Уже никто из пользователей УЗВ не сомневается в эффективности использования системы озонирования, прежде всего в целях дезинфекции оборотной воды. Но лишь немногие знают, что озон ещё значительно улучшает качество воды, благодаря следующим факторам и процессам:
- снижение концентрации общего количества взвешенных веществ (TSS);
- уменьшение уровня концентрации БПК, ХПК, общего количества растворённых веществ -TDS;
- минимизация концентрации нитритов;
- ограничение закупорки ячеек микро-сетчатого барабанного фильтра (МСБФ);
- уменьшение расхода промывочной воды в МСБФ;
- увеличение количества осаждаемых взвесей;
- уменьшение мутности воды, улучшение её цветности и прозрачности;
- повышение производительности биофильтра;
- увеличение концентрации кислорода в воде;
- улучшение конверсии применяемых комбикормов;
- снижение концентрации растворенных металлов, в том числе меди, железа и цинка;
- предупреждение жаберных заболеваний у молоди рыб;
- отсутствие землистого привкуса мяса рыбы;
Источники загрязнений и фильтрация
Чтобы понять и правильно оценить эти явления необходимо хорошо представлять источники загрязнений в УЗВ и работу биологических и механических фильтров, таких как, биофильтры с кипящим слоем (МББР), погружные гранулированные, микро-сетчатые барабанные (МСБФ), гравитационные и флокуляционные - эти взвеси удаляющие. Как известно, основными источниками загрязнений воды УЗВ являются остатки комбикорма и продукты метаболизма рыбы. Все рыбные комбикорма состоят из определённой доли протеина и других органических веществ. Проходя через желудок рыбы они выделяются в воду в виде мочевины и фекалий, в составе которых содержаться осаждаемые (быстро тонущие частицы, размером от 1000 до 100 микрон), надколлоидные (частицы в виде суспензий от 100 до 1 микрон), коллоидные и растворимые (от 1 до 0,001 микрон). Последние окисляются в УЗВ в процессе нитрификации, а осаждаемые вещества и часть надколлоидных удаляются с помощью МСБФ, гравитационных устройств или других механических фильтров.
Большинство рыбоводов используют в своих УЗВ МСБФ с сеткой, размер ячеек которых составляет 100 - 40 микрон. В МСБФ с сеткой 100 микрон отсеивается примерно 50% всех взвешенных веществ размером выше 100 микрон. В МСБФ с сеткой 40 микрон удаляется не более 70% взвесей. Всё что менее – остаётся в оборотной воде и это очень много. Если исходить из оптимального минимума плотности посадки гидробионтов в УЗВ в 30 кг/м3 рыбоводных бассейнов и суточного рациона в 1-1,5% от массы рыбы, то в воде после МСБФ концентрация TSS может равняться в среднем 25 мл/л и увеличиваться каждые последующие дни на
соответствующую величину. Это уже на уровне ПДК для многих карповых видов и превышение ПДК для форели в 2-2,5 раза. Чтобы избежать проблем с выращиванием рыбы при такой концентрации взвесей, требуется ежесуточно делать подмену чуть ли не 50% воды в УЗВ или устанавливать дополнительные фильтровальные узлы или устройства. Однако, лучший выход из данной ситуации – применение озона (О3). Да, это увеличивает инвестиции в УЗВ. Но в итоге
озонирование воды уменьшает концентрацию твердых частиц, улучшают качество воды, что потенциально повышает производительность УЗВ и снижает общие эксплуатационные расходы.
Многие разработчики и производители УЗВ ограничиваются в своих системах использованием только МСБФ и фильтров с кипящим слоем (МББР), считая, что этого достаточно для полного удаления TSS из установки. Но ведь не так уж трудно представить себе работу МББР, в которой вода и биозагрузка находятся в постоянном интенсивном движении, не создавая никаких барьеров для перехода мелких фракций TSS и другого органического вещества через все узлы УЗВ
и накопления их в бассейнах с рыбой. Если органическое вещество не удаляется, оно может ингибировать нитрификацию, вызывать нежелательную потребность в кислороде и укрывать условно-патогенные микроорганизмы в рециркуляционных системах. О высоком уровне концентрации органики свидетельствует сильная мутность оборотной воды. Для её устранения требуется наличие в УЗВ кроме МСБФ других устройств механической очистки (см. 3-й абзац) и/или системы озонирования.
Дозы озона в УЗВ
В определении количества вводимого в УЗВ озона очень много неопределённостей. Всё зависит от целей, которые ставятся перед пользователями УЗВ перед проектировщиками. Если озон применяется с целью обеззараживания и дезинфекции воды, методы озонирования и дозы озона будут существенно отличаться от случаев, когда озон используется для снижения мутности и осветления воды, уменьшения концентрации нитритов, повышения удельной скорости нитрификации или же для удаления трудно разлагаемого ХПК. Дозы озона ещё также зависят от температуры воды в УЗВ. Озон, как и любой другой газ, хуже растворяется с её увеличением. Эффективность использования озона во всех этих процессах зависит и от времени его гидро-удержания в системе.
Немецкий учёный-практик Эрвин Сандер, известный своими крупными демонстративными аквариумами и океанариумами с системами озонирования во многих странах мира, рекомендует потребление озона в целях обеззараживания воды для дезактивации вирусов 0,5-1,5 мгО3/л, для удаления стафилококков 2-3 мгО3/л, для преобразования нитритов в нитраты – 1,1мгО3 на 1мгNО -2 .То, что озон снижает уровень нитритов, которые токсичны для рыб при низких концентрациях,
является существенным преимуществом, поскольку повышенные уровни нитритов часто встречаются, когда в воде накапливается органика.
Повышенные дозы озона нужны и при окислении больших концентраций трудно биоразлагаемого ХПК. Так, при его уровне в 40 мгО2/л необходимо 5-8 мгО3/л, а при 100 мгО2/л – уже 10-12 мгО3/л.
Окисление аммония посредством О3, по мнению Э. Сандера, также возможно, однако этот процесс активно идёт лишь с повышением рН: при рН 9 это в 10-20 раз быстрее, чем при рН 7 и положительные результаты достигаются при расходе озона от 100 до 200 мг/л. Однако, в УЗВ выращивать рыбу с уровнем рН более 8 очень рискованно, а с указанной дозой озона неэкономично и даже опасно.
Группа американских учёных во главе со Стивеном Т. Саммерфельтом, Института пресной воды США, для обеспечения процесса окисления нерастворимых коллоидных и растворимых других органических веществ рекомендует применение озона из расчёта 0,025 кгО3 на 1 кг комбикорма, что позволяет без дополнительных устройств в УЗВ снижать концентрацию TSS на 35%, ХПК на 36% и DOC (растворённый органический углерод) на 17%. В европейском каталоге «Аквакультура» в рекомендациях и характеристиках озонаторов указаны несколько завышенные дозы озона для УЗВ (Kreislauf): 2-4 гО3/ч на 1 кг корма (0,048 – 0,096 кгО3/сутки). Однако, Саммерфельт и др. предупреждают, что добавление озона с более высокой дозой (0,036-0,039 кг озона на килограмм корма) даёт аналогичные результаты, но с гораздо большей вероятностью может привести к гибели рыбы, потому что озон будет накапливаться до токсичных уровней. Поскольку оборудование для озонирования стоит дорого, рационально добавлять озон с наименьшей концентрацией, необходимой для достижения желаемых результатов. Добавление озона с более низкой концентрацией также оправдано для снижения вероятности воздействия озона на рыбу, особенно в тех случаях, когда между резервуаром для культивирования рыб и точкой переноса озона имеется малое время гидравлического удержания.
Роль и место пеноотделителя в УЗВ
Такой точкой переноса озона может являться кислородный оксигенатор или пеноотделитель (флотатор или скиммер). Отличие одного от другого состоит в том, что в оксигенаторе обеспечивается только смешение озона с водой, снижается количество нитритов, расщепляется органическое вещество (ОВ) на более мелкие фракции, делая их лучше биоразлагаемыми. Но здесь ОВ не выносится из системы рециркуляции и может накапливаться в УЗВ. Пеноотделитель, кроме выполнения данных функций, ещё и выносит не поддающийся разложению остаток ОВ из УЗВ. В пеноотделителе воздух или смесь воздуха с озоном при помощи диффузоров или инжекторов распыляется по всему объёму воды и в виде мелких пузырьков поднимается к поверхности, захватывая с собой лёгкие взвеси и выводя их наружу вместе с пеной. Большое значение в эффективности озонирования имеет место расположения пеноотделителя в УЗВ: до биофильтра (БФ) или после него. Если пеноотделитель устанавливается после МСБФ, но перед БФ, то удалённые с помощью МСБФ и флотатора взвеси не будут ложиться на биозагрузку, способствуя тем самым свободному доступу кислорода к активным слоям биоплёнки и повышению удельной скорости нитрификации в БФ. Во многих конструкциях УЗВ озонирование с флотацией осуществляются после МСБФ и БФ. В таких случаях БФ работает с меньшей производительностью, однако все другие функции, описанные в начале статьи, сохраняются. Благодаря активному действию озона в оборотной воде подавляется илистый, землистый или заплесневелый привкус (привкус геосмина).
При озонировании бесспорно также повышение концентрации кислорода в воде замкнутых установок. Ибо О3 разлагается в кругообороте с образованием одного атома и молекулы кислорода. Однако, насколько ощутимо повышение кислорода в УЗВ, зависит от наличия в обрабатываемой воде органических веществ и дозы О3. При низких уровнях, например, 1-2 мгО3/л, существенное повышение кислорода в воде можно не зафиксировать, т.к. весь озон будет израсходован на окисление органики. Но при введении в воду повышенной дозы озона, уровень концентрации кислорода может пропорционально увеличиваться (за минусом О3, потраченного на окисление ОВ).
Измерение концентрации О3
Вместе с тем повышенные концентрации О3 довольно опасны. Какая-то часть озона может не разложиться в воде и будет накапливаться до токсических для рыбы уровней или отрицательно влиять на здоровье обслуживающего УЗВ персонала. Современных приборов для измерения концентрации озона в воде очень мало, так что зафиксировать его точную концентрацию без специальных лабораторий довольно трудно. В связи с этим рекомендуется определять степень растворения в воде О3 измерением ОВП (окислительно-восстановительного процесса),называемым также редокс-потенциалом, выражаемым в милливольтах (мВ). Измерить ОВП воды можно с помощью простых в использовании электронных приборов – ОВП-метров. Для создания хороших условий живучести большинства рыб в УЗВ диапазон ОВП должен составлять 250-350 мВ. Остаточный в УЗВ озон также можно разрушить, пропуская воду через слой активированного угля, или узел дегазации, а также обрабатывая воду низким уровнем концентрации перекиси водорода или контактируя с ультрафиолетовым светом высокой интенсивности (катализирующим превращение O3 в O2). Достижение разрушения озона УФ-излучением зависит от длины волны источника УФ-света и количества передаваемой энергии. Остатки озона разрушаются при длине волны УФ-излучения от 250 до 260 нм, хотя длина волны 254 нм является наиболее эффективной.
В современных промышленных УЗВ используются различные типы озонаторов, производящих от нескольких грамм до нескольких килограмм О3 в час. На заре внедрения осетровых УЗВ в практику рыбоводства в Беларуси (конец 90х и начало нового миллениума) в КСПА «Несвижская» и ФХ «Василёк» были установлены озонаторы отечественного производства г. Курганы, производительностью до 2х кг О3/ч. Расчёт был такой, чтобы при максимальной загруженности УЗВ объёмом 1000 м3 воды, на каждый куб. метр приходилось 2гО3 (2мгО3/л). В ФХ «Василёк» данный озонатор проработал 18 лет! При этом хорошо обеззараживалась и осветлялась вода. На ней осуществлялась инкубация икры, подъём личинки, доращивание малька до товара, содержалось РМС и за это время существенного отхода рыбы и каких-либо её заболеваний отмечено не было. Не требовалась и предпродажная передержка рыбы; землистый привкус мяса в ней отсутствовал.
В настоящее время в УЗВ стали применяться более современные озонаторы, не менее производительные, но компактнее по объёму, размером не более 2-3х блоков домашнего РС.
 |
 |
| 1. Озонатор ФХ Василёк | 2. Современный озонатор |