- Переваги установок замкнутого водопостачання:
- Ємність для культивування
- Видалення загрожених частинок
- Видалення зважених часток
- Тонкодисперсная очищення і фільтрація розчинених речовин
- видалення відходів
- Біофільтрації / нітрифікація
- Аерація / Оксигенація
- Видалення вуглекислого газу
- дезінфекція
- Системи моніторингу та контролю
- Лабораторія контролю якості води
- біобезпеку
Метою даного огляду є уявлення читачеві плану, згідно з яким він зможе самостійно зорієнтуватися при проектуванні замкнутих систем водопостачання. Особливу увагу варто звернути на дрібні компоненти, на те, яким чином вони з'єднуються один з одним, з огляду на, що це не просто сума елементів. Хоча зазвичай дорогі компоненти є найбільш ефективними, не виключається безліч рішень з проектування «операційної одиниці». Деякі з них працюють краще при великих обсягах виробництва, інші при малих, хоча і застосовні в будь-якій системі. Вибір завжди залишається за власником і залежить від інженерного розрахунку, доступних деталей і географічного місцезнаходження. Не слід забувати ще одне правило: «все геніальне просто». У занадто заплутаних складних системах можуть спостерігатися великі втрати риби.
Інженери люблять ділити складну систему на дрібні деталі, типові процеси, пов'язані із здійсненням одного етапу обробки. У свою чергу, вони також можуть складатися з окремих систем.
З центрального резервуара з рибою вода спрямовується в систему, яка видаляє обложені і зважені, тонкодисперсні і розчинені частки, переводить амоній в нітрат, видаляє вуглекислий газ і вводить кисень, проводить дезінфекцію води. Всі ці процеси перебувають під контролем центральної системи управління, яка проводить безперервний моніторинг якості води і в разі його виходу за оптимальні рамки повідомляє оператору. Нарешті, з метою запобігання внесенню захворювань ззовні повинні проводитися профілактичні заходи.
У функціонуючих установках індивідуальні типові акти зазвичай пов'язані один з одним, так як вода послідовно проходить через кожен з них (циркуляція). Як правило, 5-10% води з ємності культиватора виходить через ту частину центрального дренажу, яка виступає місцем відкладення осаду. Деякі форми загрожених частинок видаляються в ході попередньої обробки потоку за допомогою спеціального обладнання (відстійник, відцентровий сепаратор), через вихідний патрубок яких потім виходить 90-95% води. Решта зважені частинки фільтруються обертовими барабанними мікросита. Після механічного очищення вода надходить в біофільтр, що складається з колонок для крапельної фільтрації, кулькового фільтра, піщаного фільтра, і / або біореактора з рухомим шаром наповнювача, де амоній за допомогою бактерій перетворюється в нітрат. При високій щільності посадки відганяючи колони видаляють надлишок вуглекислого газу і насичують воду киснем. Нарешті, проводиться наднасичене води чистим киснем за допомогою обладнання для оксигенації. У деяких випадках монтується модуль для дезінфекції, в який входить УФ-стерилізатор і озонатор.
Схема установки замкнутого водопостачання. Тут і далі по тексту ілюстрації збільшуються при натисканні на них
Переваги установок замкнутого водопостачання:
1. Мінімізація використання води ззовні. В даний пункт входить контроль температури (в деяких господарствах нагрів води може стати проблемою); зниження потреби у воді; зниження забруднення води, що випускається з системи (відходи концентруються в малому обсязі);
2. Зростання біологічної безпеки. УЗВ базується на запасах водних ресурсів з мінімальним вмістом патогенних організмів; зниження надходження води ззовні здешевлює дезінфекцію; зниження потоку на виході полегшує перевірку та запобігання відходу риби; з'являється можливість вести господарство вдалині від регіонів, які рясніють інфекціями.
Ємність для культивування
На ілюстрації зліва представлені поліетиленові (1,2,3) і скловолоконні (4,5,6) резервуари
Практично будь-яка герметична ємність достатнього обсягу, від басейну для плавання до бетонних конструкцій, може використовуватися в рибництві. Детальніше про циліндричних басейнах і особливості їх очищення написано в статті .
поліетиленові резервуари
У багатьох господарствах застосовуються прості, дешеві і довговічні (до 25 років) поліетиленові ємності. Гладка поверхня полегшує їх очищення, а мала вага - перенесення та встановлення. Вони придатні в більшості випадків, але, внаслідок високої м'якості і податливості, мають потребу в опорі для дна. Іншою проблемою є створення водонепроникних з'єднань через бічну стінку або дно.
скловолоконні резервуари
На ілюстрації зліва зображені скловолоконні резервуари
Одне з основних переваг скловолоконних ємностей полягає в різноманітності матеріалів, форм, розмірів, які вони можуть приймати. Ємність являє собою безліч бічних панелей, скріплених разом, і донну частину з одного великого листа. Гладкі стіни роблять ємність дуже зручною в експлуатації, проте, коли вона починає текти, це справжня катастрофа. Справа зображений традиційний скловолоконний резервуар, який встановлюється на монолітному, жорсткому бетонному фундаменті, який використовується для вирощування риби на відкритому повітрі.
Скловолоконні ємності можуть мати практично будь-яку форму і розміри. Матеріал, з якого вони виготовлені, неймовірно гнучкий, легко ріжеться, свердлиться і з'єднується в єдину конструкцію. Ремонт пошкоджень або подальша модифікація також відносно легко реалізуються.
Великі резервуари легко транспортувати по частинах, які потім збираються на місці.
Фанерні / дерев'яні резервуари
На ілюстрації зліва представлені фанерні / дерев'яні резервуари
Простим і недорогим рішенням є використання фанерних панелей для виготовлення басейну. Цей метод практикується на Гаваях, де дерев'яні панелі скріплюють кругом, а потім всередину поміщають герметичний ПВХ-вкладиш від плавального басейну синього кольору, або більш дорогий промисловий з чорної плівки. Дно ємності засипається декількома сантиметрами піску, а центральна зливна лінія похована до вихідної труби.
Дуже довгий, низький канал можна зробити з фанерних панелей, закопаних у землю, і вкладиша. На ілюстрації зображено тепличний канал для вирощування теляпію, що має 5 метрів в ширину і 18 метрів у довжину.
сталеві резервуари
сталеві резервуари
Для зведення більш монументальних резервуарів підійдуть листи з оцинкованої або покритої епоксидною смолою стали, з'єднаних болтами. Даний матеріал дозволяє спорудити ємність 32 метра діаметром і висотою 4 метри. Дно зазвичай являє собою пористий бетонний дренаж з обігрівальних змійовиком, в який вбудовуються панелі. З метою збереження тепла і полегшення спостереження за рибою резервуар закопується в землю.
Як варіант металевої конструкції можна привести резервуари з гофрованих алюмінієвих і сталевих панелей з прокладним матеріалом.
Бетонні басейни і канали 
На ілюстрації зліва представлені бетонні басейни і канали
Протягом декількох років бетонні ставки використовуються для вирощування риби. Вони прекрасно підходять для цих цілей, однак перед будівлею необхідно все ретельно спланувати, в іншому випадку, змінити їх форму або розташування буде вже неможливо.
Видалення загрожених частинок
Емпіричне правило: 1 кг корму = 0,3 кг твердих частинок в осаді
Дуже важливо видаляти тверді частинки з УЗВ, так швидко, як це можливо, без зайвого взмучивания. Якщо залишити осад в ємності, він почне розкладатися, що ускладнить його видалення і викличе псування води. Значна частина загрожених частинок фільтрується подвійний дренажною системою, розташованої на дні в центрі ємності культиватора. Даний дренаж працює за принципом відцентрового сепаратора і ефективно відокремлює не з'їв залишки корму і фекалії. Забруднене потік води надходить у відстійник, або додатковий гидроциклон. Необхідно створити маленький водний потік через дренаж з високою концентрацією забруднень, який можна легко очистити, ніж товсту струмінь з низьким вмістом відходів.
На ілюстрації зліва зображений донний і бічний дренажі.
Подвійна дренажна система використовує центральний дренаж на дні, через який проходить 5-20% водного потоку, або високо розташований бічний дренаж. Донний сепаратор, представлений на ілюстрації, складається з дрібних отворів по периметру, в які затягується бруд, і велике центральне отвір по центру, що служить для виходу основного потоку відносно чистої води. Інший спосіб передбачає розташування дренажу збоку. При цьому він має грати, що перешкоджає проникненню риб, і стояк для контролю водного потоку. Бічний дренаж також використовується для вилову риби.
відстійник 
На ілюстрації зліва зображений відстійник.
Відстійники заслужили погану репутацію, що, здебільшого, викликане їх неправильної конструкцією і обслуговуванням. Безпосередньо з дренажної системи вода надходить в конусоподібний відстійник, де в основі конуса відбувається осадження частинок. Потім рівень води повільно піднімається, без зайвого взмучивания, до водозливу. Відстійник легко очищається, спуском води через його нижню частину.
відцентровий сепаратор
На ілюстрації представлені відцентрові сепаратори (гідроциклони)
Вихровий сепаратор працює за принципом «чайної чашки», коли тверді частинки при обертанні води зміщуються відцентровою силою на периферію. Ця особливість робить його дуже ефективним для видалення великих, легко загрожених частинок. Сепаратор може бути виготовлений практично для ємності будь-якого обсягу. Якщо його зробити з прозорого матеріалу, то можна буде визначати кількість не з'їденого корму і, таким чином, контролювати насичення риб.
Про порівняння ефективності гідроциклону і відстійника радіального типу у статті .
Видалення зважених часток
Суспензією вважається все, що не осідає протягом 30-60 хвилин. У зв'язку з цим, очищення від неї ускладнена і вимагає механічної фільтрації. Найчастіше використовуються сітчасті, герметичні кулькові або, якщо необхідна дуже чиста вода, то піщані фільтри.
Барабанні мікросетчатие фільтри бувають різних розмірів відповідно до продуктивності. Їх основною перевагою є простота установки і експлуатації.
На ілюстрації представлені мікросетчатие барабанні фільтри
Практично всі мікросетчатие апарати функціонують на принципі захоплення частинок сіткою і їх видалення. Вода або обробляється потік рідини подається на внутрішню частину барабана. Під впливом сил гравітації вода проходить через фільтрувальний екран барабана. Різниця рівнів води всередині / зовні барабана забезпечує процес фільтрації. Тверді частинки осідають на стінках фільтрувального екрану і піднімаються шляхом обертання барабана до місця промивки. Обертання може бути переривчастим або постійним, в залежності від типу регулювання. Вода з промивних форсунок під тиском потрапляє на зовнішню сторону екрану. Весь забруднює матеріал вимивається і потрапляє на шламовий піддон. З шламового піддону він вимивається назовні водою під дією сил гравітації.
Горизонтальний сітчастий фільтр включається безпосередньо фільтруючий екран і рухливу планку для розбризкування води. Зазвичай застосовується в харчовій промисловості.
Нарешті, існують апарати з нахиленим екраном. Потік води проходить через донну частину, тоді як тверді частинки затримуються у фільтрі.
Схема роботи кулькового фільтра підвищеного тиску
Кульковий фільтр підвищеного тиску дуже популярний для очищення води від суспензії і токсичних продуктів азотного циклу.
Схема роботи піщаного фільтра підвищеного тиску
Надзвичайно висока якість очищення забезпечують піщані фільтри підвищеного тиску. Їх основний недолік полягає в великій витраті промивної води і втрати тиску при проходженні води через фільтр.
Тонкодисперсная очищення і фільтрація розчинених речовин
Надзвичайно дрібні частинки і органічний залишок дуже важко видалити за допомогою механічної фільтрації. На практиці цього вдається досягти з використанням пінного фракціонування або протеїнового скиммера. Їх робота заснована на принципі флотації. Флотація являє собою процес, при якому відбувається поділ дрібних твердих частинок на основі відмінності їх змочуваності водою. Здатність рідини змочувати частки залежить від її поверхневого натягу на межі пухирців повітря, а також від електростатичних сил тяжіння твердих частинок і молекул води. У скиммере через приплив води у вертикальній колоні відбувається подача бульбашок повітря, які піднімаються вгору і захоплюють за собою дрібні частинки, жири, масла, білки. Часто замість повітря пускають озон, який додатково проводить дезінфекцію води.
видалення відходів
Однією з найбільш сучасних технологій зберігання відходів є використання мішків з геотекстилю. Їх пориста поверхня дозволяє стримувати тверді частинки, але пропускати воду. У багатьох випадках, для поліпшення поділу осаду і води додатково вводиться флокулівующій агент. Також вносяться галун для коагуляції, які відокремлюють розчинений фосфор.
вакуумний асенізатор
Найпростішим способом утилізації відходів є використання їх в якості ґрунтових добрив. В даному випадку може виникнути проблема, коли грунт покрита снігом або недостатньо суха для важкої техніки. Таким чином, все одно потрібно сховище, місткості якого досить для відходів, що утворюються протягом 9 місяців.
Відстійники для відходів
Часто використовуються анаеробні і аеробні відстійники.
компостній яма
Компостування є прекрасною альтернативою, коли створюється велика кількість добрива.
Біофільтрації / нітрифікація
Біофільтрації включає два процеси, в результаті яких потенційно небезпечний амоній перекладається корисними бактеріями в відносно безпечний нітрат.
Окислюють амоній бактерії переводять його в нітрит:
2NH4 + + OH- + 3O2 => 2H + + 2NO2- + 4H2O
Окислюють нітрит бактерії переводять його в нітрат:
2NO2- + O2 => 2NO3-
Як емпіричний правила можна прийняти, що з 1 кг корму виходить 0,03 кг амонію. В результаті його переробки продукується нітрат, який зазвичай не представляє проблем. Однак утворюється велика кількість вуглекислого газу. Крім того, при переробці 1 г амонію биофильтр продукує 4,42 г нітрату, 5,93 г вуглекислого газу і споживає майже 4,34 г або більше кисню і 7,14 г лугів.
Існує безліч різновидів біофільтрів. В їх основі закладено принцип, згідно з яким, необхідно створити максимальну площу для зростання корисних бактерій. Бактеріям практично вся одно, що вдає із себе субстрат, тому його вибір дуже різноманітний.
Негідна конструкція біофільтра з гравієм (зверху) і з поролоном (в центрі). Знизу представлена більш функціональна модель з легким пластиковим наповнювачем
Біофільтр з гравієм не функціональний. Він працює недовго, тому що бактеріальна плівка швидко наростає, і її неможливо очистити. Гравій занадто важкий для роботи з ним.
Рішенням даної проблеми є використання більш легкого наповнювача, наприклад, пластикових біошаріков. Хоча це робить конструкцію легше, це не вирішує ряд інших проблем, таких як забруднення і очищення. У зануреному фільтрі швидко утворюється анаеробна среда, коли потік зупиняється, і припиняє надходити кисень, необхідний корисним бактеріям.
Ймовірно, більш цінним здасться конструкція фільтра з поролоном в якості наповнювача. Проте, вони швидко забиваються і на відміну від своїх менш масштабних акваріумних копій надзвичайно важко миються. Складність очищення пов'язана з тим, що забруднені модулі важать «тонну».
Класичні крапельний баштовий биофильтр
На ілюстрації крапельний баштовий фільтр
Крапельний фільтр є класичним типом біологічних фільтрів, які суміщають біологічну очистку, аерацію і дегазацію в одному типовому процесі. Водні каскади зрошують субстрат, на якому розвиваються бактерії, при цьому відбувається дифузія кисню і видалення вуглекислого газу. Колони можуть мати діаметр від 3,5 см і більше.
Крапельна колона і розбризкує планка
Крапельна колона може не виглядати як колона. На ілюстрації зверху крапельний фільтр вкопаний разом з водопропускною трубою нижче рівня води. В останньому випадку вона називається крапельним Сампо. Важливо відзначити, що ефективніше працюють системи, в яких розбризкування відбувається по всій поверхні субстрату.
На ілюстрації праворуч укопаний в землю баштовий зрошувану фільтр (1,2) і зменшена модель краплинного фільтра (3,4).
зменшені версії
Зменшені копії крапельних фільтрів зазвичай виконані з поліетиленових бочок. Коричневий колір наповнювача свідчить про хорошому зростанні корисних бактерій.
Барабанний біологічний фільтр
На ілюстрації зліва барабанні фільтр з двигуном (1,2) і без нього (3.4).
Даний апарат складається з обертового барабана, наполовину зануреного в воду, який виступає субстратом для бактерій. Подібно крапельному фільтру, тут також присутній аерація і дегазація. Представлені на ілюстрації, барабанні фільтри, в дійсності, мають позитивну плавучість і обертаються за рахунок бульбашок повітря або струму води від помпи.
Основною проблемою барабанних механічних фільтрів, власне, і є наявність двигуна. При цьому не можна недооцінювати величезну масу бактеріальної плівки і агресивну водне середовище, що впливає на механіку роботи фільтра. Одним з найбільш поширених рішень цієї проблеми стало створення плавучого барабана без двигуна.
Справа представлена схема роботи біологічного фільтра з пропелерної прочищенням. На малюнку фільтр знаходиться в режимі фільтрації. Під час промивання включається пропелер, який взмучивает бруд в наповнювачі, і брудна вода йде в каналізацію. Осад видаляється через донний дренаж.
Промивається за допомогою пропелера біологічний фільтр включає герметичну ємність з кульками наповнювачами, які є субстратом для бактерій, а також виконують механічну фільтрацію.
Існують моделі, в яких зворотна промивка кульок здійснюється не за допомогою пропелера, а за допомогою висхідних повітряних бульбашок. Суспензія проходить через вузький перешийок апарату і накопичується в його верхній частині.
Як приклад такого фільтра можна привести апарати Polygeyser®, призначені для біологічної фільтрації та очищення води від тонкодисперсних зважених часток в єдиному циклі. Механічне очищення здійснюється, завдяки проходженню води вгору через матрицю кулькового наповнювача. Стандартний 1/8 дюймовий кульковий наповнювач і New Nitrotech ™ Media захоплюють 100% часток діаметром 50 мкм і до 45% частинок діаметром 5-49 мкм. Біологічна фільтрація здійснюється нітріфіцірующімі бактеріям , Які наростають на поверхні кульок (активна площа - 120 м2 / м3). Кожна промивка повітряним потоком забезпечує видалення надлишок відкладень на тонкій бактеріальної плівці. Крім того, прочищення сприяє збагаченню біологічного фільтра киснем, ключовим компонентом нітрифікації [www.ornamentalpondfish.com/equip_polygeyser.html].
Фільтри з псевдозрідженим шаром ( дізнатись детальніше )
Дані апарати зазвичай використовуються для обробки великих обсягів води, при цьому псевдозріджений піщаний шар забезпечує високу площу для розвитку бактерій в невеликому просторі. Назва «псевдозріджений шар» отримано, внаслідок того, що пісок піднімається потоками води і стає виваженим.
Фільтр з мікрокульками і низхідним потоком
Відносно нова конструкція фільтра використовує в якості наповнювача дуже маленькі пластикові кульки, які плавають в камері, коли через них проходить струм води. Висока активна площа, низькі втрати тепла і невеликі розміри роблять цей апарат конкурентом пісочного фільтру з псевдозрідженим шаром.
Фільтр з рухомим шаром
Наповнювач знаходиться в підвішеному стані, коли вода походить через біофільтр. При цьому фільтр активно аерується. Сильне перемішування і аерація забезпечують хороший контакт забруднених частинок з наповнювачем.
Аерація / Оксигенація
Споживання кисню рибами становить 0,25 кг на кожен кілограм корму і вище. Споживання кисню біофільтром досягає 0,40 кг на кілограм корму і може бути вище при високій щільності гетеротрофних бактерій. Таким чином, загальна витрата кисню варіює від 0,65 до 1 кг на 1 кг корму.
Джерела кисню - Регенеративне повітродувки (вакуумний насос)
Найбільш поширеним джерелом повітря є регенеративні повітродувки (вакуумний насос). Вони відносно тихі і надійні в експлуатації.
При щільності посадки менше 30 г риби на 1 літр води потрібні розпилювачі, механічні мішалки або компактні аераційні колони.
Для аерації і перемішування можна використовувати ерліфт.
Аераційні колони дуже схожі на крапельний біофільтр. Принцип роботи полягає в проходженні водою дуже тонкого пористого шару, що дозволяє газам дифундувати, кисню в воду, а вуглекислого газу і азоту в середу.
Балони зі стисненим повітрям, рідкий кисень, оксігенерація на місці
При високій щільності посадки, для забезпечення потреб риб і біофільтра, необхідна подача чистого кисню. Існує кілька джерел, серед яких один буде відповідати вимогам до кількості кисню і. в деяких випадках, умовами розміщення. До їх числа належить подача повітря в протитечія низхідному потоку води, протівоточная диффузионная колона, багатостадійний низьконапірний оксигенатор.
Для віддалених областей, де необхідно мала кількість кисню, придатні апарати для генерації кисню на місці. Доступна велика кількість комерційних систем для великих і малих обсягів виробництва.
Рідкий кисень є чудовим джерелом в місцях, де є його постачальники.
В крайньому випадку, використовуються балони зі стисненим киснем. Подача кисню регулюється електромагнітним клапаном (соленоидом), який при харчуванні електричним струмом і відкривається в відключеному стані.
На ілюстрації зліва кисневий конус (simeon-aquabio.ru/oksigenaziya/).
Одним з найпростіших способів введення кисню виступає подача повітря в протитечія низхідному потоку води. При рівній швидкості спуску потоку і сходження бульбашок кисню, останні зупиняються і дифундують. Швидкість води визначається діаметром труб. Ці апарати також називаються кисневими (оксігенаціоннимі) конусами.
повномасштабні конуси
Кисневі конуси дуже ефективні для дифузії кисню в воду.
Видалення вуглекислого газу
Як тільки обсяги виробництва риби зростають, і, відповідно, збільшується щільність посадки до 130 г риби на 1 літр води, починає зашкалювати концентрація вуглекислого газу, що призводить до загибелі культивованого виду. Даний газ надзвичайно складно видалити з середовища, тому що він дуже добре розчиняється. Для цього спеціально розроблені компактні протиточні колони з дуже високим співвідношенням газу до рідини.
дезінфекція
При необхідності можна використовувати два способи дезінфекції: УФ-стерилізацію і озонування.
Системи моніторингу та контролю
Зазвичай останній встановлюється система моніторингу і контролю, яка визначить успіх виробничого циклу, або знищить все підприємство. Всього одна помилка в її роботі призведе до загибелі цілої системи. Рекомендується безперервно контролювати основні параметри, такі як рівень води, температура і тиск в системі подачі повітря. Якщо у господаря рибницькій ферми вистачило коштів на купівлю кисневої системи, то витрата кисню також слід контролювати. Інші показники важливі, однак їх зміна відбувається повільно і вимагає періодичної перевірки (два рази на тиждень, щотижня). Сигнал тривоги і повідомлення повинні передаватися через гучний зв'язок обслуговуючому персоналу.
Лабораторія контролю якості води
Для того, щоб регулярно перевіряти такі параметри, як рівень амонію, нітриту, нітрату і так далі, необхідна лабораторія якості води. Вона повинна перебувати в окремому приміщенні і мати всі необхідні хімічні реактиви та обладнання.
біобезпеку
Відвідування рибницького господарства обов'язково супроводжується зміною взуття, одягу, миттям рук.
Обов'язково ведення стандартного протоколу операцій і протоколу надзвичайних ситуацій.
Всі вищеописані типові акти слід брати до уваги при проектуванні системи замкнутого водопостачання. При відвідуванні господарства необхідно спробувати ідентифікувати кожен типовий акт, відзначити зв'язок обладнання один з одним.
-
James M. Ebeling, Ph.D. Overview of Systems Engineering. Research Engineer Aquaculture Systems Technologies, LLC New Orleans, LA
www.ukkrazykoi.com/viewtopic.php?f=23&t=293
users.vcnet.com/rrenshaw/BubbleBead.html
Php?