Заключение 


Процесс создания публичных океанариумов в мегаполисах, удаленных от морского побережья, имеет определенные особенности, вызванные главной причиной – полным отсутствием естественной морской воды, что вынуждает их владельцев прибегать к применению циркуляционных систем водоиспользования с искусственной морской водой. В силу специфики работы подобных рекреационных систем возникает необходимость регулярной подмены этой воды до 10% в неделю (в частности, из-за сверхнормативного накопления в ней нитратов и фосфатов), что связано с большими финансовыми затратами.


Одним из перспективных способов изъятия из оборотной воды нитратов, фосфатов, а также других биогенных элементов является применение водорослей. Вместе с тем данное направление в мировой аквакультуре развивается сравнительно недавно, исследования в этой области достаточно разобщены и фрагментарны, особенно если речь идет не о пресной, а о морской воде. Остро стоит проблема и о техническом воплощении результатов исследований в рассматриваемой сфере, обеспечивающем не только технологическую, но и экономическую эффективность данного метода очистки морской воды.
Для проведения исследований в целях решения поставленных нами задач потребовалось подобрать доступный, дешевый и неприхотливый для содержания в искусственных условиях морской УЗВ объект разведения, который можно бы было использовать в качестве модельного объекта - источника биогенных соединений. Проведенные специальные исследования показали, что красная тиляпия (Oreochromis sp.) может быть успешно адаптирована к воде океанической солености (32‰) при скорости повышения солености воды 1,07 ‰ в сутки и использована в морской УЗВ для дальнейших исследований.
Большое внимание было уделено и поиску вида водоросли, наиболее подходящего к использованию в альгофильтре морской УЗВ. Основными требованиями были следующие:
- распространенность и доступность водоросли как объекта использования;
- неприхотливость и устойчивость к высокому уровню метаболитов и других соединений, накапливающихся в УЗВ;
- устойчивость к нестабильному гидрохимическому режиму;
- высокая скорость роста и технологичность использования.
Предварительно было отобрано четыре вида широко распространённых среди морских аквариумистов вида зелёных макроводорослей: Ulva sp., Caulerpa prolifera, Caulerpa racemosa, Chaetomorpha sp., которые выращивалась в обычных лотках с освещением, подключенных к системам циркуляции.
Наилучшие результаты выращивания показали два вида: ульва (Ulva sp.) и каулерпа пролифера (Caulerpa prolifera). Первая показала высокую скорость роста сырой массы (до 58 г еженедельного прироста или 18%), вторая - не показала заметного прироста, однако и не погибла в течение месяца содержания в жестких гидрохимических условиях, когда другие водоросли не смогли в них существовать.
Отобранные два вида водоросли были использованы при отработке различных конструкций альгофильтра (лотковая, орошаемая и барабанная). При этом наилучшие результаты (по приспособляемости, скорости роста биомассы) были достигнуты при содержании Caulerpa prolifera в барабанной конструкции альгофильтра. Именно этот вид водоросли в сочетании с барабанной конструкцией альгофильтра и был использован при проведении дальнейших исследований.
Важнейшим условием эффективного использования зеленых водорослей в альгофильтре является подбор оптимальных условий их освещения. В этой связи последующие исследования были направлены на отработку оптимальных светотехнических параметров освещения барабанного альгофильтра с каулерпой.
Было установлено, что наибольшая эффективность поглощения света вытяжкой из тканей каулерпы отмечена при длине волн светового излучения 340, 470 и 660 нм, у нежелательных цианобактерий - 430 и те же 660 нм. Использование источника освещения с указанными волновыми характеристиками увеличило скорость выделения кислорода каулерпой на 37% по сравнению со стандартным освещением солнечного спектра. Кроме того установлено, что скорость выделения кислорода водорослью Caulerpa prolifera зависит от спектра и интенсивности освещения и варьирует от 156 мг O2/кг сырой массы водоросли в час при использовании спектра, близкого солнечному интенсивностью 3400 лк, до 239 мг O2/кг сырой массы водоросли в час при использовании красно-синего спетра освещения и интенсивности 11 тыс. лк. Дальнейшее повышение интенсивности излучения до 22 тыс. лк не приводило к увеличению скорости выделения кислорода.
На завершающем этапе разработанная конструкция альгофильтра была испытана в составе системы циркуляции воды без других аппаратов водоподготовки, затем в сочетании с нитрифицирующим биофильтром. Удалось установить, что относительная скорость роста каулерпы в системе с нитрифицирующим фильтром выше (33,9%), чем в системе без нитрифицирующего фильтра (29,53%). Кроме того, применение экспериментальной барабанной конструкции позволило дополнительно увеличить скорость роста, которая составила 35,2% за неделю без нитрифицирующего фильтра и 44,9% с нитрифицирующим фильтром.
При этом в системе без нитрифицирующего фильтра потребление этой водорослью аммонийного азота составило 4,9 мг/кг NH3/NH4 в сутки. Одновременно, в другом эксперименте, скорость поглощения аммонийных соединений оказалась ниже: на уровне 2,5 мг/кг массы. Однако при учете имевших место нитритов (NO2-) и пересчёте на молекулярный азот мы получили аналогичное количество поглощаемого вещества по азоту (3,76 ± 0,02 моль азота), что соответствует приведенному выше значению.
Кроме того, в системе без биофильтра-нитрификатора каулерпа ежесуточно потребляла 1,66 мг фосфатов и около 664,5 мг нитратов в пересчете на 1 кг своей биомассы. При использовании водорослевого фильтра совместно с нитрифицирующим потребление этих веществ существенно увеличивалось до 16,11 мг/кг биомассы в сутки по фосфатам и до 1132,4 мг/кг в сутки по нитратам.
Таким образом, применение альгофильтра совместно с нитрифицирующим фильтром позволяет увеличить скорость потребления каулерпой нитратного азота более чем в 1,5 раза, а фосфатов - более чем в 9 раз. Это объясняется отсутствием в воде при нитрификации высоких концентраций аммония и нитритов, наличие которых отрицательно сказывается на поглощающей способности каулерпы.
В целом по результатам экспериментов установлено, что при температуре воды 25оС и средней массе особей тиляпий 4,6 г альгофильтр способен обеспечить нормативное качество воды в системе по исследованным показателям при соотношении биомассы каулерпы к биомассе рыб 8:1. Включение в состав системы нитрифицирующего фильтра снижает такое соотношение в 2 раза – до 4:1.
Важным показателем, оказывающим влияние на успешность работы океанариумов, с точки зрения посетителей, является прозрачность воды, которая, как установлено, тесно связана с ее бактериальной обсемененностью. В опытных и контрольных системах циркуляции отмечено превышение нормативных показателей - более 3000 КОЕ/мл. Отмечено значительное присутствие моракселл, ацинетобактера и Aeromonas sp.5. Наиболее высокая бактериальная обсеменённость оказалась в освещаемых водорослевых фильтрах, в 1,5 раз по сравнению с аквариумами для содержания рыб, не имеющих специального освещения. Подключение в систему циркуляции ультрафиолетовых стерилизаторов позволяет решить эту проблему, снижая общую бактериальную обсемененность более чем в 15 раз.
Проведенные исследования и полученные результаты позволили сформулировать основные принципы и разработать биотехнические параметры применения водоросли Caulerpa prolifera для подготовки морской воды в рыбоводных установках рекреационного назначения с замкнутым водоиспользованием. Создана новая оригинальная конструкция альгофильтра. Все это позволяет минимизировать затраты на потребление искусственно приготовленной морской подпиточной воды.
Результаты исследований приняты к внедрению в океанариуме торгово-развлекательного комплекса «РИО» в г. Москве. В его условиях включение в систему циркуляции воды разработанного альгофильтра позволяет сократить ежемесячные расходы на подмену воды на 1603 руб. на каждый 1 м3 объема экспозиционного аквариума, (2,365 млн. руб./мес. на весь океанариум ТРЦ «РИО»), обеспечивая при этом качество воды на более высоком уровне по сравнению с еженедельной подменой 12,5% воды.