فرآیند و طراحی پارامتر سیستم بازداری آکوئاکولچر صنعتی مبتنی بر زمین (RAS) (بخش 2)

سیستم بازداری آکوئاکولچر (RAS) اصول طراحی فرآیند

برخلاف اکواکالچر جریان سنتی، سیستم بازداری آکوئاکولچر (RAS) بازیافت آب را از طریق فناوری‌های پیشرفته پردازش و تجهیزات انجام می‌دهد. همه مولفه‌ها باید به طور علمی در یک جریان کاری مرحله‌ای عمل کنند تا کارایی را تضمین کنند. اصول کلیدی طراحی شامل:

1. پردازش ترتیبی: جامدات → مایعات → گازها

عدم حذف ذرات معلق جامد در ابتدا، مراحل بعدی را تحت تأثیر قرار خواهد داد. به عنوان مثال، رسانه فیلتر زیستی که با ذرات پوشیده شده است، از باکتری‌های نیتریفایر جلوگیری می‌کند تا نیتروژن آمونیاک را تبدیل کنند و این موضوع باعث کاهش کیفیت آب می‌شود. عناصر آلی بیش از حد موجود از ذرات هم می‌توانند فیلترهای زیستی را بارگذاری کنند.

ترتیب تراپی :
1. حذف ذرات جامد

• حذف آلودگی محلول
• استخراج CO₂
• ضد عفونی کردن
• اکسیژن‌دهی و کنترل دما

۲. تراپی زباله جامد بر اساس اندازه ذرات

در سیستم بازداری آکوئاکولچر (RAS) در سیستم، ماده ذره‌ای جامد اصلی از فضولات حیاتی موجودات آکوآکلتور و غذاهای مصرف نشده می‌باشد. تراپی زباله جامد می‌تواند روش‌های مختلف تراپی را بر اساس اندازه ذرات، از بزرگ به کوچک، به کار ببرد.

برای ذرات بزرگتر با اندازه ذره بیشتر از ۱۰۰ میکرون (معمولاً مدفوع ماهی و باقی‌مانده طعمه)، این ذرات قابل استقرار هستند. برای جلوگیری از افزایش بار فرآیندهای بعدی پس از شکستن آنها در سیستم، می‌توان از فرآیند تراشیدگی استفاده کرد. خزان تراش جریان عمودی دستگاهی است که از جدایش گرانشی برای حذف ذرات قابل استقرار استفاده می‌کند. از طریق فرآیند استقرار جریان عمودی، ۶۰٪ تا ۷۰٪ از ذرات جامد حذف می‌شوند.

پس از پیش‌پردازش توسط خزان تراش جریان عمودی، بیشتر ذرات قابل استقرار حذف شده‌اند و بخش بزرگی از باقی‌مانده شامل ذرات جامد معلق بین ۳۰ تا ۱۰۰ میکرون است. این قسمت از ذرات می‌تواند از طریق فیلترینگ فیزیکی با استفاده از میکروفیلتر جداسازی شود.

پس از فیلتر شدن توسط یک میکروفیلتر، ذرات باقیمانده شامل ذرات معلق کوچک کمتر از 30 میکرون و برخی مواد آلی محلول است. ذرات این بخش اصلًا توسط پ泡ام از طریق جداسازی پروتئین جداسازی می‌شوند. جداسازی پ泡ای یک روش متداول است که می‌تواند ذرات معلق میکروسکوپی، مواد آلی محلول را حذف کند و توابع خاصی در افزایش اکسیژن و حذف دی‌اکسید کربن دارد. .

3. فیلترشنas به ترتیb قبل از تعقیم

3.1 تأثیر ذرات معلق بر تعقیم UV

ذرات معلق در آب می‌توانند اشعه فرابنفش را پراکنده کرده یا جذب کنند. این اثر جذب و پراکنش می‌تواند منجر به مصرف انرژی فرابنفش در حین پخش شدن شود، که بیشتر می‌کند از کاهش شدت و اثر قتل باکتری فرابنفش. یک مطالعه همبستگی بین محتوای ذرات معلق و بقا باکتری‌های کلی فکال در فاضلاب تحت تابش فرابنفش مشاهده کرده است. باکتری‌هایی که ذرات به سطح آنها چسبیده است، توسط ذرات معلق محافظت می‌شوند، بنابراین، تعقيم فرابنفش تنها می‌تواند ظرفیت بقا را به میزان 3-4 واحد لگاریتمی کاهش دهد.

ذرات معلق می‌توانند عمق نفوذ اشعه فرابنفش در آب را محدود کنند. در آب شفاف، اشعه فرابنفش می‌توانند به طور نسبی عمیق در آب نفوذ کرده و آب را در عمق‌های مختلف تعقيم کنند. اما وقتی ذرات معلق در آب وجود دارند، توانایی نفوذ اشعه فرابنفش مسدود می‌شود.

گرفتن یک سیستم بازداری آکوئاکولچر (RAS) برای مثال، در یک حوضچه، در صورت عدم وجود ذرات معلق، اشعه‌های فرابنفش ممکن است در نابود کردن میکروارگانیسم‌ها در بدن آب تا عمق ۰.۵ تا ۱ متر مؤثر باشند. اما اگر غلظت ذرات معلق در آب بالا باشد، اشعه‌های فرابنفش شاید فقط به عمق ۰.۲ تا ۰.۳ متر نفوذ کنند، که این موضوع باعث می‌شود آب‌های عمیق‌تر به طور کامل نابود نشوند و نقاط کور نابودی ایجاد شود. این می‌تواند منجر به رشد و تکثیر مداوم میکروارگانیسم‌ها در این مناطق ناقص نابود شده شود که کیفیت آب کلی را تحت تأثیر قرار می‌دهد. سیستم بازداری آکوئاکولچر (RAS) است.

در صورتی که اغتشاش ناشی از ذرات معلق وجود نداشته باشد، سطح خاصی از دوز تابش فرابنفش (مانند 10-20mJ/cm ²) می‌تواند آن را به طور مؤثر کشしけ. اما اگر تعداد زیادی از ذرات معلق در آب وجود داشته باشد، شدت فرابنفش ممکن است فقط 50% تا 70% از اصلی باشد. برای دستیابی به همان اثر پاکسازی، لازم است زمان تابش فرابنفش را افزایش دهیم یا قدرت لامپ فرابنفش را افزایش دهیم. در غیر این صورت، برخی از徵کروبیان ممکن است کاملاً کشته نشوند، که منجر به پاکسازی ناقص می‌شود و خطر آلودگی موجودات تربیتی افزایش می‌یابد.

3.2 تأثیر ذرات معلق بر پاکسازی از طریق ازن

ماده معلق در آب به ازون تاب خواهد کرد. به دلیل سطح خاص بزرگ ذرات معلق، مولکول‌های ازون به راحتی به سطوح آنها چسبیده می‌شوند. به عنوان مثال، ذرات معلق مثل باقی‌مانده‌های غذایی، ذرات فرث و اجسام میکروبی دارای نقاط فعال زیادی بر روی سطح خود هستند که می‌توانند ازون را به شکل فیزیکی جذب کنند. این موضوع باعث می‌شود که ازون پس از چسبیدن به ذرات معلق، با مشکلات (مثل باکتری‌ها، ویروس‌ها، قارچ‌ها و غیره) در آب به طور کارآمد تماس نداشته باشد و در نتیجه کارایی پاک‌کنندگی کاهش یابد. شبیه به این است که گلوله پاک‌کننده (ازون) توسط مانع (ذرات معلق) در میانه مسدود شود.

مؤلفهای آلی موجود در ماده ذرات معلق با میکروب‌ها برای ازون رقابت می‌کنند. بسیاری از ذرات معلق شامل ماده آلی هستند، مانند پروتئین‌های ناتمام گوارش یافته، قندها و غیره. این ترکیبات آلی، مانند میکروب‌ها، می‌توانند واکنش‌های اکسیداسیونی با ازون انجام دهند. زمانی که تعداد زیادی ذره معلق در آب وجود دارد، ازون به طور اولویت با این ترکیبات آلی واکنش نشان می‌دهد، مقدار زیادی از ازون را مصرف می‌کند و مقدار ازون مورد استفاده برای تعقیم میکروب‌ها را کاهش می‌دهد. به عنوان مثال، در سیستم بازداری آکوئاکولچر (RAS) سیستمی که غلظت بالایی از ذرات معلق دارد، ازون ابتدا بیشتر انرژی خود را صرف اکسیداسیون ماده آلی روی سطح ذرات می‌کند، در حالی که تنها مقدار کمی از ازون برای کشتن میکروب‌های مضر در آب قابل استفاده است.

۳/۳ منافع فیلتراسیون قبل از تعقیم

پس از فیلتراسیون فیزیکی (حذف ذرات معلق)، فیلتراسیون زیستی (حذف مواد مضر محلول) و فیلتراسیون گازی (حذف دی اکسید کربن)، آب تربه بردی خیلی شفاف شده است. در این زمان، هر چه با استفاده از تعقیم فوق بنفش یا تعقیم ازن، اثر بسیار خوبی خواهد داشت.

4. طراحی پارامتر چرخه آب

هسته سیستم بازداری آکوئاکولچر (RAS) چرخه آب است. پس چگونه می‌توان آب را به چرخش درآورد؟ pomپم چرخه‌ای هسته است و عملکرد آن شبیه قلب انسان است. فیلتر زیستی بالاترین نقطه سیستم چرخه است، جایی که آب از طریق فشار جوی طبیعی به مختلف حوضک‌های تربه بردی جریان می‌یابد و سپس به حوض پمپ وارد می‌شود. سپس پمپ چرخه‌ای آب را از حوض پمپ به فیلتر زیستی منتقل می‌کند و بدین ترتیب چرخه آب ایجاد می‌شود.

پمپ ژرفا به اندازه کافی مهم است، بنابراین باید با یک پمپ اصلی و یک پمپ پشتیبان طراحی شود. زمانی که پمپ آب اصلی خراب می‌شود، پمپ پشتیبان آب می‌تواند به صورت زمانی فعال شود تا از حادثه تولید جلوگیری کند.

طراحی نرخ ژرفا

نرخ ژرفا سیستم بازداری آکوئاکولچر (RAS)  بسیار مهم است. نرخ گردش مناسب می‌تواند کیفیت آب یکنواخت در مزرعه ماهی‌داری را تضمین کند. از طریق گردش، اکسیژن محلول، مواد غذایی و دمای آب به صورت یکنواخت در سراسر بدن آب توزیع می‌شود و از وخامت محلی کیفیت آب جلوگیری می‌کند. مهم‌ترین موضوع این است که گردش آب می‌تواند حذف ذرات معلق را تسهیل کند. جریان آب گردشی می‌تواند ذرات معلق را به تجهیزات فیلتراسیون برای پردازش ببرد. نرخ گردش مناسب می‌تواند کارایی حذف ذرات معلق را افزایش دهد و از تجمع بیش از حد آنها در مزارع ماهی‌داری جلوگیری کند. بنابراین، سرعت گردش سطح ذرات معلق را تعیین می‌کند.

محاسبه نرخ چرخش ابتدا نیازمند تعیین مقدار تغذیه بر اساس بیشینه ظرفیت زیستی حمل است، سپس محاسبه مقدار ذرات معلق تولید شده در ساعت بر اساس مقدار تغذیه. سپس، بر اساس مقدار هدف TSS طراحی شده برای آب چرخان باغچه و ظرفیت پردازش هر تجهیزات، نرخ چرخش محاسبه می‌شود.

به طور خلاصه، محاسبه نرخ چرخه نسبتاً پیچیده است. بر اساس مقادیر تجربی، می‌توان به صورت ساده از آن به عنوان مقدار مرجع برای چرخش در هر 1 ساعت استفاده کرد. با فرض مثال تکثیر ماهی دریایی در یک بدن آب چرخان ۱۰۰۰ متر مکعب، فرکانس چرخه به یک چرخه دو ساعته تنظیم می‌شود. بنابراین، نرخ چرخش ساعتی ۱۰۰۰/۲=۵۰۰ تن در ساعت است. .

طراحی جریان متغیر

پمپ چرخان، تجهیزاتی است که بیشترین مصرف انرژی را در سیستم‌های آبزی‌پروری با آب چرخان دارد. اگر پمپ چرخان در حالت چرخش با سرعت بالا نگهداری شود، زباله‌ها را به سرعت از آب آبزی‌پروری و از حوضچه حذف خواهد کرد، اما مصرف انرژی بسیار بالا خواهد بود. اگر پمپ چرخان به صورت دائم در سرعت کم فعال باشد، هرچند مصرف انرژی کمتر است، اما نرخ حذف زباله از آب حوضچه آبزی‌پروری کند خواهد بود. با نصب تبدیل‌کننده‌های فرکانس و ترمینال‌های کنترل هوشمند، فناوری جریان متغیر می‌تواند به طور خودکار پارامترهای چرخه آب چرخان را بر اساس الگوریتم‌ها و پارامترهای کیفیت آب در مراحل مختلف تولید تنظیم کند و چرخه جریان متغیر را به دست آورد.

نمودار مرجع