Proceso y Diseño de Parámetros del Sistema de Acuicultura en Recirculación Industrializado en Tierra (RAS) (Parte 2)

Sistema de Acuicultura de Recirculación (RAS) Principios de Diseño del Proceso

A diferencia de la acuicultura tradicional de flujo continuo, Sistema de Acuicultura de Recirculación (RAS) logra el reuso del agua mediante tecnologías y equipos de tratamiento avanzados. Todos los componentes deben operar en un flujo de trabajo secuenciado científicamente para garantizar su eficacia. Los principios de diseño clave incluyen:

1. Tratamiento Secuencial: Sólidos → Líquidos → Gases

El fracaso al eliminar primero las partículas en suspensión comprometerá los pasos posteriores. Por ejemplo, los medios de biofiltro cubiertos con partículas dificultan que las bacterias nitrificantes conviertan el amoníaco en nitrógeno, degradando la calidad del agua. El exceso de materia orgánica de las partículas también puede sobrecargar los biofiltros.

Secuencia de Tratamiento :
1. Eliminación de Partículas Sólidas

• Eliminación de Contaminantes Disueltos
• Separación de CO₂
• Desinfección
• Aeración y Control de Temperatura

2. Tratamiento de Residuos Sólidos por Tamaño de Partícula

en el Sistema de Acuicultura de Recirculación (RAS) en el sistema, la materia particulada sólida proviene principalmente de las heces de los organismos de acuicultura y alimento no consumido. El tratamiento de residuos sólidos puede adoptar diferentes métodos de tratamiento según el tamaño de las partículas, desde grandes a pequeñas.

Para partículas más grandes con un tamaño de partícula superior a 100 micras (principalmente excrementos de peces y cebo residual), estas partículas son sedimentables. Para evitar aumentar la carga en procesos posteriores después de que se rompan en el sistema, se puede adoptar un proceso de precipitación. El decantador de flujo vertical es un dispositivo que utiliza la separación por gravedad para eliminar partículas sedimentables. A través del proceso de sedimentación de flujo vertical, se eliminan entre el 60% y el 70% de las partículas sólidas.

Después del pretratamiento con un decantador de flujo vertical, se han eliminado la mayoría de las partículas sedimentables, y lo que queda son principalmente partículas sólidas en suspensión entre 30-100 micras. Esta parte de las partículas puede filtrarse físicamente mediante un microfiltro.

Después de ser filtrado por un microfiltro, las partículas restantes son partículas en suspensión pequeñas de menos de 30 micras y algunas sustancias orgánicas solubles. Las partículas en esta parte se separan principalmente mediante espuma a través de un separador de proteínas. La separación por espuma es un método común que puede eliminar partículas en suspensión microscópicas, sustancias orgánicas solubles, y tiene ciertas funciones de aumentar el oxígeno y eliminar el dióxido de carbono. .

3. Filtración Secuencial Antes de la Desinfección

3.1 Impacto de los Sólidos en Suspensión en la Desinfección UV

Las partículas en suspensión en el agua pueden dispersar y absorber la radiación ultravioleta. Este efecto de absorción y dispersión puede llevar al consumo de energía ultravioleta durante la propagación, reduciendo aún más la intensidad y el efecto bactericida de la radiación ultravioleta. Un estudio ha encontrado una correlación entre el contenido de sólidos en suspensión y la supervivencia de coliformes fecales en aguas residuales expuestas a la radiación ultravioleta. Las bacterias con partículas adheridas a su superficie están protegidas por las partículas en suspensión, por lo tanto, la desinfección ultravioleta solo puede reducir la capacidad de supervivencia en 3-4 unidades log10.

La materia particulada en suspensión puede limitar la profundidad de penetración de los rayos ultravioleta en el agua. En agua clara, los rayos ultravioleta pueden penetrar relativamente profundamente en el agua y desinfectar el agua a diferentes profundidades. Sin embargo, cuando hay partículas en suspensión en el agua, la capacidad de penetración de los rayos ultravioleta se verá obstaculizada.

tomando un Sistema de Acuicultura de Recirculación (RAS) tomar como ejemplo, en ausencia de partículas en suspensión, la radiación ultravioleta puede ser efectiva para desinfectar masas de agua hasta una profundidad de 0.5-1 metro. Pero si la concentración de partículas en suspensión en el agua es alta, los rayos ultravioleta pueden penetrar solo hasta profundidades de 0.2-0.3 metros, dificultando que las masas de agua más profundas se desinfecten por completo, formando puntos ciegos de desinfección. Esto puede llevar al continuo crecimiento y reproducción de microorganismos en estas áreas insuficientemente desinfectadas, afectando la calidad del agua en su totalidad Sistema de Acuicultura de Recirculación (RAS) el sistema.

En ausencia de interferencia de partículas en suspensión, un cierto nivel de dosis de radiación ultravioleta (como 10-20mJ/cm²) puede eliminarlo eficazmente. Pero si hay una gran cantidad de partículas en suspensión en el agua, la intensidad ultravioleta podría ser solo el 50% -70% de la original. Para lograr el mismo efecto de desinfección, es necesario prolongar el tiempo de irradiación ultravioleta o aumentar la potencia de la lámpara ultravioleta. De lo contrario, algunos microorganismos podrían no eliminarse por completo, lo que resulta en una desinfección incompleta e incrementa el riesgo de infección para los organismos de acuicultura.

3.2 Impacto de los sólidos en suspensión en la desinfección con ozono

La materia particulada en suspensión adsorberá ozono en el agua. Debido a la gran área específica de las partículas en suspensión, las moléculas de ozono se adhieren fácilmente a sus superficies. Por ejemplo, partículas en suspensión como residuos de alimento, partículas fecales y agregados microbianos tienen muchos sitios activos en sus superficies que pueden adsorber físicamente el ozono. Esto dificulta que el ozono entre en contacto efectivo con patógenos (como bacterias, virus, hongos, etc.) en el agua después de unirse a la materia particulada en suspensión, lo que reduce la eficiencia de la desinfección. Es como si la bala de desinfección (ozono) fuera interceptada por el "obstáculo" (partículas en suspensión) en el medio.

Los componentes orgánicos en la materia particulada en suspensión compiten con los patógenos por el ozono. Muchas partículas en suspensión contienen materia orgánica, como proteínas incompletamente digeridas, azúcares, etc. Estos compuestos orgánicos, al igual que los patógenos, pueden sufrir reacciones de oxidación con el ozono. Cuando hay demasiadas partículas en suspensión en el agua, el ozono reaccionará preferencialmente con estas sustancias orgánicas, consumiendo una gran cantidad de ozono y reduciendo la cantidad de ozono disponible para desinfectar los patógenos. Por ejemplo, en un Sistema de Acuicultura de Recirculación (RAS) sistema con altas concentraciones de materia particulada en suspensión, el ozono puede dedicar primero la mayor parte de su energía a oxidar la materia orgánica en la superficie de las partículas, mientras que solo una pequeña cantidad de ozono se utilizará para eliminar microorganismos dañinos en el agua.

3.3 Beneficios de la filtración antes de la desinfección

Después de la filtración física (eliminación de sólidos en suspensión), la filtración biológica (eliminación de sustancias dañinas solubles) y la filtración de gases (eliminación de dióxido de carbono), el agua de acuicultura se ha vuelto muy clara. En este momento, ya sea utilizando desinfección ultravioleta o desinfección con ozono, el efecto será muy bueno.

4. Diseño de Parámetros de Circulación de Agua

El núcleo de Sistema de Acuicultura de Recirculación (RAS) es el ciclo del agua. Entonces, ¿cómo hacer que el agua circule? La bomba de circulación es el núcleo, y su función es como el corazón humano. El filtro biológico es el punto más alto del sistema de circulación, donde el agua fluye hacia diversas piscinas de acuicultura a través de la presión atmosférica natural y luego entra en la piscina de la bomba. La bomba de circulación luego bombea el agua desde la piscina de la bomba al biofiltro, logrando así la circulación del agua.

La bomba de circulación es tan importante que debe diseñarse con una principal y una de repuesto. Cuando la bomba de agua principal falla, la bomba de agua de respaldo puede iniciarse a tiempo para prevenir accidentes en la cría.

Diseño de la Tasa de Circulación

La tasa de circulación de Sistema de Acuicultura de Recirculación (RAS)  es muy importante. Una tasa de circulación adecuada puede garantizar una calidad de agua uniforme en el estanque de acuicultura. A través de la circulación, el oxígeno disuelto, los nutrientes y la temperatura pueden distribuirse de manera homogénea en todo el cuerpo de agua, evitando la deterioración local de la calidad del agua. Lo más importante es promover la eliminación de partículas en suspensión a través de la circulación del agua. El flujo de agua circulante puede llevar las partículas en suspensión al equipo de filtración para su tratamiento. Una tasa de circulación adecuada puede mejorar la eficiencia de eliminación de partículas en suspensión y prevenir su acumulación excesiva en los estanques de acuicultura. Por lo tanto, la velocidad de circulación determina el nivel de partículas en suspensión.

El cálculo de la tasa de circulación primero requiere determinar la cantidad de alimentación en función de la capacidad biológica máxima, y luego calcular la cantidad de partículas en suspensión producida por hora en función de la cantidad de alimentación. A continuación, basándose en el valor objetivo de TSS diseñado para el agua circulante del estanque y la capacidad de procesamiento de cada equipo, se calcula la tasa de circulación.

En resumen, el cálculo de la tasa de ciclo es relativamente complejo. Basándose en valores empíricos, puede utilizarse simplemente como un valor de referencia para ciclar cada 1 horas. Tomando como ejemplo la cría de lubina en un cuerpo de agua circulante de 1000 metros cúbicos, la frecuencia de ciclo se establece en un ciclo de 2 horas. Por lo tanto, la tasa de ciclo por hora es 1000/2=500 toneladas/hora .

Diseño de Flujo Variable

La bomba de circulación es el equipo con mayor consumo de energía en la acuicultura de agua circulante. Si la bomba de circulación se mantiene en un estado de circulación a alta velocidad, eliminará rápidamente los desechos del agua de cultivo del tanque, pero el consumo de energía es demasiado alto. Si la bomba de circulación se mantiene funcionando a baja velocidad, aunque el consumo de energía es bajo, la tasa de eliminación de desechos del agua de cultivo en el tanque es lenta. Instalando convertidores de frecuencia y terminales de control inteligente, la tecnología de flujo variable puede ajustar automáticamente los parámetros del ciclo de agua circulante según diferentes etapas de cría y parámetros de calidad del agua basados en algoritmos, logrando una circulación de flujo variable.

Diagrama de Referencia