Африканский сом разведение.

В 2007 г. общий выпуск N за период эксплуатации составил 116 кг, что, в отношении всей водоочистной системы, соответствует 0,48 кг в сутки. В вытекающей воде содержание N составляло меньше чем 6% от его уровня во втекающей воде. Общий выпуск P был равен 37,1 кг, а суточный – 0,15 кг, в вытекающей воде содержалось 16% от концентрации P в поступающей воде. Общий выпуск C за время эксплуатации составил 4 812 кг, что соответствует суточному выпуску 19,7 кг. В вытекающей воде было найдено менее чем 5% общего органического C, поступающего в систему (Таблица 56). Выпуск N и P в 2008 г. был значительно ниже, чем в 2007 г., особенно в отношении суточных выпусков, которые в 2008 г. были почти на 50% ниже. Согласно суточным данным, выпуск органического C был схожим в обоих годах.

Таблица 6: Ввод, выпуск и удаление питательных веществ в прудах САС в 2008 году (в скобках: удаление по отношению к количеству, введенному в данный пруд)

Часть питательных веществ в модуле САС была преобразована в рыбу и энергетические растения, т.е. ценные побочные продукты. В биомассу рыб и растений в обоих годах была преобразована приблизительно равная доля введенных питательных веществ: в выловленной рыбе были задержаны 1,0%, 1,8%, и 2,3-3,5% азота, фосфора и органического углерода, соответственно. В энергетических растениях осталось 3,7-4,0% попавшего в систему азота и 8,5-9,2% фосфора (Таблица 7).

Выпуск питательных веществ и их задержание во вторичных продуктах

*не рассчитано

Эффективность использования энергии

Во время эксплуатации экспериментальной системы САС электрическая энергия использовалась для подачи сточной воды в стабилизационные пруды (один насос мощностью 3,1 кВт), а также перемешивания и аэрации воды прудов с помощью аэраторов (2 шт. мощностью 0,75 кВт).

Потребление энергии электрическими насосами и аэраторами в 2007 и 2008 годах составляло 16 221 и 16 997 кВт.ч, соответственно. Если поступление сточной воды в водоочистную систему осуществимо самотеком, расход энергии насосов можно сэкономить. Удельный расход энергии, рассчитанный на единицу объема очищенной сточной воды аквакультурного хозяйства, составил 0,257 кВт.ч/м3 в 2007 году и 0,273 кВт.ч/м3 в 2008 году. Для облова и сбора биомассы, а также ее транспортировки, использовалось около 48 л топлива, т.е. 487 кВт.ч.

Общая калорийность собранной биомассы составила в 2007 году 81 728 МДж, т.е. 22 702 кВт.ч, а в 2008 году – 359 207 МДж, т.е. 99 780 кВт.ч. Согласно расчету энергетического баланса экспериментальной системы, в 2007 году за период эксплуатации энергии было произведено на 6 000 кВт.ч, а в 2008 году – на 82 296 кВт.ч больше, чем потреблено (Таблица 8).

В системе для очистки сточной воды энергетические культуры выращивались как ценные побочные продукты, поскольку их использование в качестве топлива обеспечивает значительный источник возобновляемой энергии. Сбор урожая на прудах с высшими растениями происходил в декабре 2007 года, общий вес биомассы составил 8 320 кг.

Произведенная биомасса высших растений в 2008 году оценивалась в 40 900 кг. Скорость роста была наибольшей у рогоза, а наименьшей – у ивы. В прудах с гигантским тростником и ивой наблюдалось сильное спонтанное зарастание рогозом, который подавлял развитие посаженных растений.

Наибольшей была калорийность обыкновенного тростника, со средней величиной 11 372 Дж/г. Для ивы данный показатель составлял 9 699 Дж/г. Калорийность рогоза и гигантского тростника была относительно низкой, 9 214 Дж/г и 8 611 Дж/г, соответственно.

Таблица 8: Энергетический баланс САС

Осенью, зимой и весной калорийность у тростника увеличилась почти вдвое, у рогоза – на 45%, тогда как их содержание воды уменьшилось. Эти результаты показывают, что, для получения наибольшей калорийности, лучшим временем года для сбора растений водно-болотных угодий является период от марта до апреля, так как в это время содержание воды ниже всего, а калорийность, соответственно, относительно высока.

Производительность труда

Посадка растений, ежедневное обслуживание системы, сбор растений и облов рыбы требовали, соответственно, около 64, 176, 216 и 32 человеко-часов. Итак, общее количество труда, затраченного на процесс очистки, составило 488 часов, т.е. для очистки воды в САС потребовалось 0,00778 человеко-часов/м3 сточной воды.

Факторы успеха и ограничивающие факторы

«Система с африканскими сомами» дала значительные экологические и экономические результаты:

• Повторное использование и задержание питательных веществ: Использование данной водоочистной системы снизило выпуск питательных веществ с интенсивного хозяйства на 1 300 кг N/га, 130 кг P/га и 7 500 кг ХПК/га за период эксплуатации с февраля по ноябрь 2008 г.
• ;Производство рыбы: В рыбоводных прудах на естественной пище производилось в среднем 1 458 кг/га биомассы рыб.
• Производство биомассы: Было произведено 40 900 кг растительной биомассы – потенциального возобновляемого источника энергии. Она может заменить сжигание ископаемого газа, благодаря чему можно уменьшить годовой выброс CO2 на 11 250 кг.
• Положительный энергетический баланс: При эксплуатации искусственных водно-болотных угодий расход энергии был ниже, чем количество энергии, произведенной в форме биомассы.
• Удаление питательных веществ из сбросной воды приводит к уменьшению сборов за загрязнение воды и помогает избежать штрафов за ущерб, нанесенный окружающей среде.
• Меньшие расходы, чем при использовании индустриальных технологий очистки сбросных вод.
• Производство побочных продуктов с рыночным потенциалом приносит дополнительные доходы

Однако использование данного метода очистки имеет также свои границы:

• Климатические условия Центральной и Восточной Европы ограничивают возможность постоянной эксплуатации искусственных водно-болотных угодий с неизменными уровнями нагрузки в течение зимы. При низких температурах (ниже 15ºC), рекомендуется уменьшить ввод питательных веществ путем уменьшения их концентрации (фильтрация взвешенных твердых частиц) или объемов используемой воды (хранение).
• Поверхностный сток (с постоянным снабжением воды) в прудах обеспечивал благоприятные условия для обыкновенного тростника и рогоза. Однако свободная водная поверхность и относительно тонкий слой почвы не были оптимальны для роста ивы и гигантского тростника. Для роста этих видов благоприятными являются влажные почвы с глубоким плодородным слоем.
• Постройка и успешная эксплуатация требуют детального проектирования и постоянного контроля качества воды в блоках системы, а также уровня растворенного кислорода в рыбоводных прудах, поскольку чрезмерная нагрузка системы может привести к серьезным нарушениям природного равновесия в прудах, функционирующих как искусственные экосистемы.

От примера до рыбного хозяйства: Как очистить сточную воду сомового хозяйства?

Описание интенсивного рыбного хозяйства

Результаты примера САС экстраполированы на существующее проточное рыбное хозяйство с общей мощностью 300 тонн рыбы в год, где в бассейнах под открытым небом в геотермальной воде интенсивно выращивается африканский сом (Clarias gariepinus). Общий объем воды бассейнов составляет 1 200 м3 на площади 3 690 м2. Средний кормовой коэффициент товарной рыбы равен 1,2 кг корма/кг рыбы. Итак, при выращивании 1 т африканского сома в биомассу рыб преобразовывается 24 кг азота (N) и 3,9 кг фосфора (P); 52 кг N и 9,8 кг P уходят со сточной водой, попадающей в старицу, где выпущенные питательные вещества причиняют эвтрофикацию и ухудшение состояния природной экосистемы. Согласно недавно принятому экологическому законодательству, сборы за загрязнение воды рассчитываются на основе чистой массы выпуска питательных веществ, и производители должны применять устойчивую технологию очистки воды.

Механизм очистки воды в водно-болотных угодьях

В экосистемах водно-болотных угодий содержание загрязнителей снижаются за счёт естественных процессов. Искусственные водно-болотные угодья являются устойчивой технологией, поскольку:

• Они эффективно удаляют загрязняющие вещества
• Потребность в ископаемой энергии и химикатах минимальна;
• Стоимость строительства ниже, стоимость эксплуатации и технического обслуживания – значительно ниже, чем в искусственных водоочистных системах;
• Они хорошо вписываются в естественную среду и, в результате их значительной эстетической ценности, они более приемлемы для общественности;
• Создание водно-болотных угодий помогает сохранить редкие виды, типичные для таких местообитаний, и вносит свой вклад в биологическое разнообразие.

Путем комбинации различных прудов, таких как стабилизационные, рыбоводные пруды и пруды с высшими растениями, может быть повышена эффективность удаления питательных веществ; кроме того, если использовать ценные виды, то питательные вещества преобразовываются в побочные продукты, имеющие рыночный потенциал. При использовании водно-болотных угодий с поверхностным стоком необходимо учесть следующие факторы:

• Потребность в площади является значительной
• Климатические условия влияют на эффективность очистки.

Проектные параметры

Характеристики сточной воды

Сточная вода хозяйства, производящего африканского сома, отличается высоким общим количеством растворенных твердых веществ, происходящих из использованной геотермальной воды, и высоким химическим потреблением кислорода (ХПК). Общее содержание азота состоит приблизительно на 60% из аммонийного азота (Total Ammonium Nitrogen, TAN) и на 40% из органического азота, остальные формы N встречались в незначительном количестве. В общем содержании фосфора около 50% составлял ортофосфатный P, тогда как летучие взвешенные вещества (Volatile Suspended Solids, VSS) составляли 90% взвешенных веществ. На основе средних концентраций общий годовой выпуск азота был равен 13 т, масса фосфора равнялась 1,3 т, а годовой выпуск ХПК – 87 т (Таблица 9).

Задержание питательных веществ

На основе данных эксперимента по определению зависимости нагрузки от температуры, проведенного в 2008 году, способность к задержанию питательных веществ была рассчитана с температурным интервалом 5ºC. Удаление N было наиболее чувствительным к температуре, но удаление ХПК также улучшалось с ростом температуры. Задержание P и удаление VSS становилось более эффективным только в наиболее высоком температурном интервале (Таблица 10). При проектировании системы должна приниматься во внимание наиболее низкая эффективность удаления, а при определении размеров различных типов водно-болотных угодий рекомендуется проектировать систему с параллельными блоками прудов, которые, по мере необходимости, можно подключать к системе или отсоединять от нее.

Возможность введения добавочной воды во время эксплуатации, особенно в случае стабилизационных и рыбоводных прудов, является важным фактором в процессе очистки воды. Каналы для водоснабжения и водоотвода должны проектироваться таким образом, чтобы, по мере необходимости, сделать возможным независимое заполнение и спуск отдельных блоков.

Таблица 9: Средние величины гидрохимических показателей и рассчитанный суточный выпуск питательных веществ со сбросной водой (n=38) (STD - стандартное отклонение)

Таблица 10: Удельное удаление питательных веществ в системе искусственных прудов при различных температурах

Зарыбление

В рыбоводных прудах использовалась поликультура карповых для лучшей утилизации рыбами части неиспользованных питательных веществ, непосредственно или через пищевую цепь прудов. Карп, как рыба, питающаяся на дне, взмучивает донные отложения, откуда питательные и органические вещества попадают в воду, улучшая первичную продукцию и увеличивая доступную кормовую базу для фильтраторов. Белый толстолобик переносит более высокие плотности посадки и может потреблять большую часть фитопланктона и зоопланктона. Наблюдения показывают, что он может отфильтровывать остатки кормов из сточной воды интенсивных хозяйств. Белый амур как вид, питающийся высшими растениями, контролирует рост ряски в прудах. В эвтрофных/гипертрофных прудах виды ряски растут сами по себе и в небольших прудах могут полностью покрывать водную поверхность, препятствуя первичной продукции водорослей. Зарыбление молодью карпа может также воспрепятствовать чрезмерному размножению зоопланктона.

В течение экспериментов были опробованы различные плотности посадки. Лучший чистый выход как карпа, так и толстолобика, был получен при общей плотности посадки 1 000 кг/га и видовом составе 35:50:15 (с добавлением белого амура). Индивидуальный вес при посадке, т.е. возраст высаживаемой рыбы, также влияет на выход, поскольку рост годовиков более интенсивен; с другой стороны, карпы-двухлетки более эффективно взмучивают донные отложения.

Критические факторы функционирования

Климатические условия: Естественные системы очистки воды функционируют подходящим образом при температурах воды 15-30ºC, т.e., в Центральной и Восточной Европе, от апреля до октября. Однако рыбные хозяйства работают круглый год. Для искусственных водно-болотных угодий с поверхностным стоком зимой характерно более низкое удаление питательных веществ, особенно азота. Поэтому при более низких температурах потенциальная нагрузка уменьшается и, для необходимого удаления питательных веществ, требуется большая площадь. Механическая фильтрация также может уменьшить поступление растворенных питательных веществ в систему.

Рыбы: В прудовых системах зарыбленные виды и естественно встречающиеся организмы требуют подходящих мер управления. Рыбы чувствительны к низким уровням кислорода (<1,5-2,0 мг/л) и повышенным концентрациям неионизированного аммиака (>0,3-0,4 мг/л). Когда облачная, дождливая погода надолго блокирует солнечный свет, фотосинтетическое производство O2 может снизиться и, таким образом, концентрация растворенного в воде O2 также уменьшается. Причиной более высоких уровней аммиака может стать чрезмерная нагрузка на пруды, особенно при более низких температурах и когда деятельность нитрифицирующих бактерий подавлена. Если уровень растворенного O2 ниже желаемого, возмещение дефицита возможно путем аэрации или введения добавочной воды. Это может также помочь в снижении уровня неионизированного аммиака.

Регулярный (ежедневный) мониторинг концентраций O2 и аммиака и принятие во внимание погодных условий может предотвратить фатальное ухудшение качества воды.

Градации планктона: В начале вегетационного периода в прудах возможно массовое развитие зоопланктона. Отфильтровывая взвешенные твердые частицы и фитопланктон, они производят значительное количество биомассы; с другой стороны, градации зоопланктона снижают концентрацию кислорода в воде. Удаление биомассы зоопланктона для предотвращения его нежелательного размножения возможно путем фильтрации или зарыбления прудов мальками. В блоках для очистки воды не наблюдалось чрезмерного размножения цианобактерий.

Ряска: Различные виды ряски могут появляться и, при наличии оптимальных условий, массово размножаться в стоячей воде. Ряска, покрывая водную поверхность, препятствует росту и жизнедеятельности фитопланктона, что приводит к анаэробным условиям в толще воды. Поскольку в системах для очистки воды предпочтение отдается аэробным системам, рекомендуется удаление ряски из всех прудов. Лучшим решением для контроля ряски в рыбоводных прудах является зарыбление белым амуром, который может питаться ряской и, таким образом, преобразовывать ее в рыбную биомассу. В прудах с высшими растениями также рекомендуется ручное удаление ряски для увеличения открытой водной поверхности.

Заиление: На местах, где сточная вода поступала с аквакультурного хозяйства в стабилизационные пруды наблюдалась умеренная аккумуляция ила. После долгой эксплуатации (15-20 лет) может возникнуть необходимость в удалении накопившегося ила.

Проектирование предложенной системы

На основе имеющихся результатов и рассчитанной суточной нагрузки, поступающей с рыбного хозяйства мощностью 300 т/год, предлагается система площадью 12 га. Размер и структура системы спроектированы таким образом, чтобы обеспечить надежную очистку в зимний период и улучшить качество вытекающей воды.

Постройка параллельных блоков может увеличить гибкость системы, так как для того, чтобы соответствовать максимально допустимым концентрациям выпуска, зимой необходима большая площадь, чем летом (см. рисунок 5).

На основе изучения относительной роли различных типов прудов в удалении питательных веществ, предлагается следующая пропорция: стабилизационные: рыбоводные пруды: пруды с высшими растениями = 3,5:2:1. Таким образом, в предлагаемую систему входят:

• Три стабилизационных пруда площадью 2,2 га каждый
• Один рыбоводный пруд площадью 3,7 га и
• Один пруд с высшими растениями площадью 1,8 га.

Рыбоводные пруды предлагается зарыблять карповыми в поликультуре. Предпочтительный состав посадочного материала является следующим: карп (2 года): белый толстолобик (1 год): белый амур = 35:50:15 при плотности посадки 1 000 кг/га и индивидуальном весе 50-300 г. Возможно также зарыбление другими карповыми видами, например, декоративными рыбами, с похожими плотностями посадки.

В начале эксплуатации пруды наполняются речной водой (т.e. незагрязненной поверхностной или подземной водой). Используя параллельные стабилизационные пруды, спуск и наполнение могут осуществляться альтернативно. По нашему предложению, один стабилизационный пруд не должен использоваться в течение теплых месяцев года (с апреля по сентябрь); его наполнение может быть начато перед спуском и наполнением других стабилизационных прудов или параллельно с ними. Во время спуска и наполнения других подобных прудов очистка воды может происходить в уже наполненном пруде. Облов рыбоводного пруда происходит в конце октября или начале ноября.

После облова подача воды из стабилизационных прудов может продолжаться. Высшие растения рекомендуется собирать в начале весны, в марте, когда содержание воды в надземных частях растений наименьшее. Во время сбора урожая уровень воды в прудах с высшими растениями целесообразно держать на низком уровне. Ожидается, что за год предлагаемая система будет удалять из сточной воды:

• Около 1 000-1 100 кг фосфора,
• 7 000-8 000 кг неорганического азота, и
• 70 000-80 000 кг ХПК.

На основе средних показателей качества воды, полученных в экспериментах, сборы за загрязнение воды, выплачиваемые хозяйством, производящим африканского сома, должны уменьшиться на 34 543 евро. Производство рыбы в рыбоводных прудах и рогоза (биотоплива) в прудах с макрофитами должны обеспечить дополнительную прибыль. По нашим расчетам, срок окупаемости инвестиции равен 8 годам, а ее чистый дисконтированный доход (при ставке дисконтирования 5%) составит 102 175 евро после 15 лет эксплуатации. Дальнейшие расчеты показаны в нижеследующей таблице. Анализ эффективности (Cost-Benefit Analysis, СВА) предполагает, что ежегодный рост цен на энергию и топливо, а также рост рыночной цены рогоза, составит 6%. Предполагаемая инфляция заработных плат в модели составила 3%, тогда как рассчитанный ежегодный рост цен на рыбу и рыбопосадочный материал равнялся 2% (Таблица 11).

Таблица 11: Анализ эффективности предложенной системы площадью 12 гектаров (в евро, на основе обменного курса 280 HUF/евро)

Комбинация интенсивной и экстенсивной аквакультуры для устойчивого использования воды и питательных веществ (Интенсивно-экстенсивная система)

Принципы данного модуля

Эксперименты ИЭС проводились в трех прудах (площадью по 310 м2, глубиной 1 м). Данные пруды служили как экстенсивные блоки, в каждом из которых размещалось по садку (объемом 10 м3) в качестве интенсивного блока. Пруды наполнялись природной водой из реки за неделю до зарыбления. Уровень воды поддерживался путем регулярного добавления речной воды. В прудах использовалось по лопастному аэратору (0,5 кВт) для обеспечения достаточной концентрации кислорода и поддержания циркуляции воды между интенсивным и экстенсивным блоками.

Медикаменты и химикаты во время эксперимента не использовались.

Режим кормления и посадки был одинаковым во всех прудах. В интенсивных прудах рыбе ежедневно задавался гранулированный комбикорм (общее содержание белка 45%, соотношение C:N = 6) с использованием автоматических кормушек. В экстенсивных прудах кормления не было.

Единственным различием между отдельными системами была планировка экстенсивных прудов, в которых изучалось воздействие использования перифитона и посадки моллюсков на качество воды, выход рыбы и использование питательных веществ. Средний ввод азота с кормами в 2007 и 2008 годах составлял, соответственно, 0,5 и 1,2 г N/м2/сут. (Таблица 12). Единственным источником питательных веществ в системе были комбикорма, используемые в интенсивном блоке.

Таблица 13: Экспериментальная установка

ПП: Поверхность перифитона

Работа системы в 2007 году

В интенсивных блоках на гранулированных кормах выращивался европейский сом (Silurus glanis L.) с первоначальной биомассой при посадке 100 кг (10 кг/м3), тогда как в экстенсивных блоках происходило выращивание карпа (Cyprinus carpio L.) и нильской тиляпии (Oreochromis niloticus L.) без искусственного кормления. Их первоначальная биомасса при посадке составляла 30 кг. В третий блок были также добавлены беззубки (Anodonta cygnea L.) с плотностью посадки 1 особь на квадратный метр (индивидуальный размер 109±69 г). Моллюски помещались в пластиковые сетчатые мешки, подвешенные в 10 см от дна пруда. В каждом мешке было по 10 моллюсков, всего в IES/3 было 30 мешков. В двух случаях (IES/2 и IES/3) продуктивность экстенсивного блока улучшалась перифитоном, развивающимся на искусственном субстрате, тогда как в контрольном условии (IES/1) дополнительного субстрата не было. В качестве субстрата для роста перифитона использовались ветви ивы. Субстрат из ивы увеличивал эффективную поверхность в каждом пруде приблизительно на 300 м2, что, приблизительно, было равно водной площади прудов. Однако поверхность веток в течение эксплуатации постоянно уменьшалась, так что к концу производственного периода она оценивалась только в 70 м2. Экспериментальная система была в эксплуатации 22 недели, с 10 мая по 11 октября 2007 года.

Работа системы в 2008 году

Во второй год эксплуатации плотность посадки (20 кг/м3) интенсивных блоков была удвоена по сравнению с 2007 годом, поэтому средний ввод азота с кормами увеличился до 1,2 г N/м2/сут. Для более надежного функционирования интенсивная система была зарыблена африканским сомом (Clarias gariepinus L.), как более выносливым видом-моделью, чем европейский сом.

Экспериментальная установка IES/3 была изменена в 2008 году: посадки моллюсков не было, тогда как поверхность искусственного субстрата была увеличена до 600 м2 (2 м2 поверхности перифитона на м2 прудовой площади). Причиной удаления моллюсков из экспериментальной установки была их высокая смертность в первом году, из-за которой аккумуляция питательных веществ в их биомассе была ниже, чем ожидалось. Более того, проблема с паразитами, возникшая в экспериментальной системе, стала причиной высокой смертности рыбы в интенсивном блоке. Во второй год эксплуатации вместо ветвей ивы для стимуляции роста перифитона использовался искусственный пластиковый субстрат из-за его неизменной поверхности.

Система работала в течение 16 недель, с 21 мая по 10 сентября 2008 года.

Чистый выход рыбы во всей системе (интенсивном и экстенсивном блоке вместе) в обоих годах был наибольшим в тех прудах, где поверхность перифитона составляла 100% прудовой поверхности (Таблица 14).

Таблица 14: Чистый выход рыбы в ИЭС (кг/га)

Оценка избранных показателей устойчивости «SustainAqua»

Эффективность использования энергии

Во время эксплуатации для перемешивания и аэрации воды экспериментальных прудов с помощью лопастных аэраторов (мощностью 0,5 кВт) использовалась только электрическая энергия. В суммарном расходе энергии преобладал расход электричества, тогда как потребление топлива составляло лишь 2-3% общей потребности в энергии. Суточный расход энергии в 2007 и 2008 годах составлял, соответственно, 12,2 и 12,4 кВт. Расход энергии при производстве рыбы суммирован в таблице Таблица 15. Удельный расход энергии в 2007 году был намного выше, чем в 2008 году, из-за более низких выходов рыбы в первый год исследования. Дополнительное производство рыбы в экстенсивной системе увеличило эффективность использования энергии в 2007 и 2008 годах на 35% и 21%, соответственно.

Таблица 15: Расход энергии ИЭС (кВт.ч)

РЭ - Расход энергии на единицу объема продукции рыбы (кВт.ч/кг чистой продукции рыбы)

Таблица 16: Баланс воды ИЭС (м3)

ПВ -Потребление воды при производстве рыбы (поступление воды/кг рыбы)

Поступление и выпуск воды

Пруды наполнялись пресной водой из близлежащего рукава реки Кёрёш. Испарение и инфильтрация в экстенсивных прудах регулярно компенсировались в течение экспериментального периода (Таблица 16). За период выращивания сточная вода не выпускалась в природу; пруды спускались только во время облова рыб.

Использование питательных веществ Общий ввод (с зарыблением, поступающей водой и кормами для рыб) и выход питательных веществ (с выловленной рыбой и сточной водой) суммированы в Таблица 17. Главным источником питательных веществ были комбикорма для рыб, представляющие собой 80% общего ввода азота, 75% фосфора и 85% углерода. Задержание питательных веществ составило 6 300 кг/га органического углерода, 1 000 кг/га азота и 180 кг/га фосфора в 2008 году, когда ввод питательных веществ был более высоким, чем в 2007 году. Задержанные питательные вещества составляли 65 и 57% азота, 66 и 58% фосфора и 75 и 64% органического углерода, попавших в систему в 2007 и 2008 годах, соответственно. Комбинированная система была способна переработать 1 400 кг/га азота, происходящего из корма для рыб.

Использование питательных веществ при производстве рыбы в ИЭС, выраженная в процентах от введенных в систему питательных веществ, представлена в Таблица 18. В результате комбинированного производства рыбы использование белка выросло на 26%; с использованием перифитона это соотношение может быть увеличено на 40% в 2008 году. Общее использование питательных веществ при производстве рыбы в обоих годах было наивысшим там, где поверхность перифитона равнялась 100% площади пруда, а в случае наибольшей доли перифитона использование питательных веществ уменьшилось. Это показывает, что доля перифитона, равная 100%, была достаточной для полной утилизации продуктов обмена при норме ввода корма 1,8 г N/м2/сут. Средний КК в интенсивном блоке в 2007 и 2008 годах составил 3,3 и 1,6, соответственно. Комбинированное производство улучшило КК на 51% и 44% (до 1,6 и 0,9) вследствие дополнительной продукции рыбы, полученной в экстенсивном блоке.

Таблица 17: Частичный баланс питательных веществ в ИЭС

Таблица 18: Аккумуляция питательных веществ в биомассе рыбы, выраженная в процентах от их количества, введенного с кормами (%)

ПП: Поверхность перифитона, М: Моллюски

При производстве 1 кг рыбной биомассы из экспериментальных прудов выпускалось 2,6-8,3 г азота, 0,20-0,53 г фосфора и 9-46 г органического углерода (Таблица 19). Использование перифитона и ввод кормов не влияли на содержание питательных веществ в сбросной воде. Более низкой концентрация азота в вытекающей воде оказалась только в случае пруда, где доля перифитона составляла 200%.

Таблица 19: Выпуск питательных веществ при производстве рыбы в ИЭС (г/кг чистого выхода рыбы)

В функционировании водоочистных систем кроме удаления питательных веществ водорослями и их бактериального разложения значительную роль играют также их потребление гетеротрофными организмами и процессы денитрификации. Поэтому регулирование кислородного режима и обеспечение аэробных условий путем искусственной аэрации важны для эффективного удаления питательных веществ во время очистки воды.

Экспериментальная комбинация интенсивного рыбоводного блока и экстенсивного рыбного хозяйства доказали применимость таких систем. Комбинированная система смогла переработать значительную часть лишних питательных веществ интенсивного рыбоводства. Максимальная реутилизация лишних питательных веществ при дополнительном производстве рыбы в пруде составила 13% азота, 17% фосфора и 9% органического углерода.

Перифитон, развивающийся на искусственных субстратах, может улучшить эффективность экстенсивного блока путем обеспечения дополнительного питания для рыб. Содержание сухого вещества в перифитоне было значительно выше в пробах, собранных с верхней части колов, на которых крепился субстрат, чем в пробах, собранных с их нижней части. Сравнивая среднегодовые количества сухого вещества в перифитоне, между двумя прудами не удалось обнаружить значимой разницы. Однако, вследствие более высокого потребления перифитона рыбами, выход рыбы был более высоким в экстенсивном блоке. Наблюдения за количественными и качественными изменениями перифитона могут обеспечить более подробные сведения о функционировании системы, круговороте питательных веществ и энергии в водной экосистеме, а также о возможностях улучшения эффективности системы, которые потом могут использоваться в эксплуатации и дальнейшем развитии технологии.

Исследования по балансу питательных веществ данной системы доказали, что экстенсивный рыбоводный пруд подходящего размера может эффективно очистить сточную воду интенсивного рыбного хозяйства и позволить повторное использование воды для интенсивного производства рыбы.

Продуктивность труда и экономическая устойчивость

На производство рыбы в каждом экспериментальном блоке было потрачено 31,3 и 37,3 человеко-часов. Таким образом, средние затраты труда в 2007 и 2008 годах составляли, соответственно, 0,13- 0,15 и 0,07-0,08 часов на килограмм чистого выхода рыбы.

Так как в оба года эксплуатации наилучшие показатели были получены в подсистеме IES/2, можно утверждать, что наилучшую экономическую жизнеспособность дает использование 1 м2 искусственной поверхности для перифитона на 1 м2 прудовой площади. Результаты показывают, что выращивание африканского сома (2008) экономически более выгодно, чем выращивание европейского сома (2007).

Факторы успеха и ограничивающие факторы

Результаты доказали, что комбинация интенсивных и экстенсивных систем рыбоводства является эффективным средством для снижения экологических загрязнений от интенсивного рыбоводства и увеличения экстенсивного производства рыбы как побочной продукции.

Перифитон, развивающийся на искусственных субстратах, может улучшить эффективность экстенсивного блока. В результате комбинированного производства рыбы использование белка выросла на 26%; с использованием перифитона эта пропорция может быть увеличена на 40%.

Сообщества, колонизирующие субстраты, являются основой новой трофической сети, часть которой аккумулируется в биомассе рыб. Качество воды было подходящим для роста рыб.

Как правило, выход рыбы в традиционных прудах равен около 1 т/га, но в комбинированных системах он может вырасти до 20 т/га. Однако выпуск питательных веществ из традиционных рыбоводных прудов является очень низким из-за лучшей эффективности использования питательных веществ.

От примера до рыбного хозяйства: Проектирование теоретической комбинированной системы

Общая технология

Технология, использованная в ИЭС несложна: отдельный блок для интенсивного производства помещается в традиционном рыбоводном пруде. В качестве интенсивного блока могут использоваться садки или бассейны, функционирующие в тесной взаимосвязи с прудом. Рыбоводный пруд действует в качестве биологического фильтра и очищает отходы интенсивного блока.

Выход рыбы в экстенсивном пруде может быть улучшен путем обеспечения дополнительной поверхности для лучшей продукции перифитона. Наши результаты показывают, что дополнительная продукция рыбы в экстенсивном блоке была наивысшей там, где поверхность для перифитона была равна 100% прудовой площади.

Ключом надежного функционирования системы является равновесие между вводом питательных веществ в интенсивный блок и водоочищающей способностью экстенсивного пруда. Экстенсивный пруд подходящего размера способен поддерживать качество воды, необходимое для производства рыбы, и свести к минимуму выпуск питательных веществ в принимающие естественные водоемы.

Лопастные аэраторы могут содействовать подходящей циркуляции воды между интенсивным и экстенсивным блоками и поддерживать оптимальный уровень кислорода.

Прудовая система функционирует как закрытая система; в период выращивания нет выпуска сточной воды в окружающую среду, вода спускается из прудов только при облове рыбы. Необходимо компенсировать только испарение и инфильтрацию. В постоянно аэрируемой прудовой системе испарение выше, чем в традиционных рыбоводных прудах, ожидаемая годовая норма компенсации воды может составлять до 150% общего объема.

Таблица 21: Преимущества и недостатки использования ИЭС

Проектные параметры

Максимальная норма ввода кормов в систему составляет 1,8 г N/м2/сут. (что соответствует вводу комбикорма с общим содержанием протеина 11,2 г или 2 кг рыбы в интенсивном блоке).

Рекомендации по зарыблению: в экстенсивном пруде рекомендуется поликультура карповых, основанная на карпе как всеядном виде, питающемся на дне, а также видах-фильтраторах (например, тиляпии и белом толстолобике). В случае монокультуры карпа в экстенсивном пруде рекомендуется комбинация различных возрастных групп карпа (годовиков и двухлеток).

Ожидаемый чистый выход рыбы составляет около 18 т/га со стимуляцией продукции перифитона (13 т/га из интенсивного производства и 5 т/га из экстенсивного рыбоводного пруда), и 16 т/га без обеспечения поверхности для перифитона (13 и 3 т/га из интенсивного и экстенсивного производства, соответственно). Рекомендуемая дополнительная поверхность для развития перифитона равна приблизительно 100% площади пруда.

Наши результаты показывают, что развитие перифитона на искусственных субстратах может повысить эффективность экстенсивного блока. В результате комбинированного производства рыбы использование протеина было на 25% выше, чем в одной интенсивной аквакультуре; с обеспечением поверхности для перифитона эта цифра может быть увеличена до 40%.

Потребность производственной системы в кислороде выше, чем в традиционных прудовых системах, из-за высоких норм ввода питательных веществ и высокой плотности посадки. Общий коэффициент дыхания сообщества составляет 1,5 г O2/м2/час, что днем покрывается за счет производства кислорода водорослями, но в темное время суток необходим искусственный ввод кислорода. В нашем эксперименте для поддержания подходящего уровня кислорода и циркуляции воды использовались лопастные аэраторы. Согласно нашим расчетам, 1 кВт энергии достаточен для поддержания уровня кислорода в пруде площадью 1 500-2 000 м2 в ночные часы с помощью лопастных аэраторов. Днем – особенно в солнечные часы – главной функцией аэратора является поддержание подходящей циркуляции воды между интенсивной и экстенсивной частями системы и промывание интенсивной части. Перемешивание воды важно для того, чтобы клетки водорослей оставались взвешенными в толще воды, что улучшает первичную продукцию. Подходящая скорость циркуляции воды составляет 5-10 см/сек.

Критические факторы функционирования

Главным риском при эксплуатации является непостоянная эффективность очистки воды вследствие непредсказуемых колебаний биомассы и видового состава фитопланктона в пруде.Поэтому в данной системе важными практическими факторами являются равномерное смешивание водоочистного пруда и поддержание подходящего уровня кислорода для удовлетворения потребности в кислороде рыб, а также процессов нитрификации и разложения.

Критический уровень кислорода равен 4 мг/л. Важно также избегать возникновения постоянных аноксических условий в любой части системы. Концентрации аммонийного азота (Total Ammonium Nitrogen, TAN) и нитритного азота не должны превышать 0,5 мг/л. Высокие уровни аммиака показывают недостаточную степень нитрификации или чрезмерную нагрузку на систему. В случае высокой концентрации аммиака необходимо снизить нормы кормления и применить интенсивную искусственную аэрацию, пока уровни аммония и нитрита не уменьшатся до приемлемого уровня.

Во избежание аккумуляции питательных веществ в донных отложениях пруда необходимо периодически обеспечивать их минерализацию путем осушения озера. Рекомендуется оставлять пруд сухим в течение зимы. За это время происходит минерализация азота и органического углерода, сухой период также сводит к минимуму появление паразитов и других патогенных организмов.

Нормы кормления должны быть в соответствии с колебаниями температуры, поскольку данная производственная система подвержена таковым.

Проектирование теоретического хозяйства мощностью 80 т/год

Ниже описывается теоретическое рыбное хозяйство с ожидаемой валовой продукцией около 50 т интенсивно выращиваемых хищных рыб и 30 т карпа. Данное хозяйство с ожидаемой прибылью 8 млн. форинтов может считаться малым или семейным хозяйством (Таблица 22).

На основе результатов, полученных за годы эксперимента, и учитывая экономические аспекты, мы предлагаем создать интенсивно-экстенсивную прудовую систему площадью 2,5 га. Система состоит из 2 прудов, каждый из которых содержит 4 садка для интенсивного выращивания хищных рыб (плотность посадки: 20 кг/м3, КК: 1.5). В экстенсивной части прудов рекомендуется содержать карпа без кормления (плотность посадки: 6 т/га) и использовать искусственные субстраты для стимуляции продукции перифитона (10 000 м2 субстрата на гектар). Циркуляцию воды будут обеспечивать по 4 лопастных аэратора в каждом пруде (мощностью по 2 кВт).

Таблица 22: Зарыбление и выход на теоретическом хозяйстве

Рассчитанные инвестиционные расходы включают в себя приобретение 3,5 га земли (5 000 евро), постройку 2,5 га прудовых площадей (54 000 евро) с 800 м3 садков (3 000 евро), установление искусственного субстрата для продукции перифитона (4 000 евро) и создание начальных оборотных активов (2 000 евро). Остальные расчеты показаны в нижеследующей таблице. Анализ эффективности предполагает, что цены остаются неизменными. Инвестиция окупается на 4-й год, а ее чистый дисконтированный доход (исходя из ставки дисконтирования 10%) составит 74 000 евро после 10 лет эксплуатации.

Рисунок 7: Схема теоретического хозяйства

Таблица 23: Анализ эффективности теоретического хозяйства (в евро; расчеты основаны на курсе обмена 280 HUF/евро)

Видео: Разведение рыбы в садках изготовление садков для разведения рыбы