Пионерские исследования технологии замкнутого водоснабжения проводились в Японии в 50-х годах прошлого века. Их целью являлась разработка биологического фильтра для систем разведения Карповых и более эффективное использование ограниченных водных ресурсов. Европейские и американские специалисты пытались применить технологии, предназначенные для очистки сточных вод (обработка воды в активном иле, использование биофильтров нисходящего потока, а также капельных и других механических аппаратов). Эти попытки касались морских систем культивирования рыб и ракообразных.

Несмотря на убежденность в коммерческой состоятельности проектов, исследования касались исключительно процесса окисления токсичных неорганических азотосодержащих отходов, образовавшихся в ходе распада белков. Другие серьёзные проблемы, связанные с влиянием отходов жизнедеятельности, не рассматривались. Более того, большинство испытаний проводились в лабораториях и очень мало времени уделялось пилотным проектам.

Уверенность экспериментаторов подкреплялась успешной эксплуатацией общественных и домашних аквариумов. Но они не учитывали тот факт, что кристальную чистоту воды в аквариуме поддерживали фильтры, размер которых был слишком большим в сравнении с биомассой рыб. Подобный подход, подразумевающий низкую плотность посадки и, соответственно, малое количество вносимого корма, приводил к нерациональным капитальным и эксплуатационным расходам. Он не отвечал критериям интенсивной культуры УЗВ. Следовательно, снижая относительный размер фильтров для минимизации капитальных затрат на УЗВ, не учитывались изменения динамики процессов. В итоге, у такой системы оказался низким, либо вообще отсутствовал запас надежности.

Несмотря на частичное понимание этой проблемы, многие компании продали системы и, следовательно, обрекли их на провал. Эта неудача была обусловлена скептицизмом инвесторов, вызванного началом и задержкой дальнейших технических усовершенствований систем.

Некоторые простые, хотя и требовавшие достаточно крупных вложений, проблемы были легко решаемы, в то время как другие оказывались более сложными. Многие операторы знали объёмы культуральных бассейнов, но не умели работать с оборудованием, что затрудняло вычисление оптимального баланса масс в ходе ежедневных операций. Часто самп имел неправильные размеры, и насос оказывался затоплен, либо, наоборот, обезвожен.

Частичное понимание масштабов профессиональной неграмотности читатель получит, сравнивая максимальные значения плотности посадки ранних экспериментальных (10-42 кг/м³) и коммерческих (6.7 – 7.9 кг/м³) систем УЗВ. С другой стороны, современные установки, как ожидается, вместят от 50 до >300 кг/м³ культуры, а влияние лимитирующих факторов можно будет контроллировать (например, выбор между аэрацией и оксигенацией). Здесь уместно привести данные плотности посадки в крупных аквариумах, составляющих всего 0.16 — 0.48 кг/м³. Т.е. высокая плотность посадки не ставилась ключевой целью для аквариумистов.

Поскольку многими учёными-пионерам в области являлись биологи, а не инженеры, то противоречивость отчётов и специфическая терминология приводила к сложностям технического переоснащения. Кроме того, это затрудняло взаимодействие между исследователями, разработчиками, конструкторами и технологами. Выработка стандартной терминологии, метрологических единиц и форматов для отчётов в 1980-х годах улучшила ситуацию, хотя трудности, связанные с региональными различиями, остаются.

Например, в США чаще используется термин «коэффициент рециркуляции», а не «частота обновления». Поскольку прежнее определение – «коэффициент», не отражает временных значений, его неверная трактовка может привести к серьёзной переоценке, либо недооценке требований, касающихся обработки воды.

Так как расчет биологической фильтрации и, в конечном счёте, максимальных значений объёма системы тесно связаны с количеством вносимых кормов, чем плотностью зарыбления, очевидной становится тенденция к определению характеристик воды в соотношении с максимальным уровнем вносимого корма. Раньше исследователи рассматривали работу в стационарном режиме, то есть в условиях, когда скорости образования продуктов метаболизма и их разложения выравнивались.

Вплоть до середины 80-х годов феномен циклических колебаний параметров воды, хорошо знакомый в прудовой культуре, не принимался в расчет. Соответственно, до 80-х годов не учитывали амплитуду и частоту циклических колебаний значений pH, концентрации растворенного кислорода, общего аммонийого азота и солей аммония, NO₂, биохимического и химического потребления кислорода.

Хотя эффективность различных методов обработки воды зависит от концентрации веществ и, в некоторой степени, саморегулируется, время реагирования процессов отличается. Например, при недостатке кислорода в воде эффективность аэрации возрастает сразу. С другой стороны, латентная фаза адаптации процессов нитрификации к повышению уровня аммония происходит медленно. Понимание этих процессов, являющихся лимитирующими факторами в производстве, играет ключевую роль в разработке систем и управления ими.
——
Review of Recirculation Aquaculture System Technologies and their Commercial Application. Final Report March 2014. 28-35
www.hie.co.uk/common/handlers/download-document.ashx?id=236008c4-f52a-48d9-9084-54e89e965573