Принципы работы УЗВ (Технология УЗВ)

Основные принципы систем рециркуляции касаются технологии очистки воды, которая непрерывно удаляет отходы и восстанавливает оптимальное качество воды для рыбы. Вода из аквариума поступает в механический фильтр, а затем в биологический фильтр, затем аэрируется, очищается от углекислого газа и в конечном итоге возвращается в аквариум.

Может быть добавлено несколько других средств, таких как оксигенация чистым кислородом, дезинфекция ультрафиолетовым светом или озоном, автоматическое регулирование рН, теплообмен, денитрификация и т.д. В зависимости от конкретных требований.

Рис.1 Упрощенная иллюстрация технологии УЗВ

Аквакультура рыбы нуждается в системе кормления, а также в системах удаления отходов и мертвой рыбы. Кроме того, система УЗВ требует трубы и насосы для перекачки воды между различными станциями, искусственного освещения в резервуарах и различных датчиков и систем мониторинга для настройки и оптимизации процесса очистки воды.

Механический фильтр

Во-первых, вода из УЗВ проходит через механический фильтр, который удаляет органические отходы. Обычно вода фильтруется в микрофильтре, снабженном фильтровальной тканью. Наиболее часто используемым типом микрофильтра является барабанный фильтр, который обеспечивает бережное удаление частиц (как показано на Рис. 1).

Частицы задерживаются внутри вращающегося барабана, в то время как вода проходит через барабанный фильтр. Вращение барабана транспортирует частицы в зону обратной промывки, где промывочные форсунки распыляют воду из снаружи барабана и улавливает органический материал в поддоне для осадка. Вместе с промывочной водой отбракованный органический материал выводится из механического фильтра и поступает в поток воды для внешней очистки сточных вод.

Помимо различных видов вращающихся грохотов (барабанный фильтр, дисковый фильтр, вращающаяся лента, горизонтальный диск), для удаления частиц можно использовать и другие методы. Это включает глубинную фильтрацию (вверх и вниз по потоку), фильтры-отстойники (горизонтальные, вертикальные) и вихревые сепараторы (гидроциклоны).

Биофильтр

Мельчайшие частицы органического вещества проходят через механический фильтр вместе с растворенными соединениями фосфата и азота. Фосфат не оказывает токсического воздействия на производство, но азотное соединение, такое как свободный аммиак (NH3), токсично для рыбы и нуждается в преобразовании в безвредный нитрат.

Биофильтр — это биологический процесс, осуществляемый бактериями. Гетеротрофные бактерии окисляют органическое вещество, потребляя кислород и производя углекислый газ, аммиак и осадок, в то время как нитрификация проводится нитрифицирующими бактериями, удаляющими аммиак из воды путем превращения его в нитрит и нитрат.

Биофильтры обычно изготавливаются с использованием пластиковых сред, на поверхности которых бактерии будут расти в виде биопленки. Биофильтры, используемые в системах рециркуляции, могут быть выполнены в виде фильтров с неподвижным слоем или фильтров с подвижным слоем. Все биофильтры, используемые сегодня для рециркуляции, работают как погружные устройства под водой. В фильтре с неподвижным слоем пластиковая среда неподвижна и не движется во время прохождения воды. В фильтре с подвижным слоем, пластиковая среда перемещается в воде внутри биофильтра под действием тока, создаваемого нагнетанием воздуха.

Рис.2 Движущийся носитель (слева) и неподвижный носитель (справа)

Дегазация/аэрация/зачистка

Накопленный углекислый газ (CO2) и свободный азот (N2) вредны для рыбы и должны быть удалены из воды. В анаэробных условиях, и особенно в системах с морской водой, также образуется сероводород (H2S). Сероводород смертельно опасен для рыбы даже в низких концентрациях. Удаление этих газов называется дегазацией, аэрацией или очисткой и может выполняться как в аквариумах, так и / или в качестве отдельного этапа перед тем, как вода поступит обратно в резервуары.

Аэрация — это процесс закачки воздуха в воду, при котором газы вытесняются из турбулентного контакта между пузырьками воды и воздуха. Более эффективный метод предполагает использование дегазатора, в котором используется система струйных фильтров. В дегазаторе вода проходит через распределительную пластину с отверстиями, а затем сбрасывается вниз через неподвижный слой пластиковой среды, уложенной в колонны (аналогично правой части рисунка 2). Газы удаляются из воды при контакте с пластиковой средой, и контакт между ними максимизируется за счет турбулентности от распределительной пластины и процесса промывки.

Насыщение кислородом

Рыбы и большинство других водных животных зависят от растворенного кислорода для дыхания. Поэтому система УЗВ должна контролировать и регулировать уровень насыщения воды кислородом. При выходе из аквариума уровень насыщения воды обычно снижается до 70%, а после биофильтра и дегазатора уровень еще больше снижается. Аэрация может повысить уровень насыщения до более чем 90%.

В любом случае, добавление чистого кислорода часто предпочтительнее для обеспечения того, чтобы входная вода в аквариумы была перенасыщена, чтобы иметь достаточное количество кислорода для высокого и стабильного роста рыбы.

Существует несколько различных методов получения сверхнасыщенной воды (содержание кислорода достигает 200-300%) либо при высоком давлении в кислородных конусах, либо при более низком давлении в кислородных платформах. Кислородные конусы потребляют больше энергии (электричества), чем платформы. С другой стороны, конусы используют только часть циркулирующей воды, тогда как платформа используется как часть всего рециркуляционного потока.

Независимо от используемого метода, процесс следует контролировать с помощью измерения кислорода.

Ультрафиолетовый свет

Бактерии, вирусы, грибы и мелкие паразиты могут быть уничтожены / удалены из воды с помощью ультрафиолетовой (УФ) дезинфекции. Ультрафиолетовая дезинфекция более эффективна, если вода предварительно фильтруется как механическим, так и биологическим путями.

Озон

Обработка озоном может быть использована для уничтожения нежелательных организмов, слишком мелких, чтобы их можно было уловить механическими фильтрами. Обработка озоном расщепляет микрочастицы до молекулярных структур, которые затем связываются вместе и образуют более крупные частицы, которые затем могут быть удалены. Обработку озоном также называют “полировкой воды”, так как она делает воду более чистой, уменьшая количество взвешенных веществ и патогенных микроорганизмов.

Чрезмерная дозировка озона может привести к серьезным травмам рыбы. Чрезмерное использование озона также может быть вредным для людей, работающих в этом районе. Следовательно, правильное дозирование, достаточная вентиляция и тщательный контроль имеют решающее значение для положительных и безопасных результатов. Во многих случаях ультрафиолетовое освещение является хорошей и безопасной альтернативой озону.

Другие элементы

Резервуары: Резервуары должны соответствовать потребностям рыбы, как с точки зрения дизайна, так и окружающей среды (обычно течение воды). Для донных рыб (тюрбо, камбала и другие камбалы) поверхность резервуара важнее глубины, и скорость потока воды может быть снижена. Другим видам, таким как лососевые, требуются большие объемы воды и конструкция резервуара, способная выдерживать более высокие потоки воды. Конструкция резервуара, течение воды и поведение рыбы также будут влиять на накопление и поведение органических частиц. То при проектировании конкретной системы УЗВ необходимо оценивать и оптимизировать различные факторы.

Регулирование рН: Процесс биофильтрации снижает рН воды из-за образования кислотных соединений. рН должен быть буферизован для поддержания качества воды.

Регулирование температуры: Метаболизм рыбы, бактериальная активность в биофильтре, трение от насосов, трубопроводов и других установок будут создавать и накапливать тепло. Скорость роста рыбы напрямую связана с температурой воды. Разные виды имеют разные требования к температуре. Комбинация виды и местоположение системы УЗВ повлияют на необходимость различных мер по регулированию температуры. Доступ к холодной заборной воде можно использовать для охлаждения воды. Если использования холодной заборной воды недостаточно, можно использовать тепловой насос или теплообменник. В холодном климате может потребоваться подогрев воды. Тепло может поступать от любого источника энергии, подключенного к теплообменнику.

Мониторинг, контроль и сигнализация: для поддержания оптимальных условий для рыбы в любое время все этапы система УЗВ должна быть оснащена датчиками для мониторинга и контроля окружающей среды. Сигналы тревоги также должны быть настроены на оповещение, когда какой-либо из параметров выходит за пределы заданных значений. Современные фермы часто имеют автоматические процессы запуска / остановки, чтобы попытаться устранить любые проблемы, но ни одна система не будет работать без контроля со стороны человека. Если вот-вот произойдут серьезные сбои, решающее значение имеет короткое время реакции (часто в течение нескольких минут).

Аварийные /резервные системы: В случае сбоев в одном или нескольких параметрах некоторые аварийные системы может помочь сохранить рыбу живой. Мера предосторожности номер один — это использование чистого кислорода. Подавая кислород под давлением в аквариум, рыба может, в некоторых случаях, оставаться живой достаточно долго, чтобы неисправность была устранена. Система УЗВ также должна иметь резервную копию для подачи электроэнергии для обеспечения потока воды. Если вода не циркулирует через различные фильтры, аммиак быстро накапливается до токсичного уровня.