Компоненты УЗВ - Биологическая очистка
Механический фильтр не удаляет все органические вещества, самые мелкие частицы проходят сквозь него так же, как и растворенные вещества, такие как фосфат или азот. Фосфат является инертным веществом без токсичных эффектов, но азот в форме свободного аммиака (NH3) токсичен и должен быть преобразован в биофильтре в безвредный нитрат. Разложение органического вещества и аммиака является биологическим процессом, осуществляющимся 
бактериями в биофильтре. Гетеротрофные бактерии окисляют органическое вещество, потребляя кислород и производя углекислый газ, аммиак и шлам. Нитрифицирующие бактерии преобразуют аммиак в нитрит, а затем в нитрат.
Эффективность биофильтрации зависит, главным образом, от следующих факторов:
• Температуры воды в системе
• Уровня pH в системе
Для достижения приемлемой скорости нитрификации температура воды должна быть в пределах 10–35°C (оптимально около 30°C), a уровень pH – между 7 и 8. Температура воды чаще всего зависит от выращиваемого вида и, соответственно, устанавливается не так, чтобы обеспечить наиболее оптимальную скорость нитрификации, а для обеспечения оптимальных уровней роста рыбы.
Тем не менее, важно регулировать pH согласно эффективности биофильтра, поскольку малые уровни pH снижают эффективность биофильтрации. Таким образом, для достижения высокой скорости бактериальной нитрификации, pH должен удерживаться выше 7. С другой стороны, более высокий pH приводит к постоянно растущему количеству свободного аммиака (NH3), что увеличивает токсичный эффект. Итак, необходимо найти равновесие между этими двумя противоположными целями регулирования pH. Рекомендуемая точка находится между pH 7,0 и pH 7,5.
Значение pH в водоочистной системе определяется следующими основными факторами:
• Углекислый газ (CO2), произведённый рыбами и за счет биологической активности в биофильтре.
• Кислота, произведенная в ходе процесса нитрификации.
CO2 удаляется с помощью аэрации воды, причем на данном этапе также происходит дегазация. Этот процесс может осуществляться различными способами, как описано далее в настоящей главе.
В процессе нитрификации образуется кислота (H+), понижающая уровень pH.
Стабилизация pH требует добавления какого-либо основания.
С этой целью к воде добавляется известь, гидроксид натрия или другое основание.
Рыбы выделяют смесь аммиака и аммония (общий аммонийный азот (TAN) = аммоний (NH4+) + аммиак (NH3)); основную часть этих выделений составляет аммиак.
Однако количество аммиака в воде зависит от значения pH, как видно по иллюстрации 2.8, показывающей равновесие между аммиаком (NH3) и аммонием (NH4+).
Как правило, аммиак токсичен для рыб при уровнях выше 0,02 мг/л. Иллюстрация 2.9 показывает максимальные допустимые концентрации TAN, при которых уровень аммиака остается ниже 0,02 мг/л. Хотя более низкие значения pH сводят к минимуму опасность превышения токсичного уровня аммиака 0,02 мг/л, для большей эффективности работы биофильтра рыбоводам рекомендуется достичь, как минимум, уровня pH = 7. Как видно по иллюстрации, в таком случае общая допустимая концентрация TAN значительно снижается. Нитрит (NO2-) образуется в промежуточном этапе процесса нитрификации и токсичен для рыб при уровнях выше 2 мг/л.
Если рыбы, содержащиеся в УЗВ, хватают воздух, несмотря на подходящую концентрацию кислорода, причиной может быть высокая концентрация нитрита.
При высоких концентрациях нитрит попадает через жабры в кровь рыб, где препятствует поглощению кислорода. Если добавить в воду соль, даже при настолько низкой концентрации, как 0,3‰, Иллюстрация 2.9 Соотношение между измеренным pH и количеством TAN, которое может быть разложено в биофильтре, исходя из концентрации токсичного аммиака 0,02 мг/л. поглощение нитрита блокируется.
Нитрат является конечным продуктом процесса нитрификации и, хотя и считается безвредным, кажется, что его высокие уровни (выше чем 100 мг/л) отрицательно сказываются на росте и эффективности кормления.
Если подпитка свежей водой в системе минимальна, нитрат накапливается и может достичь непозволительно высоких уровней.
Одним из методов избежания его аккумуляции является увеличение обмена свежей воды, посредством которого высокая концентрация разбавляется до более низкого и безвредного уровня.
С другой стороны, основной идеей в рециркуляции является экономия воды. В некоторых случаях экономия воды является важнейшей целью. В таких условиях концентрация нитрата может быть снижена путем денитрификации. В нормальных условиях потребление воды, превышающее 300 литров на килограмм использованного корма, является достаточным,чтобы разбавить нитрат. Если Вы используете меньше чем 300 литров воды на килограмм внесенного корма, Вам стоит рассмотреть возможность использования денитрификации.
Наиболее распространенные денитрифицирующие бактерии называются Pseudomonas.
Денитрификация – это анаэробный (протекающий без кислорода) процесс, восстанавливающий нитрат до атмосферного азота.
По сути, этот процесс удаляет азот из воды в атмосферу, тем самым снижая нагрузку азота на окружающую среду. Для процесса необходим источник органики (углерода), например, древесный спирт (метанол), который может быть добавлен в денитрификационную камеру. На практике денитрификация каждого килограмма нитрата (NO3-N) требует 2,5 кг метанола.
Денитрификационная камера чаще всего бывает снабжена заполнителем для биофильтрации с проектным временем пребывания 2–4 часа. Расход воды должен контролироваться так, чтобы концентрация кислорода у водостока составляла около 1 мг/л. Если содержание кислорода полностью истощается, начинает производиться в больших количествах сероводород (H2S), являющийся исключительно токсичным для рыб, а также дурно пахнущим (запах тухлых яиц).
В итоге производятся большие объемы шлама, ввиду чего необходима обратная промывка блока, которая производится, как правило, раз в неделю.
В биофильтрах обычно используется пластмассовый заполнитель с большой площадью поверхности на единицу объема биофильтра. Бактерии растут на заполнителе, образуя тонкую пленку и, таким образом, занимая очень большую площадь. В хорошо спроектированном биофильтре площадь поверхности на единицу объема должна быть как можно больше, однако биофильтр не должен быть наполнен слишком плотно, чтобы не забиться органическим веществом в процессе эксплуатации. Поэтому важно иметь высокий процент свободного пространства, через которое может протекать вода, а также хорошее течение через биофильтр и подходящую процедуру обратной промывки.
Подобные процедуры обратной промывки должны применяться через подходящие промежутки времени, раз в неделю или месяц, в зависимости от нагрузки на фильтр.
Сжатый воздух используется для создания в фильтре турбуленции, отрывающей органический материал от наполнителя. Во время промывки вода отключается от биофильтра. Грязная вода сливается из биофильтра и удаляется перед его повторным подключением к системе.
Биофильтры УЗВ могут быть спроектированы как фильтры с плавающей или неподвижной загрузкой. Все биофильтры, используемые сегодня в рециркуляции, при эксплуатации полностью погружены в воду. В фильтрах с неподвижной загрузкой пластмассовый заполнитель закреплен и не движется. Вода протекает через него ламинарным потоком и соприкасается с бактериальной пленкой. В фильтрах с плавающей загрузкой пластмассовый заполнитель движется в воде, находящейся внутри биофильтра, за счет течения, созданного нагнетаемым внутрь воздухом. Из-за постоянного движения заполнителя фильтры с плавающей загрузкой могут быть наполнены плотнее, чем фильтры с неподвижной загрузкой, благодаря чему достигается более высокая скорость оборота воды на единицу объема биофильтра.
Однако в скорости оборота воды на единицу площади фильтра нет существенных различий, так как эффективность бактериальной пленки в двух типах фильтра более или менее одинакова. С другой стороны, фильтры с неподвижной загрузкой удаляют также мелкие органические частицы, поскольку те пристают к бактериальной пленке. Поэтому фильтры с неподвижной загрузкой также функционируют как блоки для тонкой механической фильтрации, удаляющие органический материал микроскопического размера и очищающие воду очень эффективно.
В фильтрах с плавающей загрузкой невозможно достичь подобного эффекта, поскольку постоянная турбуленция воды не позволяет частицам задерживаться на поверхности.
В любой системе могут использоваться обе системы фильтрации. Они также могут комбинироваться, используя плавающую загрузку для экономии места, а неподвижную – для использования эффекта задерживания частиц на поверхности. Существуют различные решения конечной конструкции систем биофильтрации, в зависимости от размера хозяйства, объектов рыбоводства, размера рыб и т.д.
Смотрите также