Устройство водорослевых фильтров для очистки воды в аквакультуре


Достаточно давно существует идея создания энергетически эффективных фитореакторов для микробиологической промышленности [Анисимов и др., 1978] или для систем жизнеобеспечения человека [Шепелев, 1975; Морозов, 1977], однако существует проблема, связанная с использованием больших площадей освещаемых поверхностей, ограниченных прозрачными стенками. Например, для обеспечения одного человека кислородом в замкнутой экосистеме при рациональном использовании энергии в такого типа культиваторах и круглосуточном освещении требуется минимум 10-12 м2 световой поверхности [Белянин и др., 1982].


В печати не так много работ по водорослевым фильтрам УЗВ. Среди них стоит отметить патент на изобретение № 2452693, выданный в Российской Федерации «Дисковый биофильтр для биохимической очистки воды». Изобретение относится к области очистки воды, а именно к очистке с использованием погружных дисковых фильтров, и может быть использовано для очистки как оборотной воды рыбоводных УЗВ, так и производственных и коммунальных стоков, а также для загрязненных природных вод. Дисковый биофильтр для очистки воды включает резервуар с горизонтальным валом. На валу жестко закреплен пакет пластин из коррозионно-стойкого материала. Над пакетом пластин установлены источники излучения с длиной волн в диапазонах 610-760 нм и 450-500 нм, облучающие поверхность пластин в пакете. Пакет пластин частично погружен в обрабатываемую воду и приводится во вращение приводом таким образом, что облучению постоянно подвергается вся поверхность пластин, выходящая из воды. Благодаря чему создаются необходимые условия для культивирования смешанного биоценоза, состоящего из бактерий, простейших и водорослей, называемого альгобактериальным. Альгобактериальный биоценоз эффективнее обычного по всем извлекаемым из воды ингредиентам и наиболее полно удаляет из воды биогенные элементы - соединения азота и фосфора. Изобретение обеспечивает повышение эффективности процесса очистки за счет использования альгобактериального биоценоза, культивируемого в одном сооружении с использованием источников электромагнитного излучения с высоким КПД, что, в свою очередь, снижает общую трудоемкость обслуживания очистных сооружений и себестоимость очистки [WO 2013132481 A1].
Наиболее близким к предмету исследования по совокупности существенных признаков является устройство, описываемое в патенте США № 5799612 [Darren, 1998]. В данной работе описывается модель фотосинтетического биофильтра для очистки оборотной воды в установках замкнутого водоснабжения, в частности аквариумов и океанариумов, от продуктов жизнедеятельности бактериального биофильтра и фосфатов, проникающих в систему извне. Главной особенностью описываемой установки является наличие сетчатого цилиндрического элемента, вращающегося за счет электропривода. Подобная схема, вместе с установленным над вращающимся цилиндром светильником, обеспечивает одновременно чередование темной и светлой фаз фотосинтеза, а также освещение большей растительной площади без дополнительных затрат электроэнергии (по данным авторов, размер конструкции можно снизить приблизительно на 66%, расходы на электроэнергию и затраты тепла - на 66-80% по сравнению с простым горизонтальным выращиванием водорослей в освещаемых ёмкостях). Недостатками данной конструкции является сложность проектирования многобарабанных систем, отсутствие данных по спектральным характеристикам осветительных приборов, существенные затраты электроэнергии на двигатель, вращающий ось барабана.