Виды биозагрузки для биофильтра: что выбрать по площади и весу

За словом биозагрузка на рынке скрывается десяток разных по форме материалов: плавающие пластиковые чипсы и кольца, маты из спутанного волокна, щетки, ерши, керамические кольца, бисерная загрузка. Все они дают бактериям поверхность для нитрификации, но удельная площадь на литр объема у них различается в разы, и цена продавца часто привязана не к реальной рабочей площади, а к объему упаковки или к громкому названию модели.

Как посчитать нужный объем биофильтра под свой суточный корм и по какой формуле переводить площадь загрузки в скорость снятия аммиака, разобрано в статье биозагрузка для УЗВ. Про конструкцию самого фильтра, капельный, MBBR, погружной или псевдоожиженный слой, отдельная статья типы биофильтров.

Плавающие пластиковые элементы: чипсы, кольца, звездочки

Самая распространенная форма загрузки для MBBR, то есть подвижного слоя, который перемешивается потоком воды или воздуха. Элементы формуют из полиэтилена высокой плотности в виде маленьких цилиндров или колец с внутренними перегородками, которые увеличивают площадь без увеличения габарита элемента. Плотность материала обычно чуть ниже плотности воды, около 0,95-0,96 г/см3, поэтому такая загрузка плавает и требует сетки удержания сверху емкости, иначе уходит вместе с потоком в систему.

По данным одного из российских производителей, элемент типа Natrix M2 дает удельную площадь 195-200 м2/м3 при плотности загрузки около 4200 штук на кубометр и свободном объеме (пустотности) около 91%: высокая пустотность важна, потому что именно она позволяет воде и воздуху свободно проходить между элементами, не создавая застойных зон.

Ершовая и щеточная загрузка

Ершовая загрузка это гибкий стержень с ворсом из полипропиленовой нити, похожий на ерш для мытья бутылок, только длиной от полуметра до полутора метров и толщиной в несколько сантиметров. Щетки устроены похоже, но чаще собраны в плоские или цилиндрические кассеты. Оба варианта неподвижны, крепятся вертикально или горизонтально в корпусе фильтра, и вода проходит между ворсинками самотеком или под небольшим напором.

Площадь ерша и щетки сильно зависит от густоты ворса и производителя: у продавцов встречается заявленная удельная площадь от 150 до 300 м2/м3 приведенного объема кассеты, но эта цифра менее устойчива, чем у формованных пластиковых элементов, потому что ворс со временем сминается потоком и частично теряет рабочую поверхность. Плюс конструкции: щетки и ерши проще всего чистить руками, вынул кассету, промыл струей, поставил обратно, без разборки корпуса фильтра.

Маты из спутанного волокна (типа Matala)

Маты представляют собой лист спутанного полиэфирного или полипропиленового волокна разной плотности, от рыхлого крупнопористого слоя до плотного мелкопористого. Их часто ставят слоями по нарастающей плотности: сначала крупнопористый слой ловит крупную взвесь, затем более плотные слои дорабатывают мелкую муть и параллельно служат биологической загрузкой для бактерий. Такая загрузка совмещает механическую и биологическую функцию в одном материале, в отличие от чипсов или ершей, которые работают преимущественно как биологическая поверхность.

Удельная площадь мата определяется плотностью волокна и заявляется производителями по-разному, но главное практическое свойство не площадь, а способность держать взвесь: плотные слои забиваются заметно быстрее плавающих чипсов и щеток и требуют более частой промывки или замены, особенно если перед матом нет нормальной механической очистки воды.

Керамические кольца и керамзит

Керамические кольца и обожженный керамзит используют реже в промышленных УЗВ и чаще в небольших фильтрах, аквариумах и садовых прудах. Материал пористый на микроуровне, то есть площадь складывается не только из внешней геометрии кольца, но и из внутренних пор самого черепка, поэтому у качественной керамики удельная площадь может быть выше, чем кажется по размеру гранулы. Обратная сторона: керамика тяжелее пластика в разы, тонет плотным слоем на дне емкости, и если под слоем нет равномерной раздачи воздуха или воды, у дна образуются застойные зоны без циркуляции.

Бисерная загрузка (bead)

Бисерная загрузка это мелкие плавающие пластиковые шарики или гранулы диаметром несколько миллиметров, засыпанные плотным слоем в отдельный корпус фильтра. За счет мелкого размера гранул удельная площадь на объем у бисерной загрузки одна из самых высоких среди распространенных типов, ориентировочно 1150-1475 м2/м3 по отраслевым данным, что позволяет делать компактный биофильтр под приличную нагрузку. Плата за компактность: бисер требует обратной промывки, как песочный фильтр, а не простого ополаскивания, и хуже переносит поступление крупной взвеси, если перед ним нет нормальной механической очистки.

Специализированные насадки для промышленной очистки (IFAS, MBBR высокой плотности)

Отдельная категория носителей рассчитана на промышленную очистку сточных вод и технологию IFAS, где биопленка растет не на подвижных элементах в чистом виде, а на плотных ячеистых носителях с очень высокой удельной площадью. По данным производителей таких носителей, площадь может доходить до 4500 м2/м3 и выше у одних моделей и свыше 5500 м2/м3 у других, что в несколько раз выше типичной плавающей MBBR-загрузки для рыбоводных УЗВ. На фермах такие носители встречаются редко из-за цены и из-за того, что для рыбоводной нагрузки обычный MBBR или капельная загрузка справляются с достаточным запасом без переплаты за экстремальную компактность.

Отечественная и импортная загрузка: в чем разница на практике

На рынке одновременно продается загрузка российского производства из полиэтилена марок вроде HD 85610 или Ставролен, и загрузка, завезенная из-за рубежа под собственными названиями моделей. Принципиальной разницы в физике процесса нет: и там, и там задача одна, дать нитрифицирующим бактериям устойчивую поверхность. Разница практическая: у отечественных производителей проще и быстрее решаются вопросы допоставки, замены партии или консультации по расчету объема под конкретный корм, а у части импортных моделей заявлена более сложная геометрия элемента и, соответственно, более высокая удельная площадь на тот же объем. При выборе стоит сверять не страну происхождения, а именно заявленную методику измерения площади и то, подтверждена ли она независимым источником, а не только каталогом продавца.

Биозагрузка для очистных сооружений и загрузка для рыбоводной УЗВ: не всегда взаимозаменяемы

Часть загрузки, которая продается под запрос "биозагрузка для очистных сооружений", рассчитана на канализационные стоки и септики, где состав воды, температура и время контакта отличаются от рыбоводной УЗВ: в стоках обычно выше органическая нагрузка и ниже требования к скорости реакции бактерий на изменение аммиака. Такая загрузка физически подходит и для УЗВ, если у нее подходящая удельная площадь и материал устойчив к воде с рыбой, но нормы расчета объема для стоков и для рыбоводства разные, и переносить формулу септика на бассейн с рыбой без пересчета по факту суточного корма нельзя.

Пошагово: как собрать ершовую загрузку своими руками

1. Возьмите полипропиленовый шнур или готовые щетки для ершей нужного диаметра, устойчивые к постоянному контакту с водой.
2. Нарежьте или соберите отрезки по высоте корпуса фильтра с запасом 3-5 см на крепление сверху и снизу.
3. Закрепите вертикально на раме или горизонтально в кассете так, чтобы между соседними ершами оставался зазор для свободного прохода воды, а не плотная набивка.
4. Оставьте технологический зазор у стенок корпуса, чтобы вода не уходила мимо загрузки по свободному пространству у края, так называемый байпас потока.
5. После монтажа дайте загрузке обрасти биопленкой перед посадкой рыбы на рабочую плотность, порядок запуска биофильтра разобран в статье про принцип его работы.

Сравнение видов биозагрузки в одной таблице

Разброс по удельной площади у плавающих чипсов и колец в таблице большой, от 195 до 600 м2/м3, потому что под одним и тем же общим названием, кольца или чипсы для MBBR, разные производители формуют элементы разной геометрии: чем сложнее внутренние перегородки элемента, тем выше площадь при том же внешнем размере, и тем выше обычно цена за литр загрузки. Именно поэтому два продавца с одинаковым названием модели могут предлагать физически разный товар, и сверять стоит не название, а паспортные цифры и материал.

Пошагово: как сравнивать предложения продавцов биозагрузки

1. Уточните, указана площадь общая (геометрическая) или защищенная: у части моделей защищенная площадь заметно ниже общей, а именно она ближе к реально работающей поверхности биопленки.
2. Спросите плотность материала и пустотность загрузки: слишком плотная засыпка без свободного пространства для движения воды и воздуха работает хуже паспортных цифр.
3. Сравнивайте цену не за литр объема упаковки, а за квадратный метр заявленной рабочей площади, приведенной к одной методике измерения, иначе сравнение бессмысленно.
4. Уточните материал: полиэтилен высокой плотности устойчив к большинству сред в УЗВ, а более дешевые полимеры могут деформироваться или крошиться от постоянного механического трения в потоке.
5. Проверьте, входит ли в комплект удерживающая сетка сверху для плавающей загрузки или решетка снизу для тонущей: без них загрузка со временем уходит в систему.

Как проверить, что загрузка реально работает, а не просто лежит в фильтре

Самый простой практический признак рабочей загрузки, устойчивое снижение аммиака и нитрита в воде после запуска фильтра при неизменной кормовой нагрузке. Если аммиак или нитрит держатся на повышенном уровне дольше нескольких недель после посадки рыбы на рабочую плотность, вероятная причина не сама загрузка, а недостаток кислорода в толще загрузки, слишком раннее увеличение нагрузки до созревания колонии бактерий, либо застойные зоны в конструкции фильтра, где вода фактически не омывает часть поверхности.

Визуально живая биопленка на плавающих элементах и на ершах выглядит как ровный буроватый или сероватый налет, покрывающий поверхность без резкого запаха гнили. Черный налет с запахом сероводорода обычно говорит о застойной зоне без кислорода, где вместо нитрифицирующих бактерий развились анаэробные процессы, и такой участок загрузки нужно промыть и разобраться с подачей воды или воздуха именно туда.

Пересадка и замена загрузки без потери колонии бактерий

Когда встает вопрос увеличения объема биофильтра или замены части загрузки на более компактную с высокой площадью, полностью менять всю загрузку разом рискованно: колония бактерий на старой загрузке созревала неделями, и резкая замена всего объема сразу способна временно обрушить нитрификацию до нуля. Практика, которая снижает риск, замена частями, например по четверти объема загрузки за один заход с интервалом в одну-две недели, чтобы оставшаяся зрелая биопленка успевала подхватить нагрузку, пока новая часть только заселяется бактериями.

Что забивается быстрее всего на практике

• Плотные маты и бисерная загрузка забиваются быстрее всего, если перед ними нет нормальной механической очистки: они одновременно работают и как биофильтр, и как ловушка взвеси, и вторая функция быстро съедает пропускную способность.
• Керамические кольца и керамзит засоряются медленнее по поверхности, но при неравномерной раздаче потока у дна слоя образуются застойные зоны, где ил накапливается, а вода почти не движется.
• Плавающие чипсы и кольца в целом наименее чувствительны к взвеси среди перечисленных, если аэрация или поток достаточны для постоянного перемешивания элементов, но крупный мусор все равно способен забить внутренние перегородки элемента.
• Ерши и щетки при регулярной ручной промывке держатся дольше остальных типов именно потому, что их проще всего снять и почистить без разборки всего фильтра.

Плавающая или тонущая: что легче обслуживать в самодельном фильтре

Плавающая загрузка удобна тем, что вся масса элементов держится у верхней сетки одним слоем, и для беглого осмотра или частичной выемки достаточно снять крышку фильтра. Минус в том, что при остановке подачи воздуха или потока плавающие элементы перестают перемешиваться и слипаются плотной шапкой у поверхности, теряя часть рабочей площади до восстановления движения. Тонущая загрузка ведет себя иначе: она равномерно лежит слоем на дне или на решетке в толще воды независимо от того, работает аэрация или нет, но для осмотра или чистки нижнего слоя приходится либо сливать часть воды, либо доставать загрузку целиком через ревизионный люк.

Для небольших самодельных фильтров из бочек и еврокубов практичнее плавающая загрузка или ерши, закрепленные на съемной раме: и то и другое вынимается для осмотра и промывки без слива всего объема емкости, в отличие от насыпной тонущей загрузки, которую приходится вычерпывать вручную.

Вес и нагрузка на конструкцию фильтра

Плавающая пластиковая загрузка, чипсы, кольца, бисер, весит немного и не создает большой статической нагрузки на дно и стенки емкости, что важно для самодельных фильтров из бочек или еврокубов с не самым прочным дном. Керамические кольца и керамзит в мокром состоянии заметно тяжелее: кубометр насыпной керамики способен весить в разы больше, чем кубометр пластиковых элементов, и корпус фильтра под керамику нужно закладывать с запасом прочности с самого начала, а не докупать усиление постфактум.

Расчет: сколько разных видов загрузки нужно на один и тот же объем корма

Возьмем условную ферму с суточным кормлением 40 кг корма с содержанием белка 40%. Суточное производство TAN оценивается как 3-5% от массы скормленного белка, то есть примерно 480-800 г TAN в сутки (расчет и источник формулы в статье про биозагрузку для УЗВ). Дальше объем загрузки под эту нагрузку зависит от того, какую скорость снятия TAN закладывать для конкретного вида загрузки:

Цифры VTR те же, что и в отраслевом источнике по биозагрузке для УЗВ, приведены здесь для сравнения именно объема готового фильтра под одну и ту же нагрузку: разница почти в четыре раза при выборе между ершовой и плавающей MBBR-загрузкой сопоставимой конструкции.

Частые вопросы

Какая биозагрузка лучше для домашней УЗВ на 5-10 кубов

Для небольшой установки чаще берут плавающие чипсы или кольца в MBBR-реакторе либо ершовую загрузку в простом самодельном фильтре: обе формы не требуют сложного обслуживания и доступны небольшими объемами, в отличие от промышленных носителей высокой плотности, которые рассчитаны на объемы совсем другого масштаба.

Можно ли смешивать разные виды биозагрузки в одном фильтре

Технически можно, например маты для механики плюс чипсы для биологии в отдельной секции, но смешивать разные плавающие элементы в одном свободном объеме без разделения не имеет смысла: элементы разной плотности и формы неравномерно перемешиваются потоком, и часть загрузки может осесть в углах без движения.

Почему у одной и той же модели загрузки разные продавцы указывают разную площадь

Часто путают общую (геометрическую) площадь элемента с защищенной, то есть той частью поверхности, что спрятана от истирания в ребрах и реально держит стабильную биопленку. Разница между этими двумя цифрами для одной и той же модели может достигать 30-40%.

Нужно ли менять биозагрузку со временем или она работает вечно

Плавающие пластиковые элементы и керамика служат годами без деградации материала, если не крошатся механически. Ерши, щетки и маты из волокна изнашиваются заметнее: ворс сминается, волокно теряет упругость, и через несколько лет активной работы часть заявленной площади реально теряется.

Что делать, если после промывки нитрификация просела

Небольшая просадка на несколько дней после промывки нормальна, часть биопленки на поверхности снимается механически вместе с илом. Держать под контролем аммиак и нитрит в эти дни стоит внимательнее обычного и не увеличивать кормление, пока показатели не вернутся к норме, обычно это занимает от нескольких дней до недели в зависимости от того, насколько жестко промывали загрузку.

Есть ли смысл переплачивать за загрузку с максимальной площадью

Не всегда: если места в корпусе фильтра достаточно и компрессор уже подобран под средний расход воздуха, дешевая загрузка с площадью 200-300 м2/м3 в большем объеме может обойтись дешевле, чем компактная дорогая загрузка с площадью свыше 1000 м2/м3 в меньшем объеме. Переплата за максимальную компактность оправдана в первую очередь там, где физически не хватает места под фильтр, а не как правило по умолчанию.

Чеклист выбора биозагрузки

• Уточнена методика измерения площади у продавца: общая или защищенная, и по какому стандарту она посчитана.
• Перед биофильтром стоит нормальная механическая очистка, иначе любая загрузка забьется быстрее паспортного срока, независимо от заявленной площади.
• Учтен вес насыпной загрузки в мокром состоянии при расчете прочности корпуса фильтра, особенно для керамики и керамзита.
• Для плавающей загрузки предусмотрена удерживающая сетка сверху, для тонущей решетка снизу, иначе загрузка постепенно уходит в систему вместе с потоком.
• Цена сравнивается за квадратный метр реальной площади, а не за литр упаковки.
• При замене или увеличении объема загрузка меняется частями, а не вся сразу, чтобы не потерять созревшую колонию бактерий.

Источники

Удельная площадь 195-200 м2/м3, плотность 4200 шт/м3, пустотность 91% для загрузки Natrix M2, полиэтилен высокой плотности: metaplast-sp.ru, пластиковая биозагрузка.
Удельная площадь свыше 4500 м2/м3 и свыше 5500 м2/м3 для промышленных носителей биопленки: aquatechmarket.ru, биозагрузка Mutag BioChip.

Рядом в разделе