Отличие биофлока от УЗВ

УЗВ.

Система передержки или выращивания рыбы в полностью контролируемых условиях. Включает в себя бассейн для содержания рыбы, механический фильтр, биофильтр, системы отдувки из воды углекислого газа и насыщения кислородом, насосную группу и опционально систему обеззараживания воды.

Движение воды в подобных установках следующее:

– вода с растворённой мочевиной и рыбоводным осадком сливается самотёком из бассейнов с рыбой в систему механической фильтрации;

– из воды механическим фильтром удаляются твёрдые отходы;

– после механической очистки вода насосной группой подаётся в биофильтр, где на специальном субстрате (пластиковая гранула, песок, керамзит, биоблок из вторичных нефтематериалов) колонии бактерий окисляются растворённую мочевину и прочую органику до относительно безопасных веществ;

– из биофильтра вода стекает либо в устройство обеззараживания (ультрафиолетовые лампы или озонаторы), либо напрямую в бассейн с рыбой. Круг водообмена на этом замыкается.

Биофильтр окисляет растворённую органику по следующему пути:

– Мочевина в воде минерализуется гетеротрофными бактериями до так называемого общего аммонийного азота (TAN – Total Ammonia Nitrogen). TAN – смесь из свободного аммиака (NH3) и ионов аммония (NH4). Сомы выдерживают концентрацию TAN 6-7 мг/л.

– Далее TAN окисляется до нитритов – NO2. Сомы выдерживают концентрацию нитритов до 4 мг/л.

– Нитриты окисляются до нитратов – NO3. Безопасная концентрация нитратов в воде для сомов около 400 мг/л.

Нитраты – последняя ступень преобразования растворённой органики биофильтров. Для того, чтобы концентрация этих веществ оставалась на приемлемом уровне, в УЗВ постоянно должна добавляться чистая вода. Помимо разбавления концентрации нитратов чистая вода необходима для промывки механических фильтров и компенсации на испарение и прочие потери воды.

В хорошо спроектированной установке подсвежка чистой водой обычно составляет 5-20% от объёма воды в системе в сутки.

На дыхание выращиваемой рыбы и бактерий на субстрате биофильтра так же необходимо подавать в систему кислород либо продуванием слоя воды воздухом, либо растворяя в воде чистый кислород. Помимо введения в систему атмосферного или чистого кислорода присутствует ещё один неочевидный момент – из воды необходимо выводить углекислый газ, который может отравлять рыбу.

Опционально в некоторых установках с дорогой рыбой вода может ещё и обеззараживаться ультрафиолетовым излучением или озонированием.

Принципиальная схема УЗВ из книги “Руководство по аквакультуре в установках замкнутого водоснабжения” Якоба Брайнбалле.

Биофлок.

В начале 2000-х годов начали появляться промышленные системы, в основе которых была концепция содержания рыбы и бактерий, которые бы поглощали её мочевину, в одной ёмкости. Название «биофлок» дано системе из-за того, что внутри бассейнов с рыбой должны парить в толще воды так называемые «флоки» – частицы активного ила, которые не что иное, как сообщества из бактерий, простейших, грибов, водорослей и многочисленных микроскопических животных (дафнии, коловратки, циклопы).

По сравнению с системой замкнутого водоснабжения, биофлок позволяет отказаться он некоторых узлов, задействованных в водоочистке.

В бассейн с рыбой (карп, тиляпия, клариевый сом) устанавливаются распылители-диффузоры на EPDM-мембране, подсоединённые к вихревой воздуходувке. Уровень воды обычно задаётся меньшим либо равным 1 метру – именно такое сопротивление способны эффективно продувать воздуходувки.

Расход воздуха через толщу воды бассейна подбирается таким образом, чтобы в пике потребления он равнялся объёму воды в бассейне, делённому на час.

Учитывая, что в бассейне уже культивируются те бактерии, которые поглощают рыбьи выделения в виде фекалий и мочевины, нет необходимости в механическом фильтре и биологическом фильтрах, а также насосной группе для циркуляции воды через фильтрацию.

Азотный цикл в виде преобразований «мочевина -> общий аммонийный азот -> нитриты -> нитраты» в системе тоже отсутствует. Всю мочевину бактериальная взвесь внутри бассейна с рыбой сразу преобразует в свою биомассу.

Диффузоры на EPDM-мембране и воздуходувки.

Для поддержания жизнедеятельности бактерий в биофлоке в воду необходимо добавлять углеродосодержащие вещества в следующем соотношении – на 1 грамм азота в воду должно приходить 6-20 грамм углерода. На практике это выглядит следующим образом: при скармливании рыбе 1 кг корма с белком 32-35% в воду необходимо добавить 0,6-1 кг сахара или мелассы (патоки).

При накапливании в воде избыточного количества флоков они начинают поглощать весь доступный кислород и забивают рыбе жабры. Опасные значения флоков находятся для клариевого сома на уровне 300-400 мг на литр воды. Измеряются концентрации флоков через седементационный конус Имхоффа. В него набирается вода из ёмкости с рыбой и отстаивается в течении 15-20 минут. При достижении пороговых значения из бассейна сливается какое-то количество воды и заливается свежая подогретая вода.

Так как толща воды бассейна уже продувается воздухом, нет необходимости в узле ввода в воду атмосферного или жидкого кислорода и отдувки углекислого газа.

Собственно, при работе с биофлоком тем или иным путём приходят к концепции «zero-water exchange» – «система нулевого водообмена». Ёмкость с рыбой заливается водой один раз до рабочего уровня. После этого вода сливается с ёмкости только в момент облова (иногда рыбоводные бассейны проектируют таким образом, чтобы облавливать их не сливая воду), либо в момент удаления излишков флоков. Долив осуществляется только на компенсирование испарившейся или слитой с излишками флоков воды. На практике в бассейнах доливается/заменяется не более 20% объёма воды в день. Для сравнения – в УЗВ для клариевого сома водообмен через бассейны составляет 30-100% в час.

Воду, слитую с излишками флоков, рационально пропускать через отстойники, в которых флоки без аэрации и барбатажа осядут на дно. Осветлённую воду возможно опять подогреть и подать в бассейны с рыбой. Осадок с флоками может быть утилизирован как иловые загрязнения, как удобрении или как источник белка для производства комбикормов для тиляпий или креветок.

УЗВ Биофлок
Сложная система водоотведения и водоподачи. Большие диаметры труб, рассчитанные на отведение и подачу масс воды в сотни/тысячи кубов в час. Узкие трубопроводы для подачи десятков кубов в час на компенсацию испарения и слива флоков.
Водообмен – 30-100% в час. Подсвежка 5-20% в день. Водообмен – 0,1-0,8% в час. Подсвежка – 1-5% в день.
Насосная группа для перемещения сотен кубов воды в час. Насосная группа для перемещения десятков кубов воды в час.
Насыщение кислородом в отдельном узле. Насыщение кислородом напрямую в бассейне с рыбой.
Создание узла механической фильтрации. Установка барабанного фильтра, отстойника или фильтра на плавающей грануле. Слив промывочной воды со шламом в канализацию из-за трудности вторичной фильтрации растворённой органики. Отсутствие узла механической фильтрации. Создание простого отстойника, как динамического компенсатора уровня воды. Возможна вторичная фильтрация слитой воды, отсутствие в ней шлама и растворённой органики. Простая утилизация осадка.
Воздухопровод для снабжения ёмкостей с рыбой воздухом не всегда необходим. Воздухопровод обязателен. Распылители обязательны.
Необходимо проектировать и создавать биофильтр для окисления растворённой органики в воде. Дорогостоящая загрузка в виде субстрата для колоний окисляющих органику бактерий. Биофильтра нет. Субстратом для бактерий является вода бассейна с рыбой.
Накопление в воде мочевины, общего аммонийного азота (TAN), нитритов и нитратов. Все вещества ядовитые для рыбы. Все вещества необходимо контролировать гидрохимику. Реагенты и тесты для веществ стоят дорого. В воде есть только мочевина и следы общего аммонийного азота. Контролировать необходимо только кислород, концентрацию флоков и TAN.
Очень желательна система обеззараживания воды – ультрафиолетовое излучение, озон, надуксусная кислота. В обеззараживании нет необходимости – флоки подавляют патогенную микрофлору.
Без водообмена при поломке насоса биофильтр умирает через 20 минут. Сом дышит атмосферным воздухом и может прожить 6 часов. Без снабжения бассейнов воздухом флоки умирают через час.
Скорость окисления TAN биофильтром – 30 мг на литр за 5-7 дней. Скорость окисления TAN флоками – 30 мг на литр за 4 часа.
Нет необходимости вносить углеводы. Необходимо вносить углеводы.