НОВОСТИ    БИБЛИОТЕКА    СЛОВАРЬ РЫБОВОДА    ССЫЛКИ    О САЙТЕ




предыдущая главасодержаниеследующая глава

Рыбоводные комплексы с замкнутым циклом водообеспечения (Филатов В.И., Киселев А.Ю. и Слепнев В.А., ВНПО по рыбоводству) (УДК 639.3, 639.3:628.1)

Известные ныне системы культивирования можно разделить на две большие группы - открытые и закрытые.

К первой группе относятся хозяйства, построенные на базе освоения естественных водных экосистем (озер, водохранилищ, прудов и др.). Для нормального их функционирования требуется большое количество воды, земельных ресурсов. Технологический процесс находится под слабым контролем человека и зависит от внешних климатических условий. Рыбопродукция формируется в основном за счет естественных кормовых запасов водоема, а также дополнительно применяемых комбикормов и удобрений. К этой группе принадлежат прудовое рыбоводство, товарное выращивание рыбы в озерах, водохранилищах, садковое и бассейновое рыбоводство.

Вторая группа объединяет методы культивирования рыб и других объектов в искусственно создаваемых условиях в системах с замкнутым циклом водообеспечения. Оптимизация условий содержания позволяет добиться повышения продуктивности вида до максимальных значений при рациональном использовании применяемых кормов. Процесс выращивания полностью контролируется человеком и практически не зависит от внешних климатических условий.

Выбор системы культивирования, как объекта исследований и дальнейшей работы, производился на основе данных об эффективности утилизации потока в тех или иных формах аквакультуры. При этом исходили из положения, что эффективность данного процесса, в свою очередь зависящего от сбалансированности трофических цепей в системе, определяет полноту использования энергии на рост рыб, количество получаемой продукции и отходов, соотношение между ними, возможность дальнейшей переработки последних.

В качестве примера выбраны: пастбищное выращивание рыбы в водохранилищах при расчетном годовом выходе продукции 10-102 кг/га, прудовое рыбоводство-экстенсивная (103 кг/га) и интенсивная (0,5-1·104 кг/га) формы, индустриальная аквакультура в комплексах с замкнутым циклом водоснабжения производительностью 0,5-1·106 кг/га.

В расчетах принято содержание энергии в 1 кг сырой массы рыбы 1000 ккал (Винберг, 1956), в 1кг комбикормов - 4000 ккал. Значения первичной продукции для водоемов, отличающихся различной степенью эвтрофикации, приняты согласно классификации Бульона (1983). Расход земельной площади, воды, кормов, электроэнергии определены на основе существующих нормативных документов и материалов работ индустриальных предприятий.

Расчеты показали, что в системах, отличающихся относительной простотой пищевой цепи корм - рыба (пастбищное выращивание растительноядных рыб, индустриальная аквакультура), утилизация поступающей энергии может достигать 10 %, то есть отвечать критерию сбалансированных экосистем. При этом, если при пастбищном рыбоводстве выход рыбопродукции может составлять 0,01 кг/м2 (100 кг/га) в год, то в индустриальной аквакультуре производительность в зависимости от технического и технологического совершенства установки может достигать 100 кг/м2 (1000т/га) в год и более.

Потери энергии в количестве 9 ·103 ккал/кг выращенной рыбы в обоих случаях практически не представляют серьезной опасности для загрязнения окружающей среды. При пастбищном выращивании распределение неутилизированной части энергии происходит на площади до 100 м2. Ее составляющими, помимо тепла, являются легкоминерализуемые компоненты - жидкие и твердые экскременты рыб, остатки фито- и зоопланктона, которые легко вовлекаются в кругооборот веществ в водоеме.

В индустриальной аквакультуре, напротив, концентрация отходов происходит на небольшой площади - до 9·105 ккал/м2. Это создает благоприятные условия для включения в систему блока утилизации с дальнейшей переработкой отходов. Таким образом, в указанных системах выращивания рыбы обеспечиваются условия для экологически чистого технологического процесса.

При выращивании рыбы в прудах вследствие усложнения трофических взаимодействий, применения дополнительного кормления усвоение поступающей энергии снижается в несколько раз относительно рассмотренных систем. Соответственно увеличивается количество неиспользованной энергии. Причем часть отходов имеет более инертную форму - остатки несъеденных и непереваренных рыбами комбикормов, которые медленно разлагаются и вовлекаются в кругооборот веществ. Это приводит к постепенному накоплению балластных веществ, увеличению иловых отложений в водоеме, что способствует разбалансированию данной системы. Перечисленные причины ограничивают дальнейший рост выхода продукции в прудовом рыбоводстве (для которого 10 т/га являются предельной или близкой к ней величиной), требуют значительных затрат энергии и водных ресурсов на поддержание пруда в равновесном состоянии и, в конечном итоге, приводят к получению нестабильных результатов и загрязнению окружающей среды.

Таким образом, анализ различных систем выращивания рыбы показал, что условия практически неограниченного увеличения продуктивности разводимых видов рыб при одновременном создании экологически безвредной технологии удовлетворяют индустриальные методы аквакультуры в комплексах с замкнутым циклом водообеспечения.

Использование индустриальных комплексов для выращивания позволяет, используя биологическую особенность организма рыб производить больше протеина на единицу затраченного корма, более успешно конкурировать с другими видами животноводства. Так, с учетом площадей сельхозугодий, необходимых для производства нужного количества комбикормов для 1000 т рыбы в индустриальной аквакультуре будет достаточно примерно 400 га (1 га - собственно комплекс, 399 га - площадь сельхозугодий), в то же время в птицеводстве эта площадь возрастает в 2-2,5 раза, свиноводстве - в 7-10, скотоводстве - в 50 раз, в основном за счет увеличения кормовых сельхозугодий.

С целью обоснования выбора тех или иных методов очистки оборотной воды были разработаны нормы органических и азотистых загрязнений, выделяемых рыбой.

Для этого, применительно к молоди и производителям карпа, была проведена математическая обработка результатов химических анализов проб воды, экскрементов, корма и рыбы, полученных балансовыми опытами, выполненными в установках с замкнутым циклом водообеспечения (УЗВ).

Были апробированы две математические модели, обычно используемых для выполнения физиологических экспериментов. Наиболее надежным и представительным оказалось использование степенных уравнений с применением регрессивного анализа. Получены уравнения удельного загрязнения, выделяемого карпом в зависимости от массы тела и температуры воды для следующих показателей: аммонийный азот, азот растворенных веществ, азот экскрементов, суммарный азот, ХПК растворенных веществ, ХПК экскрементов, суммарный ХПК, имеющие вид:

R=M·К·mn·2,250,1(t°-27°), где

R = удельное загрязнение, г·кг-1Хсут-1

М - общая масса рыб в системе, кг;

m - индивидуальная масса рыб, г-1;

t° - температура, °С;

К, n - эмпирические коэффициенты.

Более подробное описание уравнений и прогностической модели дано в другой работе (Филатов и др., 1990)*.

* (В. И. Филатов и др. Состояние и перспектива рыбоводства в замкнутых системах в СССР.- Сб. научн. тр.: Водные биоресурсы и экология гидробионтов. М./ВНИИПРХ, 1990, в. 59, С. 46-56.)

Полученные уравнения использованы в общей математической модели УЗВ. Аналогичные материалы получены также и на форели.

Известно, что управление и поддержание таких факторов среды, как освещенность, температура, концентрация кислорода в воде, легко реализуются технико-конструктивными решениями, однако даже простой прогноз и элементы управления химическим составом циркуляционной воды являются наиболее сложной и трудно поддающейся проблемой в практике УЗВ. В связи с этим основной задачей математической модели рыбоводной системы оборотного водоснабжения являлась разработка модели прогнозтической ситуации гидрохимических показателей оборотной воды в рыбоводных УЗВ.

Базисная концепция разрабатываемой модели использует балансовый подход к функционированию УЗВ. Изменение концентрации гидрохимических показателей в любой точке (блоке) УЗВ можно рассчитать, зная химический состав воды на входе в этот блок и кинетику превращения веществ в нем. Настоящая модель составлена на основе кинетических уравнений каждого блока системы, объединенных балансовым равенством и рассматриваемая как единый массовый поток по всем точкам УЗВ. Пока применимость этой модели ограничивается прогнозом таких наиболее важных показателей качества воды, как аммонийный азот и химическое потребление кислорода в любой точке системы и в любой момент времени в УЗВ. Приведенное ниже математическое описание модели рыбоводной УЗВ было реализовано программой на алгоритмическом языке БЕЙСИК.

Для проверки работоспособности прогностической модели сравнивали реальные данные по ХПК и N-NH4 на установке - УЗВ-10 (10т/г.) и предсказанные на основе модели. Концентрации этих веществ, рассчитанные на ЭВМ, были близки к наблюдаемым величинам на установке, что характеризует адекватность предложенной модели.

Полученные данные были использованы для анализа систем биологической очистки оборотной воды.

В основу проводимой оценки ставились следующие требования, диктуемые спецификой рыбоводных установок с оборотным водообеспечением: методы очистки должны быть достаточно интенсивными и эффективными, обеспечивающими требуемое качество при минимальных потерях оборотной воды; в процессе очистки вода должна сохранять свои природные свойства; простота в устройстве и эксплуатации.

Анализ состава загрязнений оборотной воды показывает, что узел ее очистки и обработки должен предусматривать удаление нерастворимых примесей, очистку от растворенных органических загрязнений, удаление аммонийных солей и окисных форм азота, стабилизацию газового состава (удаление СО2, N2, насыщение воды О2), терморегуляцию, обеззараживание воды и обработку осадка.

Учитывая изложенные требования, наиболее приемлемым является биологический метод очистки в сочетании с механическим. К преимуществам биологического метода можно отнести его универсальность, достижение высокой степени очистки воды от различных органических веществ и азотистых соединений при сохранении природных свойств воды с меньшими затратами по сравнению с другими методами, например, физико-химическим.

Сооружения биологической очистки можно разделить на три основные группы систем - с применением биологических прудов; с аэротенками и их модификациями; а также с использованием биофильтров.

Анализ работы ряда действующих рыбоводных установок с оборотным водоснабжением позволил провести их сравнение по соотношению объемов рыбоводных емкостей к объему очистных сооружений и плотности посадки рыбы в бассейнах (К0), по соотношению масс рыбы и воды в процентах.

В системе биологических прудов, работа которых основана на использовании естественных биохимических процессов, соотношение объемов очистных сооружений и рыбоводных емкостей составляет:


при подпитке свежей водой 20 % в сутки к общему объему системы. Использование такого типа очистки для круглогодичного выращивания рыбы в регулируемых параметрах среды вне сомнения экономически нецелесообразно.

Более широкое распространение получили системы с блоками очистки типа аэротенков и биофильтров.

При использовании аэротенков Ко составляет от 5 до 10, аэротенков-отстойников - 3-5. Однако, несмотря на большую интенсификацию процессов очистки, качество оборотной воды не всегда удовлетворительно.

Исходя из опыта работы рыбоводных систем с аэротенками необходимый объем блоков очистки должен составлять не менее 5-10 объемов при плотности посадки карпа 1:10 (Феофанов и др., 1985).

С этих позиций для очистки оборотной воды более перспективно применение закрепленных биоценозов в биофильтрах различной модификации. В этих сооружениях обеспечивается высокая концентрация биомассы.

Среди рассмотренных видов биофильтров наиболее перспективными являются биофильтры с плоскостной и плавающей загрузкой, лишенные недостатков биофильтров с объемной загрузкой (инертный объем, периодическая промывка и остановка) и вращающихся биофильтров (ограниченный объем, применение подвижных узлов).

Поэтому дальнейшие расчеты были проведены для первых двух типов биофильтров.

Результаты исследований позволили разработать методику расчета узлов механической (скорость фильтрования, м/г; высоту загрузки; интенсивность воздушной промывки фильтра, л·с/м2; крупность фракций загрузки, мм; коэффициент ошибки, %) и биологической очистки воды для рыбоводных УЗВ.

Расчеты блока биологической очистки позволяют определить окислительную мощность биофильтра (м2/сут), удельную поверхность загрузки (м23), гидравлическую нагрузку на биофильтр (м32·сут), объем затопленного биофильтра-нитрификатора, высоту загрузки в м, удельную производительность по NH+4 (г/м3·сут) или NH+4 (г/м2·сут).

Полученная математическая модель позволяет проектировать линии автоматизированного контроля управления параметрами работы УЗВ.

На базе полученных данных разработаны реальные проекты УЗВ, созданы и испытаны установки по производству посадочного материала и товарного карпа мощностью соответственно 10 и 40 т в год, разработана технология полицикличного производства форели, карпа, канального сома, тиляпии. Отрабатывается технология комбинированного ведения хозяйства, сочетающая индустриальные и традиционные методы рыбоводства в прудах и естественных водоемах.

предыдущая главасодержаниеследующая глава







Пользовательский поиск





© Злыгостев Алексей Сергеевич, подборка материалов, оцифровка, оформление, разработка ПО 2010-2018
При копировании материалов проекта обязательно ставить активную ссылку на страницу источник:
http://ribovodstvo.com/ 'Ribovodstvo.com: Рыбоводство'