Отработка конструкции альгофильтра


Важной задачей проводимого исследования стало создание конструкции водорослевого фильтра, обеспечивающей оптимальные условия для выращивания водорослей, простоту устройства, удобство эксплуатации и экономическую эффективность. Всего было опробовано три типа водорослевых фильтров: лотковый, орошаемый и барабанный (рис. 9).


Общий вид лоткового (А), орошаемого (Б) и барабанного (В) типов водорослевых фильров
Рис. 9. Общий вид лоткового (А), орошаемого (Б) и барабанного (В) типов водорослевых фильров


Лотковый водорослевый фильтр

Данная конструкция представляла собой небольшой пластиковый лоток, размером 40 х 50 х 8 см, расположенный над 80 л аквариумом. Вода из аквариума с тиляпиями подавалась в лоток помпой и возвращалась в аквариум самотёком. Помпа оснащена губкой, обеспечивающей механическую и некоторую биологическую очистку воды. Освещение – люминесцентные трубки GLO(FloraGlo), 40W, интенсивность у поверхности воды - 2800 люкс, 12-часовой световой промежуток.

Орошаемый водорослевый фильтр

Некоторые водоросли (например, Ulva lactuca) являются обитателями приливно-отливных зон и достаточно хорошо переносят нахождение вне воды. Исходя из этих данных, родилась концепция «орошаемого водорослевого фильтра» (рис. 10), в котором водоросли располагаются не непосредственно в воде, а в специальных ёмкостях (1), расположенных в несколько ярусов многоэтажной конструкции, на которую сверху, через трубопровод и флейту разбрызгивателя (2), подаётся вода (3). Внутри каждого яруса установлены светильники (5), защищенные от падающей сверху воды специальными пластиковыми накладками (6), обеспечивающие каждому ярусу достаточное освещение.
Вода самотёком проникает из верхнего яруса в нижний, и таким образом на каждом последующем слое фильтра образуется тонкий, хорошо аэрируемый слой морской воды (4), в котором находятся выращиваемые водоросли. Падающие с вышерасположенного ящика капли обеспечивают одновременно два полезных для прибойных водорослей условия:
1. равномерное перемешивание таллома;
2. эффективную аэрацию.
Соблюдение этих условий в сочетании с контролем режимов освещения должны свести практически к минимуму обсемененность макроводорослей нежелательными обрастаниями цианобактерий, а также сделать конструкцию альгофильтра легче, что значительно упростит поиск места для его установки.
Эта схема несколько напоминает этажерки, используемые при искуственном выращивании макроводоросли Macrocystis pyrifera [Paula Celis Plá, Krisler Alveal, 2012].

Рис. 10. Схема устройства орошаемого водорослевого фильтра

Рис. 10. Схема устройства орошаемого водорослевого фильтра


В нашей работе орошаемый водорослевый фильтр был установлен в системе циркуляции аквариума морского карантина, оборудованной мощным флотатором, биологическим нитрифицирующим фильтром и системой УФ-стерилизации общим объёмом около 3 м3. В данном случае не стояло задачи определить производительность альгофильтра, целью опыта было установить принципиальную возможность применения и перспективность концепции ярусного орошаемого фильтра для выращивания зелёных водорослей.

Барабанный водорослевый фильтр

Известно, что основной проблемой создания растительных фильтров является необходимость использования слишком больших площадей в связи с тем, что их стабильная работа достигается при условии хорошей освещенности всей поверхности размещения водорослей.
Реальный путь сокращения площади, занимаемой альгофильтром, - размещение водорослей на поверхности вращающегося барабана. Сверху над барабаном располагается источник света. Подобная конструкция обеспечивает освещение большей растительной площади с одновременным чередованием темной и светлой фаз фотосинтеза. По сравнению с традиционно используемыми плоскостными альгофильтрами, площадь, занимаемую конструкцией, можно снизить приблизительно на 66% при одновременном сокращении расходов электроэнергии на освещение на 66-80% [Darren, 1998]. Преимущество по площади при использовании цилиндрического ростового элемента объясняется его большей площадью поверхности по сравнению с возможной для использования площади дна резервуара (площадь поверхности цилиндра = 2πrh, где π = 3,14, r – радиус цилиндра, h – высота (в нашем случае – длина) цилиндра). Применив эту формулу на примере кубического аквариума со стороной 50 см., можно наглядно продемонстрировать преимущества барабанного субстрата, т.к. при посеве фотосинтетиков на дне сосуда мы получим полезную площадь, равную 2500 см2, а при использовании установленной в центре сосуда цилиндрической конструкции радиусом 20 см, длиной 47 см, мы получим полезную площадь, равную 5903 см2, что реально увеличивает производительность фитофильтра более чем в 2 раза. Вращение барабана происходит за счет одной или двух противооложно установленных помп, направленных по касательной к барабану или на специальные гидродинамические лопасти основания барабана, в отличие от американской разработки, где вращение барабана осуществляется за счет осевого привода с электромотором [Darren, 1998].
На альгофильтре барабанной конструкции было проведено исследование влияния макрофитов на гидрохимические показатели в тёмное время суток и последующая динамика этих показателей после возобновления освещения. При продолжительной стабильной работе системы на малом уровне биологической нагрузки по достижении максимальных значений по рН и кислороду, достигнутых после 6 дней круглосуточного освещения, свет отключили на ночь (15 часов). До отключения, на протяжении тёмного периода и сразу после включения произведены замеры содержания кислорода, рН и окислительно-восстановительного потенциала. Выбор данных показателей обусловлен их более высокой изменчивостью и легкостью мониторинга по сравнению с другими, на которые влияет жизнедеятельность альгофильтра (азотистые вещества, фосфаты и др.). На протяжении последующих суток ОВП, рН и O2 замерялись каждые 3 часа (за исключением ночного времени), при этом за день в каждый аквариум скармливали по 9,1 г артемии (460 мг белка). Масса рыбы на тот момент составляла 21,12 г в емкости с барабанным фильтром. Масса водорослей (сырая) составила в среднем 402 г. Биофильтры с 1 кг биозагрузки в каждом и проточностью около 650 л/ч подключены к системам. Общий объём систем (с учетом биофильтров) составил 162 л в каждой. Эксперимент провели в 4 повторностях.
На протяжении месяца наиболее изменчивые показатели, такие как рН и содержание кислорода, измерялись дважды в день: утром, перед кормлением, и вечером, после последнего кормления. Дневное кормление обуславливало суточные колебания наиболее изменчивых показателей.