Работа замкнутой системы с альгофильтром и нитрифицирующим фильтром

Следующим этапом исследования стала проверка работы системы в сочетании водорослевого фильтра с нитрифицирующим. При этом как к контрольной, так и к опытной системам были подключены канистровые нитрифицирующие биофильтры. Благодаря специальным микробиальным культурам (BioDigest, по одной ампуле в каждую систему), удалось минимизировать опасные последствия периода запуска биофильтров. Вся водорослевая биомасса, полученная в предшествующем эксперименте, была извлечена. В общей сложности, период запуска биофильтров составил 5 дней, после чего в опытную систему был установлен барабан с новой колонией водоросли и включено освещение обеих систем.


Обобщённые результаты гидрохимических исследований показали, что в опытной системе с водорослями уровни кислорода, значение рН и окислительно-восстановительный потенциал были достоверно выше, чем в контрольной системе циркуляции только с нитрифицирующим биофильтром, что говорит о положительном влиянии водорослевой очистки на значение данных показателей (табл. 18).
Динамика исследуемых гидрохимических показателей в опытной и контрольной системах также имела свои особенности.

Таблица 18. Результаты гидрохимических исследований при эксплуатации альгофильтра в сочетании с нитрификатором (опыт) и без альгофильтра (контроль)

Результаты гидрохимических исследований при эксплуатации альгофильтра в сочетании с нитрификатором (опыт) и без альгофильтра (контроль)

различия достоверны при: *уровне надежности 99,9%; ** уровне надежности 99%; ***уровне надежности 95%

Рис. 40. Динамика уровня кислорода (О2) в системе с водорослями (опыт) и без них (контроль)
Концентрация кислорода (рис. 40) являлась достаточно изменчивой величиной. В частности, на 14-е сутки опыта имело место резкое падение уровня кислорода в обеих системах, что можно объяснить проводившейся бонтировкой рыб и сопутствующего ей стресса, сопряженного с повышенной интенсивностью дыхания. В целом уровень кислорода в опытной системе с водорослевым фильтром был заметно выше, чем в контрольной системе, несмотря на значительные колебания в течение эксперимента. При этом необходимо отметить, что с 15 по 25 день эксперимента рыбоводная ёмкость контрольной системы дополнительно аэрировалась через аэрлифт (подавалось 400 мл воздуха в минуту), так как без аэрации уровень кислорода мог опуститься до критически низкого уровня. Если бы дополнительной аэрации контрольного аквариума не проводилось, положительный эффект по кислородному режиму от использования водорослевых фильтров был бы заметен еще сильнее.
Исходный уровень рН в обеих системах был приблизительно одинаковым (рис. 41). В дальнейшем в течение месяца рН контрольной системы постепенно снижался, опустившись с 7,61 до 7,28. Опытная система с альгофильтром демонстрировала достаточно динамичный рост значения рН с 7,53 до 8,01 – уровня, характерного для естественной морской воды.

Динамика рН в системе с водорослями (опыт) и без них (контроль)

Рис. 41. Динамика рН в системе с водорослями (опыт) и без них (контроль)
Значение ОВП на протяжении эксперимента было нестабильным, со значительными колебаниями (рис. 42), при этом среднее значение за месяц оказалось достоверно выше в опытной системе по сравнению с контрольной, в среднем на 34,5 мВ (различие достоверно на 99%). Высокий, в рамках природной нормы, уровень ОВП является предпочтительным, так как косвенно свидетельствует об относительно низкой органической загрязненности, что также свидетельствует о перспективности применения водорослевого фильтра в морских УЗВ. Тем не менее факторы, влияющие на значение окислительно-восстановительного потенциала в морской воде, изучены еще недостаточно.

Динамика окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) в системе с водорослями (опыт) и без них (контроль)

Рис. 42. Динамика окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) в системе с водорослями (опыт) и без них (контроль)
На протяжении месяца эксперимента аммонийный и нитритный азот ни в одной системе не обнаруживался, что свидетельствует о нормальном режиме работы в их составе нитрифицирующих биофильтров, полностью преобразующих аммонийные и нитритные соединения в слаботоксичные нитраты. По этой причне ниже приведена динамика только нитратного азота (рис. 43).

Динамика концентрации нитратов (NO3-) в системе с водорослями (опыт) и без них (контроль)
Рис. 43. Динамика концентрации нитратов (NO3-) в системе с водорослями (опыт) и без них (контроль)
Первые 10 дней эксперимента уровень нитратов в опытной системе постепенно поднимался, а затем стабилизировался на уровне 75-80 мг/л. В дальнейшем содержание нитратов находилось на достаточно стабильном уровне 65-70 мг/л с тенденцией к снижению.
В контрольной системе без альгофильтра отмечен закономерный интенсивный рост концентрации нитратов, указывающий на стабильное протекание процесса нитрификации в биологическом фильтре. В результате в конце эксперимента их концентрация достигла 200 мг/л и была достоверно выше таковой в опытной системе циркуляции (различие достоверно на 95%).
Аналогичная картина отмечена и в динамике концентрации фосфатов (рис. 44). На протяжении эксперимента уровень фосфатов в воде опытной системы с альгофильтром был достаточно стабилен и не превышал значения 0,4 мг/л. За тот же период в контрольной системе этот показатель достиг 2 мг/л, при этом накопление фосфатов значительно ускорилось, начиная с 16 дня эксперимента. Очевидно, что в опытной системе водоросли альгофильтра активно поглощали фосфаты, тогда как в контрольной системе происходило их накопление.
Таким образом, применение водорослевого фильтра позволило уменьшить конечное количество фосфата на 1,6 мг/л по сравнению с контрольной системой, различие достоверно (95%).

Динамика концентрации фосфатов (PO43-) в системе с водорослями (опыт) и без них (контроль)

Рис. 44. Динамика концентрации фосфатов (PO43-) в системе с водорослями (опыт) и без них (контроль)
Так как подмены воды в системах на протяжении эксперимента не проводилось, количество растворённых фосфатов в системе контроля можно принять за общее количество вносимого в системы фосфора, которое составило на конец эксперимента 324 мг PO43-. Исходя из того, что в опытной системе аналогичная величина составила 64,8 мг PO43-, а общий объем каждой системы 162 л, можно сделать вывод, что водорослевый фильтр на основе макрофита Caulerpa prolifera общей биомассой 560 г вывел из системы 259,2 мг фосфатов за 30-дневный период, что в пересчете соответствует скорости изъятия фосфатов 33,1 г/кг биомассы каулерпы в сутки. На графике хорошо заметно, что основное количество фосфатов было использовано водорослью в течение второй половины эксперимента. Скорость изьятия фосфатов на этом этапе была значительно выше и составила 62,9 г/кг биомассы водоросли в сутки.