Объем бассейна для расчета биофильтра почти не нужен. Нужна суточная норма корма: именно из нее рыба и бактерии в фильтре получают свою нагрузку по аммиаку.
Новичок открывает справочник, находит норму "столько-то литров загрузки на кубометр бассейна" и на этом успокаивается. Ошибка вскрывается через месяц: одна и та же чаша на 5 кубов может кормить 3 килограмма форели в сутки, а может 15, и биофильтру от объема воды в бассейне ни холодно ни жарко. Работает он с тем, что в воду выделяет рыба, а выделяет она аммиак пропорционально не весу тела, а съеденному корму. Правильный расчет идет не от литров бассейна, а от кормового стола: сколько корма скармливается в сутки, сколько в нем белка, и сколько из этого белка рыба выбросит жабрами в виде аммиака.
Если плотность посадки для вашего вида еще не считана, сначала загляните в расчет плотности посадки: оттуда берется целевая биомасса и суточная норма корма, с которых начинается расчет ниже. Общий калькулятор проекта УЗВ, где биофильтр лишь одна из строк, разобран в статье расчет УЗВ, калькулятор.
Рыба не выделяет аммиак просто потому, что живет. Аммиак это побочный продукт переваривания белка: жабры выводят его в кровь и дальше в воду постоянно, и чем больше белка съедено за сутки, тем больше азота нужно куда-то деть. Отсюда прямое следствие: два хозяйства с одинаковым объемом бассейна, но разной плотностью посадки и разной суточной нормой корма, нуждаются в биофильтрах разного размера. И наоборот, маленький бассейн с высокой плотностью и обильным кормлением может требовать биофильтр крупнее, чем соседний бассейн вдвое большего объема, где рыбы посажено вполсилы.
Порядок расчета всегда один и тот же, независимо от вида рыбы: сначала суточная норма корма в килограммах, потом доля белка в этом корме, потом доля азота, который рыба реально выбрасывает в воду, а не усваивает в мясо, и только в конце пересчет полученной массы аммиака в объем или площадь загрузки конкретного типа биофильтра. Часть этой цепочки уже разобрана в статье про принцип работы биофильтра: там про то, что происходит внутри колонии бактерий. Здесь же разбирается именно арифметика: сколько нужно того самого объема или площади под конкретную ферму.
По опубликованным инженерным методикам расчета УЗВ ориентир такой: рыба выделяет в воду примерно 3 до 4 процентов массы съеденного корма в виде общего аммонийного азота, TAN, total ammonia nitrogen. То есть на каждый килограмм скормленного корма приходится порядка 30 до 40 грамм TAN, которые предстоит обезвредить биофильтру. Расчетный пример из отраслевого источника дает конкретную цепочку: суточный корм умножается на долю протеина в составе, дальше на долю азота, который уходит именно в отходы, а не в прирост массы, дальше на долю азота в белке и на коэффициент перевода азота в TAN. Итоговое число для рациона с 40 процентами протеина получается около 38 грамм TAN на килограмм корма в сутки, что укладывается в общий диапазон 30 до 40 грамм.
| Показатель | Типичное значение | Что с ним делать |
|---|---|---|
| Доля протеина в корме для товарной рыбы | 38 до 45% | Смотрите на упаковке корма, для форели и осетра обычно выше, чем для карпа |
| TAN на килограмм корма | 30 до 40 г | Берите верхнюю границу, если корм высокобелковый или точный состав неизвестен |
| Целевой TAN в воде бассейна | не выше 1 до 2 мг/л | Ниже, если рыба чувствительная к аммиаку на этой стадии, например личинка |
Разница между аммиаком безопасным и токсичным для рыбы, и как она зависит от pH и температуры, отдельно разобрана в статье норма аммиака в воде для рыбы. Если под рукой нет времени на расчет вручную, готовые формулы для перевода миллиграмм на литр в граммы в сутки собраны в калькуляторе аммиака: он пригодится на шаге проверки, который описан ближе к концу этой статьи.
Цепочка расчета выглядит так. Сначала берется суточная норма корма в килограммах, она уже должна быть посчитана под целевую биомассу и вид рыбы. Дальше эта цифра умножается на долю TAN от массы корма, взятую из таблицы выше, обычно 0,035 как средняя точка диапазона 0,03 до 0,04. Получается суточная нагрузка TAN в граммах, которую биофильтру предстоит переработать.
Дальше нагрузка TAN делится на объемную производительность загрузки, VTR, volumetric TAN removal rate, измеряемую в граммах TAN на кубометр загрузки в сутки. У разных типов биофильтра эта производительность отличается на порядок: у капельного, орошаемого биофильтра она ниже, у загрузки в псевдоожиженном слое, movingbed, выше за счет того, что вода постоянно перемешивает гранулы и подводит к бактериям больше кислорода и субстрата за единицу времени. Результат деления это и есть требуемый объем биозагрузки в кубометрах. Как выбрать саму загрузку под этот объем, с удельной площадью и ценами на разные типы, разобрано отдельно в выборе биозагрузки.
Возьмем хозяйство на форель с суточным кормлением 20 килограмм корма. По формуле выше нагрузка TAN получается 20 умножить на 35 грамм, это 700 грамм TAN в сутки. Дальше нужно решить, какой тип загрузки ставить.
| Тип загрузки | Производительность, г TAN на м³ в сутки | Требуемый объем на 700 г TAN в сутки |
|---|---|---|
| Капельный (орошаемый) биофильтр | около 90 | около 7,8 м³ |
| Загрузка в псевдоожиженном слое (movingbed) | около 350 | около 2,0 м³ |
Разница в четыре раза в требуемом объеме объясняет, почему малые и средние хозяйства почти всегда ставят движущуюся загрузку в аэрируемой емкости, а не капельный фильтр: тот же результат по азоту занимает в разы меньше места и проще встраивается в компактную обвязку. Капельная схема остается там, где важна простота обслуживания без движущихся частей и место не критично, например на крупных станциях с отдельным зданием под биофильтрацию.
Готовый объем это еще не конец расчета. К нему принято добавлять запас, а не ставить впритык: ниже отдельный раздел про то, зачем и сколько.
Полученные 2 кубометра загрузки не значит два кубометра пустой емкости. Для загрузки в псевдоожиженном слое инженерное правило: сама загрузка не должна занимать больше 60 до 70 процентов объема реактора, иначе воде и воздуху от аэратора некуда двигать гранулы, и часть загрузки перестает толком контактировать с водой, превращаясь в мертвый груз. Отсюда пересчет: если по TAN нужно 2 кубометра загрузки, сама емкость биофильтра должна быть на 2 деленное на 0,65 около 3,1 кубометра, чтобы загрузка занимала долю, при которой слой действительно ожижается.
Расчет по средней суточной норме корма занижает реальную нагрузку в двух моментах: рыба растет, и корм за сутки распределяется неравномерно. Разбор по шагам, как заложить оба запаса без переразмеривания фильтра.
Скорость нитрификации у нитрифицирующих бактерий заметно падает при понижении температуры: цифры VTR из таблицы выше приводятся для рабочего диапазона, обычно около 20 до 25 градусов. При падении температуры до 10 до 12 градусов, что типично зимой для хозяйств без подогрева, реальная производительность той же загрузки снижается ощутимо, иногда в полтора два раза относительно паспортной цифры при оптимальной температуре. Это значит, что фильтр, рассчитанный впритык на летний режим, зимой может не справляться при той же биомассе и норме корма, хотя формально ничего в системе не менялось.
Отсюда практический вывод: если хозяйство работает круглый год без подогрева воды, расчетную нагрузку стоит проверять на минимальную зимнюю температуру, а не на комфортную летнюю, и запас по объему загрузки в такой ситуации брать по верхней границе, 25 процентов, а не по нижней. Стабильная температура воды напрямую влияет и на работу остальных узлов, поэтому контроль температуры на объекте, например через датчики, которые шлют тревогу при выходе за диапазон, экономит не только рыбу, но и нервы: если температура в помещении с биофильтром падает ночью из-за отключения отопления, вы узнаете об этом раньше, чем всплывет нитрит.
Недосчитанный биофильтр не ломается сразу и эффектно, он копит проблему. Первые дни или недели после превышения расчетной нагрузки вода выглядит нормально: аммиак-тест еще не показывает превышения, потому что часть азота накапливается в толще загрузки, а не сразу в воде. Дальше следует классическая картина: сначала растет аммиак, потому что первая стадия нитрификации не успевает окислить весь приток, потом, когда аммиакокисляющие бактерии частично адаптируются, аммиак снижается, а вверх идет нитрит, потому что вторая стадия, окисление нитрита в нитрат, отстает еще сильнее из-за меньшей скорости роста этой группы бактерий.
Переразмеренный биофильтр опасен по-другому: он не вредит рыбе напрямую, но означает переплату за загрузку, емкость и аэрацию, которые не используются. Отдельная скрытая проблема переразмеренного фильтра, при низкой нагрузке скорость потока воды через загрузку падает, часть объема превращается в застойную зону, где может начаться денитрификация с выделением сероводорода вместо чистой доочистки воды. Поэтому цель расчета не максимальный запас любой ценой, а разумный запас 15 до 25 процентов, о котором шла речь выше.
Справочники и продавцы оборудования любят простое правило вида "литр загрузки на литр воды в бассейне". Такое правило работает только как очень грубая прикидка при одинаковой для всех плотности посадки и одинаковой норме кормления, а на практике плотность у разных хозяйств отличается в разы. Хозяйство с высокой плотностью посадки, разобранной в статье про расчет плотности, при том же объеме бассейна кормит в несколько раз больше корма на кубометр воды, чем хозяйство с осторожной плотностью, и, соответственно, нуждается в кратно большем биофильтре при формально одинаковом бассейне.
Правильный порядок такой: сначала целевая биомасса и плотность посадки, из них суточная норма корма, и только из корма, объем биофильтра. Объем бассейна в этой цепочке не участвует вообще, разве что как ограничитель сверху: если бассейн физически не вмещает нужную биомассу, вопрос решается на уровне плотности посадки или количества бассейнов, а не подгонкой формулы биофильтра под воду, которая уже есть.
Вторая частая ошибка, симметричная первой: расчет ведется по стартовой биомассе на момент зарыбления, а не по конечной на выходе из цикла откорма. За производственный цикл биомасса и, соответственно, суточная норма корма вырастают в разы, иногда на порядок, если хозяйство запускает партию с малька. Если фильтр рассчитан на стартовые цифры и не пересматривается по ходу цикла, к финишному откорму система упирается в потолок как раз тогда, когда рыба ближе всего к товарному весу и потеря партии обходится дороже всего.
Как строится график роста биомассы по циклу и на какие контрольные точки пересчитывать нагрузку на биофильтр заново, подробно разобрано в статье про производственный цикл УЗВ. Практический ориентир: пересчитывать нагрузку на фильтр не реже, чем раз в месяц активного откорма, и обязательно на пике корма перед плановой выбраковкой или переводом на финишный рацион.
Формула на бумаге не заменяет контроль по факту: расчет дает стартовую точку, а дальше систему проверяют по реальным пробам воды. Порядок проверки после запуска или после увеличения нагрузки такой:
Если после проверки цифры расходятся с расчетом заметно, а не на десять процентов, стоит вернуться к исходным данным: чаще всего причина в неверно взятой доле протеина в корме или в заниженной реальной биомассе, а не в ошибке самой формулы.
Формула одна на всех, но исходные цифры для подстановки заметно отличаются по видам, и если взять чужие цифры не глядя, ошибка растет кратно. Ниже ориентиры, с которых стоит начинать прикидку, а точный состав всегда смотреть на упаковке конкретного корма, который реально используется на ферме.
| Вид | Протеин в корме на откорме | Особенность для расчета биофильтра |
|---|---|---|
| Форель, лосось | 42 до 48% | Высокий протеин и низкая рабочая температура вместе поднимают требуемый объем загрузки заметнее, чем у теплолюбивых видов |
| Осетровые | 40 до 45% | Растут медленно, но кормовой стол на единицу биомассы сопоставим с форелью, недооценка частая именно из-за медленного визуального роста |
| Клариевый сом | 35 до 40% | Высокая плотность посадки, типичная для сомовых хозяйств, компенсирует более низкий протеин корма, суммарная нагрузка TAN на бассейн остается высокой |
| Тиляпия | 28 до 34% | Теплая вода и всеядность держат протеин ниже, но при этом теплая вода сама по себе повышает VTR загрузки, часть эффекта компенсируется |
| Карп | 25 до 32% | Самый низкий протеин из перечисленных, при равной биомассе требует заметно меньший биофильтр, чем форель или осетр |
Практический вывод из таблицы: при переносе готового расчета с одного хозяйства на другое смотреть не на объем бассейна и даже не на биомассу, а именно на пару протеин корма плюс рабочая температура. Ферма на тиляпии и ферма на форели с одинаковой биомассой в кубе воды нуждаются в разных биофильтрах, и разница может доходить до полутора двух раз не в пользу форели.
Можно как грубую прикидку, если норма кормления в процентах от биомассы для вашего вида и стадии уже известна и стабильна, тогда вес рыбы и корм связаны напрямую и результат почти совпадет. Но при смене рациона, стадии роста или температуры воды эта связь съезжает, поэтому итоговый расчет всегда лучше вести от фактической суточной нормы корма, а не от веса рыбы на весах.
Считать TAN отдельно по каждому виду и стадии, взяв для каждого свою суточную норму корма и, если известна, свою долю протеина, а потом просто сложить полученные граммы TAN в сутки. Общий биофильтр на несколько бассейнов подбирается по сумме нагрузок, а не по средней температуре по больнице.
Да, заметно, и по двум причинам сразу: форелевые корма обычно заметно белковее карповых, и форель как холодноводный вид часто держат на более низкой температуре, где производительность той же загрузки ниже. На практике переход на форель при той же биомассе почти всегда требует пересчета биофильтра заново, а не простого использования старого запаса.
Отдельный аварийный запас поверх обычных 15 до 25 процентов обычно не закладывают в объем биофильтра, потому что разовый залповый сброс корма или мертвой рыбы лечится не размером биофильтра, а быстрой физической уборкой из бассейна и, при необходимости, временным снижением кормления на день два, пока система не выровняется.
Быстро, за один два дня, обычно нельзя: новой загрузке нужны недели на заселение колонией бактерий в достаточном количестве, разбор запуска и сроков заселения приведен в статье про принцип работы биофильтра. Поэтому правильная тактика при обнаруженной нехватке объема, временно снизить кормление до уровня, который старый фильтр тянет, и параллельно наращивать новую загрузку, а не резко догружать бассейн рыбой в надежде, что фильтр как-нибудь справится.
Мы делаем сторожа, который следит за питанием, насосом и аэрацией и пишет вам в Telegram, пока рыба еще дышит. Сообщение приходит со звуком, даже если телефон в беззвучном. Базовый прибор стоит от 7 900 рублей, комплект считаем индивидуально под ваши бассейны. Напишите, что у вас за хозяйство, и подберем. Если увидим, что вам наш прибор не нужен, так и скажем.
Оставить заявку
Методика расчета объема биофильтра по нагрузке TAN, включая долю TAN от массы корма и объемную производительность капельной и movingbed загрузки: globalseafood.org.
Мнение и цифры по нитрификации в разных типах биофильтров, а также диапазон 0,5 до 1,0 г TAN на квадратный метр площади в сутки как консервативная оценка: researchgate.net.