Landlebendes industriell betriebenes Rezirkulationsaquakultur-System (RAS) Prozess- und Parameterdesign (Teil 2)

Rezirkulationsaquakultur-System (RAS) Prozessdesign-Grundsätze

Im Gegensatz zur traditionellen Durchfluss-Aquakultur, Rezirkulationsaquakultur-System (RAS) erreicht Wasserrückgewinnung durch fortschrittliche Behandlungstechnologien und -ausrüstungen. Alle Komponenten müssen in einem wissenschaftlich abgestimmten Arbeitsablauf operieren, um Wirksamkeit zu gewährleisten. Schlüsselgrundsätze des Designs umfassen:

1. Schrittweises Behandlungsverfahren: Feste → Flüssigkeiten → Gase

Das Versäumnis, zuerst feste suspendierte Partikel zu entfernen, wird die nachfolgenden Schritte gefährden. Zum Beispiel behindern partikelüberzogene Biofiltermedien die nitrifizierenden Bakterien daran, Ammoniakstickstoff umzuwandeln, was die Wasserqualität verschlechtern kann. Überschüssiges organisches Material von Partikeln könnte auch die Biofilter überlasten.

Behandlungsablauf :
1. Entfernung fester Partikel

• Entfernung gelöster Schadstoffe
• CO₂-Ausgasung
• Desinfektion
• Sauerstoffierung & Temperaturregulierung

2. Behandlung von Festabfällen nach Partikelgröße

in der Rezirkulationsaquakultur-System (RAS) Im System stammt festes partikelförmiges Material hauptsächlich aus den Fäkalien aquakultureller Organismen und nicht verbrauchtem Futter. Die Behandlung der Festabfälle kann je nach Partikelgröße unterschiedliche Behandlungsmethoden verwenden, von groß zu klein.

Für größere Teilchen mit einer Partikelgröße von über 100 Mikrometern (hauptsächlich Fischkot und übrig gebliebener Köder) sind diese Teilchen sedimentfähig. Um eine Belastungssteigerung der nachfolgenden Prozesse zu vermeiden, wenn sie im System zerfallen, kann ein Sedimentationsprozess angewendet werden. Der Senkschlammtank mit vertikalem Fluss ist ein Gerät, das Schwerkrafttrennung zur Entfernung von sedimentfähigen Teilchen nutzt. Durch den Sedimentationsprozess mit vertikalem Fluss werden 60 % bis 70 % der Feststoffpartikel entfernt.

Nach der Vorbehandlung mit einem Senkschlammtank mit vertikalem Fluss wurden die meisten sedimentfähigen Teilchen entfernt, und der größte Teil der verbleibenden Teilchen sind schwebende Feststoffe zwischen 30-100 Mikrometern. Dieser Teil der Teilchen kann durch einen Mikrofilter physikalisch gefiltert werden.

Nach der Filtrierung durch ein Mikrofilter bleiben nur noch suspendierte Teilchen unter 30 Mikronen und einige lösliche organische Stoffe übrig. Diese Teilchen werden hauptsächlich durch Schaum im Proteinseparator getrennt. Schaumtrennung ist eine gängige Methode, die mikroskopisch kleine suspendierte Partikel und lösliche organische Stoffe entfernen kann und zudem eine gewisse Wirkung bei der Sauerstoffzufuhr und dem Entfernen von Kohlendioxid hat. .

3. Sequenzielle Filtration vor der Desinfektion

3.1 Auswirkungen von Schwebstoffen auf die UV-Desinfektion

Schwebende Partikel im Wasser können ultraviolette Strahlung streuen und absorbieren. Diese Absorptions- und Streueffekte können dazu führen, dass während der Ausbreitung ultraviolette Energie verbraucht wird, was die Intensität und die keimtötende Wirkung der UV-Strahlung weiter reduziert. Eine Studie hat einen Zusammenhang zwischen dem Gehalt an schwebenden Teilchen und dem Überleben von Fäkalcoliern in durch UV-Strahlung behandeltem Abwasser gefunden. Bakterien mit an der Oberfläche haftenden Partikeln werden durch schwebende Partikel geschützt; daher kann die UV-Desinfektion die Überlebensfähigkeit nur um 3-4 Log10-Einheiten reduzieren.

Schwebende Partikel können die Durchdringtiefe von Ultraviolettstrahlen im Wasser begrenzen. In klarem Wasser können UV-Strahlen relativ tief ins Wasser eindringen und Wasser auf unterschiedlichen Tiefen desinfizieren. Wenn jedoch schwebende Partikel im Wasser vorhanden sind, wird die Durchdringungs能力 der UV-Strahlen behindert.

einen Rezirkulationsaquakultur-System (RAS) Teich als Beispiel: In Abwesenheit von schwebender Partikelstoffen kann UV-Strahlung effektiv bei der Desinfektion von Gewässern bis zu einer Tiefe von 0,5-1 Meter wirken. Wenn jedoch die Konzentration an schwebenden Partikeln im Wasser hoch ist, dringen UV-Strahlen möglicherweise nur bis zu Tiefen von 0,2-0,3 Metern ein, was es schwierig macht, tiefer liegende Gewässer vollständig zu desinfizieren und Desinfektionsblinden Flecken entstehen lässt. Dies kann zur weiteren Wachstums- und Fortpflanzungsfähigkeit von Mikroorganismen in diesen unzureichend desinfizierten Bereichen führen und somit die Wasserqualität des gesamten Körpers beeinträchtigen. Rezirkulationsaquakultur-System (RAS) - Das System.

Bei Fehlen von Störungen durch schwebende Teilchen kann eine bestimmte Dosis an Ultravioletradiation (z. B. 10-20 mJ/cm²) es effektiv töten. Wenn jedoch viele schwebende Partikel im Wasser vorhanden sind, beträgt die UV-Intensität möglicherweise nur 50 % bis 70 % des ursprünglichen Werts. Um dieselbe Desinfektionswirkung zu erreichen, muss entweder die UV-Bestrahlungszeit verlängert oder die Leistung der UV-Lampe erhöht werden. Andernfalls könnten einige Mikroorganismen nicht vollständig abgetötet werden, was zu einer unvollständigen Desinfektion führt und das Infektionsrisiko für aquakulturelle Organismen erhöht.

3.2 Auswirkungen von Schwebstoffen auf die Ozon-Desinfektion

Schwebstoffe werden Ozon im Wasser adsorbieren. Aufgrund der großen spezifischen Oberfläche der schwebenden Partikel binden sich Ozonmoleküle leicht an deren Oberflächen. Zum Beispiel haben schwebende Partikel wie Futterspuren, Fäkalpartikel und mikrobielle Aggregate viele aktive Stellen auf ihren Oberflächen, die Ozon physikalisch adsorbieren können. Dadurch wird es schwierig für Ozon, effektiv mit Pfadogenen (wie Bakterien, Viren, Pilze usw.) im Wasser in Berührung zu kommen, nachdem es sich an schwebender particulärer Materie gebunden hat, was die Desinfektionswirkung verringert. Es ist so, als würde die Desinfektions-"Kugel" (Ozon) von einem "Hindernis" (schwebende Partikel) unterwegs abgefangen werden.

Die organischen Bestandteile in der schwebenden Partikelsubstanz konkurrieren mit Pfadogenen um Ozon. Viele schwebende Partikel enthalten organische Substanzen, wie unvollständig verdaute Proteine, Zuckerketten usw. Diese organischen Verbindungen können, wie Pathogene, Oxidationsreaktionen mit Ozon untergehen. Wenn es zu viele schwebende Partikel im Wasser gibt, wird das Ozon bevorzugt mit diesen organischen Stoffen reagieren, wodurch eine große Menge an Ozon verbraucht wird und die Menge des für die Desinfektion von Pfadogenen verfügbaren Ozons reduziert wird. Zum Beispiel, in einem Rezirkulationsaquakultur-System (RAS) System mit hohen Konzentrationen an schwebender Partikelsubstanz kann das Ozon zunächst die meisten seiner Energie auf die Oxidation von organischen Stoffen an der Oberfläche der Partikel verwenden, während nur eine geringe Menge an Ozon zur Tötung schädlicher Mikroorganismen im Wasser verwendet werden kann.

3.3 Vorteile der Filtration vor der Desinfektion

Nach der physikalischen Filtration (Entfernung von Schwebstoffen), der biologischen Filtration (Entfernung von löslichen schädlichen Substanzen) und der Gasfiltration (Entfernung von Kohlendioxid) ist das Aquakulturwasser sehr klar geworden. Zu diesem Zeitpunkt wird unabhängig davon, ob man UV-Desinfektion oder Ozon-Desinfektion verwendet, das Ergebnis sehr gut sein.

4. Wasserkreislaufparameterdesign

Der Kern von Rezirkulationsaquakultur-System (RAS) ist der Wasserzyklus. Also wie lässt man Wasser zirkulieren? Die Kreiselpumpe ist der Kern und ihre Funktion gleicht dem menschlichen Herzen. Der Biologische Filter ist der höchste Punkt des gesamten Kreislaufsystems, wo das Wasser durch natürlichen atmosphärischen Druck in verschiedene Aquakulturbecken fließt und dann in den Pumpenteich gelangt. Die Kreisel pumpet dann Wasser aus dem Pumpenteich in den Biofilter, wodurch der Wasserzyklus erreicht wird.

Die Kreiselpumpe ist so wichtig, dass sie mit einer Haupt- und einer Reservepumpe ausgestattet sein muss. Wenn die Hauptwasserpumpe versagt, kann die Reservewasserpumpe rechtzeitig gestartet werden, um Zuchtunfälle zu verhindern.

Entwurf der Durchflussrate

Die Durchflussrate von Rezirkulationsaquakultur-System (RAS)  ist sehr wichtig. Eine angemessene Zirkulationsrate kann eine gleichmäßige Wasserqualität im Aquakulturteich gewährleisten. Durch die Zirkulation können gelöster Sauerstoff, Nährstoffe und Temperatur gleichmäßig über den gesamten Wasserkörper verteilt werden, wodurch lokale Verschlechterungen der Wasserqualität vermieden werden. Das Wichtigste ist, dass durch die Wasserzirkulation die Entfernung von schwebenden Teilchen gefördert wird. Der Fluss des zirkulierenden Wassers kann schwebende Partikel zum Filtergerät transportieren, wo sie behandelt werden. Eine ausreichende Zirkulationsrate kann die Entfernungseffizienz von schwebenden Teilchen verbessern und verhindern, dass sie sich zu stark in den Aquakulturteichen anhäufen. Daher bestimmt die Geschwindigkeit der Zirkulation das Maß an schwebenden Teilchen.

Die Berechnung der Zirkulationsrate erfordert zunächst die Bestimmung der Fütterungsmenge auf Basis der maximalen biologischen Tragfähigkeit und anschließend die Berechnung der Menge an schwebenden Teilchen, die pro Stunde aufgrund der Fütterungsmenge entsteht. Dann, basierend auf dem Zielwert des TSS für zirkulierendes Teichwasser und der Verarbeitungskapazität jedes Geräts, wird die Zirkulationsrate berechnet.

Zusammengefasst ist die Berechnung der Zyklenrate relativ komplex. Basierend auf empirischen Werten kann sie vereinfacht als Referenzwert für eine Zykluszeit von 1 Stunden verwendet werden. Am Beispiel der Zucht von Seebarschen in einem 1000 Kubikmeter großen Kreislaufwasserkörper mit einer Zyklusfrequenz von 2 Stunden. Somit beträgt die stündliche Zirkulationsrate 1000/2=500 Tonnen/Stunde. .

Variabler Fluss-Design

Die Kreiselpumpe ist das Gerät mit dem höchsten Energieverbrauch in der zirkulierenden Wasser-Aquakultur. Wenn die Kreiselpumpe in einem Zustand hoher Geschwindigkeit gehalten wird, entfernt sie schnell Abfälle aus dem Aquakulturgewässer aus dem Zuchtbecken, aber der Energieverbrauch ist zu hoch. Wenn die Kreiselpumpe im Niedergang gehalten wird, ist zwar der Energieverbrauch gering, aber die Entfernung von Abfällen aus dem Zuchtbecken im Aquakulturgewässer ist langsam. Durch den Einsatz von Frequenzumrichtern und intelligenten Steuerungsterminals kann die Variable-Fluss-Technologie die Parameter des Kreislaufs automatisch anhand von Algorithmen je nach unterschiedlichen Zuchtphasen und Wasserqualitätsparametern anpassen, um einen variablen Flusskreislauf zu erreichen.

Referenzdiagramm