Принципы проектирования и эксплуатации УЗВ


Универсальной теоретической базы для проектирования УЗВ, которая была бы пригодна для любых видов рыб, в настоящее время не существует. Основные закономерности получены в основном экспериментальным путем на основе опыта выращивания тех или иных видов рыб. При этом, в большинстве случаев для пресноводных систем данные базируются на результатах, полученных при выращивании лососевых рыб, а из них – на выращивании форели.


Выведены определенные закономерности по росту рыбы в системах УЗВ, кормовые коэффициенты, количество выделяемых взвешенных веществ, органических и неорганических загрязнений, поступающих в воду при физиологических отправлениях выращиваемой рыбы. На опыте выращивания разновозрастной радужной форели и близких к ней видов лососевых рыб отработаны нормативы удаления загрязнений при механической фильтрации,
необходимая площадь поверхности биофильтров для переработки загрязнений, выделяемых рыбой при потреблении килограмма кормов, требования к качеству воды в оборотных системах, требуемые режимы обеззараживания оборотной воды, нормы подпитки свежей воды. Практика выращивания в условиях УЗВ других видов пресноводных рыб, биология и температурные условия содержания которых существенно отличаются от лососевых рыб, имеет сравнительно короткую историю и не получила еще широкого распространения. Тем не менее, практика показывает, что при организации выращивания таких видов рыб механически переносить нормы проектирования, полученные на опыте выращивания форели, нельзя.
При выращивании в системах УЗВ осетровых рыб выявлены существенные особенности, которые требуют несколько иных подходов к проектированию составных частей системы по сравнению с лососевыми рыбами. При культивации форели на барабанных фильтрах удаляется до 60% органических загрязнений в виде экскрементов рыбы, не съеденных и размытых кормов, или так называемого «рыбоводного осадка». При выращивании осетровых этот показатель находится гораздо ниже. Происходит это потому, что экскременты осетровых рыб по своей консистенции рыхлые и легко размываются, да еще вдобавок донная рыба активно способствует их дроблению за счет прямого
растирания и создания сильных вихревых течений у дна бассейнов. В результате фракционный состав взвешенных веществ по сравнению с таковым при выращивании форели гораздо мельче, и значительная часть органики проскакивает через микросетки барабанных фильтров. Увеличение органической нагрузки в виде мелких фракций взвеси и в растворенном состоянии на биофильтры вызывает сдвиг состава биопленки в сторону существенного увеличения количества гетеротрофных бактерий, которые переводят азот органических соединений в неорганическую форму - аммонийный азот (NH4+NH3). Этот процесс сопровождается значительным сдвигом рН воды в щелочную сторону. При этом угнетаются бактерии - нитрификаторы, переводящие аммонийный азот в нитриты и затем в относительно безопасные нитраты. Эти группы бактерий имеют оптимальные условия для развития и отправления своего назначения в довольно узком диапазоне рН, близком к нейтральным показателям.
Кроме этого фактора, существует другой. В результате усвоения кормов осетровые выделяют в воду в 2 раза больше азотных соединений, чем форель. Эти данные подтверждаются производителями кормов (Коппенс). Происходит это по двум причинам. Во-первых, корма для осетровых содержат больше белка, который и является источником
поступления азота. Во вторых, кормовые коэффициенты при выращивании осетровых в 1,5 раза выше, чем при выращивании форели.
Из-за влияния выше описанных особенностей культивирования осетровых рыб в УЗВ теоретически мощность биофильтров должна увеличиться втрое и больше по сравнению с форелью. Но существует и третий фактор, влияющий на эффективность работы биофильтров – температура оборотной воды, которая при культивировании осетровых рыб находится гораздо ближе к оптимальной (+25⁰С), чем при выращивании форели.
В итоге суммарное влияние всех трех факторов приводит к тому, что на практике для поддержания содержания аммонийного азота и нитритов на приемлемом для осетровых рыб уровне по сравнению с форелью при одинаковых плотностях содержания и одинаковой кормовой нагрузке на систему площадь активной поверхности биофильтров необходимо увеличивать в 2 раза.
Характерной особенностью действующих крупных УЗВ для выращивания осетровых рыб как у нас в стране, так и за рубежом, является устойчивый рост реакции среды (рН) оборотной воды по сравнению с таковой в подпиточной воде (Калужский КРОК, Ярославский завод, завод в Голландии). Вызывается это большим поступлением органики на биофильтры. В результате, если по всем канонам теории выращивания рыбы в УЗВ увеличение плотности содержания рыбы приводит к снижению рН даже ниже нейтральных показателей и требуется корректировка кислотности воды путем ввода в оборотную воду щелочей, в осетровых системах требуется обратный процесс снижения рН в сторону нейтральной реакции путем ввода в систему кислоты. При этом это мероприятие имеет очень важное значение.
Общеизвестно, что токсичность аммонийного азота возрастает с ростом рН выше нейтральных показателей за счет увеличения содержания активной его части - свободного недиссоциированного аммиака NH3 - в суммарном аммонийном азоте. Так, при температуре воды +20⁰С при нейтральной рН доля аммиака в суммарном аммонии
составляет 0,5%, а при рН 8,0 она увеличивается до 4,7 %, или в почти в 10 раз. Если при нейтральной реакции среды предельное содержание суммарного аммонийного азота без ущерба для выращивания рыбы может достигать порядка 10 мг/л, то при рН равном 8,0 этот порог снижается до 1,1 мг/л. Если при эксплуатации УЗВ не контролировать реакцию среды и не принимать меры к ее нормализации, мы можем полностью погубить выращиваемую рыбу при, казалось бы, нормативном содержании аммонийного азота на вытоке из рыбоводных бассейнов (2,0 мг/л).
Отрицательное влияние роста рН воды в осетровых УЗВ дополнительно заключается в подавлении процессов нитрификации азота, в результате чего в воде растет содержание нитритов – второго по уровню отрицательного воздействия на объекты культивации азотного соединения.
Иными словами, рост показателей рН оказывает отрицательное влияние как на выращиваемую рыбу, так и на эффективность работы биофильтров.
По сравнению с системами для форели, осетровые системы требуют или снижения нагрузок в 2 раза, или соответствующего увеличения мощности биофильтров. Ни то, ни другое не оказывает положительного влияния на уровень начальных инвестиций в реализацию проекта и на его экономическую эффективность. Необходим поиск других технологий, позволяющих обеспечить эффективность осетровых УЗВ на современном достигнутом уровне.
Одним из путей может быть увеличение эффективности удаления взвешенных веществ на первичных механических фильтрах путем установки более мелких сеток. Обычно применяются сетки от 40 микрон, но в принципе есть сетки и 30, и 16 микрон. Однако, практика эксплуатации биофильтров с такими сетками показала, что на рыбоводных системах они неприемлемы – быстро забиваются органическими веществами и жирами в составе кормов и в результате становятся полностью непроницаемыми для воды.
Новым направлением в технологиях УЗВ для осетровых, во многом решающим эту проблему, является расширение функций озона. Раньше применение озона рассматривалось в основном в качестве эффективного обеззараживающего средства. Других задач при применении озонных технологий на форелевых УЗВ не ставилось, поскольку существующие конструкции этих УЗВ обеспечивали достаточно нормальные условия содержания рыбы. Но, кроме этой функции, озон обладает довольно широким спектром положительного воздействия на оборотную воду. Он способен напрямую реагировать с основными лимитирующими промежуточными продуктами переработки азотных соединений – свободным аммиаком и нитритами, переводя их в безопасные соединения. Как сверхагрессивный окислитель, он способствует прямому окислению органических веществ, в том числе крайне устойчивых гуминовых веществ, переводя их в более простые соединения, которые легче перерабатываются на биофильтрах. При этом,
достигается очень высокий эффект снижения содержания органических веществ в оборотной воде, исчезает характерный желто-коричневый цвет оборотной воды. Разложение большинства видов трудно выводимой органики в
значительной мере обеспечивает эффект дезодорации воды и тем самым способствует снижению характерного крайне неприятного запаха и привкуса рыбы, выращиваемой в системах с применением биологической очистки воды. Озон способствует коагуляции взвешенных органических веществ, тем самым увеличивая эффект их удаления на механических фильтрах. Иными словами, применение озонных технологий положительно влияет на эффективность основных компонентов систем УЗВ – механических и биологических фильтров, способствует значительному улучшению условий содержания выращиваемой рыбы.
Расширение функций применения озона в УЗВ для осетровых рыб требует серьезного (в десять и более раз) увеличения количественных показателей его подачи, внимательного отношения к технологиям его ввода и принятия технических решений, которые надежно ограждают выращиваемую рыбу от возможного отрицательного воздействия при его переизбытке в оборотной воде. При этом, обязательным условием применения озонных технологий является обеспечение безопасности персонала рыбоводных хозяйств.
В настоящее время значительное внимание озонным технологиям обращают в Германии. Если при выращивании форели подача озона применяется из расчета не более 10 грамм за сутки в расчете на один килограмм заданного в систему корма, то для осетровых систем указываются величины от 2 до 4 грамм озона в час на каждый килограмм заданного корма. Практика применения озона в промышленных системах в России находится на начальном уровне. Наиболее продвинутыми в этом отношении являются Ржевский и Ярославский осетровые заводы, небольшое хозяйство в 6Московской области (Красная Пахра). Результаты использования озонных технологий на них показывают очень
хорошие результаты.
При выращивании в УЗВ товарной рыбы одним очень неприятным моментом является приобретение ей неприятного илового запаха и привкуса. Вызывается это явление поступлением в воду продуктов жизнедеятельности биопленки биофильтров. В любых системах биологической очистки в той или иной мере происходят процессы денитрификации, если закрыт доступ кислорода к культивируемым бактериям. Происходит это во внутренних слоях биопленки в месте соприкосновения ее с поверхностью биозагрузочных элементов. Кроме того, такой же процесс происходит при обрастании поверхности бассейнов, при накоплении рыбоводного осадка в трубопроводах и в приямках оборотного водоснабжения. Если при выращивании рыбопосадочного
материала это явление не имеет существенного значения, то при выращивании товарной рыбы в состав оборудования необходимо включать бассейны для отмывки рыбы.
Процесс этот происходит для рыбы в течение 10 - 14 дней, при выращивании рыбы для производства товарной пищевой икры процесс отмывки растягивается на 2 месяца. При эксплуатации таких бассейнов необходимо обеспечить их прямоточное водоснабжение свежей водой или оборотное с заменой не менее 50% воды в течение суток. При этом, из системы оборотного водоснабжения необходимо исключить любые устройства типа биофильтров, дегазаторов и засыпных фильтров. На их поверхности в неизбежном порядке поселяется бактериальное и водорослевое обрастание, и в течение короткого времени, не более 3 - 4 недель, система теряет способность свобождать рыбу от этого запаха и привкуса. Для снижения потерь массы рыбы в процессе отмывки применяется снижение температуры воды. При производстве товарной икры производится 2-месячная искусственная зимовка, в течение которой происходит как отмывка, так и дозревание рыбы до необходимых кондиций икры - сырца для производства качественной продукции.
Эксплуатация УЗВ требует высокой культуры производства, строгого соблюдения технологической и производственной дисциплины, творческого отношения к обязанностям. Специалистам приходится применять весь багаж знаний, которые они накопили в процессе среднего и специального образования. Надо помнить, что любые отступления от технологий при выращивании рыбы неизбежно оборачиваются дополнительными нагрузками на системы оборотного водоснабжения. Это касается плотностей содержания рыбы, режима и техники раздачи кормов, бережного обращения с рыбой при пересадках, сортировках и прочих рыбоводных операциях, систематического
контроля за качеством оборотной воды и состоянием рыбы. Необходимо помнить, что УЗВ рассчитываются на определенные нагрузки по количеству рыбы и суточной раздачи корма. Большое значение имеет организация дробного кормления, исключение перекорма рыбы и попадания значительного количества не съеденного и размытого корма на оборудование оборотного водоснабжения. Корма имеют по сравнению с экскрементами рыбы совсем другую консистенцию и состав, переработка кормов на биофильтрах идет очень трудно, что может вызывать серьезные сбои. Серьезное внимание необходимо уделять реакции среды. Повышение рН отрицательно действует на физиологическое состояние рыбы, повышает токсичность аммонийного азота и угнетает нитрификацию азотных соединений на биофильтрах. Не следует допускать содержания кислорода в вытекающей из бассейнов воде свыше 100% насыщения. При прохождении биофильтров
лишний кислород отдувается в атмосферу, что приводит к бесполезной перегрузке кислородного оборудования и сокращает ресурс его работы.
Важнейшее значение имеет обеспечение стабильной нагрузки на биофильтры. Биофильтры – живая система, при резком снижении раздачи кормов из-за недостатка питания значительная часть биопленки отмирает, а при резком возрастании раздачи кормов уровень развития биопленки не может обеспечить своевременную переработку возросшего количества загрязнения. Инерционность работы биофильтров предполагает соблюдение плавности увеличения или снижения нагрузок. Не следует, также, ожидать полной мощности биофильтров сразу после проведения процедуры его запуска в работу. Если система рассчитана, допустим, на 20 тонн рыбы и 200 кг корма в сутки, это не значит, что мы можем после 2-недельной процедуры пуска системы в работу сразу нагрузить модуль полностью рыбой и выдавать 200 кг. кормов. Созревание биофильтров- длительный процесс, и в зависимости от условий может происходить в течение нескольких месяцев, полугода и более длительного времени.
Инженерные службы, со своей стороны, должны понимать сущность процессов, происходящих на системе оборудования оборотного водоснабжения, а не только обеспечивать техническую исправность оборудования.
Необходимо помнить, что остановка работы биофильтров на время, превышающее 3 часа, неизбежно приводит к снижению его производительности. При любых технических сбоях оборудования оборотного водоснабжения информация должна быть доведена до рыбоводной службы для принятия соответствующих решений по корректировке производственного процесса и для повышенного контроля последствий таких сбоев для выращиваемой рыбы. Система УЗВ – это единый комплекс рыбоводных бассейнов и оборудования оборотного водоснабжения, комплекс этот живой и базируется на жизнедеятельности бактерий оборудования биологической очистки воды. Поэтому нормальная его работа обеспечивается при тесном взаимодействии рыбоводной и инженерной служб, которые делают одно дело. При эксплуатации УЗВ нет главных и вспомогательных служб.
Высочайшая интенсификация производственного процесса требует внимательного отношения к физиологическому и эпизоотическому состоянию объектов культивации.
При выборе источников водоснабжения преимущество надо отдавать артезианской воде, даже если она по отдельным параметрам не соответствует требованиям рыбоводства. Обычно это содержание кислорода и общего железа, реже высокая рН, соленость и
содержание аммонийного азота. Последнее относится к нефтеносным районам Сибири, Северо-востока европейской части России. Вопросы нормализации содержания кислорода, железа ,рН не составляют технических проблем. Сложнее проблема высокого содержания аммонийного азота. Практически не решается проблема избыточной солености. В любом случае для нормализации вышеперечисленных показателей артезианской воды требуется дополнительное техническое оборудование и определенные затраты. Но это с лихвой компенсируется практически стерильностью артезианских вод и постоянством состава и температуры. Эти моменты позволяют проводить первичную водоподготовку в автоматическом режиме и в любой момент знать, что вода имеет одни и те же постоянные показатели качества.
Открытые водоемы в качестве водоисточников для УЗВ проигрывают из-за непостоянства состава, температуры воды, наличия органики, вероятности залповых их загрязнений и заноса заболеваний рыб.
Наличие и развитие заболеваний во многом зависит от иммунитета выращиваемой рыбы. Поэтому создание благоприятных условий для жизнедеятельности рыбы - отсутствие стрессов из-за высоких плотностей содержания и небрежного обращения с рыбой при выполнении рыбоводных операций, критических гидрохимических показателей, снижение содержания органических веществ в оборотной воде, поддержание чистоты рыбоводных бассейнов, нормативный уровень бактериальной обсемененности воды, ограничение завоза рыбы из сторонних хозяйств -являются главными условиями благополучного эпизоотического состояния производства. На ведущие места в УЗВ выходят болезни индустриальных хозяйств: вспышки заболеваний, вызываемых условно патогенными микробами, проявления вирусных заболеваний, болезни, вызываемые простейшими, алиментарные заболевания из-за применения несоответствующих и недоброкачественных кормов, асфиксия и токсикозы, вызываемые критическими показателями воды по уровню содержания растворенного кислорода, рН, аммонийного азота, нитритов. Значительный урон, даже для производителей осетровых рыб, может приносить моногенетический сосальщик диклиботриум арматум, борьба с которым в условиях УЗВ не так проста.
Меры борьбы с болезнями рыб, применяемые в прямоточных системах, не всегда применимы в УЗВ. Проведение кратковременных высококонцентрированных воздействий лечебных препаратов может привести к гибели биопленки биофильтров, а выполнение таких операций в специальных емкостях вне бассейнов крайне трудоемко и нетехнологично. Поэтому применяются умеренные концентрации лечебных препаратов непосредственно в бассейнах при длительной их экспозиции и внесение их в корма.
Применяются также и экологические методы воздействия на возбудителей болезней – создаются условия, при которых они прекращают размножаться или просто не могут
существовать. Это температурные воздействия и применение метода повышения солености воды. Соль является довольно универсальным средством и широко применяется, показывая неплохие результаты, в том числе и при применении в профилактическом порядке. Хорошие результаты дает применение формалина, к которому биофильтры довольно устойчивы.
Немаловажное значение для ограничения распространения заболеваний в крупных предприятиях с применением УЗВ имеет модульный принцип компоновки оборудования, когда изолированная группа бассейнов замыкается на самостоятельную, систему оборотного водоснабжения.