Тема 18. Технология разведенгия и выращивания рыб в установках с замкнутым циклом водообеспечения

В настоящее время основную часть рыбы выращивают в прудах, где земля является естественной основой производства, важнейшим элементом биологического процесса. В индустриальном рыбоводстве (садки, бассейны) естественные свойства земли как элемента самого производства утрачивают свое значение. Кроме того, выращивание рыбы в прудах, садках, бассейнах зависит от внешних факторов среды. Производство рыбы в прудах требует достаточно больших расходов воды – до 30 тыс.м³, а в бассейнах – до 10 тыс.м³ на 1 т рыбы.

При выращивании рыбы в бассейнах при плотности 100 кг/м³ и более возникает необходимость ее очистки перед сбросом в водоемы. Все это приводит к тому, что лимитирующими факторами в увеличении производства рыбы выступают земля, вода и окружающая среда.

Новым направлением в индустриальном рыбоводстве становится выращивание рыбы в условиях с замкнутым циклом водообеспечения (УЗВ), представляющее принципиально новую форму связи между производством рыбы и окружающей средой. В УЗВ вода, выходящая из рыбоводных емкостей, проходит очистку, насыщается кислородом и возвращается обратно. При этом лимитирующие факторы производства рыбы утрачивают свое значение. Остается один – корма соответствующего качества.

Выращивание рыбы в УЗВ в отличие от традиционных методов рыбоводства обеспечивает круглогодичное производство, значительную рыбопродуктивность (от 0,3 до 1 т/м³ в год) при затратах воды от 0,1 до 0,2 тыс.м³ в год на 1 т, сводит до минимума потери комбикормов, поддается механизации вплоть до полной автоматизации всех процессов, позволяет создавать как крупные рыбоводные комплексы, так и отдельные установки, которые могут быть использованы в условиях любых производств в виде подсобных хозяйств для получения товарной рыбной продукции. Кроме того, производство находится непосредственно в местах потребления, что исключает транспортные расходы на большие расстояния. Именно эти предпосылки вызвали интерес к выращиванию рыбы в УЗВ в последнее время во всем мире.

Следует отметить, что отходы выращивания рыбы из УЗВ можно улавливать и использовать в виде удобрений или дополнительных компонентов корма, а не выбрасывать как обычно в канализацию или в водоемы, что способствует их постоянной эвтрофикации, т.е. открывает путь к безотходному производству продукции. Таким образом, эксплуатация УЗВ открывает путь к безотходному производству рыбной продукции.

В УЗВ, как правило, входят: рыбоводные емкости, устройства для очистки и аэрации воды, кормораздатчики, приборы для контроля и управления параметрами качества воды. В случае, когда источник подпитываемой воды не отвечает рыбоводным требованиям, вводится блок водоподготовки.

Основным устройством в установке замкнутого водообеспечения является блок очистки воды, который служит для удаления из оборотной воды взвесей (остатки корма, экскременты рыбы, отработанный ил и биопленка), растворенных метаболитов рыб.

Принцип действия блоков очистки, его конструктивные особенности зависят от положенного в его основу метода очистки. Большинство применяемых методов можно разделить на четыре группы: 1) физические, 2) химические, 3) физико-химические, 4) биологические. Наиболее эффективным оказался биологический метод. Принципиально этот метод реализуется в двух направлениях: в качестве блока биологической очистки используются аэротенки и биофильтры, где рабочим элементом являются соответственно взвешенный ил и прикрепленная биопленка. Основной недостаток аэротенков – их большие габариты. После рыбоводных бассейнов, с точки зрения водоочистки, вода выходит условно чистой. Получить необходимую концентрацию ила в аэротенках сложно, поэтому для нормальной работы установки на базе аэротенка его объем должен превышать объем рыбоводных емкостей в 7-10 раз.

Определенный интерес представляет блок очистки, разработанный специалистами Верх-Исетского металлургического завода во главе с Ю.В. Бобылевым. Этот блок получил название интегратора. Конструкция интегратора позволяет создать в нем слой взвешенного ила необходимой концентрации и тем самым уменьшить объем очистной емкости, который тем не менее превышает объем рыбоводных бассейнов в 3 раза. В настоящее время на предприятиях различных ведомств в качестве подобных устройств применяют несколько рыбоводных установок, использующих интеграторы.

Наиболее перспективным считается использование в качестве блока биологической очистки биофильтра, основной особенностью которого является то, что его рабочее тело – биопленка – прикрепленная к наполнителю, благодаря чему объем биофильтра всего в 1,5-2 раза превышает объем рыбоводных емкостей В мировой практике разработано большое количество разнотипных биофильтров различной производительности. Из зарубежных наиболее удачным является биофильтр западногерманской фирмы "Штелерматик". Рабочее тело представляет собой биопленку, закрепленную на вращающихся дисках, и взвешенный ил. В зависимости от необходимой производительности установки выпускаются блоками различными по размеру и количеству секций.

ВНИИПРХом совместно с Ленинградским инженерно-строительным институтом (ЛИСИ – ныне СПИАГУ) разработан биофильтр производительностью 10 м³/ч оборотной воды. В процессе апробации этого биофильтра все блоки показали хорошую работоспособность, ему отдано предпочтение из-за меньших габаритов, простоты конструкции и возможности увеличения производительности. В биофильтре в качестве наполнителя используется перфорированная пленка. Верхняя часть его орошаемая, а нижняя - погружная, он имеет зоны нитрификации и денитрификации. Для более стабильной работы всех биофильтров необходимо предварительно очищать воду от механических примесей.Для этой цели можно использовать первичный отстойник, однако это приводит к резкому увеличению габаритов установки.

Задачей блока регенерации является насыщение воды кислородом, поддержание заданной температуры, регулировка рН. Для этой цели, как правило, служат самостоятельные узлы.

Для насыщения воды кислородом применяются аэраторы и оксигенаторы. Для поддержания температуры воды на нужном уровне используют бойлеры вода-вода, пар-вода или электронагревательные элементы. Возможна непосредственная подача пара в воду. В каждом конкретном случае это определяется видом теплоносителя, имеющимся в наличии на предприятии.

Рыбоводные емкости в УЗВ несколько отличаются от традиционных горизонтальных бассейнов, уровень воды в которых обычно устанавливается на высоте 80-100 см. Для более рационального использования объемов помещений, удобств обслуживания следует использовать силосы – цилиндрические бассейны диаметром 1,5-2 и высотой 2-3 м с конусным основанием. В таких бассейнах практически весь корм потребляется рыбой, полнее используется растворенный в воде кислород, улучшается процесс самоочистки.

Для нормальной работы УЗВ необходим контроль и управление параметрами оборотной воды: температурой, содержанием растворенного в воде кислорода, аммиака, нитритов, нитратов, рН. Пока это самое узкое место. Для автоматического контроля необходимы соответствующие приборы.

При выращивании рыбы в УЗВ особое внимание следует уделять процессу кормления. В основном используются корма типа РГМ и 16-80. Практика показала, что кормление следует производить 24-30 раз в сутки продолжительностью 5-10 мин. Корм, задаваемый малыми дозами, полнее потребляется рыбой и практически не выносится из бассейна. Для этой цели в настоящее время применяются специальные автоматические кормушки нескольких модификаций, которые можно будет использовать как для выращивания посадочного материала, так и товарной рыбы.

На основе опыта практического применения разработан головной образец серийной установки для круглогодичного выращивания рыбопосадочного материала карпа

Эта установка может быть использована как самостоятельно, так и в составе рыбоводных комплексов в кооперации с прудовыми, садковыми и бассейновыми хозяйствами. Подрощенная молодь (до 2 г) может быть получена в оптимальные сроки для прудовых хозяйств любой климатической зоны, молодь массой до 10-50 г может быть использована для обеспечения УЗВ, бассейновых и садковых тепловодных хозяйств.

Установка ВНИИПРХ – СПИАГУ построена в 1986 г. и обладает мощностью 10 т рыбопосадочного материала, занимает площадь 140 м² , объем воды равен 60 м³ , объем рыбоводных емкостей составляет 24 м³, в том числе 4 силоса по 4 м³ и 4 силоса по 8 м³ и емкость для адаптации рыбы 3 м³. Ее установочная мощность составляет 19 кВт/ч, расход топлива на подогрев воды 7 тыс ккал/ч, расход кислорода 2160 м³/год, общий объем оборотной воды в системе 480 м³/сут, а расход подпиточной воды равен 5880 м³/год.

Система регенерации воды состоит из отстойника диаметром 2 м и высотой 2,55 м, биофильтра емкостью 37,5 м³, бактерицидной установки, оксигенатора, компрессора, бойлеров. Циркуляцию воды в системе обеспечивают 2 насоса, один из которых резервный. Для насыщения воды кислородом используется генератор кислорода "Ксорбокс" (Швеция). Обслуживание с металлических мостков, для перемещения грузов используют электротельферы, а при кормлении применяют автоматические кормушки. Ее проектная мощность зависит от конечной массы выращенной рыбы и длительности ее выращивания (табл. 96). Это условие относится и к выращиванию молоди (табл. 97)

Таблица 96

Продолжительность выращивания ремонтного поголовья и содержания

производителей в установке с замкнутым циклом водоснабжения объемом 24 м³

Таблица 97

Проектная мощность установки для молоди карпа в зависимости от продолжительности выращивания

Получение продукции предусмотрено в 4 цикла в год. Норматив использования 10,3 т = 24 м³ = 429 кг/м³ в год.

Широко известны следующие типы фильтров: 1) капельные, 2) погружные, 3) вертикальные, 4) с вращающимися дисками.

В капельных биофильтрах вода поступает сверху и под действием силы тяжести проходит через него с такой скоростью, что не покрывает наполнитель, хотя все внутренние части фильтра остаются постоянно смоченными. Крупные капельные фильтры оборудованы вращающимися устройствами, которые равномерно распределяют воду над наполнителем (гравий, ракушечник). Капельные фильтры могут размещаться в несколько ярусов (полочный биофильтр).

Погруженные биофильтры по конструкции сходны с фильтрами грубой очистки, однако в них есть среда, на которой развиваются бактерии. Вода входит с одного конца фильтра, проходит через наполнитель и выходит с противоположного конца.

В вертикальных фильтрах вода поступает в нижнюю часть, проходит вверх через наполнитель и выходит из верхней части. В этот фильтр может быть встроен фильтр грубой очистки, который расположен ниже уровня поступления воды.

Во всех биофильтрах наблюдается тенденция к накапливанию взвешенного вещества по мере того, как масса бактерий отделяется от стенок и наполнителя. В связи с этим рекомендуется в днище фильтра устраивать сливной клапан, через который по мере необходимости удаляется накопившийся осадок.

В фильтре с вращающимся диском наполнитель перемещается через воду, в то время как в погруженных, капельных и вертикальных фильтрах он неподвижен. Фильтр состоит из большого числа вращающихся пластин, насаженных на общую ось. На этих пластинах развиваются бактерии. Попеременное поступление в емкость воды, загрязненной продуктами обмена и воздуха, обеспечивает постоянное снабжение бактерий питательными веществами и кислородом.

В России разработаны блоки биологической очистки воды производительностью 10, 20 и 80 м³ оборотной воды в 1 ч. В качестве наполнителя в них используется перфорированная пленка. Верхняя часть фильтра орошаемая, нижняя – погружная. Фильтр имеет зоны нитрификации и денитрификации. На базе этих фильтров разработаны установки с замкнутым циклом водоиспользования для выращивания посадочного материала и товарной рыбы.

Задачами блока регенерации воды являются насыщение воды кислородом, поддержание заданной температуры и регулирование рН. Для насыщения воды кислородом применяются аэраторы и оксигенаторы. В первом случае используется кислород воздуха, во втором – свободный кислород. Оксигенатор представляет собой вертикальный бак, в который под давлением подается кислород, сверх поступает вода, которая разбрызгивается или, если оксигенатор с наполнителем, омывает его, собирается в нижней части и подается на выход. Он состоит из цилиндра диаметром 1,6 м, высотой 8 м. Поступающая в него вода через распределители падает на решетчатую деревянную насадку, которая дробит воду на мелкие струи. Кислород в оксигенатор подается снизу и распыляется через мелкопористые керамические блоки. Такой оксигенатор имеет хорошую эффективность использования кислорода – до 96 %. При единовременной ихтиомассе в установке, равной 10 т, расходуется 3 м³/ч кислорода.

Насыщенная кислородом вода из оксигенатора поступает в рыбоводные бассейны из расчета 60-110 м³/ч воды или 2-4 л/с на 1 т ихтиомассы. На очистку направляется не вся отводимая из бассейнов вода, а только 20-50 % ее. Остальная вода, минуя очистные сооружения, поступает в приемный бак перед насосами.

Температура воды в установке 22-25⁰С. Содержание кислорода в воде на выходе в бассейны 25-30 мг/л, на выходе – не менее 6 мг/л. Удельный расход кислорода составляет 0,04-0,08 мг О₂/с на 1 кг ихтиомассы. Для поддержания нужной температуры воды используют бойлеры или электронагревательные приборы.

Качество воды в установке с замкнутым циклом водоснабжения необходимо контролировать путем отбора проб из выходящей после фильтра воды ежедневно. При ухудшении очистки воды в биофильтре необходимо изменить количество воды, проходящей через него, увеличить подачу воздуха или кислорода, добавить наполнитель или уменьшить плотность посадки рыбы.

В оборотной воде могут аккумулироваться такие токсичные для рыб вещества, как аммоний (NH₄), нитриты (NO₂), нитраты (NО₃) и др. Наибольшую опасность для рыб представляет собой аммиак (NH₃) (табл 98).

Таблица 98

Количество свободного аммиака, образующегося в воде в зависимости от рН и температуры вода, в %

Для устранения токсических веществ в установки вводят узел денитрификации.

В некоторых установках с замкнутым циклом водоснабжения используют вторичный отстойник, или осветлитель. По конструкции он не отличается от первичного и предназначен для сбора твердых взвешенных веществ, прошедших через биофильтр. При наличии устройств по очистке воды от взвешенных веществ перед биофильтром и после него количество взвешенных частиц в рыбоводных бассейнах не превышает 25 мг/л, что не вызывает ухудшения физиологического состояния у рыб.

Добиться удаления нитратов, фосфатов и взвешенных частиц можно включив в систему водные растения. Блок с ними располагают сразу за фильтром или окончательным осветлителем либо помещают их в осветлитель. Для этого можно использовать водный гиацинт (Eichhornia crassiper) или водяной китайский каштан (Eleocharis dulch). Каждое из этих растений быстро растет и эффективно извлекает из воды различные вещества.

По качеству вода должна соответствовать воде, используемой в прудовых форелевых и карповых хозяйствах, но по азотистым соединениям и количеству взвешенных частиц при рН 6,5-7,5 к ней предъявляются несколько иные требования ( табл. 99)

Таблица 99

Количество азотистых соединений и взвешенных веществ, допустимое в установках с замкнутым циклом водоснабжения, мг/л

Название вещества	Карп	Форель
Инкубация икры и выдерживание личинок
NH4 - NH3	2,0	0,5
NO2	0,12	0,12
NO3	5-10	5
Взвесь	5-10	До 10
Выращивание молоди
NH4 - NH3	4	2
NO2	0,2	0,12
NO3	До 60	До 55
Взвесь	До 30	До 20
Выращивание товарной рыбы
NH4 - NH3	6,0	2,5
NO2	0,3	0,2
NO3	100	До 60
Взвесь	До 60	До 25

Известны замкнутые установки для выращивания посадочного материала или товарной продукции по круглогодичной или полицикличной технологии.

На основе установки ВНИИПРХ была запроектирована опытная автоматизированная линия на 50 т рыбопосадочного материала, состоящая из шести 10 т установок – 5 для рыбопосадочного материала – 1 для производителей (на 100 гнезд), 2 здания арочной конструкции длиной 75 , шириной 15 м и высотой 8,3 м, соединенные переходной галереей. Эта установка в рыбхозе "Бисерово" была не достроена. Мощность 51,5 т в год, в т.ч. 1,5 млн. шт. 1 г молоди (1,5 т), 1 млн. шт. 10 г молоди (10 т) и 800 тыс. шт. 50 г молоди карпа (40 т). Предусматривалось проведение 10 циклов – 50 млн шт. карпа, с 1 м³ планировался выход 4,3 т рыбопродукции. Окупаемость планировалась за 11 лет.

Под круглогодичной технологией следует понимать круглогодичное использование с целью поочередного производства посадочного материала разных видов рыб. Например, в б. ГДР установки использовали для поочередного подращивания форели камлоопс, радужной форели, крпа, растительноядных рыб и др. При зарыблении установки разноразмерным посадочным материалом можно в течение года осуществлять многоразовый съем продукции. В обоих случаях регулируют плотность посадки, которая обеспечивала бы равномерную органическую нагрузку биофильтра.

При полицикличной технологии выращивание осуществляется в несколько циклов, завершающихся получением конечной рыбной продукции. Например, при 2- 3-цикличном производстве товарной рыбы происходит 2 – 3-кратное зарыбление рыбоводных емкостей посадочным материалом, при этом продолжительность цикла от зарыбления до выхода товарной рыбы составляет от 4 до 6 мес.

Полицикл при производстве посадочного материала обеспечивается регулярным получением потомства от производителей карпа, причем от одних и тех же самок можно получать икру до четырех раз за сезон. Продолжительность одного цикла равна 60 сут. Количество получаемой икры равно 60-100 тыс. шт.

При производстве посадочного материала карпа целесообразно организовывать хозяйства индустриального типа, включающие участок выращивания и содержания производителей, а также участок инкубации и подращивания молоди. При производстве форели цикл выращивания целесообразно начинать с икры, завозимой из других хозяйств.

Продолжительность цикла выращивания от личинки до производителя равна 460 сут. При этом нагрузка на биофильтр достигает 800-1040 кг.

Подращивание молоди до массы 50 мг осуществляют при температуре воды 27-28⁰С, плотность посадки 100-200 тыс. шт./м³, расход воды 0,05 л/с на 1 кг массы рыбы (аэрация воздухом). При использовании чистого кислорода расход воды может быть уменьшен в 10 раз.

Кормят молодь науплиусами артемии салина и гранулированным кормом РК-С с размером крупки 0,25-0,5 мм. Продолжительность выращивания равна 10 сут. В 1-й день личинки получают (200 % ихтиомассы) живой корм, к 10-му дню его количество уменьшают до 10 %. За этот период суточный рацион корма РК-С уменьшают с 75 до 25 %. Науплиусы артемии задают молоди 7-8 раз в сутки, РК-С при ручной раздаче до 48 раз в сутки, при использовании автокормушек – через каждые 5-10 мин. В емкостях типа "Силос" чистку проводят 1 раз в сутки.

Вырашивание молоди массой от 50 мг до 1 г проводят при температуре 27-28⁰С, плотности посадки 30 тыс. шт./м³, расходе воды 0,05 л/с на 1 кг массы рыбы. Кормят рыб кормом РК-С с размером крупки 0,5-1,5 мм. Суточный рацион постепенно уменьшают с 20 до 8 % массы рыбы. Раздают корм вручную через каждые 30 мин в течение 18 ч или с помощью кормораздатчиков. По достижении массы молоди 0,3 г можно применять автокормушки "Рефлекс". Чистят емкости 1 раз в сутки. За 20 сут масса молоди должна достичь 1 г при конечной рыбопродукции 29-30 кг/м³

Выращивание молоди массой от 1 до 10 г проводят при температуре воды 26-27⁰С, с плотностью посадки 5-10 тыс. шт/м³. Рыбу кормят кормом РГМ-6М или РГМ-5В. 12-80 с размером крупки 1,5-2 мм. Суточный рацион уменьшаю с 8 до 4 % массы тела. Раздают корм автоматами или вручную до 18 раз в сутки. Продолжительность выращивания 20 сут.

Выращивание молоди массой до 50 г осуществляют при температуре 24-25⁰С, плотности посадки 2,0-2,5 тыс. шт/м³. Рыбу кормят гранулированным кормом РГМ-5В или 12-80 с диаметром гранул 3,2 мм. Суточный рацион составляет 2,5 % ихтиомассы, раздача корма – до 12 раз в сутки. За 30 сут выращивания конечная рыбопродукция может достигнуть 100-120 кг/м³.