшості інтенсивних систем — близько 2–3 м; SRAC 453 зазначає, що старі проєкти працювали за напору близько 8 м, а більшість сучасних розраховано приблизно на 3 м.

Оцінка повторного використання та водообміну

FAO виражає інтенсивність через витрату свіжої води на кілограм виробленої риби на рік. Орієнтири: близько 30 м³ для традиційного прямотечійного форелевого господарства, близько 3 м³ для низькоінтенсивної вуличної УЗВ, близько 1 м³ для інтенсивної УЗВ і лише 0,3 м³ для надінтенсивної системи в приміщенні. Там само наведено формулу ступеня рециркуляції: внутрішня рециркуляційна витрата, поділена на суму внутрішньої витрати та притоку свіжої води, помножена на 100. У розрахунковому прикладі господарства на 500 т на рік цим рівням відповідає приблизно 0%, 95,9%, 98,6% і 99,6% рециркуляції.

Від водообміну залежить і нітрат. FAO вказує, що нітрат понад приблизно 100 мг/л, імовірно, погіршує ріст і кормовий коефіцієнт, що свіжої води понад 300 літрів на кілограм корму зазвичай достатньо для його розбавлення, а за меншої витрати варто розглянути ступінь денітрифікації. SRAC 451 додає, що нітрат також виводиться під час регулярного видалення осаду та зворотного промивання фільтрів.

Підживлювальна вода

Підживлювальна (вихідна) вода компенсує втрати й слугує одним із головних шляхів заносу патогенів. FAO рекомендує джерело, вільне від хвороб, — свердловину чи колодязь, а не річку, озеро або море; якщо вихідну воду потрібно обробляти, зазвичай використовують піщаний фільтр і потім УФ або озон. SRAC 453 вказує, що поверхневу воду, здатну переносити хвороби, слід знезаражувати, і що найчастіше це трапляється в морських системах без придатного підземного джерела. Вихідною водою можна також регулювати температуру, оскільки в системах у приміщенні накопичується тепло від метаболізму риби, роботи біофільтра та тертя в насосах.

Розрахунок від кормового навантаження

SRAC 453 описує порядок проєктування: визначити місткість системи за рибою, розрахувати піковий добовий раціон корму, підібрати кожен вузол під це пікове навантаження, а потім застосувати єдиний коефіцієнт запасу (наприклад, 1,5) до всіх основних розрахунків. Усі вузли мають витримувати однакове кормове навантаження.

Рециркуляційна витрата: зазвичай 42–84 літри на хвилину на кілограм добового корму (SRAC 453).
Амонійне навантаження: приблизно 3% корму перетворюється на амонійний азот (SRAC 451). Необхідна витрата випливає з балансу мас; якщо тракт очищення видаляє 50% аміаку за прохід, витрата має бути вдвічі більшою, ніж за промивання свіжою водою.
Потреба в кисні: близько 0,3 кг кисню на кг корму, якщо завислі речовини видаляються швидко, а біофільтр не затоплений, і до 0,75 кг, якщо завислі речовини залишаються в системі між промиваннями затоплених фільтрів (SRAC 451).
Потужність аерації: за високого навантаження система аерації має замінювати весь кисень у системі кожні 20–30 хвилин у пік годування (SRAC 453).
Щільність посадки: широко прийняте проєктне значення для товарного вирощування — близько 60 кг/м³; щільність близько 120 кг/м³ досяжна, але часто супроводжується нестабільною якістю води (SRAC 453).