Солёность воды и особенности УЗВ марикультуры


Солёность определяется как общее количество твёрдого вещества, выделенного из 1 тонны воды, когда все карбонаты превращены в окислы; бром и йод замещены хлором, а органическое вещество полностью окислено [Уитон, 1985]. Другое определение солёности - хлорность, так как благодаря закону Дитмара (в воде открытого океана, независимо от абсолютной концентрации, количественные соотношения между главными компонентами основного солевого состава всегда постоянны) по содержанию в воде одного элемента (хлора) мы можем делать выводы о содержении всех остальных элементов.

Хлорность представляет собой число ионов хлора, эквивалентное сумме галогенов (кроме фторидов, которые не осаждаются азотнокислым серебром), содержащихся в 1 кг морской воды. Измеряется в граммах на киллограмм, или промилле (‰). Солёность и хлорность подчиняются соотношению S‰=1,80655Cl‰, где S-солёность, а Cl - хлорность [Алекин, Ляхин, 1984].
По своей солёности (общей минерализации) вода подразделяется на группу пресных вод, содержащих до 1 г/л солей; солоноватых – содержание от 1 до 15 г/л и солёных – с содержанием 15-40 г/л [Бессонов, Привезенцев, 1987]. Существует и более узкая градация солёности воды (табл. 5).
Таблица 5. Классификация водной среды по уровню солёности [Стикни, 1986]

Классификация водной среды по уровню солёности [Стикни, 1986]

Соответственно разделяются по отношению к солёности воды и гидробионты. Выдерживающие широкие её колебания называются эвригалинными, обитающие в узком диапазоне солёности – стеногалинными.
Количество растворённых в воде солей оказывает влияние на рыб через изменение осмотического давления в организме [Моисеев и др., 1975].
Солёность в циркуляционных системах можно также отнести к регулируемому параметру.
Мировой опыт применения установок с замкнутым водоиспользованием в марикультуре основан главным образом на эксплуатации систем сравнительно небольшого объёма аквариумного типа либо достаточно объёмных систем океанариумов, главное назначение которых – демонстрационное. Плотности посадки гидробионтов в таких системах далеки от производственных, а соответственно в них относительно невелики и нагрузки на систему водоподготовки [Лавровская, 1980; Спотт, 1983; Уитон, 1985; Стикни, 1986; Марковцев и др., 1987; Супрунович, 1988; Верещагин, 1990; Сандер, 2002; Nagel, 1976; Rosental, Westernhagen, 1976; Schuenhoff et all., 2003 и многие др.].
Отечественные специалисты также занимались этой проблемой в рамках программ разработки методов искусственного воспроизводства и содержания морских гидробионтов: камбалы-калкана, бычка-кругляка, кефали, камчатского краба и некоторых других объектов [Чепурнов, 1984, 1987; Чепурнов, Владимирцев, 1984; Аронович, 1985; Чепурнов и др., 1985; Битюкова, Ткаченко, 1986; Куликова и др., 1986; Проскуренко, Курганский, 1986; Степанов, 1986; Куликова, Куприянов, 1989; Павлов, 1992; Степанов, Смирнов, 1999; Туркулова и др., 1999; Ковачева, 2005 и др.]. Как правило, такие установки использовались для инкубации икры, выращивания личинок и мальков, иногда для содержания производителей и имели сравнительно небольшой объём воды в рыбоводных ёмкостях (до 1-1,5 м3).
В 1989 году в СССР впервые была запущена опытно-промышленная рециркуляционная установка объёмом 18 м3 с дисковым вращающимся биофильтром для воспроизводства кефали-пиленгаса [Куликова, Куприянов, 1989; Шекк и др., 1991].
Сотрудниками лаборатории воспроизводства ракообразных ВНИРО разработана и испытана первая опытно-промышленная УЗВ для содержания взрослых особей камчатского краба с объёмом бассейнов 60 м3 [Ковачева и др., 2005].
Последнее время получило развитие использование морских циркуляционных систем для передержки живых гидробионтов с последующей их поставкой в рестораны крупных городов. По своим объёмам эти УЗВ занимают промежуточное положение между аквариумными и промышленными установками.
Опыт создания и эксплуатации УЗВ с морской водой выявил ряд особенностей, которые необходимо учитывать при разработке рыбоводных систем марикультуры.
Известно, что солёность воды влияет на абиотические факторы среды. В частности, концентрация растворённого в воде кислорода при одних и тех
же условиях ниже в морской воде, чем в пресной, на 20-27 % [Стикни, 1986; Сандер, 2002].
Другим важным фактором является сочетание показателей рН и аммонийного азота. В основном рН морской воды колеблется в диапазоне 8,1-8,3, что резко увеличивает риск аммиачного отравления по сравнению с пресной водой, часто имеющей рН 7,0. Это происходит из-за того, что такое щелочное значение рН увеличивает процентное количество очень токсичного неионизированного аммиака в водной среде при прочих равных условиях в 18 раз [Ведемейер и др., 1981; Уитон, 1985; Стикни, 1986 и др.].
С другой стороны, в морской воде по сравнению с пресной, при одинаковых рН и концентрации аммонийного азота, количество неионизированного аммиака меньше в среднем на 25-28 % [Спотт, 1983].
Имеются данные, что токсичность нитритов в морской воде значительно ниже, чем в пресной, поэтому они представляют меньшую угрозу для морских гидробионтов. При этом в морской воде отмечен рост токсичности нитратов [Спотт, 1983].
Положительным моментом щелочного значения рН морской воды является отсутствие проблемы её закисления, которое в пресноводных УЗВ иногда приводит к стрессу и заболеваниям гидробионтов [Ведемейер и др., 1981]. Кроме того, способность озона при рН более 7,0 окислять токсичный аммоний через нитриты в нитраты [Сандер, 2002], предполагает возможным применение озонирования не только для дезинфекции, но и для очистки морской воды.
Исследования по влиянию морской воды на эффективность утилизации загрязнений в сооружениях механической и биологической очистки проводили специалисты ВНИИПРХ и ЛИСИ [Феофанов, Назаров, 1991; Киселёв, 1999], немецкие [Nolting, 2000], испанские [Salvadó et al., 2001] и другие исследователи.
Известно, что оптимальным рН для развития и жизнедеятельности нитрифицирующих бактерий является диапазон 6,5-7,5 [Спотт, 1983; Проскуряков, Шмидт, 1997]. Таким образом, активная реакция среды морской воды не является оптимальной для бактерий активного ила сооружений биоочистки, величина рН которой обычно выше 8,0 единиц.
Солёность среды также отрицательно отражается на работе сооружений биологической очистки воды, снижая эффективность их работы. Пресноводные простейшие активного ила погибают при увеличении солёности от 3 до 40 г/л в течение 96-24 часов соответственно [Проскуряков, Шмидт, 1997; Salvadó et al., 2001].
Исследованиями ВНИИПРХ определены количественные параметры влияния различной солёности на эффективность утилизации растворённых органических загрязнений и соединений азота в аппаратах биоочистки [Киселёв, 1999]. Установлено, что скорость окисления органических загрязнений при солёности 12 ‰, 24 ‰ и 36 ‰ была ниже соответственно на 10-15 %, 25-30 % и 40-45 %, по сравнению с пресной водой. Скорость изъятия аммонийного азота также снижалась с повышением солёности воды, однако степень влияния данного фактора была несколько меньше. Эффект очистки уменьшался постепенно на 5-8, 10 и 20 % соответственно.
С необходимостью адаптации нитрифицирующих бактерий к работе в солёной воде с повышенным рН связан и более длительный период пускового периода биофильтра в морской УЗВ: при 20ºС он растягивается до 2 месяцев по органическим загрязнениям и до 3 месяцев - по соединениям азота [Верещагин, 1990; Киселёв, 1999] против 20-25 суток в пресноводных системах. Кроме того, сам процесс нитрификации в УЗВ с морской водой протекает медленнее, чем в пресной.
Морская вода оказывает влияние и на другие методы водоподготовки. Так, в морских УЗВ в качестве метода очистки оборотной воды очень хорошо себя зарекомендовала флотация. По сравнению с пресноводными
системами эффективность этого метода в морской воде значительно возрастает, что способствует удалению белковых соединений до их биологического разложения [Сандер, 2002].
Вместе с тем известно, что пеноотделители снижают количество микроэлементов [Куликова, Демьянова, Куприянова и др., 1984] в морской воде, что может нарушить её качественный состав. Этим же недостатком обладают другие физико-химические методы очистки воды (ионообмен, адсорбция и др.). Кроме того, солёность снижает поглощающую способность адсорбентов и полностью сводит на нет применение ионообменных материалов [Спотт, 1983; Wang, 1992; Сандер, 2002].
Морская вода, по сравнению с пресной, значительно сильнее поглощает ультрафиолетовые лучи, снижая эффективность ультрафиолетового облучения при дезинфекции.
Создание гидропонных систем на базе морских УЗВ для получения дополнительной сельскохозяйственной продукции не представляется возможным, однако выращивание морских водных растений с целью получения зелёной массы вполне возможно. При этом использование морских водорослей для очистки оборотной воды приобретает особую актуальность, так как перечисленные выше факторы затрудняют работу биологических фильтров и других аппаратов водоподготовки.
В целом эксплуатация циркуляционных морских УЗВ является более высоким технологическим уровнем по сравнению с пресноводными установками. Это направление ещё не достаточно развито и требует дальнейших всесторонних исследований.