Процесс и параметры проектирования наземной индустриальной системы рециркуляционного рыбоводства (СРЗ) (Часть 3): Параметры качества воды

Параметры качества циркулирующей воды

Параметры качества воды и стандарты проектирования формируют основу для разработки системы очистки циркулирующей воды и управления эксплуатацией. Ниже приведены справочные схемы и параметры, которые часто используются  Инженерная команда :

1. Концепция системы удаления твердых частиц

Общее количество взвешенных твердых веществ (TSS) обычно используется как параметр для измерения твердых частиц в системах рециркуляции аквакультуры (RAS). Основная часть TSS относится к общему количеству твердых частиц размером более 1 микрона на единицу воды. В системе циркулирующей воды TSS включает в себя экскременты рыб, остатки корма, биологические стайки (мертвые и живые бактерии) и т.д. Размер этих взвешенных частиц может значительно различаться — от микрометрового до сантиметрового уровня. Взвешенные частицы могут прямо влиять на здоровье и рост рыб (особенно холодноводных), а также увеличивать нагрузку на биофильтры. Поэтому необходимо поддерживать концентрацию взвешенных частиц в циркулирующей воде в разумных пределах.

В системах рециркуляционного рыбоводства (RAS) в некоторых странах ЕС контроль за содержанием взвешенных частиц относительно строгий. Например, для водоемов, используемых в системах рециркуляционного рыбоводства (RAS), концентрация взвешенных частиц (измеряемая по общему количеству взвешенных веществ TSS) обычно должна поддерживаться ниже 15 мг/л для обеспечения хорошего качества воды и экологической среды.

В США также существуют соответствующие нормативы качества воды в области аквакультуры и очистки воды. В системе рециркуляционного рыбоводства (RAS) содержание взвешенных частиц (пересчитанное по показателям мутности и других связанных параметров) также имеет определенные ограничения. Оптимальный диапазон концентрации взвешенных частиц составляет около 8-12 мг/л, что необходимо для обеспечения выживания и размножения водных организмов.

При реальной эксплуатации завода на базе системы круговоротного рыбоводства (RAS) в Китае обычно требуется контролировать концентрацию взвешенных частиц (взвешенные вещества SS) ниже 10 мг/л. Для некоторых ценных видов, требующих высокого качества воды, таких как лосось, требуется поддерживать этот показатель даже ниже 5 мг/л.

2. Параметры удаления растворимых загрязнителей

Водорастворимость включает растворенные неорганические вещества и растворенные органические вещества. Среди них водорастворимые вредные вещества в основном представлены аммиаком (NH3-N) и нитритами (NO2--N). Аммиачный азот может проникать в кровь через жабры и кожу рыб, нарушая их нормальный трикарбоновый цикл, изменяя осмотическое давление и снижая способность к поглощению кислорода из воды, что влияет на их нормальный рост и выживание.

Часто используемый фиксированный мембранный нитрификационный биофильтр в системах переработки водных культур (RAS) представляет собой сообщество бактерий, преобразующих аммиачное азот, которое растет на поверхности определенного биологического наполнителя. Аммиачное азот переходит к фиксированной биопленке через диффузию и преобразуется. Основная цель проектирования биологического процесса фильтрации заключается в том, чтобы обеспечить достаточное количество нитрифицирующих бактерий для удаления аммиачного азота, выделяемого рыбами, поддерживать концентрацию аммиачного азота в системе аквакультуры в предопределенном диапазоне и обеспечивать безопасность и эффективный рост рыб.

2.1 Контроль аммиачного азота (NH₃-N)

Азот аммония является одним из основных загрязнителей, растворенных в воде, в системах переработки аквакультуры (RAS). Он главным образом поступает из экскрементов и остатков корма выращиваемых организмов. Высокие концентрации азота аммония могут быть токсичными для выращиваемых организмов, влияя на их рост, иммунитет и способность к размножению. В биофильтрах удаление азота аммония в основном зависит от нитрификации микроорганизмами, такими как нитрифицирующие бактерии, которые преобразуют азот аммония в нитриты и нитраты.

При проектировании биофильтра необходимо учитывать достаточную площадь поверхности и объем фильтрующего материала для обеспечения足够的 пространства для роста и размножения нитрифицирующих бактерий. При этом нужно контролировать нагрузку аммиачного азота в приточной воде и избегать чрезмерной концентрации аммиачного азота, которая может повлиять на биологический фильтр. Например, концентрацию аммиачного азота в приточной воде можно снизить, используя автоматическую машину для кормления и приняв стратегию кормления малыми порциями, но чаще. Определите допустимую концентрацию аммиачного азота для биофильтра на основе толерантности к аммиачному азоту и плотности выращивания культивируемых организмов. Как правило, для большинства пресноводных рыб концентрация общего аммиачного азота должна быть ниже 1 мг/л, а неионизированного аммиака не должна превышать 0,025 мг/л.

2.2 Контроль нитритов (NO₂⁻-N)

Нитрит также является параметром качества воды, который необходимо тщательно контролировать в системе переработки аквакультуры (RAS). Это промежуточный продукт в процессе нитрификации аммиачного азота и также токсичен для организмов аквакультуры. Нитрит может влиять на транспортировку кислорода в крови выращиваемых организмов, что приводит к симптомам гипоксии, таким как одышка, плавание головой вверх и даже смерть.

При проектировании необходимо обеспечить, чтобы биофильтр мог эффективно преобразовывать нитриты в нитраты. Для этого требуется поддерживать активность денитрифицирующих бактерий в биофильтре и предоставлять им подходящие условия среды, такие как достаточный уровень растворенного кислорода. Обычно требуется контролировать концентрацию нитритов ниже 0.5 мг/л.

2.3 Особенности морской аквакультуры

Солёность морской воды относительно высока, она содержит различные ионы, такие как натриевые ионы (Na ⁺ ), хлоридные ионы (Cl ⁻ ) , магниевые ионы (Mg ² ⁺ ), кальциевые ионы (Ca ² ⁺ ), и т.д. Морские аквакультурные организмы эволюционировали до сложных систем ионной регуляции в процессе долгосрочной адаптации к высокосолевым средам. Когда нитрит проникает в морские организмы, они могут частично смягчить физиологическое воздействие нитрита, используя собственную систему ионной регуляции. В системе рециркуляционного рыбоводства (RAS) хлорид-ионы (Cl -) могут снижать токсичность нитрита (NO2-) для аквакультурных организмов через конкурентное подавление. Конкретно, как хлорид-ионы, так и нитрит должны проникать в тело рыбы через хлоридные клетки на жаберных дугах. Наличие хлорид-ионов увеличивает трудность проникновения нитрита в тело рыбы, тем самым снижая его токсичность. Обычно, когда концентрация хлорид-ионов в воде в шесть раз выше, чем у нитрита, это эффективно подавляет токсичность нитрита для аквакультурных организмов. По сравнению с пресноводным рыбоводством, морское рыбоводство испытывает меньше токсических рисков от нитрита, что связано с более высокой концентрацией хлорид-ионов в морской воде. Следовательно, в системе рециркуляционного рыбоводства (RAS), путем разумного регулирования солености можно эффективно снизить токсичность нитрита и защитить здоровье и безопасность аквакультурных организмов.

3. Диссоциированный кислород (DO)

В системе рециркуляционного рыбоводства (RAS) диссоциированный кислород (DO) является ключевым параметром качества воды. Рыбы и другие водные организмы поглощают диссоциированный кислород из воды через жаберное дыхание для поддержания своей метаболической активности. Концентрация диссоциированного кислорода, необходимая для нормального роста большинства тепловодных рыб, обычно составляет около 5-8 мг/Л. Когда концентрация диссоциированного кислорода находится ниже критического уровня, дыхание водных организмов подавляется, их темп роста замедляется, иммунитет снижается, и они подвержены инфекционным заболеваниям. Например, когда уровень диссоциированного кислорода ниже 2 мг/Л, многие рыбы испытывают явление 'плавающей головой', а длительное воздействие низкого уровня диссоциированного кислорода может привести к гибели рыб.

В системе рециркуляционного рыбоводства (RAS) рекомендуется поддерживать растворенный кислород на уровне между 8-10 мг/л. Повышенный уровень растворенного кислорода полезен для увеличения уровня кормления и снижения соотношения корма.

4. Контроль pH

В системе рециркуляционного рыбоводства (RAS) подходящий диапазон pH для рыб обычно находится в пределах от 7.0 до 8.5. Например, большинство пресноводных рыб хорошо растут в условиях с pH 7.2-7.8. Это связано с тем, что в этом диапазоне pH физиологические функции рыб, такие как дыхание и регулировка осмотического давления, могут протекать относительно нормально. Газообмен происходит через жабры, и подходящая кислотность или щелочность воды способствует нормальному обмену процессов кислорода и углекислого газа.

Для разведения креветок, таких как южноамериканская белая креветка, оптимальный диапазон pH составляет примерно 7,8-8,6. Это связано с физиологическим строением и особенностями активности ракообразных, которые делают их более приспособленными к слегка более высоким значениям pH. Оптимальный pH полезен для линьки и роста креветок.

Однако, в процессе работы системы рециркуляционного рыбоводства (RAS) значение pH будет постоянно снижаться по мере продвижения аквакультуры, и необходимо корректировать значение pH воды. Можно использовать оборудование для автоматической регулировки pH. Автоматически регулируйте значение pH водной среды на основе данных сенсора pH.