В настоящее время все большей популярностью пользуется метод объединенного разведения рыбы и растений в системе с оборотным водоснабжением без использования почвы, названный аквапоникой.

Данные комплексы предназначены для разведения большого количества рыбы в относительно небольшом объеме воды, благодаря ее последующей обработке, позволяющей очистить воду от токсичных отходов, а затем вновь многократно использовать в установке замкнутого водоснабжения (УЗВ). В ходе многократного оборотного использования воды накапливаются нетоксичные питательные и органические вещества. Эти побочные продукты обмена веществ не потребуется утилизировать в отходы, потому что они направляются на выращивание вторичных культур, представляющих экономическую ценность или каким-либо образом способствующих разведению основной продукции – рыбы. Системы, в которых выращиваются дополнительные культуры за счет использования отходов производства первичной продукции, называют интегрированными системами. Если вторичными культурами являются водные или наземные растения, выращиваемые одновременно с рыбой, такие интегрированные системы называются системами аквапоники.

Растения быстро растут в присутствии растворенных в воде питательных веществ, выделяемых рыбами в воду или образующимися в результате микробиологического разложения останков рыб. В установке замкнутого водоснабжения с весьма низкой скоростью ежедневного обмена воды (менее 2%) растворенные питательные вещества накапливаются в концентрациях, сравнимых с их содержанием в питательных растворах гидропоники. Растворенный азот, в частности, может присутствовать в очень высоких концентрациях в системах замкнутого цикла. Рыбы выделяют излишки азота в виде аммиака непосредственно в воду через жабры. Бактерии преобразуют аммиак в нитриты, а затем в нитраты. Аммиак и нитриты токсичны для рыб, а нитраты – относительно безвредны и являются наиболее предпочтительной формой азотных соединений, способствующим более интенсивному росту растений, таких как плодовые овощные культуры.

Рисунок 1.

Системы аквапоники обладают рядом преимуществ. Растворенные излишки питательных веществ восстанавливаются растениями, снижая объемы выбросов в окружающую среду и продлевая ресурс использования воды без ее замены (например, удаляя растворенные питательные вещества за счет поглощения их растениями, можно добиться снижения скорости водообмена). Максимальное уменьшение периодичности водообмена позволяет снизить затраты на эксплуатацию системы аквапоники при засушливом климате, а также в отапливаемых теплицах, где подача холодной или горячей воды составляет значительную долю затрат. Наличие вторичных растительных культур, получающих большую часть необходимых им питательных веществ без каких-либо затрат, повышает потенциальную прибыльность системы. Ежедневное внесение рыбных кормов обеспечивает непрерывное снабжение растений питательными веществами, избавляя, тем самым, от необходимости дренажа и замены обедненных питательных растворов или корректировки концентрации питательных растворов, как в гидропонике. Растения удаляют питательные вещества из воды, в которой выращивается аквакультура, и, тем самым, они устраняют необходимость в приобретении отдельных дорогостоящих биологических фильтров. В системах аквапоники требуется значительно меньший объем работ по контролю качества воды, чем в автономных системах гидропоники или при выращивании водных культур в установках замкнутого водоснабжения. Экономия также достигается за счет совместного использования средств, составляющих эксплуатационные затраты и затраты на инфраструктуру, такие как приобретение насосов, резервуаров, обогревателей и систем сигнализации. Кроме того, интенсивное, комплексное выращивание рыбы и растений требует меньшей площади земельного участка, чем при выращивании в прудах и садах.

Аквапоника = Гидропоника + УЗВ

Конструкция системы

Рисунок 2. Система аквапоники. Самп, находящийся в самой нижней точке УЗВ,
совмещен с помпой и возвращает воду в резервуары с рыбой.

Конструкция систем аквапоники почти полностью повторяет конструкцию всех установок замкнутого водоснабжения с добавлением гидропонной составляющей. При этом устраняется необходимость приобретения отдельных биофильтров, а также устройств (пенообразователей и осадителей) для удаления мелких и взвешенных твердых веществ. Содержание мелких твердых частиц и растворенных органических веществ, как правило, не достигает уровня, требующего применения механического фильтра, при условии, что система аквапоники обладает соответствующим конструкционным соотношением. Основными элементами системы аквапоники являются: резервуар для выращивания рыбы, элемент удаления осаждаемых и взвешенных твердых частиц, биофильтр, гидропонный компонент и резервуар для слива (самп)
(рис. 2). Вода, выходящая из резервуара для выращивания рыбы, сначала обрабатывается для снижения содержания органических веществ в виде осаждаемых и взвешенных частиц. Далее, она поступает в биофильтр, где утилизируются аммиак и нитраты. Затем вода проходит через гидропонный модуль, где часть растворенных питательных веществ поглощается растениями и еще некоторая часть аммиака и нитритов удаляется бактериями, растущими на стенках резервуара и на нижней поверхности полистироловых листов (т.е. нитрификация с помощью неподвижной пленки). Наконец, вода собирается в резервуар (самп), находящийся в самой нижней точке системы, и с помощью помпы вновь подается в емкость для выращивания рыбы. Расположение сампа может быть различным. Если применяется система с поднятыми гидропонными желобами, слив устанавливается после биофильтра, при этом вода перекачивается в желоб, откуда она устремляется под действием силы тяжести обратно в емкость для выращивания рыбы.

Система может быть устроена так, что часть потока отводится в отдельный модуль обработки воды. Например, небольшой поток может отводиться на гидропонный модуль после очистки от твердых частиц, при этом основная часть воды проходит через биофильтр и возвращается в резервуар для выращивания рыбы.

Элемент биофильтра и гидропонный модуль можно объединить, используя в качестве подложки для растений гравий или песок, который также является подложкой для биофильтра. Плавучая гидропоника, выполненная из плавучих полистироловых листов и сетчатых поддонов, используемых в качестве подложки для растений, при должной площади активной поверхности, также обеспечивает высокую степень биофильтрации. Объединение биофильтрации с гидропоникой весьма желательно, поскольку позволяет устранить затраты на приобретение отдельного биофильтра, что является одним из основных преимуществ аквапоники.

Еще один вариант конструкции предполагает объединение в одном отсеке системы удаления твердых частиц, биофильтрации и гидропоники. Подложка гидропоники (мелкий гравий или крупнозернистый песок) задерживает твердые частицы и обеспечивает наличие поверхности для нитрификации с помощью неподвижной пленки, правда, при такой конструкции важно не допустить перенасыщения данного модуля взвешенными частицами.

——
для более полной информации с цифрами и расчетами: James E. Rakocy, Michael P.
Masser and Thomas M. Losordo. Recirculating Aquaculture Tank Production Systems:
Aquaponics—Integrating Fish and Plant Culture.

www.ca.uky.edu/wkrec/454fs.PDF