Расчетные формулы для системы очистки воды в лососевых питомниках (Speece, 1973; Liao and Мауо, 1972) применимы и к тепловодным системам при введении соответствующих поправок на температуру, концентрацию аммиака, растворенного кислорода и с учетом разницы между лососевыми и тепловодными рыбами. Как правило, чем больше фильтр, тем лучше, хотя сооружение слишком большого фильтра обходится довольно дорого. Однако в этом случае в начале цикла выращивания можно использовать небольшую площадь фильтра, а остальную держать в резерве и вводить в действие по мере необходимости.
Загрузка биофильтра. Химические реакции, происходящие в биофильтрах, осуществляются различными группами бактерий, которым необходимы аэробные условия и достаточно места для развития. В качестве наполнителя биофильтра подходит почти любой нетоксичный материал, который обладает достаточной площадью поверхности. В прошлом наиболее широко применялись песок и гравий, поскольку оба обеспечивают достаточную площадь поверхности на единицу объема. Однако при использовании этих материалов не только для механической фильтрации возникает ряд проблем.
Во-первых, песок и гравий — плотные материалы, поэтому фильтровальная камера должна быть достаточно прочной, чтобы этот материал не повреждал ее стенок. Во-вторых, биофильтры с песком и гравием содержат очень мало пустот и часто забиваются, что вызывает необходимость обратной промывки один или два раза в сутки. Частые обратные промывки приемлемы в открытых водных системах, в которых основную роль играет механическая фильтрация, но в замкнутых системах даже кратковременное выведение биофильтра из действия может создать определенные трудности для обратной промывки. При использовании многоступенчатых песчаных или гравийных фильтров можно выключить один или несколько фильтров и пропускать воду через остальные. Это, как правило, приемлемо для открытых водных систем. В замкнутой циркуляционной системе, которая работает с максимальной нагрузкой, отключение части биофильтра может немедленно вызвать стресс у культивируемых животных, даже если обратная промывка продолжается всего несколько минут. Рыбы могут не погибнуть, но стресс, вызванный уменьшением содержания кислорода, наряду с увеличением концентрации аммиака может привести к прекращению питания, возникновению болезней или развитию паразитов.
Засорение песчаного или гравийного биофильтра происходит в результате накапливания частиц корма, фекалий и другого взвешенного материала, а также когда бактериальная пленка отделяется от поверхности фильтра, при этом вода продолжает проходить через фильтр, но оказываемое ей сопротивление очень велико. В результате площадь контакта воды с наполнителем резко сокращается. Эффективность фильтра снижается, и, поскольку вода застаивается в узких каналах, он становится анаэробным. При таких условиях фильтр начинает продуцировать аммиак, вместо того чтобы его нитрифицировать. Когда фильтр забивается, возникает необходимость в обратной промывке.
Под промывкой понимается пропускание больших объемов воды через фильтр в обратном направлении. Трубопровод должен быть устроен таким образом, чтобы осадок и ил уходили в сливную трубу, а не попадали обратно в систему. Скорость потока воды, необходимая для обратной промывки, как правило, равна скорости потока при нормальной работе фильтра или превышает ее. Воду обратной промывки рекомендуется сливать, а не возвращать в отстойник, поскольку скорость потока может быть настолько велика, что большинство взвешенных веществ не осядет там, а вновь попадет в выростные емкости.
Существует мнение, что если наполнитель уложен плотно, то объем фильтра может быть значительно уменьшен, однако из-за засорения и повышения давления это не так. На самом деле материал с меньшей площадью поверхности и большим расстоянием между частицами часто более эффективен, чем песок или гравий, занимающий тот же объем биофильтра.
Аквариумисты наряду с песком и гравием применяют древесный уголь, известняк и устричные раковины. Поскольку в типичном аквариуме плотность животных невелика, эти материалы часто оказываются весьма эффективными для поддержания высокого качества воды. Однако замкнутые системы культивирования с высокой плотностью посадки отличаются от простых аквариумов. Если плотность организмов в аквариуме не превышает нескольких сотен граммов на 1 л и количество ежедневно задаваемого корма составляет несколько процентов массы их тела, фильтрующая способность системы быстро оказывается исчерпанной. В аквакультуре такие условия скорее правило, чем исключение, именно поэтому от биофильтров требуется высокая эффективность.