Количество воды
Вода на предприятиях по разведению водных организмов необходима для различных целей. Независимо от вида системы должна быть предусмотрена компенсация потерь на испарение. Потери на испарение пропорциональны температуре воды и воздуха, давлению пара, площади водной поверхности и скорости ветра. Ветер уменьшает парциальное давление водяного пара над водной поверхностью, в результате чего скорость испарения увеличивается. Кроме того, движение воздуха ускоряет испарение путем увеличения притока теплоты к поверхности испарения. Повышение температуры воды приводит к возрастанию кинетической энергии молекул, что увеличивает вероятность выхода молекулы из жидкости в атмосферу. В результате скорость испарения возрастает. Чем выше температура окружающего воздуха, тем интенсивнее испарение. При повышении температуры воздуха уменьшается вязкость жидкости и кинетическая энергия молекул становится достаточной для преодоления сил сцепления, испарение идет быстрее. Больше других факторов на скорость испарения, по-видимому, влияет величина поверхности испарения. На большинстве предприятий, по разведению водных организмов используются сравнительно мелкие пруды. При этом отношение площади поверхности к объему велико и испарение оказывается весьма интенсивным относительно объема воды. Часто в хозяйствах по разведению водных организмов используются земляные дамбы с различной пористостью грунта. Независимо от типа грунта вода просачивается через него. Эти потери воды должны восполняться системой водоснабжения.
Одной из важнейших задач водоснабжения является обеспечение кислородом или регулирование его содержания в водоеме. При разведении в прудах различных водных организмов может возникнуть дефицит кислорода. Подача воды, насыщенной кислородом, может исправить положение.
Еще одной функцией системы водоснабжения является удаление отходов. Все водные организмы выделяют токсичные продукты обмена. Накапливание таких веществ в водоеме приводит к гибели гидробионтов. Поскольку большинство продуктов выделения содержится в воде в растворенном виде, поступление свежей воды в водоем способствует их выведению. Количество отходов зависит от численности водных организмов в водоеме, температуры воды, типа и количества корма и некоторых других факторов.
Количество отходов возрастает с увеличением плотности посадки, интенсивности кормления и температуры воды до тех пор, пока дальнейшее повышение температуры не приведет к отрицательным последствиям для культивируемых организмов. При дальнейшём повышении температуры воды уровень обмена и выделение отходов будут уменьшаться. Избыточное кормление увеличивает БПК и снижает содержание кислорода в водоеме. Для обеспечения кислородом и выведения из водоема токсичных продуктов жизнедеятельности животных и остатков корма необходимы большие объемы воды.
Помимо восполнения потерь на испарение, просачивание, доставки кислорода и удаления отходов вода может понадобиться и для других целей, в частности для содержания маточного стада и обслуживания инкубационных аппаратов, для бытовых нужд и полива. При расчете объема воды, необходимой для системы, следует учитывать как существующие потребности так и возможности расширения. Избыток воды лучше, чем недостаток, так как вода в конечном счете — это среда обитания водных животных.
Потребное количество воды зависит от вида организмов, биотехники культивирования, плотности посадки и других факторов. Гриззел и др. (Grizzel et al.,) (1969) рекомендуют для пруда площадью 4,25 га, в котором разводят сомика-кошку, минимальный расход воды 1000 л/мин. Потребности в воде при выращивании сеголетков чавычи представлены графически на рис. 8.1. (Burrows and Combs, 1968). Имеются также и другие данные для различных рыб в разных условиях выращивания (Liao, 1971). Обычно больше всего воды требуется открытым системам, меньше всего — замкнутым, промежуточное положение занимают системы полузамкнутого типа. Разведение рыбы в каналах, например, требует значительных расходов и объемов воды, если система работает в полузамкнутом режиме. Если такая же система работает в замкнутом режиме, замена воды производится периодически с постоянным пополнением, необходимым только для компенсации потерь.
Качество воды
Требования, предъявляемые к качеству воды, в каждом конкретном случае зависят от ее назначения. Например, вода для выращивания водорослей по своим качествам отличается от питьевой. Поскольку в данном случае речь идет о воде, предназначенной для систем по разведению водных организмов, качество воды считается «хорошим», если оно удовлетворяет условиям поддержания жизни водных организмов и соответствует санитарным стандартам, допускающим использование полученной продукции по назначению. Согласно этому определению необработанные бытовые сточные воды могут оказаться хорошего качества для разведения в них водорослей, которые после соответствующей обработки и стерилизации используются для кормления выращиваемых водных организмов. Вполне вероятно, что эта же самая вода, содержащая Salmonella или другие опасные микроорганизмы, будет считаться «плохого» качества даже после третичной обработки, если ее применять для культивирования столовой рыбы.
Очевидно, необходимо дать краткое и точное определение термина «загрязнение». «Загрязнением» следует считать любые примеси, содержащиеся в воде (растворенные или взвешенные), вредные для организма (или организмов), выращиваемых в этой воде, или для потребителей организмов, выращиваемых в этой воде. В первом приведенном примере твердые примеси, содержащиеся в необработанных сточных водах, могут считаться или не считаться загрязнениями. Во втором примере загрязнителями являются патогенные микроорганизмы. При разведении водных организмов, которые утилизируют нефть, ее следует рассматривать не как загрязнитель, а скорее как питательное вещество, присутствующее в воде. Спуск в водоем отработанных теплых вод также может быть благоприятным или неблагоприятным для культивируемых объектов. Несмотря на трудности четкого определения «хорошего» качества воды, вода, предназначенная для разведения водных организмов, должна обладать определенными характеристиками. Для удобства рассмотрения этого вопроса разделим все водные организмы на три группы: животные, фотосинтезирующие растения и другие организмы.
Все водные животные нуждаются в кислороде и источнике органического питания. Требования к содержанию кислорода в воде зависят от вида организма, температуры воды и физиологического стресса, испытываемого организмом. Некоторые водные животные могут жить непродолжительное время в условиях, когда содержание кислорода в воде приближается к нулю, другие, например водные млекопитающие, погибают даже в насыщенной кислородом воде. С повышением температуры скорость обмена веществ у холоднокровных животных увеличивается, а у теплокровных снижается. При повышении температуры воды, однако, наступает такой момент, когда и скорость обмена веществ, и потребление кислорода начинают снижаться. Дальнейшее увеличение температуры приводит к тепловой гибели организмов. Хотя температура, при которой интенсивность обмена веществ и потребление кислорода максимальны, различна для разных животных, тем не менее почти для всех животных характерна зависимость потребления кислорода от температуры. Физиологический стресс, который может быть результатом загрязнения, слишком высокой температуры воды, физиологических нарушений и других условий, обычно сопровождается повышенным потреблением кислорода.
Потребности водных организмов в питательных веществах значительно колеблются в зависимости от характера потребляемой ими пищи. Набор основных питательных веществ отличается удивительным постоянством независимо от вида животного, однако форма, в которой эти вещества утилизируются, исключительно разнообразна. Поскольку животные не способны фотосинтезировать, они вынуждены извлекать такие огранические вещества, как белки, жиры и углеводы, или вещества, из которых они впоследствии получают эти соединения, либо из воды, либо из содержащихся в ней взвесей. Эти вещества влияют на качество воды, так как взвешены или растворены в ней. Витамины, минеральные и другие вещества также необходимы животным. Способность животных к синтезу аминокислот неодинакова, поэтому и требования, предъявляемые к набору аминокислот в рационе животных, различаются так же, как и степень загрязнения воды остатками корма. Потребности в витаминах и минеральных веществах по количеству и по составу также неодинаковы у разных животных. К сожалению, многие проблемы, касающиеся потребностей водных организмов в питательных веществах и влияния различных кормов на качество воды, остаются пока неизученными.
В настоящее время пищевые потребности полностью изучены лишь для очень немногих видов водных животных, к их числу относится форель. В понятие «хорошая вода» входят температура, соленость и жесткость, благоприятные для жизнедеятельности культивируемого организма. Кроме того, в «хорошей» воде не должно содержаться слишком много патогенных для выращиваемых видов микроорганизмов.
Для культивирования водных растений также необходимы определенная температура, или температурный диапазон, соленость, жесткость и концентрация патогенных организмов. Фотосинтезирующие водные растения должны получать кислород в условиях слабой освещенности, так как кислорода, вырабатываемого в процессе фотосинтеза, недостаточно для нормального обмена веществ. Загрязнение воды должно быть также ниже уровня токсичности для водных растений.
Фотосинтезирующим водным растениям в отличие от водных животных необходимы углекислый газ, свет и питательные вещества. Фотосинтезирующие растения извлекают углерод из углекислого газа для построения органических соединений, в то время как животные выделяют углекислый газ. Свет используется растениями в качестве энергии для построения органических соединений из углерода (из углекислого газа) и неорганических питательных веществ. Таким образом, водная среда должна обеспечивать фотосинтезирующие растения углекислым газом и неорганическими питательными веществами. Свет, необходимый растениям, должен проникать сквозь воду. Если в воде содержится много загрязнений, освещенность, а следовательно, и продукция, снижаются. К числу неорганических веществ, в которых нуждаются растения, относятся азот, фосфор, калий, углерод, водород, кислород, кальций, сера, магний, железо, марганец, цинк, бор, медь и молибден. Некоторым растениям необходимы также натрий, алюминий, кремний, хлор, галлий и кобальт, есть и такая группа растений, которая выживает только при условии содержания в воде в свободной форме витаминов и других соединений.
Потребности третьей группы организмов мало отличаются от потребностей фотосинтезирующих растений и животных. К этой группе относятся в основном бактерии, грибы и симбиотические организмы. Некоторые из них утилизируют энергию, выделяющуюся в результате неорганических химических реакций (например, серные бактерии), а другие используют органические соединения, растворенные или взвешенные в воде или осадках. Многим организмам этой группы необходимы неорганические вещества, которые должны содержаться в воде, предназначенной для их выращивания; для жизнедеятельности других в воде должны присутствовать свободные органические соединения, например аминокислоты. Одни организмы способны выживать в широком диапазоне температур и солености воды, другие переносят только весьма незначительные колебания этих параметров.
Таким образом, понятие качества воды является относительным, смысл его зависит от цели, для которой предназначена вода. Тем не менее вода, предназначенная для снабжения предприятий по разведению водных организмов, должна отвечать определенным требованиям. Содержание кислорода, температура, соленость и жесткость воды должны быть оптимальными или близкими к оптимальным значениям для выращиваемых видов. Вода, предназначенная для снабжения систем по разведению водных организмов, должна быть свободна от загрязнений, особенно токсичными организмами, остатков несъеденного корма, химических веществ и растворенных в воде токсичных) газов.
Источники воды
Источники воды для предприятий по разведению водных организмов могут быть подземные и поверхностные. Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки, а также отличительные особенности, которые могут ограничить их применение для хозяйств аквакультуры.
Подземные воды. Эти воды, как правило, свободны от загрязнений, хотя иногда несут с собой ядовитые газы, которые могут оказаться токсичными для водных организмов. К числу таких нежелательных газов относятся широко распространенные сероводород и метан. Химический состав подземных вод в значительной степени зависит от характера пород, окружающих данный подземный источник. Подземные воды известняковых пород характеризуются жесткостью, в них содержится много растворенного кальция, в трубах эти воды образуют отложения, но относительно некоррозионны. Подземные воды гранитных пород обладают сравнительно невысокой жесткостью, в них содержится меньше минеральных веществ, они характеризуются довольно высоким содержанием свободной углекислоты и весьма коррозионны (Water Quality and Treatment, 1951). Основным недостатком большинства подземных источников является низкое содержание кислорода.
Для подземных источников весьма характерна постоянная температура в течение всего года. В источниках неглубокого залегания температура воды приближается к среднегодовой температуре атмосферного воздуха для данного района. На глубине свыше 15,24 м температура воды подземных источников возрастает примерно на 1°С на каждые 32 м глубины.
Существует три вида источников подземных вод: родники, депрессии и скважины. Скважины в свою очередь делятся на напорные (артезианские) и колодцы, воду из которых необходимо выкачивать. На рис. 8.2 показаны различные виды водных источников. В скважины вода поступает через водопроницаемый слой породы, песка или гравия, расположенный ниже поверхности земли. Эти водопроницаемые слои называются водоносными пластами. Скважина иногда питается водой из подземного ручья, но такие случаи сравнительно редки.
Родники. Родники появляются там, где водоносный слой выходит на поверхность, либо в тех случаях, когда трещина или другое нарушение верхнего слоя (см. рис. 8.2) над заключенным в грунте водоносным пластом позволяет воде выйти на поверхность. Вода родников выходит на поверхность либо в одной какой-либо точке — единичный источник, либо просачивается сразу на большом участке поверхности. Большинство родников с достаточным для предприятий по разведению водных организмов расходом относится к единичному типу, такие родники питают довольно крупные ручьи.
Родники обладают всеми преимуществами, свойственными грунтовым источникам, они дают воду высокого качества и постоянной температуры; кроме того, для ее подъема на поверхность не требуются насосы. Поскольку стоимость перекачивания может составлять значительную часть производственных затрат, это преимущество весьма существенно, так как позволяет сократить эксплуатационные расходы. В воде родников, как и в воде других подземных источников, обычно содержится мало кислорода. К оценке расхода родников в засушливый период следует подходить с осторожностью, так как в это время родники, особенно небольшие, дают значительно меньше воды. Использование таких родников в качестве источников воды для хозяйств аквакультуры необходимо тщательно продумать.
Источник, предназначенный для водоснабжения предприятия аквакультуры, должен быть предварительно подготовлен для отбора воды. Способ подготовки зависит от типа источника и места его расположения, топографии данной местности, характера грунта и некоторых других факторов. Если родник имеет вид ручья, может понадобиться совсем небольшая подготовка, в этом случае иногда вообще не нужно никаких строительных работ. Отклонение либо разделение ручья сразу же после выхода на поверхность может оказаться совершенно достаточным.
Если родник небольшой по величине, необходимо ниже по течению соорудить запруду для сбора воды или для защиты от загрязнений. Эта запруда должна быть сделана из водонепроницаемого материала, например бетона или пластмассы, и перекрывать ручей таким образом, чтобы верхний бьеф был выше поверхности земли, а нижний — несколько ниже верхней части первого водонепроницаемого слоя почвы, расположенного ниже уровня земной поверхности. Длина запруды может быть различной в зависимости от местных условий, но всегда не менее 1,2 м. В теле запруды обычно делают отверстие для сброса воды. Для сбора воды после запруды укладывают трубу, которая отводит воду в резервуар-накопитель либо, если родник достаточно велик, непосредственно к месту использования. Иногда бывает необходима обводная труба для отвода избытка воды.
Депрессии уровня грунтовых вод. Вода из расположенных ниже уровня грунтовых вод депрессий доступна лишь в некоторых районах, и целесообразность использования ее для предприятия по разведению водных организмов необходимо серьезно продумать. Для подъема такой воды на поверхность насосы обычно не требуются; вода, как правило, удовлетворяет требованиям предприятий по разведению водных организмов, несмотря на довольно низкое содержание кислорода. Однако в засушливый сезон расход также резко сокращается.
Чтобы подойти к грунтовым водам, необходимо вскрыть почву экскаватором в том месте, где уровень грунтовых вод подходит ближе всего к поверхности — несколько сантиметров или метров ниже уровня почвы. По мере удаления грунта образуется котлован, который постепенно заполняется просачивающейся в него водой. Уровень воды в котловане будет подниматься до тех пор, пока не сравняется с уровнем грунтовых вод.
Недостатков у такого источника водоснабжения очень много. Вода в котловане находится ниже уровня земной поверхности, причем такие водоемы обычно сооружают в местностях с равнинным рельефом. Циркуляция воды в водоеме почти отсутствует. При низком содержании кислорода недостаточность циркуляции может привести к значительному дефициту кислорода. В засушливые периоды года уровень грунтовых вод может понизиться, что приведет к обмелению водоема. Единственным способом чистки этих водоемов является выкачивание воды насосами. Такие источники редко применяются для культивирования объектов с высокой плотностью посадки из-за накапливания продуктов обмена и низкого содержания кислорода.
Скважины. За исключением родников, скважины являются самыми лучшими источниками воды для предприятий по разведению водных организмов. По качеству воды скважины не уступают родникам, но родники все же предпочтительнее, так как для подъема воды из скважин требуются насосы, что увеличивает эксплуатационные расходы. Обычно в воде из скважин отсутствуют загрязнения, хотя в ней могут быть растворены нежелательные газы (например, сероводород) или химические вещества (например, железо или сера). Проходя сквозь почву, вода растворяет на своем пути множество веществ. Содержание кислорода, как правило, низкое, его можно повысить аэрацией.
Скважины могут быть трех основных типов (см. рис. 8.2). Скважина на уровне грунтовых вод, в сущности, представляет собой колодец, нижний конец которого находится внутри водоносного слоя, расположенного ниже уровня грунтовых вод. Для забора воды из такой скважины требуются насосы. Производительность скважины зависит от водопроницаемости водоносного слоя и его толщины. Диаметр скважины также играет важную роль. Обычно чем больше водопроницаемость или толщина водоносного слоя, тем больше и производительность скважины. Эти скважины, иногда их называют «мелкими», более подвержены колебаниям расхода в засушливую погоду, чем глубокие.
Артезианские, или напорные, скважины — это скважины, вода из которых начинает поступать самотеком сразу после окончания бурения (см. рис. 8.2). Артезианские скважины пробуривают внутрь водоносного пласта, заключенного между двумя относительно водонепроницаемыми слоями. Площадь водосбора (т. е. площадь, где водоносный слой выходит на поверхность так, что вода может питать его) должна находиться выше выходного отверстия скважины. Вода, поступающая в водоносный пласт через площадь водосбора, течет под действием силы тяжести к скважине. Чтобы вода потекла сквозь водопроницаемый водоносный слой, нужна энергия, именно поэтому площадь водосбора должна быть расположена выше, чем выходное отверстие артезианской скважины, и эта разница по высоте должна быть достаточной для компенсации потерь напора при протекании воды сквозь водоносный слой. Потеря напора при протекании воды сквозь водоносный слой зависит от скорости потока, проницаемости водоносного слоя и расстояния, которое должна пройти вода на своем пути сквозь водоносный слой. Таким образом, расход артезианской скважины прямо пропорционален проницаемости водоносного слоя и обратно пропорционален скорости потока при его движении сквозь водоносный слой и расстоянию от скважины до площади водосбора:
где k — водопроницаемость, м/с; х — расстояние, которое проходит вода сквозь водоносный слой, м; h — потери напора, м вод. ст.; v — скорость потока, м/с; А — площадь поперечного сечения водоносного слоя, перпендикулярная направлению движения потока, м2; Q — расход, м3/с.
Уравнение Дарси (8.1) описывает насыщенный поток, движущийся в одном направлении. В водоносном слое поток может двигаться в разных направлениях, тем не менее применение формулы Дарси для практических расчетов дает в большинстве случаев правильные результаты при условии достаточного насыщения водоносного слоя, так что принятое допущение не ограничивает область применений этой формулы. Для определения константы k пользуются экспериментальным методом, т. е. измеряют для нескольких выбранных значений глубины величины h, х, Q и А и подсчитывают k. Полученное таким образом значение k используют в дальнейших расчетах для определения потери напора при других значениях Q.
Иногда артезианскую воду приходится поднимать на поверхность насосами, это бывает, когда верхний конец скважины находится выше площади водосбора, либо разность высот между выходным отверстием скважины и площадью водосбора увеличивает расход воды через отверстие скважины настолько, что он становится больше мощности водоносного пласта, либо когда оба случая встречаются вместе.
Чем больше расход воды через артезианскую скважину, тем больше скорость движения потока и потери напора на единицу расстояния, преодолеваемого потоком в водоносном пласте. Таким образом, чтобы увеличить расход скважины, необходимо увеличить разность высот между точкой, соответствующей выходному отверстию скважины и площадью водосбора. Увеличивая таким образом расход, можно достичь некоторой точки, когда разность высот между выходным отверстием скважины и площадью водосбора оказывается недостаточной для обеспечения притока требуемого количества воды в единицу времени. Необходим еще больший перепад высот, и единственным способом его увеличения остается значительное снижение точки водозабора из скважины, в этом случае применяются насосы. Разумеется, существует максимальная производительность скважины (артезианской или любой другой). Так, артезианские скважины характеризуются максимальной производительностью, определяемой из условия свободного истечения. Она обусловлена водопроницаемостью и другими характеристиками водоносного пласта, расположением площади водосбора, соотношением высот расположения выходного отверстия скважины и площади водосбора и другими особенностями скважины. Расход можно увеличить с помощью насосов, но это увеличение обусловлено теми же факторами, которые определяют естественный расход артезианской воды.
Артезианские напорные скважины встречаются довольно редко. Как правило, источником водоснабжения предприятий по разведению водных организмов служат скважины, оборудованные насосами.
Поверхностные источники воды. Поверхностные источники воды можно разделить на четыре группы: ручьи, озера, пруды и соленые или солоноватые водоемы. Всем этим источникам присущ общий недостаток: они доступны для любых загрязнений, поэтому пользоваться водой открытых источников следует весьма осторожно. Зато наземные источники воды богаты кислородом, что является очень существенным преимуществом для предприятий по разведению водных организмов.
Ручьи. Этим, как и другим источникам воды, присущи преимущества и недостатки, обусловленные их особенностями. Поскольку в большинстве ручьев преобладает турбулентный режим течения, они, как правило, отличаются высоким содержанием кислорода. Концентрация водородных ионов, так же как и содержание растворенных минеральных веществ, зависит от топографии, типа местности и растворимости нижнего слоя почвы в том районе, где протекает река, также от биологии реки. Географическая широта, время года, высота над уровнем моря, ширина и глубина реки и интенсивность турбулентности — все эти факторы влияют на концентрацию растворенных и взвешенных в речной воде веществ, поскольку они в первую очередь определяют количество доступной лучистой энергии. Лучистая энергия плюс достаточная концентрация растворенных в воде минеральных веществ неорганического происхождения создают условия для фотосинтеза, нормального дыхания и разложения, которые в свою очередь определяют количество органических веществ, содержащихся в воде.
Чрезвычайно важна такая характеристика ручья, как расход, особенно если он является единственным источником водоснабжения для предприятия по разведению водных организмов. Если в течение года расход существенно колеблется, то в засушливое время года воды может не хватить, хотя именно в этот период водные организмы более всего в ней нуждаются. В засушливое время года высокие температуры увеличивают интенсивность испарения воды. В таких условиях риск гибели культивируемых организмов от высокой температуры или теплового стресса возрастает. Повышение температуры и стресс интенсифицируют процессы обмена, что в свою очередь увеличивает количество продуктов обмена, которые необходимо удалять. Температуру в водоеме можно снизить путем добавления в него более холодной воды, если температуру не удастся понизить, все равно стресс, испытываемый водными организмами, будет уменьшен в результате поступления в воду дополнительного количества кислорода и снижения концентрации продуктов обмена.
При использовании ручьев в качестве источников водоснабжения возникают и другие проблемы. По сравнению с другими источниками воды ручьи отличаются более значительными суточными и годовыми колебаниями температуры. Температура воды в ручьях близка к температуре окружающего воздуха. Разность температур воды и воздуха зависит от размера ручья и ситуации, которая складывается в данный момент в его верхнем течении. Нагревание или охлаждение для поддержания необходимой температуры воды может потребовать больших затрат, так как обычно предприятия по разведению водных организмов нуждаются в больших количествах воды, а ее удельная теплоемкость высока (т. е. для нагревания или охлаждения какого-то количества воды необходимо затратить большое количество энергии).
Как и в большинстве поверхностных водных источников, в ручьях обитают различные организмы. Некоторые из них могут быть хищниками или конкурентами (особенно за пищу) для культивируемых объектов. Вместе с закачиваемой в систему водой в нее попадают некоторые из этих хищников и конкурентов, так как полное уничтожение их невозможно. Присутствие в системе организмов такого типа снижает ее общую производительность или эффективность. Вместе с тем некоторые организмы, попадающие в систему вместе с водой, могут служить пищей для культивируемых объектов. В этом случае эффективность системы повышается.
Многие ручьи несут с собой большие количества ила, который оседает в водоемах при уменьшении скорости подачи воды. Кроме того, он может нанести водным организмам прямой вред. Биологические объекты могут пострадать в результате закупоривания жабр илом. Все это нарушает обмен кислородом и углекислым газом между объектом и окружающей средой.
Загрязненные ручьи — плохой источник водоснабжения для предприятий по разведению водных организмов, так как загрязнения снижают концентрацию кислорода в воде и сами являются токсичными для водных организмов. Спуск отработанных теплых вод в ручей может оказаться полезным или вредным для культивируемых организмов.
Озера, пруды и водоемы. Вода озер, прудов и водоемов мало отличается от речной. Однако содержание кислорода в этих источниках несколько ниже, чем в реках, особенно если вода забирается ниже термоклина. Температура воды в озерах и в меньшей степени в прудах более стабильна, чем в ручьях, и успешнее прогнозируется. Сезонные колебания температуры весьма значительны, что следует принимать во внимание при проектировании предприятий по разведению водных организмов. Другие показатели качества воды, например pH и содержание растворенных и взвешенных в воде питательных веществ, также более стабильны в озерах и прудах, чем в ручьях. Чем крупнее водоем, тем меньше диапазон колебаний и менее внезапны изменения всех параметров окружающей среды. Загрязнение воды остается серьезной проблемой, так же как и в ручьях, однако озера, пруды и водоемы по сравнению с реками избавляются от загрязнений значительно медленнее.
Иловые заносы в прудах и озерах обычно меньше, чем в ручьях, так как скорость движения воды в них меньше. В то же время риск всевозможных заболеваний в этих водах больше, чем в речных, так как вода прудов и озер, как правило, стоячая. Что касается возможности попадания хищных организмов в воду систем по разведению водных организмов, то здесь такая же ситуация, как и с ручьями.
Солоноватая и морская вода. Солоноватым и морским водам присущи все проблемы, которые возникают при использовании для предприятий по разведению водных организмов озерной и прудовой воды. Помимо этого возникают и другие трудности. Соленая вода отличается высокой коррозионной активностью, поэтому трубы, резервуары, насосы и другое оборудование, находящееся в непосредственном контакте с водой, должно изготовляться из специальных материалов. Многие виды пластмассы, эпоксидные смолы, соединения на резиновой основе отличаются высокой коррозионной устойчивостью. Однако все материалы, применяемые в процессе культивирования водных организмов, предназначенных в пищу человека, должны удовлетворять требованиям органов здравоохранения, т. е. не быть токсичными. Некоторые смолы, резиновые и пластмассовые материалы содержат вещества, токсичные для культивируемых организмов или для человека. Эти токсичные вещества могут входить в состав как самих смол, так и различных отвердителей. В большинстве случаев можно применять нержавеющую сталь, но при этом необходимо следить, чтобы в воде не растворялся входящий в ее состав хром, который может накапливаться в культивируемых объектах. Особенно чувствительны к хрому ракообразные, так как они склонны к накапливанию в своем теле тяжелых металлов. Большинство других металлов (за исключением самых дорогих) очень быстро корродирует в соленой воде. По этому показателю алюминий несколько превосходит обычные стали, но все равно оба металла корродируют в соленой воде.
Очевидно, наиболее сложной из всех проблем, возникающих при использовании на предприятиях по разведению водных организмов соленой воды (а до некоторой степени и пресной), является проблема обрастания. В жизненном цикле многих водных организмов есть стадия, когда они прикрепляются к любому предмету. Обрастание труб, резервуаров, насосов становится настоящей проблемой в хозяйствах аквакультуры.
Существует несколько способов борьбы с обрастанием, у каждого из которых есть свои недостатки. Можно добавлять в воду специальное химическое вещество, токсичное для организмов-обрастателей. Погибшие организмы затем легко вымываются водой. Вначале в воду вносят довольно большое количество химикатов, после чего относительно долго (день, неделю или месяц) химикаты не добавляются. Через какое-то время процедуру повторяют.
Другой метод заключается в непрерывном внесении небольшого количества химикатов в воду, что исключает накапливание обрастаний на элементах системы.
Химикаты, предназначенные для борьбы с обрастанием, могут оказаться токсичными не только для организмов-обрастателей, но и для культивируемых объектов. Однако, если учесть, что метод непрерывной добавки химикатов предполагает низкую концентрацию этих веществ в воде, можно полагать, что она окажется безвредной для культивируемого объекта (при условии, что его толерантность выше, чем у организмов-обрастателей). При этом, однако, необходимо убедиться, что культивируемый объект не подвергается действию сублетальной концентрации токсичных химикатов, вызывающих стресс и замедление роста.
При периодической обработке воды применяются высокие кош центрации химикатов, что увеличивает токсичность среды. Однако если выбор в пользу данного метода обработки воды делается на стадии проектирования системы, можно предусмотреть обводные трубопроводы для обработанной воды. При наличии такого трубопровода обработанная вода, минуя емкости для культивируемого объекта, пропускается через систему труб и насосов. После обработки и промывки воду снова можно направлять в бассейны. Однако удалить обрастание с самих организмов и со стен бассейнов, в которых они находятся,— дело далекое не простое. Если скорость образования загрязнений сравнительно невелика, а период выращивания непродолжителен, очистку от обрастаний можно производить в периоды между заселениями. Обычно это не удается.
Еще одна проблема связана с применением химикатов для борьбы с обрастанием. Она заключается в том, что выращиваемые организмы могут поглощать химические вещества, вредные для человека (например, ртуть), что делает продукцию непригодной для употребления.
Для удаления обрастаний применяются также и механические способы. Простейший механический способ заключается в ручной очистке с применением различных скребков. Из-за высокой стоимости рабочей силы и затрудненного доступа к трубам и другим элементам системы этот способ практически малопригоден. Для очистки труб системы охлаждения на электростанциях разработано автоматическое устройство. Очистка внутренней поверхности труб производится твердыми шарами, которые вводят в воду, подаваемую в систему насосами. По окончании процесса шары собирают для повторного использования, а загрязнение выносится водой. Такой метод можно применять и в хозяйствах аквакультуры, но если в некоторых элементах системы (например, в резервуарах) скорость невелика, это затруднит очистку. Кроме того, шары могут нарушить нормальное питание культивируемых организмов и даже причинить им вред.
Для снижения интенсивности обрастаний можно периодически изменять температуру. Температуру воды, поступающей в систему, повышают до тех пор, пока она не превысит летальную для водных организмов, засоряющих трубы, после чего продукты разложения этих организмов вымываются водой. Этот метод редко применяется в промышленных масштабах, поскольку часть водных организмов, засоряющих элементы системы, почти всегда имеет летальную температуру, превышающую летальную температуру культивируемых объектов. Повышение температуры до уровня, достаточного для уничтожения обрастания, приводит также к гибели и самих объектов культивирования. Как и химический, тепловой метод можно применять в промежутке между заселениями. Подогрев воды обходится очень дорого, так как требует больших затрат энергии.
Для борьбы с обрастаниями можно стерилизовать воду, поступающую в систему. Два широко известных метода стерилизации основаны на применении ультрафиолетового облучения и химических препаратов. Метод химической обработки воды рассмотрен выше. Ультрафиолетовое облучение нетоксично для разводимых биологических объектов и не поглощается ими. Однако вода должна проходить через зону ультрафиолетового облучения тонким слоем. Обрастатели, оставшиеся в живых после обработки в ультрафиолетовой камере, будут по-прежнему засорять систему. Некоторые трудности связаны также с тем, что интенсивность ультрафиолетового излучателя со временем снижается. Несмотря на эти трудности, метод ультрафиолетового облучения остается одним из лучших для предприятий по разведению водных организмов. Более подробно ультрафиолетовые излучатели описаны в главе 14.
Большинство организмов-обрастателей не способны прикрепляться, если скорость воды превышает некоторое минимальное значение. Эту особенность можно использовать для предотвращения засорения многих элементов системы. Если поддерживать скорость движения воды в трубах и насосных установках на уровне, превышающем максимальную скорость, при которой водные организмы способны оседать, возможность засорения системы можно исключить. Выполнить это условие нетрудно, однако в бассейнах для выращивания поддержание высоких скоростей течения воды связано с увеличением объемов воды, поскольку площадь поперечного сечения бассейнов должна быть значительной. Увеличение объема воды повлечет за собой увеличение расходов на насосную установку. В трубах скорость увеличить очень просто, достаточно взять трубы меньшего диаметра. Однако с увеличением скорости движения в трубах возрастают потери напора на единицу длины. Соответственно увеличиваются расходы на перекачивание. Необходимость увеличения давления воды, поступающей из водного источника, с целью увеличения скорости потока вызывает постоянное возрастание эксплуатационных (на перекачивание) расходов. Высокие скорости воды в бассейнах с живыми объектами или в прудах могут причинить ущерб этим организмам. Костистые рыбы тратят больше энергии плавая в воде, движущейся с большой скоростью, при этом снижается кормовой, коэффициент, так как больше энергии расходуется на обмен веществ. Однако высокие скорости воды действительно помогают бороться с обрастанием и поддерживать необходимое качество воды в зоне разведения водных организмов.
Последний способ борьбы с засорением систем по разведению водных организмов широко применяется на экспериментальных установках и на некоторых участках промышленных предприятий. Этот способ предусматривает установку двух дублирующих Друг друга трубопроводов с периодическим переключением работы системы с одного на другой. Выведенная из работы система дренируется и остается в сухом виде достаточно долго, чтобы все обрастания погибли, либо система отключается и становится анаэробной для обрастаний. Благодаря периодическому переключению с одного трубопровода на другой оба могут поддерживаться в хорошем состоянии, т. е. свободными от обрастаний. В некоторых случаях стоимость такой установки становится препятствием для ее осуществления на практике.
Однако при проектировании системы следует помнить, что сдвоенная система трубопроводов обеспечивает не только контроль за обрастанием, но и удобство ежедневного обслуживания и ремонта.
Выростные бассейны или емкости, как правило, к сдвоенному трубопроводу не подключаются из-за значительного объема или площади. В то же время доступ к выростным емкостям обычно более свободен, и поэтому их легче очистить от обрастаний, чем другие участки водоподающей системы. Например, пруды с земляным дном и берегами практически свободны от обрастаний.
Водопроводная вода. Еще одним источником воды для предприятий по разведению водных организмов является городское водоснабжение. Обычно большинство городов снабжается достаточным количеством воды, хотя в некоторых небольших городах может существовать проблема воды. Задачей городского водоснабжения является главным образом обеспечение населения питьевой водой, что предъявляет особые требования к ее качеству. Для обеспечения определенного качества воды в нее добавляют различные химические вещества, например, хлор и (или) фтор. К сожалению, эти химические вещества могут оказаться весьма нежелательными для водных организмов. Наиболее характерным примером в этом отношении является добавление хлора с целью уничтожения болезнетворных бактерий. Улучшая качество воды для человека, хлор в то же время чрезвычайно токсичен для рыбы. Таким образом, даже если системы городского водоснабжения могут обеспечить достаточное количество воды, ее качество, как правило, малоприемлемо для водных организмов. Качество городской воды можно улучшить химическим методом, но это весьма дорогая процедура. Из-за неудовлетворительного качества воды и в связи со значительными расходами, необходимыми для достижения требуемого ее качества, системы городского водоснабжения обычно относят к неудовлетворительным источникам воды для предприятий по разведению водных организмов. Стоимость воды, полученной из этих систем, может, кроме всего прочего, оказаться достаточно высокой.
Заключение
Вода, поступающая на предприятия по разведению водных организмов, должна удовлетворять количественным и качественным требованиям. Количество воды должно быть достаточным для компенсации потерь на испарение и утечки, обеспечения дыхательных потребностей водных организмов и удаления продуктов обмена. Кроме того, воды должно хватать для бытовых нужд, пожаротушения и для инкубационного цеха (если он есть).
Качество воды, предназначенной для предприятий по разведению водных организмов, должно быть довольно высоким. Температура, содержание кислорода, жесткость и соленость должны быть оптимальными, либо доведение их до этого уровня должно быть экономически приемлемым. Присутствие в воде загрязнений, так же как и нежелательных водных организмов, исключается. Содержание .питательных веществ должно как можно ближе соответствовать оптимальному уровню для конкретного объекта культивирования. В случае недостаточного содержания в воде питательных веществ их можно Добавлять до тех пор, пока не будут достигнуты оптимальные уровни.
Подземные источники следует считать наиболее пригодными источниками водоснабжения для предприятий по разведению водных организмов при условии, что приняты необходимые меры для обеспечения достаточной концентрации в воде кислорода. Среди подземных источников наиболее желательными являются родники, так как их использование исключает расходы на насосную установку. Весьма удобны также и скважины, однако использованию воды из депрессий, расположенных ниже уровня грунтовых вод, должны предшествовать тщательные расчеты. Вода из городских систем водоснабжения должна прохоДить предварительную обработку перед использованием на предприятиях по разведению водных организмов. Для всех поверхностных водных источников (ручьи, озера, пруды, эстуарии, океаны) характерны более значительные временные колебания параметров окружающей среды, чем для подземных. Содержание кислорода в поверхностных источниках обычно выше, чем в подземных. Учитывая проблему загрязнения воды, предпочтение следует отдавать подземным источникам, где риск загрязнения меньше.
При использовании для хозяйств аквакультуры соленых и солоноватых источников возникают дополнительные проблемы, свяданные с коррозией и обрастаниями. Коррозия предотвращается тщательным выбором материалов. Для борьбы с обрастанием существует несколько способов: химическая обработка воды и ультрафиолетовое облучение, повышение температуры воды, устройство дублирующих водопроводных систем, ‘ механическая очистка либо увеличение скорости движения воды до таких значений, при которых прекращается оседание засоряющих систему водных организмов.
Список литературы
- Burrows, Roger Е. and Bobby D. Combs (1968). Controlled Environments for Salmon Propagation. Progressive Fish—Culturist 30 (3): 123—136.
- Grizzell, Roy A. Olan W. Dillon, Jr., and Edward G. Sullivan (4969). Catfish Farming. A New Farm Crop. Farmers’ Bulletin No 2244, U. S. Departament of Agriculture, Soil Conservation Service, Washington, D. C.
- Liao, P. B. (1971). Water Requirements of Salmonoids. Progressive Fish — Culturist 33(4): 210—224.
- Water Quality and Treatment, 2nd ed (1951) American Water Works Association, New York.