Kystbaseret industrialiseret recirkulerende akvakultur system (RAS) proces- og parameterdesign (Del 2)

Vandrecirkulerende Akvakultursystem (RAS) Designprincippet for proces

I modsætning til traditionel akvakultur med igennemstrømning, Vandrecirkulerende Akvakultursystem (RAS) opnår vandgenytbrug ved hjælp af avancerede behandlings teknologier og udstyr. Alle komponenter skal fungere i en videnskabeligt sekventeret arbejdsgang for at sikre effektivitet. Vigtige designprincipper inkluderer:

1. Sekventiel Behandling: Faste stoffer → Væsker → Gasser

Hvis faste suspenderede partikler ikke fjernes først, vil det kompromittere efterfølgende trin. For eksempel hindrer biobehandlingsmedier, der er belagt med partikler, nitrifiserende bakterier fra at konvertere ammoniak-nitrogen, hvilket forringes vandkvaliteten. Overskudt organisk materiale fra partikler kan også overbelaste biobehandlinger.

Behandlingssekvens :
1. Fjernelse af faste partikler

• Fjernelse af opløste forurenstillinger
• CO₂-fjerne
• Desinfektion
• Oxygenering & Temperaturregulering

2. Behandling af fast affald efter partikelforhold

I den Vandrecirkulerende Akvakultursystem (RAS) system, fast partikelmateriale kommer hovedsagelig fra fiskeriorganismerne udskæft og mad, der ikke er blevet forbrugt. Behandlingen af fast affald kan anvende forskellige behandlingsmetoder i overensstemmelse med partikelforholdene, fra store til små.

For større partikler med en partikelstørrelse over 100 mikroner (hovedsagelig fiskegødning og rester af mad), er disse partikler nedbæringsdygtige. For at undgå at belastningen øges i efterfølgende processer, når de brydes i systemet, kan der anvendes en nedbæringsproces. En vertikal strømnedbærer er et apparat, der bruger gravitationsseparation til at fjerne nedbæringsdygtige partikler. Gennem processen med vertikal strømnedbæring fjernes 60% - 70% af de faste partikler.

Efter forbehandling med en vertikal strømnedbærer er de fleste af de nedbæringsdygtige partikler blevet fjernet, og det meste af det, der forbliver, er suspenderede faste partikler mellem 30-100 mikroner. Denne del af partiklerne kan fysisk filtreres gennem en mikrofilter.

Efter at være blevet filtreret gennem et mikrofilter, er de tilbageværende partikler små suspenderede partikler under 30 mikroner og nogen af det opdelte organiske stof. Partiklerne i denne del separeres hovedsageligt ved foam gennem en proteineseparator. Foam-separation er en almindelig metode, der kan fjerne mikroskopisk små suspenderede partikler, opdelte organiske stoffer og har bestemte funktioner for at øge syrestoff og fjerne kulildioxid. .

3. Sekventiel Filtrering Før Desinfektion

3.1 Indvirkning af Suspenderede Faststoffer på UV-Desinfektion

Hængende partikler i vand kan spredde og absorbere ultraviolette stråler. Denne absorptions- og spredningseffekt kan føre til forbrug af ultraviolett energi under udbredelse, hvilket yderligere reducerer intensiteten og baktericidal virkning af ultraviolette stråler. En studie har fundet en korrelation mellem indholdet af hængende partikler og overlevelsen af fæceskoliforme bakterier i afføring udsat for ultraviolette stråler. Bakterier med partikler fastgjort på overfladen beskyttes af de hængende partikler, således at ultraviolett desinfikation kun kan reducere overlevelseevne med 3-4 log10 enheder.

Hængende partikler kan begrænse gennemtrækningsdybden for ultraviolette stråler i vand. I klart vand kan ultraviolette stråler trænge relativt dybt ind i vandet og desinficere vand på forskellige dybder. Men når der er hængende partikler i vandet, vil gennemtrækningsevnen for ultraviolette stråler blive hindret.

Tager en Vandrecirkulerende Akvakultursystem (RAS) som et eksempel, i fravær af suspenderet partikelmateriale kan ultraviolet stråling være effektiv i at desinficere vandmasser op til en dybde på 0,5-1 meter. Men hvis koncentrationen af suspenderede partikler i vandet er høj, kan ultraviolette stråler kun trænge ind i dybder på 0,2-0,3 meter, hvilket gør det vanskeligt for dybere vandmasser at blive fuldt ud desinficeret, og der dannes desinfektionsblinde punkter. Dette kan føre til fortsat vækst og reproduktion af mikroorganismer i disse utilstrækkelig desinficerede områder, hvilket påvirker vandkvaliteten for hele vandmassen Vandrecirkulerende Akvakultursystem (RAS) system.

I fravær af forstyrrelser fra suspenderet partikelmateriale kan en bestemt dosis ultraviolette stråling (som 10-20mJ/cm²) effektivt dræbe det. Men hvis der er mange suspenderede partikler i vandet, kan intensiteten af ultraviolet lysestråling kun være 50% - 70% af den oprindelige. For at opnå samme desinfekteringsvirkning skal ultraviolette stråletid udvides eller styrken på ultraviolette lamper øges. Ellers risikerer nogle mikroorganismer ikke at blive fuldstændig dræbt, hvilket fører til ufuldstændig desinfikation og øger infektionsrisikoen for akvakulturorganismer.

3.2 Virkning af suspenderede stoffer på ozon-desinfikation

Suspenderet partikelmateriale vil adsorbere ozon i vand. På grund af den store specifikke overfladeareal af suspenderede partikler bliver ozonmolekyler let føjet til deres overflader. For eksempel har suspenderede partikler såsom fodeafgifter, fækalpartikler og mikrobielle aggreger mange aktive steder på deres overflader, der kan fysisk adsorbere ozon. Dette gør det svært for ozonet effektivt at komme i kontakt med patogener (såsom bakterier, virus, svin, osv.) i vandet efter at være blevet bundet til suspenderet partikelmateriale, hvilket reducerer desinfektionseffektiviteten. Det er ligesom at den desinfekterende "kugl" (ozon) bliver afsporet af "hindringer" (suspenderede partikler) undervejs.

De organiske komponenter i suspenderet partikelmateriale konkurrerer med patogener om ozon. Mange af de suspenderede partikler indeholder organisk stof, såsom ufuldstændigt fordøjede proteiner, sukker osv. Disse organiske forbindelser kan, ligesom patogener, undergå oxidationsreaktioner med ozon. Når der er for mange suspenderede partikler i vandet, vil ozon først reagere med disse organiske stoffer, hvilket forbruger en stor mængde ozon og reducerer mængden af ozon, der bruges til at desinficere patogener. For eksempel i et Vandrecirkulerende Akvakultursystem (RAS) system med høje koncentrationer af suspenderet partikelmateriale kan ozon først anvende den meste af sin energi på at oxidere organisk materiale på overfladen af partiklerne, mens kun en lille mængde ozon kan bruges til at dræbe skadelige mikroorganismer i vandet.

3.3 Fordeler ved filtrering før desinfektion

Efter fysisk filtrering (fjernelse af suspenderede partikler), biologisk filtrering (fjernelse af løselige skadelige stoffer) og gasfiltrering (fjernelse af kulioxid) er akvakulturvandet blevet meget klart. På dette tidspunkt, uanset om man bruger ultraviolett desinfektion eller ozon-desinfektion, vil effekten være meget god.

4. Vandcirkulationsparameterdesign

Kernen i Vandrecirkulerende Akvakultursystem (RAS) er vandcyklen. Så hvordan gør man vandet til at cirkulere? Cirkulationspumpen er kernen, og dens funktion ligner menneskets hjerte. Den biologiske filter er det højeste punkt i hele cirkulationssystemet, hvor vandet strømmer ind i de forskellige akvakulturbassiner via naturlig atmosfærisk tryk og derefter ind i pumpesøen. Cirkulationspumpen pumper derefter vand fra pumpesøen ind i biofiltret, hvilket sikrer vandcirkulation.

Cirkulationspumpen er så vigtig, at den skal designes med en hoved- og en reservepumpe. Når den primære vandpumpe fungerer fejlagtigt, kan reservevandpumpen startes til passende tid for at forhindre avlsulykker.

Design af cirkulationshastighed

Cirkulationshastigheden af Vandrecirkulerende Akvakultursystem (RAS)  er meget vigtig. En passende cirkulationshastighed kan sikre en ensartet vandkvalitet i akvakulturbassinet. Gennem cirkulation kan opløst syre, næringsstoffer og temperatur fordelses ligeligt gennem hele vandmassen, undgående lokal forringelse af vandkvaliteten. Det vigtigste er at fremme fjernelsen af suspenderede partikler gennem vandets cirkulation. Cirkulationsstrømmen kan føre suspenderede partikler til filtreringselementerne til behandling. En tilstrækkelig cirkulationshastighed kan forbedre effektiviteten ved fjernelse af suspenderede partikler og forhindre deres overdrevne akkumulering i akvakulturbassiner. Derfor afgør cirkulationshastigheden niveauet af suspenderede partikler.

Beregning af cirkulationshastighed kræver først at afgøre mængden af mad baseret på den maksimale biologiske bæreevne, og derefter beregne mængden af suspenderet partikelmateriale produceret pr. time baseret på madmængden. Herefter, baseret på målfor TSS designet til søcirkulering og behandlingskapaciteten for hvert stykke udstyr, beregnes cirkulationshastigheden.

I samlet vurdering er beregningen af cyklushastighed relativt kompleks. Basert på erfaring kan det bruges som en simpel referenceværdi at cykle hver 1 time. Ved opdræt af havaborre i et 1000 kubikmeter cirkulerende vandekrop med en cyklusfrekvens indstillet til en to timers cyklus, bliver den timelige cyklushastighed derfor 1000/2=500 ton/timer .

Variabel Strøm Design

Cirkulationspumpen er udstyret med højeste energiforbrug i cirkulerende vand akvakultur. Hvis cirkulationspumpen holdes i en høj hastighedscirkulations tilstand, vil det hurtigt fjerne affald fra akvakulturvatningen fra akvakulturtanken, men energiforbruget er for højt. Hvis cirkulationspumpen holdes kørende på lav hastighed, er energiforbruget laver, men fjerningen af affald fra akvakulturtanken i vatningen sker langsomt. Ved at installere frekvensomformer og intelligente kontrolterminale kan variabel strømsteknologi automatisk justere parametrene for cirkulationscyklussen af cirkulerende vand baseret på forskellige opdrætsfaser og vandkvalitetsparametre ved hjælp af algoritmer, hvilket giver variabel strøm cirkulation.

Referencediagram