СИСТЕМА ВОДОСНАБЖЕНИЯ РЫБОВОДНЫХ ХОЗЯЙСТВ, РАСПОЛОЖЕННЫХ НА ПОЛЬДЕРНЫХ ЗЕМЛЯХ

Полезная модель относится к рыбоводству, а именно к системе водоснабжения рыбоводных хозяйств, расположенных на польдерных землях, на которых имеются мелиоративные каналы, сообщающиеся с водным источником, например, рекой. Использовать данную систему водоснабжения можно в Калининградской области, Литве, Республике Польша и Республике Беларусь, которые имеют на своей территории польдерные земли. Разрабатываемая система применяется для водоснабжения рыбоводных предприятий различного назначения водой необходимого качества, которое соответствует биотребованиям выращиваемых рыб.
Известна система водоснабжения рыбоводных хозяйств (RU патент 2400975, МПК A01K 61/00, опубл. 10.11.2009), которая включает в себя 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.
Описанная система водоснабжения требует вложения немалых средств, так как включает специальные резервуары для воды, оснащенные дорогостоящими средствами аэрации и очистки воды. Кроме того, на польдерных землях нельзя обеспечить теплоизоляцию резервуаров, применяя их заглубление в грунт, из-за высокого уровня расположения грунтовых вод на польдерных землях, который еще более повышается при сезонных паводках и периодических нагонных явлениях при усилении ветра со стороны моря.
Полезная модель решает задачу уменьшения экономических затрат на создание системы водоснабжения для рыбоводных хозяйств, расположенных на польдерных землях с высоким уровнем расположения грунтовых вод, за счет создания системы грунтовых водоемов с природной механической и биологической очисткой и аэрацией воды.
Для получения необходимого технического результата в известной системе водоснабжения рыбоводных хозяйств, включающей емкости для воды, приспособления для очистки и аэрации воды, насосы для подачи воды в рыбоводное хозяйство и ее возврата, предлагается в качестве емкостей для воды использовать грунтовые водоемы, разделенные песчано-гравийной перемычкой шириной 5,0-6,0 м, которая использована в качестве гидродинамического фильтра, причем первый водоем-приемник предлагается выполнить с возможностью сообщения с мелиоративным каналом, и засадить высшей водной растительностью со стороны водоподачи на 30-40%, которую предлагается использовать в качестве аэратора и биологического фильтра воды, причем глубину его со стороны водоподачи выбрать не более 0,5 м, а в части, прилегающей к перемычке - не более 2,0 м. Второй водоем-накопитель предлагается выполнить глубиной не более 2,0 м, очистить от растительности. Водоем-накопитель сообщен с водозабором рыбоводного хозяйства посредством насоса, оборудованного механическим фильтром.
На прилагаемых к описанию схемах изображено:
на фиг.1 - предлагаемая система водоснабжения рыбоводных хозяйств, вид сверху;
на фиг.2 - то же, вид сбоку.
На схемах приняты следующие обозначения:1 - мелиорационный канал; 2 - водоем-приемник; 3 - песчано-гравийная перемычка; 4 - водоем-накопитель; 5 - насос с механическим фильтром; 6 - рыбоводное хозяйство.
Предлагаемая система водоснабжения рыбоводных хозяйств включает два водоема, разделенных песчано-гравийной перемычкой, выполняющей роль гидродинамического фильтра. Один из водоемов, сообщающийся с мелиоративным каналом, выполняет роль приемника воды, в нем происходит биологическая очистка технологической воды при помощи высшей водной растительности: перифитона, фито- и зоопланктона, а также бентоса, а второй водоем выполняет роль накопителя, в котором происходит аккумуляция очищенной воды, ее отстаивание и естественная дополнительная очистка организмами фито- и зоопланктона.
Водоем-приемник 2 может иметь, например, следующие характеристики: площадь 0,4 га, глубина в мелководной заросшей высшей водной растительностью части не более 0,5 м (30-40% от площади водоема), а в глубоководной части, прилегающей к перемычке - не более 2,0 м.
2
3
Площадь водоема-приемника рассчитывается следующим образом. Для утилизации 25 кг экзометаболитов необходимо 0,1 га зарослей аира, имеющего утилизирующую поверхность 500 м/м занимаемой площади (листья, стебли, перифитон и филлосфера). С учетом площади зарастания 40%, общая площадь водоема составит 0,4 га. Соотношение длины и ширины составляет 20:1, что позволяет увеличить коэффициент использования объема до 0,8-0,9.
Минимальная глубина части водоема-приемника на засаженной растительностью площади составляет не более 0,5 м, (рекомендуется 0,3-0,5 м) и обосновывается оптимальной глубиной для развития воздушно-водных растений и наибольшей степенью развития перифитонных организмов - бактерий, актиномицетов, грибов, простейших и одноклеточных водорослей, ракообразных, червей, насекомых и мшанок.
Интенсивность зарастания высшей водной растительностью (ирис, тростник озерный, аир, камыш, рогоз узколистый и широколистый, рдест гребенчатый и курчавый, спироделла многокоренная, элодея, касатик желтый, сусак, стрелолист обычный, гречиха земноводная, уруть, хара, и пр.) составляет 30-40% от площади водоема [2].
3
2
При этом биомасса растений должна составлять 1,5 кг воздушно-сухого вещества на квадратный метр зарослей. Площадь, занимаемую высшей водной растительностью, рассчитывали по максимальной нагрузке, составляющей около 10000 м/сут воды на 1 га при плотности посадки 150-200 растений на 1 м. Чрезмерное развитие водной растительности (выше данного норматива) может быть неблагоприятно для водоема и служить причиной его вторичного загрязнения вплоть до заболачивания, потому, что разложение остатков фитомассы макрофитов сопровождается вторичным загрязнением воды. После отмирания и микробиологической деструкции остатков растений в воду поступают значительные количества органических веществ и биогенов, которые ухудшают санитарно-гигиенические свойства воды, поэтому, указанная зарастаемость водной растительностью является оптимальной. На водоеме-приемнике должны осуществляться следующие мероприятия: контроль за зарастанием, уборку избытков биомассы водной растительности.
Листья и стебли высшей водной растительности вместе с перифитоном являются мощным биологическим фильтром и обладают фотосинтетически-продуктивной, деминерализующей, детоксикационной и фитосанационной способностями.
Изменять интенсивность очистки воды можно, подбирая видовой состав фитоценоза. Так рогоз имеет высокую аккумулирующую способность относительно тяжелых металлов, камыш способен удалять из воды ряд органических соединений, в том числе фенолы [3], нафтолы, анилины и прочие органические вещества [4].
5
2
Камыш, тростник и рогоз способны утилизировать аммоний, снижая биологическое потребление кислорода (БПК), что при средней концентрации аммония в сточных водах 24,7 мг/л, после очистки с использованием высшей водной растительности (ВВР) его концентрация составляла (мг/л): для камыша - 1,4, для тростника - 5,3, для рогоза - 17,7. Эффективность снижения БПК также была наиболее высокой у камыша, немного ниже у тростника и рогоза. В России в Институте цитологии и генетики разработана технология очистки сточных вод с использованием водного гиацинта. Концентрация азота аммонийного снижалась (мг/л) с 30-50 до 4-5, биологическое потребление кислорода за пять дней БПК - со 150 до 20-30, химическое потребление кислорода (ХПК) - с 300 до 25-30, концентрация растворенного кислорода возрастала от 0,5 до 2-5 (мг O)/л.
Замечено, что накопление растениями биогенных элементов стимулируется увеличением их концентрации в среде [5, 6] увеличивается под действием света [7], зависит от pH воды, а также от видовых особенностей растений [5], густоты биомассы [7] и ряда других факторов, а именно - температуры и кислородного режима.
Кроме того, очистка проводится организмами, находящимися в иловых отложениях - бентосе, в котором проходит активный процесс анаэробного разложения органических загрязнений. Значительную роль в процессах доочистки выполняют сапрофитные бактерии, которые вместе с ВВР успешно выполняют роль дезинфектантов за счет своих продуктов обмена и антагонизма с бактериями-гетеротрофами, что в ряде случаев позволяет избежать использования систем озонирования воды, поступающей на рыбоводные предприятия [8]. Рекомендуемый слой ила в водоеме-приемнике должен быть не более 15 см, для предотвращения процессов загнивания.
Максимальная глубина водоема-приемника 2 в части, прилегающей к перемычке 3, обоснована высотой перемычки 3 и интенсивностью фотосинтеза на различных глубинах. Принимая это во внимание, рекомендуемая глубина составляет не более 2,0 м. Высота перемычки 3 рассчитана, исходя из высоты песчано-гравийного фильтра и высоты перемычки 3 над урезом воды. Высота песчано-гравийного фильтра определена согласно правилам СНиП для песчаных почв и климатических условий Калининградской области (1,0-1,5 м+20-30% от высоты) составляет примерно 2,0 м (1,95 м) с учетом высоты над урезом воды (0,5 м) составляет 2,0+0,5=2,5 м [10].
Предлагаемая ширина песчано-гравийной перемычки 3, не менее 5,0 м, была рассчитана исходя из количества фильтрующих слоев и их ширины. Предлагаемая структура песчано-гравийного фильтра стандартная и состоит из пяти слоев: гравий, средний песок (0,3-1 мм), мелкий песок (менее 0,3 мм), средний песок, гравий. Толщина каждого слоя составляет 1,0 м, что позволяет получать отфильтрованную воду высокого качества и сохранять высокое качество фильтруемой воды также и в холодное время года. Как показали результаты проведенных экспериментальных проверок, при ширине перемычки менее 5,0 м не обеспечивается необходимое качество фильтруемой воды. Целесообразно выбирать ширину перемычки 5,0-6,0 м, так как построение более широкой перемычки экономически нецелесообразно, кроме того, при большей ширине перемычки затрудняется процесс гидродинамической фильтрации воды. Принятая последовательность слоев позволяет проводить промывку фильтра обратным током воды.
3
За перемычкой располагают водоем-накопитель 4, имеющий, в рассчитанном примере, площадь 0,4 га и используемый для накопления, доочистки и отстаивания воды. Площадь данного водоема рассчитана, исходя из трехсуточного запаса воды для рыбоводного хозяйства (в нашем примере, в количестве 8 тыс.м). В качестве средств доочистки воды используются организмы фито- и зоопланктона, утилизирующие остаточный азот и фосфор. Иловые отложения на дне не желательны. Глубина водоема-накопителя 4 составляет не более 2,0 м, что обусловлено высотой песчано-гравийной перемычки и оптимальной глубиной для интенсивного фотосинтеза на выбранной глубине.
Водозабор при помощи насоса 5, оборудованного механическим фильтром, осуществляется на глубине 1,5 м, что связано с максимально возможным промерзающим слоем воды толщиной 1,0 м.
Вода из рыбоводного хозяйства 6 проходит через мелиоративную сеть 1 и вновь попадает в водоем-приемник 2.
Использование предлагаемой полезной модели позволяет отказаться от дорогостоящих средств очистки и аэрации воды, предназначенной для рыбоводных хозяйств, расположенных на польдерных землях. При строительстве предлагаемых водоемов-приемников и водоемов-накопителей можно использовать котлованы, образующиеся в результате изъятия песка для подсыпки дамб, ограждающих польдеры от напора воды со стороны заливов и рек, что существенно снизит затраты на строительство водоемов.
Структура площадей водоемов-приемников и водоемов-накопителей в предлагаемом варианте рассчитана на обеспечение рыбоводных водоемов качественной водой в объеме, достаточном для выращивания 10 т товарной рыбы. Увеличение или уменьшение площадей этих водоемов пропорционально отразится на возможностях по выращиванию товарной рыбы, увеличив или уменьшив их соответственно.
Расчет экономической эффективности применения предлагаемой системы водоснабжения основан на стоимости оборудования применяемого при водоочистке на рыбоводных предприятиях.
Таблица
Оборудование для водоочистки
Прототип
Предлагаемое техническое решение
Механический микросетчатый барабанный фильтр Hydrotech
552 тыс.рублей
552 тыс.рублей
Насос центробежный
1 млн.рублей
1 млн.
Биологический капельный фильтр
1 млн.рублей
-
Озонатор заводской индустриальный
800 тыс.рублей
-
Итого
3 352 тыс.рублей
1,552 млн. рублей
Как видно из таблицы, затраты при использовании предлагаемой системы водоснабжения рыбоводных хозяйств, уменьшаются более чем в два раза.
Источники информации, принятые во внимание при составлении описания заявки:
1. Патент РФ на изобретение RU 2400975 C2, МПК A01K 61/00 (2006.01), опубл. 10.11.2009 (ближайший аналог).
2. Приказ Министерства природных ресурсов и охраны окружающей среды Республики Беларусь от 29.12.1998 N 400 "Об утверждении документов" (вместе с "Инструкцией по классификации и учету городских зеленых насаждений", "Рекомендациями по охране и рациональному использованию высших водных растений").
3. Dawson G.F., Loveridge R.F., Bone D.A. Grop production and sewage treatment using gravel bed hydroponic erridation // Ibid. - 1989. - 21, N 2-P.57-64.
4. Samkaram Unni K., Philip S. Heavy metal uptake and accumulation by Thypha angustifolia from weltlands around thermal power station // Int. J. Ecol. and Environ. Sci. - 1990. - 16, N 2/3. - P.133-144.
5. Короткевич Л.Г. К вопросу использования водоохранно-очистных свойств тростника обыкновенного // Вод. Рес. - 1976. - №5.- С.198-204
6. Використання бiологiчних ставкiв з вищими водяними рослинамив практицi очищения стiчних вод // Iнформ. бюл. Держбуду. 2002. - №4.-С.38.
7. Дикиева Д.М., Петрова И.А. Химический состав макрофитов и факторы, определяющие концентрацию минеральных веществ в высших водных растениях // Гидробиологические процессы в водоемах / Под ред. И.М.Распопова. - Л.: Наука, 1983. - С.107-213.
8. Смирнова Н.Н. Эколого-физиологические особенности корневой системы прибрежноводной растительности // Гидробиол. Журн. - 1980. - 26, №3. - С.60-69.
9. Дмитриева Н.Г., Эйнор Л.О. Роль макрофитов в превращении фосфора в воде // Вод. Рес. - 1985. - №5. - С.101-110.
10. СНиП 2.04.03-85.