Содержание к диссертации
стр.
ВВЕДЕНИЕ 5
Глава! ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 11
Способы очистки оборотной воды и аппараты для ее осуществления 12
История создания и развития рыбоводных установок с замкнутым циклом водоиспользования 30
Рыбоводство в замкнутых системах за рубежом 31
Отечественное рыбоводство в замкнутых системах 37
Другие аспекты рыбоводства в замкнутых системах 44
3. Утилизация образующегося осадка 48
Переработка жидкой и твердой фракций 48
Вермикультура, как способ утилизации органических отходов 53
4. Основные технологические принципы содержания гид-
робионтов в замкнутых системах 59
Температура воды 59
Гидрохимические показатели 63
Растворенный кислород 63
Углекислый газ 66
Активная реакция среды (рН) '. 67
Органическое загрязнение и группа азота 70
Другие показатели 74
Корма и методы кормления 77
Водообмен в бассейнах 81
Стрессовые факторы и болезни рыб 82
5. Внедрение новых объектов аквакультуры для товарного
выращивания в замкнутых системах 86
Выращивание осетровых 88
Выращивание тиляпий 96
Выращивание креветок 104
6. Полицикличное выращивание рыбы в замкнутых систе
мах ; 108
Заключение 113
Глава П. МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ 115
1. Общая схема и объем исследований 115
2. Установки, используемые дня исследований 117
Опытно-промышленная установка ЛНПО «Союз» 117
Рыбоводные установки ТЭЦ-22 АО «Мосэнерго» 119
3. Методики! проведения исследований 124
3.1. Гидрохимические показатели и температура воды 124
3.2. Другие методики исследований 126
4. Схемы опытов 127
4.1. Создание высокопродуктивных аппаратов и технологи
ческих схем установок 127
Общие закономерности 127
Развитие и жизнедеятельность биомассы активного ила в аэротенке+отстойнике 129
Отработка аппаратов и технологических схем УЗВ 130
4.2. Выращивание новых объектов аквакультуры и повыше
ние рыбопродукции бассейнов 131
Выращивание осетровых 131
Выращивание тиляпий 134
Выращивание креветок 135
4.3. Выращивание рыбы по схеме товарного полицикла 139
Общая схема выращивания рыбы в товарном полицикле 139
Практическая проверка предложенной схемы выращивания 141
4.4. Утилизация образующегося осадка 145
Утилизация твердой и жидкой фракций 146
Выращивание дождевых червей 147
Глава Ш. РЕЗУЛЬТАТЫ СОБСТВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ 149
1. Создание высокоэффективных аппаратов и технологиче
ских схем і установок 149
Исследования гидрохимических показателей 149
Фильтр для механической очистки воды 159
Аэротенкнотстойник для биологической очистки воды 162
Устройство и принцип работы 162
Развитие и жизнедеятельность биомассы активного ила в аэротенке-отстойнике 167
Денитрификатор-отстойник 177
Оксигенатор 178
Технологические схемы установок 180
^. 2. Внедрение новых объектов аквакультуры для товарного
выращивания в замкнутых системах 186
Выращивание осетровых 186
Выращивание тиляпий 197
Выращивание гигантской пресноводной креветки 206
3. Выращивание рыбы методом товарного полицикла 213
Выращивание карпа 213
Выращивание сибирского осетра 216
Выращивание нильской тиляпий 220
4. Утилизация образующегося осадка 223
Переработка жидкой и твердой фракций 223
Выращивание дождевых червей 230
5. Разработка технологической схемы безотходного рыбо-
ф водного комплекса 232
Глава IV. ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИС
СЛЕДОВАНИЙ 235
Оценка кшитальных'затрат 235
Объем и сїруктура себестоимости 235
Расчет годового экономического эффекта от использования результатов исследовании 239
Использование фалыпдна при выращивании сибирского осетра 239
Использование поликультуры с тилятшей 240
Выращивание рыбы по схеме товарного полицикла 240
Утилизация образующегося осадка 240
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 242
ф ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 245
РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ 248
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 249
! ПРИЛОЖЕНИЯ 327
Введение к работе
Одной из сложнейших и насущных проблем современного мира на рубеже второго и третьего тысячелетий является глобальное загрязнение окружающей среды, угрожающее не только отдельным экосистемам, странам и континентам, но и всей планете в целом.
На фоне растущего населения Земли, требующего соответствующего роста производства продуктов питания, происходит хищническое опустошение природных ресурсов, влекущее за собой исчезновение различных видов флоры и фауны, что также приводит к локальным экологическим катаклизмам, количество которых грозит перерасти в общемировую катастрофу.
Ученые всего мира справедливо задаются вопросом: что ждет нашу планету в ближайшее столетие, когда по прогнозам демографов численность ее жителей удвоится и достигнет 11 млрд. человек. Уже сейчас хронически голодают 750 млн. жителей нашей планеты [ 43 ].
Очевидно, что проблема сохранения экологического равновесия теснейшим образом переплетается с проблемой обеспечения увеличивающегося населения продуктами питания. Очевидно и то, что ушедшее тысячелетие завершает эпоху экстенсивной эксплуатации биосферы нашей планеты. Наступает предел процесса использования ее природных возможностей. Природа теряет свою уникальность, способность к самовосстановлению, тормозятся процессы развития и воспроизводства биологических ресурсов [ 43 ].
Все вышесказанное в полной мере относится к водным экосистемам, являющимся неотъемлемой частью биосферы и одними из главных источников пищевых ресурсов.
Так, например, уловы атлантическо-скандинавских сельдей сократились с 4 млн. тонн более чем в два раза, а большинство промысловых районов морского окуня полностью исчерпаны [ 91 ]. Зачастую сокращение чис-
ленности или полное исчезновение многих видов рыб объясняется не их переловом, а необратимыми изменениями биотопа [ 614 ].
Если в середине восьмидесятых годов 20 века международные организации прогнозировали, что общемировой вылов рыбы в 2000 году достигнет 100-200 млн. тонн [ 402, 730 ], то по данным 2000 года суммарная максимальная продуктивность мирового океана не превышает 125 млн. тонн [ 43 ], а мировое производство рыбы и водных объектов в 1997 году составило 35 млн. тонн.
В этой связи в мире ведутся интенсивные поиски возможностей снижения антропогенного воздействия на биосферу, сохранения ее целостности для будущих поколений, как главный залог существования человечества. Одновременно ведутся работы в области новых технологий производства продуктов питания, которые бы позволяли снижать нагрузки на естественные экосистемы.
При общей тенденции к сокращению рыбных запасов в морях и океанах планеты особое значение приобретает развитие аквакультуры.
Аквакультура - контролируемое человеком разведение и выращивание водных организмов с целью получения ценной пищевой, кормовой и технической продукции [ 144 ]. Для современного рыбного хозяйства она имеет не меньшее значение, чем для сельского хозяйства переход от охоты и собирательства к земледелию и животноводству [ 43 ].
Развитие мировой аквакультуры объективно свидетельствует о неуклонном росте ее удельного веса в общем балансе производства рыбной продукции [ 226, 436, 503 ]. Так, в 1975 г. аквакультура составляла около 11% от общего объема производства рабопродукции, в 1985 г. - 12,3%, в 1994 -20,6%, а в 1999 г. - 28%. Эффективность мирового рыболовства неуклонно снижается, его среднегодовой прирост остается на уровне не выше 1,1 млн. тонн [ 174 ].
Вместе с тем увеличение производства рыбы традиционными методами, основанными преимущественно на экстенсивном использовании природных ресурсов, имеет ряд определенных ограничений. Лимитирующими факторами выступают земельные и водные ресурсы, а также их экологическое состояние. Негативное влияние этих факторов проявляется особенно сильно в странах с развитой промышленностью и высокой плотностью населения. Характерным примером могут служить страны Европы [118, 567, 730 ], которые столкнулись с сокращением объема пресных вод, возрастающим их загрязнением и, как следствие, - с сокращением дальнейшего развития пресноводного рыбоводства.
В Дании для сокращения водопотребления, уменьшения загрязнения водоемов и минимизации риска внесения заболеваний все хозяйства по выращиванию лососей планируется перевести на рециркуляционное водоснабжение [ 700 ]. То же относится и к угревым фермам [ 580 ].
Политика сокращения потребления свежей воды для нужд агропромышленного комплекса, массовый приток иммигрантов и увеличение в связи с этим потребления продуктов аквакультуры на 20-25% поставили аналогичные проблемы перед Израилем [ 650 ].
На фоне неуклонного роста мировой аквакультуры, в России, в силу целого ряда известных социально-экономических причин, производство рыбы в аквакультуре сократилось почти в 5 раз, а выращивание карпа в 10 раз. Если максимальный уровень развития аквакультуры в нашей стране отмечался в 1990 г., когда было выращено 254,3 тыс. тонн рыбы, то к 1996 г. производство сократилось до 52,9 тыс. тонн [ 173 ]. В 1997 г. падение объемов выращивания рыбы было приостановлено [ 69 ]. Современная программа развития рыбного хозяйства России [ 325, 357 ] предполагает ускоренное развитие рыбоводства и увеличение производства рыбы по сравнению с 2000 г. на 250 тыс. тонн к 2005 г. При этом социальный заказ на пресноводную рыбу в России оценивается в 2,5-3 млн. тонн, тогда как предельные возможности прудо-
вого рыбоводства оцениваются в 1,25 млн. тонн, при средней рыбопродуктивности 25-30 ц/га [ 46 ]. Налицо огромный разрыв между спросом и возможностями производства. До конца 60-х годов 20 века для нужд прудового рыбоводства использовалось более 300 тыс. га земельных угодий, однако уже с 1970-80 гг. отвод земель под нужды рыбоводства сократился в 5 раз из-за дефицита земель, высокой стоимости компенсации за их изъятие. При этом ежегодно в товарном рыбоводстве использовалось 10 млрд. м3 воды (среднегодовой сток реки Урал) [ 469 ].
Таким образом, уже в конце восьмидесятых годов прошлого века стало очевидно, что дальнейшее наращивание прудовых площадей не рентабельно [405], а значительное увеличение производства рыбной продукции возможно только благодаря внедрению новых современных технологий.
В связи с этим во всем мире бурное развитие получила индустриальная аквакультура, в которой применяются высокие плотности посадки рыбы и достигается очень высокий выход ее с единицы объема или площади. При этом высшей формой развития индустриальной аквакультуры является выращивание рыбы и других гидробионтов в установках с замкнутым циклом водоиспользования (сокращенно УЗВ). Наш собственный опыт 20-летних исследований, а также работы других ученых показали, что при эксплуатации подобных установок достигается полная независимость производственного процесса от природно-климатических условий, а также его непрерывность, независимо от времени года. Благодаря этому появляется возможность выращивания практически любых видов гидробионтов во всех климатических зонах мира.
Оптимизация абиотических факторов среды обитания гидробионтов в замкнутых системах позволяет в 3-6 раз сократить время выращивания объектов, созревания производителей и формирования маточных стад, круглогодично получать жизнестойкую молодь и крупный посадочный материал для зарыбления искусственных и естественных водоемов. Одновременно дости-
гается высокая выживаемость выращиваемых объектов, обеспечивается локализация и предотвращение массовых заболеваний.
Использование сверхплотных посадок (200 шт/м3 и выше) позволяет достигать в 1000-2000 раз большую рыбопродуктивность по сравнению с прудовыми хозяйствами и, соответственно, сокращать площадь, занимаемую хозяйством, и трудозатраты на единицу продукции.
Появляется возможность использовать для создания рыбоводных хозяйств относительно маломощные водоисточники, сокращая водопотребле-ние в 160 раз. При этом соответственно уменьшается или полностью прекращается сброс сточных вод рыбоводных предприятий.
На базе рыбоводных установок можно создавать искусственные экосистемы, называемые агрогидроэкосистемы [ 22 ], включающие выращивание гидробионтов и утилизацию продуктов их жизнедеятельности. Важным преимуществом по сравнению с традиционными формами аквакультуры является компактность таких агрогидроэкосистем, что позволяет размещать их в любой климатической зоне в непосредственной близости от потребителей -крупных городов, где ощущается дефицит и дороговизна земельных и водных ресурсов.
Еще один важный экологический аспект применения установок с замкнутым водоиспользованием заключается в возможности очень быстрого и высокорезультативного культивирования исчезающих гидробионтов, создание их маточных стад в кратчайшие сроки, с целью получения жизнестойкого потомства и выпуска его в естественный ареал обитания и возможности дальнейшего выращивания до товарных размеров, снижая промысловую нагрузку на естественные популяции.
На наш взгляд, более широкое использование замкнутых систем при культивировании редких и исчезающих видов гидробионтов может способствовать наиболее быстрому восстановлению их численности.
За последние годы в России накоплен огромный положительный опыт в области разработки и эксплуатации отдельных аппаратов и замкнутых рыбоводных систем в целом. Очевидно, что создание подобных систем и технологий выращивания в них гидробионтов можно считать высшим достижением аквакультуры 20 века, широкое внедрение которых будет способствовать решению стоящих перед человечеством насущных экологических и продовольственных проблем в третьем тысячелетии.
Однако наряду с очевидными преимуществами использования замкнутых систем в аквакультуре имеется целый ряд нерешенных задач, главными из которых являются высокие капитальные и эксплуатационные затраты и в связи с этим высокая себестоимость получаемой рыбопродукции. Это является сдерживающим фактором широкого внедрения рыбоводных установок в практику аквакультуры. В связи с этим разработка путей и методов повышения эффективности эксплуатации установок с замкнутым циклом водоис-пользования позволит активизировать их применение во всех областях рыбного хозяйства. Именно на это и были направлены наши усилия при проведении исследований в течение последних 20 лет.
Автор выражает глубокую благодарность за оказанное внимание, неоценимую методическую и практическую помощь и поддержку коллективам кафедры аквакультуры Тимирязевской академии, отраслевой лаборатории очистки сточных вод ЛНПО «Союз» и лично доктору сельскохозяйственных наук, профессору В.А.Власову, доктору технических наук В.Н.Коренькову, доктору сельскохозяйственных наук, профессору Ю.А,Привезенцеву, доктору биологических наук, профессору В.В.Лавровскому, кандидату технических наук А.В.Калинину и старшему научному сотруднику Г.Н.Светлаковой.
