СИСТЕМА ВОДОСНАБЖЕНИЯ РЫБОВОДНЫХ ХОЗЯЙСТВ
FISH FARM WATER SYSTEM

Изобретение относится к рыбоводству, а именно к устройствам систем замкнутого водоснабжения, предназначенным для круглогодичного разведения рыб на рыбоводных хозяйствах, особенно на рыбоводных заводах.
Известна система [Авт. свид. СССР 494156, кл. А01K 61/00, оп. 1973] водоснабжения рыбоводных бассейнов открытого типа, которые частично заглублены в грунт. Система содержит спирально расположенные каналы, сообщающиеся между собой и оснащенные водоводами для создания в каналах потоков воды в противоположных направлениях. Эта система водоснабжения позволяет создать непрерывный регулируемый поток воды в каналах бассейна, что обеспечивает улучшение условий созревания производителей проходных рыб. Однако эта система имеет сложную конструкцию, что снижает ее надежность, а отсутствие в ней средств терморегуляции не позволяет обеспечить выращивания как весеннее-, так и осенненерестующих рыб.
Известна также [пат. США 294513, кл. НКИ 199-3, оп. 1960 г.] система водоснабжения рыбоводного завода, в котором все рыбоводные сооружения встроены в естественную береговую возвышенность. Система включает теплоизолированные в грунте резервуары для воды с теплообменниками, трубопроводы для подачи воды из резервуаров в рыбоводные бассейны и возврата ее, насосы, а также средства аэрации и очистки воды. Стенки резервуаров выполняют из теплоизоляционного материала, а главную часть строительной конструкции размещают под земляным покровом, что обеспечивает термостатирование резервуаров. Однако такая система не применима для рыбоводных хозяйств с большими производственными мощностями, в частности для рыбоводных заводов, поскольку строительство сооружения под землей значительно увеличивает его стоимость, а эксплуатация сопряжена со сложностью внешних транспортных операций. Кроме того, для разведения рыб с разным сезоном размножения в таком сооружении требуются большие энергозатраты на поддержание необходимых температур в рыбоводных бассейнах.
Известна также система водоснабжения рыбоводных бассейнов открытого типа [пат. РФ №2004106000 «Рыбозащитный оголовок», МПК А01K 61/00, оп. 10.08.2005] и Биокомплекс Муравского В.А. [пат. РФ №2184440, оп. 10.07.2002; №93016191 «Установка выращивания рыбы с системой замкнутого водоснабжения мощностью 200 т/год», оп. 20.05.1995], в которых все рыбоводные сооружения находятся выше уровня поверхности водоема. Все эти системы, однако, ограничены по потенциальной мощности, поскольку в разной степени зависят от климатических воздействий, и в них не предусмотрено управление составом и качеством воды. В целом, принципы управления температурой (необходимость снижения объема воды) и очисткой воды (необходимость увеличения объема) в таких системах из-за объемозависимости.
Прототип предлагаемого изобретения [Авт. свид. СССР 982614, кл. А01K 61/00, оп. 27.12.1982 г.] представляет собой систему водоснабжения рыбоводных заводов, в которой теплоизолированные в грунте резервуары для воды расположены ниже уровня рыбоводных бассейнов и сообщены с атмосферой посредством шахт. На трубопроводах возврата воды в резервуары установлены распылительные насадки. Теплообменник одного из резервуаров снабжен патрубком для подключения его к системе подачи артезианской воды и соединен через регулирующий вентиль с распылительной насадкой этого же резервуара. Теплообменник другого резервуара расположен за его пределами в зоне грунтовых вод, связан с резервуаром водозаборной трубкой и подключен к трубопроводу для подачи воды из этого резервуара к рыбоводным бассейнам.
В данной системе теплоизолированные в грунте резервуары для воды с трубопроводами и теплообменниками расположены под землей ниже слоя сезонного промерзания. Это обеспечивает термостатирование и термостабилизацию в них воды для выращивания как весенне-, так и осенненерестующих рыб в наземных рыбоводных сооружениях на рыбоводных заводах.
Недостатком такой системы являются большие затраты на строительство и эксплуатацию подземных резервуаров с шахтами и теплообменниками, снижающими ее надежность, а также большие энергозатраты на подачу воды в наземные рыбоводные сооружения, что снижает эффективность работы в целом.
Задачами, стоящими перед авторами предлагаемого изобретения, являются снижение затрат на строительство и эксплуатацию системы, повышение надежности и эффективности ее работы.
Указанная задача решается за счет сооружения специального устройства системы водоснабжения рыбоводных хозяйств, резервуары которой углублены в почву и имеют рассчитанную конусность дна.
Сущность изобретения состоит в том, что создана система водоснабжения рыбоводных хозяйств, включающая теплоизолированные в грунте резервуары для воды, трубопроводы для подачи воды из резервуаров в рыбоводные бассейны и возврата ее, насосы, а также средства аэрации и очистки воды, причем резервуары для воды заглублены в грунте частично и в верхней своей части теплоизолированы от климатических воздействий, они имеют конусное дно, угол конусности которого обеспечивает максимальную циркуляцию воды для водосброса осадка, на трубопроводах для подачи в них воды расположены средства ее аэрации и физико-химической обработки, а их водозаборные трубки снабжены взаимосвязанными между собой устройствами автоматического вертикального перемещения и датчиками качества воды.
Указанные резервуары для воды в своей нижней части заглублены в грунт ниже слоя сезонного промерзания почвы, где ее теплопроводность постоянна, и она является стабильным теплоизолятором.
Кроме того, в своей верхней части резервуары теплоизолированы от климатических воздействий теплоизолирующими материалами. Резервуары имеют конусное дно. Угол конусности дна соответствует наклону его поверхности (в градусах) по отношению к горизонтальной поверхности воды. Этот угол обеспечивает максимальную циркуляцию воды для водосброса осадка. В гидротехнических сооружениях он апробирован опытной эксплуатацией и не нуждается в расчетном обосновании. В принципе конусность дна может быть любой, и составлять, например, от 15 до 140 градусов, однако оптимальным, по аналогии с отстойниками непрерывного действия для энергетических и ирригационных целей, угол конусности дна составляет порядка 45 градусов.
Резервуары на трубопроводах для подачи в них воды содержат средства ее аэрации и физико-химической обработки в виде комплекса современных устройств. Водозаборные трубки в резервуарах снабжены устройствами автоматического вертикального перемещения, управляемыми датчиками качества воды, для водозабора чистой воды выше уровня отстаивания осажденной взвеси и ее полного удаления со дна при водовыпуске.
Таким образом резервуары заглублены в грунт на глубину не менее 2 м, где степень их термоизоляции должна рассматриваться как минимально возможная для всех частей резервуаров.
Объем заполнения водой каждого резервуара обеспечивает градиент теплопередачи с окружающей средой не более 0,1°С/мес. для стабильного внесезонного водоснабжения рыбоводных бассейнов (в течение периода между вегетационными сезонами, максимально до 10 мес.) с допустимым перепадом температур до 1°С. С увеличением объема резервуара градиент теплопередачи с окружающей средой прогрессивно снижается.
Для эффективной работы средств аэрации и физико-химической обработки воды на трубопроводах подачи ее в резервуары уровень их водозаполнения должен отстоять на расстоянии не менее 2 м от внутренней (потолочной) поверхности крыши резервуаров.
Такое решение обеспечивает снижение затрат на строительство и эксплуатацию системы, повышение ее надежности и эффективности работы за счет оптимизации размещения, конструкции и объема резервуаров. Благодаря этому достигается доступность оборудования для эксплуатации и ремонта, а также единый уровень водозаполнения во всей системе. Отпадает необходимость в заглубленных теплообменниках и шахтах, а с увеличением объема резервуаров - и в дополнительных средствах терморегуляции и очистки воды.
На чертеже показана схема системы водоснабжения рыбоводных хозяйств.
3
Эта система водоснабжения содержит, по крайней мере два резервуара-отстойника 1 и 2, которые частично заглублены в грунт. Их объем обеспечивает градиент теплопередачи постоянно циркулирующей в них воды с внешней средой не свыше 0,1°С/мес, что устраняет необходимость использования дополнительных средств терморегуляции. Проведенные теплофизические расчеты (Таблица 1) показывают, что такой градиент теплопередачи (0,1-0,76°С/мес) может быть обеспечен круглогодичной эксплуатацией резервуара объемом не менее 10000 м на типовом рыбоводном заводе.
Резервуары в своей нижней подземной части заглублены в грунт ниже слоя сезонного промерзания почвы, т.е. не менее 2 м. В своей верхней части резервуары теплоизолированы от климатических воздействий, например, путем размещения под слоем насыпного грунта толщиной от 2 м (резервуар 1), либо внутри строительной конструкции (резервуар 2), с помещениями которой они сообщены проходами 3, обеспечивающими надежность работы резервуаров (их обслуживание и ремонт, вентиляцию, уравнивание давления, температур и т.д.).
Резервуары связаны с рыбоводными бассейнами 4 и 5, вспомогательными средствами водоподготовки 6 при помощи системы трубопроводов водоподачи 7 и возврата воды 8, обеспеченных соответствующими насосами и вентилями 9.
Возврат воды из рыбоводных бассейнов 4 и 5 осуществляют по трубопроводам 8 для возврата воды, которые содержат вблизи конечных распылительных насадок 10 средства аэрации и физико-химической обработки воды 11. Такое расположение указанных средств 11 на активных точках трубопроводов позволяет быстро гомогенизировать и диспергировать продукты обработки воды без их предварительного взаимодействия и дезактивации. В качестве таких средств водообработки могут быть использованы современные комплексы оборудования, сочетающие различные системы аэрации, например форсуночной и эжекторной, со всем многообразием имеющихся средств водоподготовки, управления качеством и составом сред рыборазведения, вплоть до так называемых в микробиологии «бульонных сред», например критической солености 5-8‰ в рыбоводстве. Применение их в таком сочетании позволит эффективно реализовать возможности гидрокондиционирования и приспособительные потенции рыбоводных объектов.
Нижние заглубленные части резервуаров имеют зависимый от их формы и объема угол конусности дна, обеспечивающий максимальную циркуляцию воды при водовыпуске для наиболее полного удаления отстоенного осадка, который под действием вихревых центростремительных сил устремляется к центру резервуара. С этой целью центральные водозаборные трубки на трубопроводах для подачи воды из резервуаров 12 снабжены устройствами автоматического вертикального перемещения, управляемыми датчиками качества воды (13). Их расположение (12), как и направленность их перемещений в резервуарах 1 и 2, может быть разнонаправленным.
В зависимости от сезона естественного размножения выращиваемых рыб и задач биотехники система водоснабжения работает по одному из следующих вариантов, которые могут проводиться одновременно на одном и том же рыбоводном хозяйстве в любое время года. В этих вариантах работы системы, как и всей биотехники рыбоводного хозяйства, осуществляются принципы управления размножением промысловых рыб, сформулированные в изобретении «Способ воспроизводства популяции рыб» [Авт. свид. СССР 682197, кл. А01K 61/00, оп. 1979].
При выращивании осенненерестующих и/или резервации весенненерестующих рыб резервуар 1 заполняют водой с температурой 3-7°С в холодное время года. Из резервуара 1 вода подается во всасывающий оголовок, расположенный выше уровня отстаивания взвеси, через водозаборную трубку 12 в трубопровод 7, откуда с помощью насосов и регулирующих вентилей 9 поступает по своей основной линии в рыбоводные бассейны 4 и 5, средства аэрации и очистки воды 6. После производственного использования вода из рыбоводных бассейнов 4 и 5 поступает по трубопроводу 8 на обработку в комплекс устройств, обеспечивающих управление качеством и составом воды 11, откуда через распылительные насадки 10 сбрасывается самотеком в исходный резервуар.
При выращивании весенненерестующих и резервации осенненерестующих рыб резервуар 2 заполняют водой с температурой 9-15°С в теплое время года. Из резервуара 2 вода подается во всасывающий оголовок, расположенный выше уровня отстаивания взвеси, через водозаборную трубку 12 в трубопровод 7, откуда с помощью насосов и регулирующих вентилей 9 поступает по своей основной линии в рыбоводные бассейны 4 и 5, средства аэрации и очистки воды 6. После производственного использования вода из рыбоводных бассейнов 4 и 5 поступает по трубопроводу 8 на обработку в комплекс средств управления качеством и составом воды 11, откуда через распылительные насадки 10 сбрасывается самотеком в исходный резервуар 2.
При выращивании и резервации осенне- и весенненерестующих рыб возможны и другие варианты использования резервуаров, например подача воды в рыбоводные бассейны 4 и 5 из резервуаров 1 и 2 и естественного водоема со смешиванием теплой и холодной воды, подача воды из резервуаров 1 и 2 в средства водоподготовки 6 для изменения ее температуры и качества с последующим водоснабжением рыбоводных бассейнов 4 и 5 и водосбросом из них по трубопроводам 8 в дополнительно установленный буферный резервуар и т.д.
3
В качестве конкретного примера выполнения изобретения приведен вариант его полного использования на типовом осетрово-белорыбьем рыбоводном заводе волжского типа мощностью 10 млн. шт. молоди в год. Для этого используют два резервуара, выполненных в виде железобетонных баков диаметром 35,5 м, высотой 10 м и объемом по 10 тыс.м каждый. Один из резервуаров, например резервуар 1, заполняют холодной водой температурой не более 3-7°С в осеннее-зимний период. Другой резервуар, например 2, заполняют теплой водой 9-15°С и выше, вплоть до 24-26°С в весенне-летний период. Для получения потомства осенненерестующей белорыбицы и резервации осенненерестующих осетровых производят циркуляцию воды из резервуара 1 в соответствующие рыбоводные бассейны, где устанавливают одинаковый температурный режим, и вода проходит последовательно через все установки рабочего оборудования по сквозной замкнутой системе, возвращаясь в резервуар 1. Для получения потомства осетровых и резервации белорыбицы вода в рыбоводные бассейны поступает из резервуара 2, возвращаясь таким же путем. Проточность воды устанавливают порядка 23 л/с, поэтому скорость полного водообмена в каждом резервуаре составляет 5 суток. Такой режим водоснабжения обеспечивает нормальную очистку воды в резервуарах (отстаивание и аэрацию) и их малые тепловые потери с градиентом 0,1-0,79°С/мес.
Использование изобретения на рыбоводных хозяйствах, например осетрово-белорыбьих заводах, позволяет круглогодично выращивать рыбу, а также повысить эффективности всех этапов рыбоводных работ путем оптимизации условий выращивания, особенно путем управления качественным составом среды, например минерализацией и содержанием биоактивных веществ в воде [«Рыбоводство и рыбное хозяйство». 2007. №4, с.21-25]. Расчеты в Таблице 1 показывают, что для осетрового рыбоводного завода проектной мощностью 10 млн. шт. молоди осетровых при использовании изобретения его продукция может быть увеличена до 12-13 млн. шт. молоди даже без изменения сезонного графика рыбоводных работ.