Принцип действия канальной установки замкнутого водоснабжения

Секция очистки воды (обработка воды) включает в себя (рис. 5.3):


секцию эрлифта;
130
блок седиментации 1;
блок седиментации 2;
биофильтр 1;
биофильтр 2.

Принцип работы канальной установки замкнутого водоснабжения
Рис. 5.3. Принцип работы канальной установки замкнутого водоснабжения
Секция эрлифта. Наряду с функцией подачи воды секция эрлифта выполняет в рамках обработки воды и задачи по дегазации и обогащению кислородом из атмосферного воздуха.
Углекислый газ CO2. Несмотря на то, что углекислый газ легко растворяется в воде, концентрация его в чистой воде, как правило, относительно низкая. Большая часть содержащегося углекислого газа в производственной воде выделяется при дыхании рыб, только малая часть попадает при диффузии из воздуха. Особенно при высокой плотности посадки в системе высокая концентрация CO2 может привести к проблемам дыхания со всеми негативными эффектами на общее состояние, прием корма и его переработку. Удаление CO2 имеет очень большое значение для роста и выживаемости рыб.
На практике частым применяемым методом редуцирования CO2 является интенсивная аэрация воды. В результате перенасыщения CO2
Биофильтр 1
Биофильтр 2
Секция эрлифта
Тонкая седиментация 2
Грубая седиментация 1
131
диффундирует в воде в воздушные пузырьки или в атмосферу. Точно такой же процесс редуцирования концентрации
CO2 посредством интенсивного перемешивания с атмосферным воздухом (стриппинг) и имеет секция эрлифта.
Кислород O2. Одновременно с регулированием перенасыщения определенных газов происходит в секции эрлифта и обогащение атмосферным кислородом. Кислород постоянно расходуется через биомассу и микроорганизмы биофильтра и должен непрерывно пополняться. По причине того, что при аэрации с атмосферным воздухом, поскольку она проходит не под давлением, можно достичь максимального значения 100 % насыщения, можно сказать здесь о базовой аэрации. На практике в секции эрлифта можно достичь обогащения кислородом примерно 90% насыщения.
Интенсивность дегазации или аэрации находится в сильной зависимости от количества воздуха, мелкости пузырьков и температуры воды. Так как секция эрлифта кроме функций дегазации или аэрации выполняет еще и функцию подачи воды, то здесь нужно определить количество воздуха, которое будет выполнять все функции в достаточном объеме.
Принцип работы эрлифта представлен на рис. 5.4.

Принцип работы эрлифта
Рис. 5.4. Принцип работы эрлифта
На рис. 5.5 и 5.6 изображена работа эрлифта в действующих рыбоводных хозяйствах.
Работа эрлифта в действующих рыбоводных хозяйствах (пример 1)
Рис. 5.5. Работа эрлифта в действующих рыбоводных хозяйствах (пример 1)
Рис. 5.6. Работа эрлифта в действующих рыбоводных хозяйствах (пример 2)
133
В рыбоводных хозяйствах для избавления от излишков углекислого газа часто используют различные конструкторы дегазаторов, представленных на рис. 5.7 и 5.8.

Схема работы дегазатора

Рис. 5.7. Схема работы дегазатора
134
Рис. 5.8. Система дегазации:
1 – слив воды; 2 – кубическая пористая биозагрузка; 3 – бассейннакопитель
для отстаивания воды в течение 30 минут; 4 – крышка из тонкой
полиэтиленовой пленки; 5 – труба из ПВХ диаметром 25 см для объема воды
2 л в секунду, заполенная пластиковыми шариками (шарики лежат на сетке
на высоте 20 см. Шарики находятся выше уровня воды. Под решеткой
осуществляется ввод чистого кислорода); 6 – бассейн с рыбой
Следует отметить, что для удаления излишнего углекислого газа и предотвращения появления «мертвых зон» в воде в некоторых УЗВ Китая используют максимальную аэрацию воды непосредственно в бассейнах (рис. 5.9–5.11).

Максимальная аэрация воды в некоторых УЗВ Китая (пример 1)
Рис. 5.9. Максимальная аэрация воды в некоторых УЗВ Китая (пример 1)
Максимальная аэрация воды в некоторых УЗВ Китая (пример 2)
Рис. 5.10. Максимальная аэрация воды в некоторых УЗВ Китая (пример 2)
Рис. 5.11. Максимальная аэрация воды в некоторых УЗВ Китая (пример 3)
Седиментация. За эрлифтом расположены модули производства рыбы, которые имеют протяженность до входа в биофильтр примерно 90 м. Во время прохождения через модули производства фекалии,
136
остатки корма и другие частицы попадают в воду и, как правило, оседают на дне. Посредством течения воды и движения рыб эти твердые частицы подаются в направлении модулей седиментации.
Нерастворяемые вещества, твердые частицы воздействуют на все аспекты внутри установки замкнутого цикла, поэтому и первоочередной задачей по обработке воды в установке замкнутого цикла является по возможности быстрое и полное удаление из воды этих твердых частиц!
Седиментация охватывает частицы величиной от 100 микрон (0,1 мм) и примерно 40–60 % от общего количества твердых частиц.
Программа обработки воды модульной установки предусматривает две ступени седиментации.
Седиментация 1. Монтируется примерно в 40 м от эрлифта в дне бассейна и состоит из одного ряда конических пластмассовых воронок с размерами каждая примерно 1 × 1 м, которые в нижней части объединены в один блок пластмассовой трубой. Через дренажные трубопроводы шлам (водяная смесь) под действием силы тяжести попадает в отводную шахту и оттуда с помощью насоса, управляемого поплавком, перекачивается в шламовую яму.
Конусные отверстия предусмотрены со специальными запорами, которые в рамках периодической чистки открываются вручную. Отверстия имеются в каждой воронке по отдельности, чтобы достичь по возможности большей скорости течения и захватить все отложившиеся на стенках седименты.
На основании того, что седиментация 1 состоит из одного ряда воронок, можно сказать о том, что это грубая седиментация.
Седиментация 2. Устанавливается в 90 м после секции эрлифта и в 50 м после седиментации 1 в дне бассейна и состоит из двух рядов конических пластмассовых воронок с размерами каждая примерно 1 × 1 м, которые в нижней части объединены в один блок пластмассовой трубой. Через дренажные трубопроводы шлам (водяная смесь) под действием силы тяжести попадает в отводную шахту и оттуда с помощью насоса, управляемого поплавком, перекачивается в шламовую яму.
Конусные отверстия предусмотрены со специальными запорами, которые в рамках периодической чистки открываются вручную. Отверстия имеются в каждой воронке по отдельности, чтобы достичь по возможности большей скорости течения и захватить все отложившиеся на стенках седименты. 137
На основании того, что седиментация 2 состоит из двух рядов воронок, можно сказать о том, что это тонкая седиментация.
Конусный фильтр для седиментации предстален на рисунках рис. 5.12–5.14.

Конусный фильтр для седиментации
Рис. 5.12. Конусный фильтр для седиментации
Рис. 5.13. Схема конусного фильтра для седиментации (вид сверху)
138
Рис. 5.14. Схема конусного фильтра для седиментации (вид сбоку)
В качестве дополнительной механической фильтрации в настоящее время во многих системах используют механический барабанный фильтр (микрофильтр) (рис. 5.15).

Механический барабанный фильтр (микрофильтр)
Рис. 5.15. Механический барабанный фильтр (микрофильтр)

Микрофильтр необходим для удаления частиц размером 50–70 микрон и не требует сложного обслуживания (рис. 5.16).

Схема работы микрофильтра
Рис. 5.16. Схема работы микрофильтра
Биофильтр 1. Сконструирован как фильтр с подвижным слоем (намывной фильтр) и служит для биологической очистки воды замкнутого цикла от растворенных составных веществ (рис. 5.17, 5.18).
Как компонент модульной установки биофильтр 1 работает под окислительными условиями (нитрификация) и служит поверхностью для заселения микроорганизмов. Нитрификация в рамках биофильтрации проходит следующие этапы:
Nitrosomonas
NH4+ + 1,5 O2 → NO2– + 2H+ + H2O;
Nitrobacter
NO2– + 0,5 O2 →NO3–
Конечной ступенью этой реакционной цепи является малотоксичный для рыб нитрат (NO3–), концентрация которого регулируется путем подвода свежей воды.
140
Принцип работы.
Предварительно очищенная вода из седиментации 2 поступает через сито в биофильтр 1 и проходит через секцию и содержащийся в нем биофильтрующий материал. Биофильтрующий материал поддерживается в подвешенном состоянии с помощью отрегулированной аэрации со специальными распылителями. Распылители так смонтированы, что выходное сито биофильтра 1 всегда остается свободным.
Трудоемкость на модуль.
Чистка биофильтра 1, как правило, не проводится.
Определение размеров (объема) этого фильтрующего отдела осуществляется на основании следующих параметров:
количество корма, кг/день;
содержание протеина в корме (аммонийный азот на 1 кг корма);
аммонийный азот (доля распада), г/м²/день;
общая поверхность биофильтрующего материала, м²/м³;
защищенная поверхность биофильтрующего материала, м²/м³;
температура воды, °C;
доля заполнения биофильтра биофильтрующим материалом.
Технические составные части этого фильтрующего отдела:
секция фильтра с подводящим и отводящим ситом;
фильтрующий материал (KALDNES);
диффузионная арматура.

На переднем плане изображен биофильтр с плавающей загрузкой
Рис. 5.17. На переднем плане изображен биофильтр с плавающей загрузкой
Принцип работы биофильтра с плавающей загрузкой
Рис. 5.18. Принцип работы биофильтра с плавающей загрузкой
Биофильтр 2. Сконструирован как фильтр с неподвижным слоем и служит в виде комбинированного фильтра как для биологической очистки воды в замкнутом цикле от растворенных составных частиц, так и для дополнительного механического отделения твердых частиц (рис. 5.19–5.25).
Дополнительно к биологической функции биофильтр 2 служит для дальнейшей тонкой седиментации от твердых частиц.
Принцип работы.
Предварительно очищенная вода из биофильтра 1 попадает через сито в биофильтр 2, проходит через сетчатую конструкцию фильтрующего материала сверху вниз. Во время прохождения через фильтрующий материал микроорганизмами осуществляются вышеназванные реакции. Вода проходит дальше через секцию эрлифта назад в отделения для рыб.
142
Во время прохода седиментируют твердые частицы, которые не были отделены в тонкой седиментации, в фильтрующей среде и создают предпосылки для того, чтобы отверстия в фильтрующем материале становились меньше и тем самым задерживали мелкие частицы.
Этот процесс ведет к засорению биофильтра 2 без его очистки. В зависимости от доли плавающих частиц в воде требуется регулярная очистка фильтра через определенное время.
Очистка биофильтра 2 осуществляется мануально посредством интенсивной аэрации и применением отводной арматуры. Отведенный шлам (водяная смесь) поступает под действием тяжести, попадает в отводную шахту и оттуда с помощью насоса, управляемого поплавком, перекачивается в шламовую яму.
Трудоемкость на модуль: примерно 15 минут в день.
Основными элементами являются:
7 секций фильтра с подводящими и отводящими ситами, а также с арматурой перелива;
фильтрующий материал;
диффузная арматура;
отводная арматура.
Определение размеров (объема) этого фильтрующего отдела осуществляется на основании следующих параметров:
количество корма, кг/день;
содержание протеина в корме (аммонийный азот) на 1 кг корма;
аммонийный азот (доля распада), г/м²/день;
общая поверхность биофильтрующего материала, м²/м³;
защищенная поверхность биофильтрующего материала, м²/м³;
температура воды, °C;
доля заполнения биофильтра биофильтрующим материалом.
Основные достоинства биофильтров:
очень простой и эффективный способ биологической очистки технологической воды;
простое обслуживание и относительно низкая цена по сравнению с микрофильтрами;
представляют собой прочные конструкции, стойкие к воздействию химических веществ;
такие конструкции могут достигать в высоту 6 м.
Схема работы классического погружного биофильтра
Рис. 5.19. Схема работы классического погружного биофильтра
Рис. 5.20. Классический погружной биофильтр (схема очистки)
Рис. 5.21. Классический погружной биофильтр
в одном из форелевых рыбоводных хозяйств
Распылители для промыки биофильтра с погружной загрузкой
Рис. 5.22. Распылители для промыки биофильтра
с погружной загрузкой
Рис. 5.23. Распылители для промыки биофильтра
с погружной загрузкой с монтированной поверх них сеткой
для удержания биозагрузки
Промыка фильтра
Рис. 5.24. Промыка фильтра
Рис. 5.25. Один из других вариантов погружного биофильтра
со статической биозагрузкой
Наполнители (загрузка) для биофильтров.
В классическом биофильтре масса наполнителя должна превышать массу воды. В биофильтре с подвижной загрузкой – наоборот, масса наполнителя не должна превышать массу воды. Отметим, что существующие биофильтры постоянно совершенствуются. Появляются новые материалы, что позволяет производить более эффективные системы очистки воды (табл. 5.1, рис. 5.26).

Таблица 5.1. Плотность популярных наполнителей для биофильтров

Один из самых лучших на настоящий момент наполнитель для биофильтров RK BioElements
Рис. 5.26. Один из самых лучших на настоящий момент наполнитель
для биофильтров RK BioElements
Одним из важных моментов в эксплуатации биофильтров является их запуск (прил. 6). С момента запуска биофильтра до начала нормального процесса нитрификации должно пройти определенное время, которое зависит от различных факторов, в первую очередь это температуры и количество азотных веществ, служащих питательными элементами для роста «полезных» для биофильтрации аммонифицирующих, нитрифицирующих и других бактерий. Как правило, период нормального запуска биофильтра составляет около месяца. Этот процесс можно ускорять, используя дополнительную подпитку азотными веществами, заселяя дополнительно колонии бактерий и (или) повышая температуру воды. 147
Прежде чем биофильтр начнет нормально функционировать, в стартовый период его запуска наблюдаются последовательные вспышки концентраций аммония и нитритов до летальных для рыбы значений. Поэтому в период стартового запуска биофильтра не рекомендуется держать в УЗВ рыбу. Допускается осуществлять выдерживание небольшой партии рыбы для ускорения созревания биофильтра, заведомо допуская ее возможную гибель.
Сбор отводимой воды и обработка.
Из седиментации 1 и 2, а также из секции биофильтра 2 регулярно через определенные промежутки времени отводится шлам (водяная смесь):
седиментационная ступень 1 – ежедневно;
седиментационная ступень 2 – ежедневно;
биофильтр 2 – ежедневно.
Общее количество на модуль в день – примерно 40 м³.
Этот шлам (водяная смесь) перекачивается в соответствующую емкость с помощью насоса.
Сливная емкость.
Сливная емкость служит для разделения воды от шлама. Шлам седиментирует, и очищенная от твердых частиц вода отводится в водоприемник или в канализацию. Поток воды внутри емкости должен быть таким, чтобы не создавалось турбуленции, которая уничтожает весь процесс седиментации.
Для технического оснащения сливных емкостей существует ряд возможностей, например:
бетонное исполнение;
эмалированные стальные бассейны;
пленочное исполнение;
водоемы и др.
В идеальном варианте и для упрощения осушения сливной емкости предусматривается двойное исполнение. Пока бассейн 1 находится в работе, бассейн 2 может быть осушен и очищен.
Определение объема сливной емкости учитывается в зависимости от времени выдержки и частоты чистки.
Рекомендации: 2 бассейна с двойной дневной вместимостью, 4 модуля = 4·40 м³/день = 160 м³/день; 2 бассейна каждый объемом 320 м³.
Как правило, достаточно проводить очистку бассейнов 2 раза в год.

Подвод воды останавливается, и посредством перемешивающего устройства или струйного насоса шлам перемешивается. После перемешивания смесь откачивается с помощью вакуумного агрегата и используется, например, как удобрение.
Дальнейшая обработка сбросных вод (опционально).
В зависимости от правовых требований и предписаний осуществляется дальнейшая очистка сбросных вод. Имеется целый ряд способов, из которых отмечаем два варианта:
Вариант 1: барабанный фильтр.
Избыточная вода из сливного бассейна направляется в речку или канализацию через барабанный фильтр, где происходит дальнейшее очищение от твердых частиц. Загрязненная вода отводится обратно в сливной бассейн. Следующие размеры ячеек имеются в распоряжении: 20, 30, 40, …, 100 микрон.
Проблематичным при этом способе является подвод шлама (воды) партиями в сливной бассейн, который также ведет к поточной нагрузке фильтра, что отражается на производительности очистки.
Для работы фильтра требуется промывочная вода, предпочтительнее водопроводная вода.
Максимальная загрузка воды не должна превышать примерно 50 мг твердых частиц на литр.
Вариант 2: микрофлотация.
При этом новом методе постоянное количество шламовой воды пропускается через реактор и твердые частицы посредством микрофлотационного метода отсасываются с поверхности реактора. Пенная фракция отводится в емкость для шлама.
Пример:
Загрязненная вода – подвод: 750 мг твердых частиц на литр.
Загрязненная вода – отвод: 10 мг твердых частиц на литр.
Шлам (водяную смесь) необходимо постоянно перемешивать, чтобы не происходило осаждения шлама. Для этого требуется перемешивающее устройство.
Реактор необходимо монтировать в здании, чтобы защитить его от мороза.
Также в одном из сиговых хозяйств Финляндии осуществляется использование специального сепаратора для сточной отработанной воды (рис. 5.27, 5.28).
Сепаратор для сточных вод из УЗВ
Рис. 5.27. Сепаратор для сточных вод из УЗВ
Рис. 5.28. Условно твердая фракция из сточных вод УЗВ