Биологическая очистка является наиболее распространенным способом очистки воды в замкнутых системах и заключается в утилизации загрязнений с помощью микроорганизмов.
Под биологической очисткой понимают минерализацию, нитрификацию и диссимиляцию соединений содержащих азот, бактериями обитающими в толще воды, гравии и детрите фильтра. В процессе минерализации и нитрификации азотсодержащие вещества переходят из одной формы в другую, однако азот остается в воде. Удаление азота из оборотной воды происходит в процессе денитрификации.
Устройства для биологической очистки воды подразделяются на 3 типа: аэротенки, интеграторы, биофильтры.
Аэротенки представляют собой емкости, заполненные активным илом и оборудованные устройствами для аэрации или оксигенации воды. Могут быть без загрузки и с загрузкой, представляющей собой гравий, керамзит, керамические или стеклянные элементы, полиэтиленовые гранулы. Аэротенки просты в обслуживании, но имеют довольно низкую производительность. В настоящее время аэротенки практически не используются в рыбоводных системах.
Интеграторы представляют собой конические емкости, в нижней части которых создается слой активного ила. Верхняя часть работает как отстойник. При использовании интеграторов отпадает необходимость в балансе механической очистки, однако требуется точное поддержание скорости водообмена, чтобы не происходило осаждение активного ила и выноса его за пределы зоны отстаивания.
Биофильтры представляют собой емкости, заполненные загрузкой различного типа. По сравнению с аэротенками и интеграторами биофильтры имеют удельную производительность в 8-10 раз выше. К недостаткам биофильтров относится необходимость иметь в составе очистного сооружения отдельный биофильтр – денитрификатор.
Биофильтры подразделяются на 5 типов: погружные, орошаемые, комбинированные, вращающиеся, с «псевдосжиженным слоем».
В погружных биофильтрах в качестве загрузки используют пластиковые кассеты, соты, пучки из ПВХ-трубок, располагающихся ниже поверхности воды в емкости. Из всех типов биофильтров имеет самую низкую производительность по окислению соединений азота.
В орошаемых биофильтрах слой загрузки располагают выше уровня воды в емкости. Биоочистка происходит в тонком слое воды, стекающей по загрузке, что обеспечивает лучшее окисление соединений азота. Наиболее часто в таких биофильтрах применяют кассетную и сотовую загрузки. Производительность их в 1,5 раза выше, чем у погружных.
Комбинированные биофильтры состоят из двух частей. Верхняя - представляет собой орошаемый биофильтр, нижняя – погружной. Совмещает достоинства и недостатки обоих типов биофильтров.
Вращающиеся биофильтры имеют вращающуюся часть с загрузкой, представляющую собой барабан или систему пластиковых перфорированных труб, заполненных гофрированными дисками. Загрузка, вращаясь, то заходит в воду, то выходит из нее. В результате для биопленки создается благоприятный кислородный режим, как в орошаемых биофильтрах, к которым по удельной производительности близки вращающиеся.
Наиболее перспективным типом считается биофильтр с «псевдосжиженным слоем» (биореактор с движущейся мелкозернистой загрузкой из полиэтиленовых гранул диаметром 2,7 мм и удельной массой 960-980 кг/м3). Регенерация загрузки обеспечивается постоянным ее перемешиванием внутри очистного блока с помощью эрлифтов или гидроэлеватора, Данный тип биофильтра имеет максимальную удельную площадь активной поверхности, а также наименьшее соотношение объема рыбоводных емкостей и объема блока очистки.
Одной из основных проблем, возникающих на рыбоводных предприятиях индустриального типа является газопузырьковая болезнь рыб, причиной которой является перенасыщение воды азотом и в отдельных случаях - кислородом.
Предельно-допустимое насыщение воды азотом составляет: для личинок и ранней молоди рыб - 105-108%; для взрослых рыб - сиговых и лососевых – 110-113%, для карпа 115-118%. Насыщение воды кислородом не должно превышать 250-350%.
Условием для перенасыщения воды газами является быстрый ее подогрев на тепловых электростанциях и в инкубационных цехах с регулируемым температурным режимом. В этом случае абсолютное содержание газов в воде не изменяется, но насыщение ими резко возрастает (на 2-2,5% при подогреве на 1°С).
Возникновение ГПЗ рыб также возможно при использовании в рыбоводстве подземных вод, содержащих избыток азота и других газов. У предличинок рыб до перехода на активное питание в ротовой полости появляется пузырьки газа. У личинок карпа с переходом на внешнее питание пузырьки газа образуются в кишечнике, полости тела, а также на теле и на плавниках. У личинок и молоди лососевых, осетровых рыб плавательный пузырь увеличивается в объеме в 4-10 раз и сдавливает внутренние органы. Больная рыба держится у поверхности воды и не питается.
У взрослых рыб многочисленные пузырьки газа обнаруживаются под кожей на теле, плавниках, ротовой полости, в жабрах, внутренних органах, полостном жире, мускулатуре и кровеносных сосудах; возможно перенаполнение плавательного пузыря газом.
Предупреждение болезни основано на устранении избытка растворенных в воде газов. С этой целью используют отстаивание, разбрызгивание воды, пропускание ее через систему ступенек или низконапорную аэрацию воздухом, что обеспечивает нормализацию ее газового режима.
Отстаивание воды - наиболее экстенсивный способ. Для окончательной нормализации газового режима воды необходимо 18- 24 ч.
Разбрызгивание воды позволяет снизить избыток растворенных газов на 8-12%, ее проводят в специальных емкостях - моросильных камерах или при подаче воды в рыбоводные емкости используют флейты, форсунки, горизонтальные столики или пластины.
В рыбоводных установках с расходом воды до 1 л/сек эффективны дегазаторы пластинчатого типа, в которых тонкий слой воды пропускают по наклонным пластинам.
При расходах воды до 4-6 л/сек используют кавитационные аэраторы.
В инкубационных цехах с расходом воды свыше 10 л/сек необходимо применять низконапорную аэрацию воды воздухом в специальных устройствах – дегазаторах. Это позволяет поддерживать насыщение воды азотом и кислородом на уровне 100-105%.
В инкубационных установках, а иногда для увеличения темпа роста выращиваемых объектов используется подогретая или охлажденная вода. Для изменения температуры подаваемой воды можно использовать водоохладительные агрегаты или проточные нагреватели. Там, где невозможно смешивание теплой и холодной воды, передачу тепловой энергии осуществляет теплообменник.
Вода, поступающая на рыбоводные предприятия зачастую нуждается в дополнительном насыщении кислородом. Для ее насыщения кислородом широко применяются различные аэраторы.