عملية وتصميم معلمات لنظام تربية الأحياء المائية الدائري الصناعي القائم على اليابسة (RAS) (الجزء 2)

نظام تربية الأحياء المائية الدائري (RAS) مبادئ تصميم العملية

على عكس التربية المائية التقليدية التي تعتمد على التدفق المستمر، نظام تربية الأحياء المائية الدائري (RAS) يحقق إعادة استخدام المياه من خلال تقنيات ومعايير معالجة متقدمة. يجب أن تعمل جميع المكونات في سلسلة عمل علمية لضمان الفعالية. تشمل المبادئ الأساسية للتصميم ما يلي:

1. المعالجة التتابعية: الصلبة → السوائل → الغازات

الفشل في إزالة الجسيمات الصلبة المعلقة أولاً سيؤثر سلبًا على الخطوات اللاحقة. على سبيل المثال، طبقة الفلتر البيولوجي المغطاة بالجسيمات تعيق البكتيريا النيتروجينية من تحويل الأمونيا النيتروجينية، مما يؤدي إلى تدهور جودة المياه. قد يؤدي أيضًا وجود مادة عضوية زائدة من الجسيمات إلى إجهاد الفلاتر البيولوجية.

تسلسل المعالجة :
1. إزالة الجسيمات الصلبة

• إزالة الملوثات الذائبة
• إزالة ثاني أكسيد الكربون
• التطهير
• إضافة الأكسجين وتحكم درجة الحرارة

2. معالجة النفايات الصلبة حسب حجم الجسيمات

في نظام تربية الأحياء المائية الدائري (RAS) النظام، المواد الصلبة الجزئية تأتي بشكل أساسي من فضلات الكائنات المائية والعلف غير المستهلك. يمكن معالجة النفايات الصلبة باستخدام طرق مختلفة بناءً على حجم الجسيمات، من الكبيرة إلى الصغيرة.

بالنسبة للجسيمات الأكبر حجمًا والتي يزيد حجم الجسيمات فيها عن 100 ميكرون (معظمها فضلات سمك وبقايا طعم)، فإن هذه الجسيمات قابلة للتثبيت. لتجنب زيادة العبء على العمليات التالية بعد تكسرها في النظام، يمكن اعتماد عملية الترسيب. هوائي الترسيب العمودي هو جهاز يستخدم الفصل بالجاذبية لإزالة الجسيمات القابلة للتثبيت. من خلال عملية الترسيب بتيار عمودي، يتم إزالة 60٪ -70٪ من الجسيمات الصلبة.

بعد المعالجة المسبقة باستخدام هوائي الترسيب العمودي، تم إزالة معظم الجسيمات الترسيب، وما تبقى منها يكون في الغالب جسيمات صلبة معلقة بين 30-100 ميكرون. يمكن تصفية هذه الجزيئات بشكل فيزيائي باستخدام مرشح دقيق.

بعد مرورها عبر مايكروفلتر، تبقى الجزيئات العالقة الصغيرة التي يقل قطرها عن 30 ميكرون وبعض المواد العضوية الذائبة. يتم فصل الجزيئات في هذه المرحلة بشكل أساسي باستخدام الرغوة من خلال جهاز فصل البروتين. يعتبر فصل الرغوة طريقة شائعة يمكن أن تزيل الجزيئات المعلقة الدقيقة والمواد العضوية الذائبة ولها وظائف معينة لزيادة الأكسجين وإزالة ثاني أكسيد الكربون. .

3. الترشيح المتتالي قبل التعقيم

3.1 تأثير المواد الصلبة العالقة على تعقيم الأشعة فوق البنفسجية

الجسيمات المعلقة في الماء يمكن أن تشتت وتصبّر الإشعاع فوق البنفسجي. هذا التأثير في الامتصاص والتشتت يمكن أن يؤدي إلى استهلاك طاقة الأشعة فوق البنفسجية أثناء الانتشار، مما يقلل بشكل أكبر من شدة تأثيرها وفعاليتها في القضاء على البكتيريا. وقد أظهرت دراسة وجود علاقة بين محتوى المواد الصلبة المعلقة وبقاء الكولiforms البرازية في مياه الصرف الصحي المعرضة للأشعة فوق البنفسجية. البكتيريا التي تحتوي على جزيئات ملتصقة على سطحها تحظى بحماية من الجسيمات المعلقة، لذلك يمكن للأسترة باستخدام الأشعة فوق البنفسجية أن تقلل من قدرتها على البقاء فقط بمقدار 3-4 وحدات لوجاريثمية.

يمكن للمواد الصلبة المعلقة أن تحد من عمق اختراق الأشعة فوق البنفسجية في الماء. في الماء الصافي، يمكن للأشعة فوق البنفسجية اختراق الماء بعمق نسبي وتعقيم المياه عند مستويات مختلفة. ومع ذلك، عندما تكون هناك جسيمات معلقة في الماء، فإن قدرة الاختراق الخاصة بالأشعة فوق البنفسجية ستكون معرقلة.

أخذًا في الاعتبار نظام تربية الأحياء المائية الدائري (RAS) البركة كمثال، في غياب المواد الصلبة المعلقة، قد تكون الإشعاعات فوق البنفسجية فعالة في تعقيم جسم المياه حتى عمق 0.5-1 متر. لكن إذا كانت تركيز المواد الصلبة المعلقة في الماء مرتفعاً، فقد تpenetrate الأشعة فوق البنفسجية فقط إلى أعماق 0.2-0.3 متر، مما يجعل من الصعب تعقيم جسم المياه العميقة بالكامل، مما يؤدي إلى تكوين نقاط عمياء للتعقيم. يمكن أن يؤدي ذلك إلى استمرار نمو وتكاثر الكائنات الدقيقة في هذه المناطق غير المعقمة بشكل كافٍ، مما يؤثر على جودة مياه الجسم بأكمله نظام تربية الأحياء المائية الدائري (RAS) نظام.

في غياب تداخل المواد الصلبة المعلقة، يمكن لجرعة معينة من الإشعاع فوق البنفسجي (مثل 10-20mJ/cm²) أن تقتل بشكل فعال. لكن إذا كانت هناك كميات كبيرة من الجسيمات المعلقة في الماء، فقد ينخفض شدة الأشعة فوق البنفسجية إلى 50% -70% من الأصلية. لتحقيق نفس تأثير التعقيم، من الضروري زيادة وقت الإشعاع فوق البنفسجي أو رفع قوة مصباح الأشعة فوق البنفسجية. وإلا، قد لا يتم القضاء الكامل على بعض الكائنات الدقيقة، مما يؤدي إلى تعقيم غير كامل ويزيد من خطر العدوى لل Organisms المستزرعة.

3.2 تأثير المواد الصلبة المعلقة على تعقيم الأوزون

المادة الصلبة المعلقة ستaborb الأوزون في الماء. بسبب المساحة السطحية المحددة الكبيرة للمواد الصلبة المعلقة، يسهل ت Fixes جزيئات الأوزون على سطوحها. على سبيل المثال، تحتوي الجسيمات المعلقة مثل بقايا العلف، والفضلات، والتجمعات الدقيقة الحية على العديد من المواقع النشطة على أسطحها التي يمكن أن تaborb الأوزون بشكل فيزيائي. هذا يجعل من الصعب للأوزون أن يتلامس بشكل فعال مع المسببات المرضية (مثل البكتيريا، الفيروسات، الفطريات، وما إلى ذلك) في الماء بعد ارتباطه بالمادة الصلبة المعلقة، مما يؤدي إلى تقليل كفاءة التعقيم. إنها مثل "رصاصة" التعقيم (الأوزون) التي يتم اعتراضها بواسطة "العائق" (الجسيمات المعلقة) في المنتصف.

المكونات العضوية في المواد الجزيئية المعلقة تتنافس مع المسببات المرضية على الأوزون. تحتوي العديد من الجسيمات المعلقة على مادة عضوية، مثل البروتينات غير المهضومة بالكامل والسكريات وما إلى ذلك. يمكن لهذه المركبات العضوية، مثل المسببات المرضية، أن تخضع لتفاعلات أكسدة مع الأوزون. عندما تكون هناك جسيمات معلقة كثيرة في الماء، سيتفاعل الأوزون بشكل أساسي مع هذه المواد العضوية، مما يستهلك كمية كبيرة من الأوزون ويخفض الكمية المتاحة للأوزون لتعقيم المسببات المرضية. على سبيل المثال، في نظام تربية الأحياء المائية الدائري (RAS) نظام يحتوي على تركيزات عالية من المواد الجزيئية المعلقة، قد يخصص الأوزون معظم طاقته لأول مرة للأكسدة مع المواد العضوية الموجودة على سطح الجسيمات، بينما يمكن استخدام كمية صغيرة فقط من الأوزون للتخلص من الكائنات الدقيقة الضارة في الماء.

3.3 فوائد الترشيح قبل التعقيم

بعد الترشيح الفيزيائي (إزالة المواد الصلبة المعلقة)، والترشيح البيولوجي (إزالة المواد الضارة القابلة للذوبان)، وترشيح الغاز (إزالة ثاني أكسيد الكربون)، أصبح ماء تربية الأحياء المائية شفافًا جدًا. وفي هذه الحالة، سواء باستخدام التعقيمaviolet أو تعقيم الأوزون، سيكون التأثير جيدًا جدًا.

4. تصميم معلمات دورة المياه

النواة من نظام تربية الأحياء المائية الدائري (RAS) هي دورة المياه. إذن كيف نجعل الماء يدور؟ المضخة الدوارة هي النواة، ووظيفتها مشابهة لقلب الإنسان. المرشح البيولوجي هو أعلى نقطة في نظام الدورة، حيث يتدفق الماء إلى أحواض تربية الأحياء المائية المختلفة عبر الضغط الجوي الطبيعي ومن ثم إلى بركة المضخة. بعد ذلك تقوم المضخة الدوارة بضخ الماء من بركة المضخة إلى المرشح البيولوجي، مما يحقق دورة المياه.

من المهم جداً استخدام مضخة التدوير، لذلك يجب تصميمها بمضخة رئيسية وواحدة احتياطية. عند حدوث عطل في المضخة الرئيسية، يمكن تشغيل المضخة الاحتياطية في الوقت المناسب لمنع وقوع حوادث التكاثر.

تصميم معدل التدفق

معدل التدفق الدائري نظام تربية الأحياء المائية الدائري (RAS)  هو مهم جدًا. يمكن لسرعة التدوير المناسبة أن تضمن جودة مياه موحدة في بركة تربية الأحياء المائية. من خلال التدوير، يمكن توزيع الأكسجين الذائب، والمواد الغذائية، والحرارة بشكل متساوٍ عبر الجسم المائي بأكمله، مما يتجنب تدهور جودة المياه المحلي. الشيء الأكثر أهمية هو تعزيز إزالة الجسيمات العالقة من خلال تدوير المياه. يمكن لتدفق المياه الدوارة أن يجلب الجسيمات العالقة إلى معدات الترشيح للمعالجة. يمكن لسرعة التدوير الكافية أن تحسن كفاءة إزالة الجسيمات العالقة وتمنع تراكمها المفرط في أحواض تربية الأحياء المائية. لذلك، فإن سرعة التدوير تحدد مستوى الجسيمات العالقة.

تحسب نسبة الدورة أولاً من خلال تحديد كمية التغذية بناءً على السعة البيولوجية القصوى، ثم حساب كمية المواد الصلبة المعلقة المنتجة في الساعة بناءً على كمية التغذية. بعد ذلك، بناءً على القيمة المستهدفة لـ TSS المصممة لمياه الدورة في البركة وسعة معالجة كل معدات، يتم حساب معدل الدورة.

بالمجمل، حساب معدل الدورة معقد نسبيًا. بناءً على القيم التجريبية، يمكن استخدامه بشكل بسيط كقيمة إرشادية للدورة كل 1 ساعة. على سبيل المثال، عند تربية الباس في جسم مائي دوّار سعته 1000 متر مكعب، يتم ضبط تردد الدورة بحيث تكون كل ساعتين. وبالتالي، يكون معدل الدورة لكل ساعة 1000/2 = 500 طن/ساعة .

تصميم تدفق متغير

مضخة الدورة هي المعدات ذات أعلى استهلاك للطاقة في تربية الأحياء المائية بنظام المياه الدوارة. إذا تم الحفاظ على مضخة الدورة في حالة دوران عالية السرعة، فستزيل النفايات من مياه التربية من خزان التربية بسرعة، ولكن استهلاك الطاقة يكون مرتفعًا جدًا. إذا تم تشغيل مضخة الدورة بسرعات منخفضة، فإن استهلاك الطاقة يكون منخفضًا، لكن معدل إزالة النفايات من مياه التربية في الخزان يكون بطيئًا. عن طريق تركيب محولات التردد وأجهزة التحكم الذكية، يمكن لتكنولوجيا التدفق المتغير أن تضبط تلقائيًا معلمات دورة المياه الدوارة وفقًا لمراحل التربية المختلفة ومعلمات جودة المياه باستخدام الخوارزميات، مما يحقق دورانًا بتدفق متغير.

رسم توضيحي