Біофільтр виправдано вважається серцем рециркуляційної системи аквакультури (RAS). Саме тут токсичні сполуки, що утворюються в результаті метаболізму риби, стають нешкідливими завдяки бактеріям, які колонізують поверхню дрібних елементів, що зберігаються в біофільтрі.
Хоча «вода» у рибному господарстві є складною екологічною системою, якість води можна перевірити за допомогою деяких параметрів, які відіграють вирішальну роль. Критичними параметрами є температура, значення pH, лужність, зважені речовини та концентрація розчинених кисню, амонію, нітритів і CO2. Якщо обмін прісної води зменшується, то концентрація нітратів також може досягти критичних рівнів, що змушує розглянути можливість зниження до прибл. 20 – 50 мг NO3 -Н/л. Азот є необхідною поживною речовиною для всіх живих організмів. У аквакультурі азот є компонентом відходів, який утворюється в результаті метаболізму риби. Існують різні джерела азоту: амоній, сечовина, сечова кислота та амінокислоти, які виділяються рибою, а також органічні залишки мертвих організмів, нез’їдений рибний корм, фекалії або газоподібний азот з атмосфери. Амоній утворюється як основний кінцевий продукт білкового метаболізму і виділяється рибами через зябра в основному у вигляді неіонізованого амонію. Амоній, нітрити і нітрати добре розчиняються у воді. Амоній існує у двох формах: неіонізований як NH3 та іонізований як NH4+. Відносна концентрація обох форм амонію залежить насамперед від значення pH, температури та вмісту солі. Сума обох параметрів (NH4+ + NH3 ) називається загальним аміачним азотом (TAN). У хімії прийнято виражати неорганічні компоненти азоту через азот, який вони містять: NH4+ -N (іонізований амонійний азот), NH3 -N (неонізований амонійний азот), NO2 -N (нітритний азот ), і NO3 -N (нітратний азот). Це полегшує обчислення загального аміачного азоту (TAN = NH4+ -N + NH3 -N) і полегшує перетворення між різними стадіями процесу нітрифікації.
Mutag MBC30 з біомасою у кроповому (коропи кої) ставку.
Додавання рибного корму призводить до вироблення аміаку (амонію)
Як кінцевий продукт свого білкового обміну, риби виділяють через зябра в основному токсичний для риб аміак (NH3), який присутній у воді у вигляді розчиненого амонію (NH4). Крім того, незначна частина азоту, зокрема у вигляді сечовини, виводиться у воду через нирки. У системах безперервного потоку вода в резервуарі з рибою сильно розбавляє через аміак через велику кількість прісної води. Завдяки цьому концентрація NH3/NH4 підтримується на рівні, прийнятному для риби. Однак це неможливо в (частково) закритих рециркуляційних системах аквакультури через низькі обсяги прісної води, що додається в систему. Тут амоній в оборотній воді окислюється за допомогою спеціальної стадії очищення: біофільтра. Застосування біофільтра для окислення амонію в поєднанні з рециркуляцією води назад до входу в резервуар є найважливішим атрибутом (частково) закритих систем рециркуляції.
Велика пориста поверхня чіпсів забезпечує чудовий субстрат для розмноження мікроорганізмів.
Рівень концентрації NH3 у воді визначається рівновагою дисоціації між NH4 і NH3. При зростанні значення pH та підвищенні температури відсоток токсичного для риби аміаку NH3 буде зростати. Граничні значення NH3 -N оптимального діапазону при тривалому робочому періоді становлять 0,008 мг NH3 -N на літр (0,01 мг/л NH3) для пструга та судака, а також 0,016 – 0,05 мг NH3 -N на 1 л. літр (0,02 – 0,06 мг/л NH3) для коропа, вугра, сома та тилапії. Крім того, у закритих рециркуляційних системах мають значення концентрації проміжного продукту та кінцевого продукту видалення амонію – нітритів і нітратів. У рамках супутніх водно-хімічних процесів також відіграють істотну роль значення pH і лужність (кислотність зв’язування) води. Для низки вибагливих видів риб, таких як пструг, осетер і судак, виявляється, що необхідно підтримувати концентрацію NO3-N нижче прибл. 20 – 50 мг/л (прибл. 90 – 220 мг/л NO3). Різні види також можуть за деяких обставин переносити вищі концентрації нітратів (приблизно ≥ 300 мг/л NO3). Лужність повинна бути не менше 1 ммоль/л, а pН-значення води від 6,5 до 7,5.
Біофільтр на форелівницькому господарстві використовує Mutag BioChip.
Спеціалізовані бактерії виконують життєво важливу роль у біофільтрі
Лише при повторному використанні води з резервуару після її механічної обробки та подальшого окислення амонію (біологічної очистки), можна застосовувати прісну воду, яка є нижчою, ніж у найбільш інтенсивно експлуатованих формах безперервних систем. На додаток до компонентів, необхідних для вирощування риби, а також до рослинних компонентів та блоку дегазації вуглекислого газу, закрита рециркуляційна система включає механічну обробку та біофільтр для окислення NH4-N. Як процес видалення амонію, майже всі комерційно використовувані рециркуляційні системи використовують процес бактеріальної нітрифікації. Тут окислення амонію над нітритом проміжної стадії (NO2) до менш токсичного для риби нітрату (NO3) здійснюється спеціалізованими видами бактерій (Nitrosomonas та Nitrobacter).
Mutag BioChip 30™ як високопродуктивний носій для застосування у RAS
Важливим для роботи РАС є вибір середовища-носія, на якому передбачається розміщення організмів для біологічного очищення в резервуарі MBBR (біофільтр). Протягом останніх років Mutag BioChip 30™ з надзвичайно великою та пористою поверхнею — продукт Multi Umwelttechnologie AG — завоював перевагу в аквакультурі у всьому світі. Кілька відомих постачальників рециркуляційних систем використовують переваги Mutag BioChip 30™ для своїх систем, які вони продають рибоводам. Крім високої надійності процесу, додаткові переваги полягають у тому, що здатність видалення значно вища, ніж у інших носіїв, тоді як реактори (біофільтри) значно менші. Крім того, потреба в енергії змішування нижча. У секторі аквакультури стандартизовані комбінації біологічних процесів у процесі обробки води включають аеробні резервуари MBBR для видалення амонійного азоту (NH4-N) і COD (хімічна потреба в кисні), а також резервуари для денітрифікації MBBR для подальшого видалення нітратів (NO3). Крім носіїв, Multi Umwelttechnologie AG також пропонує проєктування та розробку системи утримання носіїв, а також надає рекомендації щодо процесу, підтримку при введенні в експлуатацію, а також обслуговування клієнтів під час експлуатації. Будь-які існуючі резервуари можна легко та швидко оптимізувати за допомогою Mutag MBBR Technology™.
René Trübenbach, Simon Jedrusiak, Multi Umwelttechnologie AG, www.mutag.de, info@mutag.de
