Биофлок: как работает технология и кому подходит

Плотные бактериальные хлопья заменяют отдельный биофильтр и чистят воду от аммиака прямо в бассейне, но взамен требуют аэрации без остановки и терпят мутную воду, а не прозрачную.

Биофлок это технология выращивания рыбы и креветки, в которой аммиак обезвреживают не в отдельном биофильтре, а прямо в толще воды бассейна: плотная взвесь бактериальных хлопьев ест азот, который выделяет рыба, и заодно сама становится частью корма. Технология держится на трех вещах сразу: правильном соотношении углерода к азоту в воде, аэрации без пауз и готовности мириться с мутной, а не прозрачной водой. Разбираем ниже, как это работает, кого в биофлоке растят, сколько нужно воздуха и почему ночью систему потерять легче, чем кажется.

Что вообще такое УЗВ и из каких узлов она обычно состоит, разобрано в статье УЗВ: что это такое. Биофлок эту схему не повторяет: он убирает из нее один из главных узлов, отдельный биофильтр, и переносит его работу прямо в бассейн.

Как работает биофлок: углерод, азот и хлопья бактерий

В обычной УЗВ аммиак, который рыба выделяет жабрами, окисляют бактерии на загрузке биофильтра в два шага: сначала до нитрита, потом до нитрата. В биофлоке ту же работу делают бактерии, но не на неподвижной загрузке, а взвешенные прямо в толще воды бассейна: они собираются в рыхлые хлопья, которые видны невооруженным глазом как бурая муть. Отсюда и название: floc, хлопья.

Ключ к тому, чтобы система заработала именно так, а не превратилась в обычный мутный бассейн, это соотношение углерода к азоту в воде. Обычный рыбный или креветочный корм дает соотношение примерно 9-10 к одному: азота в нем относительно много. Чтобы бактерии начали активно расти как гетеротрофы и забирали азот на построение собственной биомассы, а не оставляли его в воде в виде аммиака, соотношение поднимают до 12-15 к одному, добавляя в воду источник чистого углерода: патоку, отруби, сахар, муку. Гетеротрофные бактерии растут в разы быстрее нитрифицирующих и заодно едят аммоний напрямую, без промежуточного нитрита.

Практический смысл для хозяина: чем больше корма и, соответственно, азота уходит в воду, тем больше углерода нужно добавить, чтобы удержать соотношение. Это не разовая настройка, а постоянный расчет вслед за кормлением.

Побочный эффект такой схемы, который в обычной УЗВ считался бы браком, а в биофлоке это часть плана: хлопья бактерий сами становятся дополнительным кормом. Рыба и креветка поедают их прямо из толщи воды, что частично снижает расход покупного корма и улучшает конверсию.

Бактериальная масса в толще воды биофлока по идее близка к пробиотику, внесенному не в корм, а прямо в бассейн: та же логика конкурентного исключения патогенов за счет плотной живой культуры. Разница в подходах и в том, что из этого доказано, а что нет, разобрано в статье пробиотики и иммуностимуляторы для рыбы.

Каких рыб и креветку растят в биофлоке

Технология не универсальна: она подходит видам, которые терпят мутную воду и умеют доедать хлопья. В мире это в первую очередь два вида: тиляпия и тихоокеанская белоногая креветка, ваннамей. Разбор тиляпии как вида, температура, кислород, скорость роста, есть в статье тиляпия в УЗВ: именно ее живучесть к плохой воде и всеядность делают ее одним из двух главных кандидатов для биофлока в мире. Ваннамей отдельным паспортом вида в этой базе пока не разобран, а из ракообразных, которых реально держат в России, ближе всего по теплолюбивости к тропическим креветкам австралийский красноклешневый рак и креветка розенбергия, паспорта в статье раки и креветка розенбергия в УЗВ: температурный профиль у них похожий, хотя массового опыта именно с биофлоком по этим двум видам в отечественных источниках не найдено.

Отраслевой ориентир по плотности посадки в биофлоке: 150-250 постличинок на 1 м² для креветки и 200-300 мальков на 1 м³ для тиляпии. Это заметно выше, чем в среднем по УЗВ с прозрачной водой, потому что бактериальная масса частично снимает нагрузку с классической биофильтрации и позволяет держать больше живого веса на объем.

Из морских креветок в индорном биофлоке чаще всего держат ваннамей: она хорошо переносит высокую плотность посадки и отчасти кормится самим флоком. Разбор солености, плотности посадки и сроков до товара у этого вида в статье креветка ваннамей в УЗВ.

Сколько нужно аэрации

Аэрация в биофлоке не опция и считается не так, как в обычной УЗВ, где компрессор подбирают под рыбу и под биофильтр отдельно. Здесь кислород нужен сразу на все: рыбе или креветке и огромной массе бактерий, взвешенной по всему объему воды, а не сосредоточенной в одном узле, как в биофильтре. По отраслевым данным, потребление кислорода активной бактериальной массой в разгар цикла может доходить до 6 мг на литр в час, а для интенсивной биофлок-фермы называют ориентир от 30 лошадиных сил аэраторов на гектар на старте до 200 лошадиных сил на гектар при высокой интенсивности. Где физически кончается воздух и начинается чистый кислород, разобрано в статье аэрация или оксигенация: в плотном биофлоке эта граница наступает раньше, чем в прозрачной УЗВ с той же биомассой рыбы, именно из-за прожорливых бактерий.

Второе требование к аэрации, кроме кислорода: перемешивание. Хлопья должны оставаться во взвеси, а не оседать на дно. Зона без движения воды становится бескислородной уже через недолгое время, и вместо нитрификации там начинается обратный процесс: бактерии в таком слое выделяют аммиак и метан вместо того, чтобы их перерабатывать.

Чем опасен биофлок

Первая опасность: кислород и ночь. В отличие от водорослей в пруду, о суточных качелях которых рассказано в материале про запас времени при аварии, бактерии биофлока не фотосинтезируют и кислород не производят никогда, они его только едят, круглые сутки без перерыва. Разница с обычной УЗВ в том, что там кислород расходует рыба и сравнительно небольшая масса на загрузке биофильтра, а в биофлоке его ест весь объем воды. Стоит аэрации остановиться даже ненадолго, например ночью при перебое питания, и запас кислорода в плотной бактериальной взвеси кончается быстрее, чем в чистой воде того же объема. Дальше начинается обратный процесс: при нехватке кислорода часть бактерий не перерабатывает аммиак, а наоборот, начинает его выделять, и авария из простого дефицита кислорода превращается в двойной удар: одновременно нет воздуха и растет аммиак. Что делать в первые минуты, если пропало питание, по шагам расписано в статье отключили свет, но в биофлоке время на реакцию короче, чем там показано для обычной УЗВ.

В плотном биофлоке резервное питание для аэраторов это не улучшение про запас, а условие выживания партии целиком. Ту же аварию, которую прозрачная УЗВ с биофильтром может пережить с потерей части рыбы, биофлок способен не пережить вовсе именно из-за скорости, с которой бактерии переключаются с потребления аммиака на его выделение.

Вторая опасность: твердые частицы. Хлопья это и есть взвесь, и ее в биофлоке всегда больше, чем в прозрачной УЗВ. Пороги переносимости взвеси и то, как она бьет по жабрам, разобраны в статье взвесь и мутность: там же приведен диапазон, который в принципе считается рабочим для систем с биофлоком, 200-600 мг/л, против 25 мг/л, ориентира для чистой проточной УЗВ. Если взвесь растет без контроля, ее из системы все равно приходится выводить: через донный слив и периодический отстойник или сепаратор, иначе избыток хлопьев сам начинает забирать кислород на собственное разложение и душит систему изнутри.

Высокая плотность бактериальной массы в биофлоке заодно поднимает риск постороннего запаха у товарной рыбы: откуда берется геосмин и как передержкой в чистой воде убрать тинный привкус перед продажей, разобрано в статье рыба пахнет тиной, геосмин.

Чем биофлок отличается от УЗВ с биофильтром

Разница не в отдельных деталях, а в самом принципе очистки воды.

ПараметрУЗВ с биофильтромБиофлок
Где живут бактерииНа неподвижной загрузке в отдельном узле, биофильтреВзвешены по всему объему воды бассейна
ВодаПрозрачная, взвесь снимается механической очисткойПостоянно мутная, взвесь часть технологии
Нагрузка на аэрациюСчитается отдельно на рыбу и отдельно на биофильтрНа весь объем воды сразу, заметно выше при той же биомассе рыбы
Подмена водыУмеренная, по балансу нитратаМинимальная, часть азота уходит в биомассу хлопьев, а не в нитрат
КормТолько покупнойЧастично замещается хлопьями, которые рыба доедает сама
Подходящие видыШирокий список, включая холодноводных, форель и осетровыхУзкий список видов, терпимых к мутной воде: тиляпия, тропическая креветка

Итог простой: биофлок не замена биофильтру для любого хозяйства, а отдельная технология под конкретные виды и под готовность держать аэрацию без единого перебоя. Для форели или осетра, о которых речь в статье про устройство УЗВ, схема с отдельным биофильтром и прозрачной водой остается основной, а биофлок имеет смысл там, где терпимость рыбы к мутной воде и экономия на корме перевешивают риск аварии по кислороду.

Расчет углерода: сколько подкормки добавлять на килограмм корма

Соотношение углерода к азоту не поддерживается само по себе, его нужно считать вслед за каждым кормлением, и практическая формула здесь проще, чем кажется по научным статьям. Отраслевой ориентир: на каждый килограмм скормленного протеинового корма добавляют примерно от 0,5 до 1 кг простого источника углерода, чаще всего сахара, патоки или пшеничных отрубей, чтобы сдвинуть общее соотношение с 9-10 к одному, которое дает один корм, до нужных 12-15 к одному.

Разберем на примере. Ферма кормит партию креветки 20 кг корма в сутки. По простой формуле это значит от 10 до 20 кг подкормки углеродом в сутки, в зависимости от того, насколько активно уже наросла бактериальная масса и насколько высокий аммоний в воде на момент расчета. На старте цикла, пока бактериальная масса еще не разрослась, дозу берут ближе к нижней границе и наращивают по факту анализа аммония, а не сразу по верхней границе: избыток углерода без соответствующего роста бактерий тоже создает проблему, о которой ниже.

Источник углеродаОсобенность применения
Патока (меласса)Быстро доступна бактериям, стандартный выбор в большинстве описанных ферм
СахарЧистый и предсказуемый по содержанию углерода источник, легко дозировать
Пшеничные отруби, мукаДешевле сахара и патоки, но разлагаются медленнее, эффект на соотношение азота растянут во времени
Углерод добавляют не разово, а постоянно вслед за кормлением: это не настройка на старте цикла, а рутинная операция каждый день до самого конца выращивания. Пропуск нескольких дней подкормки при активном кормлении рыбы сдвигает соотношение обратно к азотистому перекосу, и хлопья быстро теряют способность держать аммоний под контролем.

Ориентир для контроля результата, а не только для дозирования на входе: когда общий аммонийный азот в воде превышает примерно 1 мг/л, это сигнал добавить углерод более узко нацеленным разовым соотношением, около 6 к одному, чтобы быстро сбить скачок, а не ждать, пока сработает плановая суточная доза.

Осадочная камера и вывод лишней взвеси

Хлопья бактерий растут постоянно, и если их не выводить из системы, взвесь превышает рабочий диапазон и начинает забирать кислород сама на себя, вместо того чтобы чистить воду. Для контроля объема твердой фазы применяют простой полевой тест: пробу воды отстаивают в мерном конусе и через определенное время смотрят, сколько миллилитров осадка выпало на литр пробы.

Для этого используют отдельную осадочную камеру, куда откачивают часть потока на очистку, а осветленную воду возвращают обратно в бассейн. В одном из отраслевых испытаний на креветке камеру объемом 60 литров ставили рядом с производственным бассейном объемом 1 м³, то есть на объем порядка нескольких процентов от бассейна: чем интенсивнее ферма кормит и чем плотнее посадка, тем больше требуется доля осветления, и точный объем камеры каждая ферма подбирает опытным путем по своей плотности посадки, а не берет с готовой таблицы.

Отдельно важно не переусердствовать: слишком агрессивное осветление вычищает не только лишнюю взвесь, но и саму рабочую бактериальную массу, которая держит соотношение углерода к азоту. Осадочную камеру настраивают так, чтобы снимать именно избыток, а не весь флок подряд.

Пропуск этого узла или его недостаточный объем, частая ошибка новичков в биофлоке: кажется, что мутная вода и есть весь смысл технологии, и взвесь никто не убирает. На деле избыток твердой фазы душит систему по кислороду ничуть не хуже, чем ее нехватка на старте, только вместо голодных бактерий систему топит их же переизбыток.

Опреснение против пересола: чем биофлок креветки отличается от биофлока тиляпии

Хотя оба вида терпят мутную воду, требования к самой воде у них разные, и путать схемы нельзя. Ваннамей, морская креветка, для роста и, что важнее, для стабильности всей микробной системы предпочитает соленую или солоноватую воду, тогда как тиляпия растет в пресной воде и переносит биофлок в ней же.

ПараметрБиофлок с ваннамейБиофлок с тиляпией
ВодаСоленая или солоноватаяПресная
Плотность посадки150-250 постличинок на м²200-300 мальков на м³
Устойчивость к мутностиВысокая, кормится флоком активноВысокая, всеядна и живуча к плохой воде
Типичная проблема хозяйстваКонтроль солености при доливе пресной воды на испарениеКонтроль перенаселения при высокой плотности посадки

Смешивать оборудование и схемы дозирования углерода между этими двумя направлениями без пересчета не стоит: разная плотность посадки и разная биомасса на объем воды означают разную скорость накопления азота и, соответственно, разную суточную дозу подкормки углеродом.

Типичные ошибки запуска биофлока и их цена

ОшибкаЧто происходитЧем это грозит
Запустили полную плотность посадки сразу, не дав бактериальной массе нарастиАммоний растет быстрее, чем гетеротрофные бактерии успевают его перерабатыватьОтравление молоди аммиаком в первые недели цикла, потеря части посадочного материала
Забыли про резервное питание аэрацииЛюбой перебой электричества останавливает подачу воздуха сразу для всей массы бактерий и рыбыЗаморная гибель партии за часы, а не за дни, в отличие от прозрачной УЗВ
Не убирали лишнюю взвесь через осадочную камеруТвердая фаза накапливается сверх рабочего диапазонаХлопья сами начинают забирать кислород на разложение вместо того, чтобы чистить воду
Добавляли углерод нерегулярно, по настроению, а не по кормлениюСоотношение углерода к азоту скачет то вверх, то внизСистема то теряет контроль над аммонием, то перекармливает бактерий сверх меры
Смешали схему для соленой и пресной водыВид рыбы или креветки не подходит выбранным параметрам водыЗамедленный рост, повышенная восприимчивость к болезням

Экономика: во что обходится биофлок по сравнению с обычной УЗВ

Прямое сравнение стоимости на объем воды не всегда честное, потому что технологии решают разные задачи, но общую логику затрат сравнить можно.

Статья затратУЗВ с биофильтромБиофлок
Стоимость запуска узла очисткиОтдельный биофильтр с загрузкой, насос рециркуляции через негоДешевле на старте: отдельный узел не нужен, очистка идет в самом бассейне
Расход на аэрациюСчитается отдельно на рыбу и на биофильтрВыше в пересчете на объем воды из-за нагрузки на весь объем сразу
Расход кормаТолько покупнойЧастично ниже за счет поедания хлопьев
Расход на подкормку углеродомНе требуетсяПостоянная статья расхода, патока или сахар каждый день
Риск при аварии электричестваУмеренный, запас времени большеВыше, запас времени на реакцию короче

Итог: экономия на биофильтре и частично на корме компенсируется постоянным расходом на углеродную подкормку и более дорогим требованием к резервному питанию аэрации. Для крупной фермы под тиляпию или ваннамей с плотной посадкой это часто выгоднее в пересчете на килограмм товарной продукции, а для небольшого любительского или полутоварного хозяйства без гарантированного резервного питания риск полной потери партии при аварии может перевесить экономию на биофильтре.

Запуск цикла по шагам: от чистой воды до рабочего флока

Флок не появляется сразу после заливки бассейна, ему нужно время на разгон бактериальной массы, и торопить этот этап дороже, чем подождать лишнюю неделю.

  1. Заливка и стартовое кормление без рыбы. Бассейн заполняют водой, вносят первую дозу углеродного источника и, если есть, стартовую культуру бактерий или готовый рабочий флок с уже действующей фермы. Без рыбы бактериям не с чего брать азот, поэтому на этом шаге в воду вносят небольшую дозу источника аммония отдельно, либо запускают минимальную пробную партию молоди.
  2. Наращивание бактериальной массы. В течение одной-двух недель воду ежедневно подкармливают углеродом по формуле выше и следят за прозрачностью: вода должна постепенно мутнеть, а не оставаться прозрачной. Аммоний и нитрит в этот период проверяют чаще, чем в устоявшемся цикле, потому что бактериальная масса еще не набрала мощность переработки.
  3. Постепенный вывод на плотность посадки. Молодь или постличинку запускают не сразу на целевую плотность, а частями, давая бактериальной массе успевать за растущей нагрузкой по азоту. Резкий скачок плотности на неразогнанном флоке, частая причина ранних потерь, разобранная в таблице ошибок выше.
  4. Выход на рабочий режим. Когда вода устойчиво мутная, объем осевшей взвеси стабилен, а аммоний и нитрит держатся в норме при полной плотности посадки, цикл переходит в рабочий режим: дальше это рутина ежедневной подкормки углеродом, контроля взвеси и аэрации без перебоев до самого выхода на товарный вес.

Разгон флока с нуля занимает недели, а его потеря, как показано выше, часы. Из этой асимметрии следует практический вывод: резервное питание аэрации и контроль за перебоями важнее на протяжении всего цикла, а не только в первые дни, потому что откатиться на первый шаг после аварии обходится в те же недели заново.

Частые вопросы

Можно ли перевести уже работающую УЗВ с биофильтром на биофлок?

Технически да, но это не переключатель, а перезапуск: соотношение углерода к азоту, плотность посадки и требования к аэрации меняются полностью, а прозрачная вода с биофильтром и мутная вода биофлока плохо совместимы в одном объеме. Проще запускать биофлок как отдельный новый бассейн, чем переделывать уже работающий узел с биофильтром.

Что делать, если вода вдруг посветлела сама по себе?

Резкое осветление посреди цикла обычно значит, что бактериальная масса погибла или осела, чаще всего из-за резкого перепада температуры, попадания дезинфицирующего средства или долгого перебоя аэрации. Это сигнал немедленно проверить кислород и аммоний: система в этот момент временно теряет способность перерабатывать азот, и без биофильтра как резервного механизма аммоний может скакнуть очень быстро.

Нужен ли отдельный биофильтр про запас на случай проблем с флоком?

В большинстве описанных ферм отдельного биофильтра именно как резерва не держат, экономика технологии строится на его отсутствии. Вместо этого резервируют аэрацию и электричество, потому что именно остановка воздуха, а не потеря бактериальной массы как таковая, чаще всего убивает партию в биофлоке.

Насколько сложно контролировать соленость в пресноводном биофлоке с тиляпией?

Пресноводный биофлок соленость специально не поддерживает, в этом и разница с ваннамей. Контроль там нужен по другим параметрам: pH обычно снижается быстрее, чем в прозрачной УЗВ, из-за активного дыхания бактериальной массы, и его нужно проверять чаще и корректировать известкованием при необходимости.

Чеклист запуска и ведения биофлока

  • Аэрация рассчитана на рыбу или креветку и отдельно на бактериальную массу, с запасом, а не впритык.
  • Есть резервное питание для аэраторов, рассчитанное на реальное время устранения аварии, а не на десять минут.
  • Плотность посадки наращивается постепенно, а не выводится на максимум с первого дня.
  • Подкормка углеродом идет каждый день вслед за кормлением по рассчитанной суточной норме.
  • Объем осевшей взвеси в пробе проверяется регулярно, лишнее выводится через осадочную камеру.
  • Вид рыбы или креветки и параметры воды (соленость, температура) соответствуют выбранной схеме биофлока.
  • pH и аммоний проверяются чаще, чем в прозрачной УЗВ с биофильтром: резервного узла очистки здесь нет.

Подберем контроль под ваше хозяйство

В Аквастраже проверен канал температуры. Контроль питания, насоса и аэрации обсуждаем отдельно: сначала выбираем датчик и проверяем канал на площадке. Опишите один бассейн или узел, предложим состав бета-комплекта и смету.

Обсудить бета-комплект

Источники

The Fish Site, Ten easy steps towards biofloc production of shrimp or tilapia: соотношение углерода к азоту 12-15 к одному против 9-10 у обычного корма, потребление кислорода бактериальной массой до 6 мг на литр в час, от 30 до 200 лошадиных сил аэраторов на гектар, риск выброса аммиака бактериями при нехватке кислорода после отключения питания, плотность посадки 150-250 постличинок на м² для креветки и 200-300 мальков на м³ для тиляпии: thefishsite.com.
Пороги взвеси для систем с биофлоком и для прозрачной УЗВ разобраны с источником в статье взвесь и мутность.
Carbon-nitrogen ratios in pond fertilization and biofloc systems, Responsible Seafood Advocate. Отсюда взяты соотношение углерода к азоту 12-15 к одному для развития гетеротрофов и норма подкормки сахаром 0,5-1 кг на каждый килограмм скормленного корма: globalseafood.org.
Settling chambers remove suspended solids, but limit biofloc in shrimp system, Responsible Seafood Advocate. Отсюда взят пример осадочной камеры на 60 литров рядом с производственным бассейном на 1 м³ и измерение взвеси конусом Имхоффа: globalseafood.org.

Рядом в разделе