陸上型工業化循環水養殖システム (RAS) プロセスおよびパラメータ設計 (第2部)

再循環水産養殖システム (RAS) プロセス設計の原則

伝統的な流れ込み式水産養殖とは異なり、 再循環水産養殖システム (RAS) 高度な処理技術と設備を通じて水の再利用を実現します。すべての構成要素は効果を確保するために科学的に順序付けられたワークフローで動作する必要があります。主な設計原則には次のようなものがあります：

1. 順次処理: 固形物 → 液体 → ガス

最初に固体浮遊粒子を取り除かない場合、その後のステップが損なわれることがあります。例えば、粒子で覆われたバイオフィルターのメディアは硝化細菌がアンモニア窒素を変換することを妨げ、水質を低下させます。また、粒子からの過剰な有機物はバイオフィルターを過負荷にする可能性もあります。

処理の順序 :
1. 固体粒子の除去

• 溶解した汚染物質の除去
• CO₂除去
• 消毒
• 酸素供給と温度管理

2. 階層的な固体廃棄物処理

中で 再循環水産養殖システム (RAS) システムにおける固体微粒子は、主に養殖生物の排せつ物や消費されなかった飼料から発生します。固体廃棄物の処理には、粒子サイズに基づいて異なる処理方法を採用できます（大きいものから小さいものまで）。

100ミクロンを超える较大的粒子（主に魚の糞や残りエサ）は沈降可能です。システム内でこれらの粒子が破砕され、その後の工程負荷が増加するのを避けるために、沈殿工程を採用することができます。垂直流れ沈澱槽は、重力分離を利用して沈降可能な粒子を取り除く装置です。垂直流れによる沈殿工程を通じて、60％～70％の固体粒子が除去されます。

垂直流れ沈澱槽による前処理後、ほとんどの沈降可能な粒子が除去され、残りの大部分は30-100ミクロンの懸濁固体粒子です。この粒子の一部は、マイクロフィルターを通じて物理的にろ過できます。

マイクロフィルターによってろ過された後、残る粒子は30ミクロン以下の小さな浮遊粒子と一部の可溶性有機物です。この部分の粒子は主にプロテインスクラバーより発生する泡によって分離されます。泡分離は一般的な方法で、微細な浮遊粒子や可溶性有機物を除去し、酸素増加や二酸化炭素除去の一定の機能を持っています。 .

3. 消毒前の順次ろ過

3.1 懸濁固体がUV消毒に及ぼす影響

水中の浮遊粒子は紫外線を散乱し、吸収することができます。この吸収と散乱の効果により、伝播中に紫外線エネルギーが消費され、さらに紫外線の強度と殺菌効果が低下します。ある研究では、紫外線照射を受けた廃水中での浮遊物質濃度と糞性コリフォームの生存率の間に相関があることが示されました。表面に付着した粒子を持つ細菌は、浮遊粒子によって保護されるため、紫外線消毒は生存能力を3-4 log10単位までしか低下させることができません。

浮遊微粒子は水の中での紫外線の透過深度を制限する可能性があります。澄んだ水では、紫外線は比較的深く水の中に透過し、異なる深さの水を消毒することができます。しかし、水中に浮遊粒子がある場合、紫外線の透過能力は妨げられます。

取る 再循環水産養殖システム (RAS) たとえば、池の場合、浮遊粒子がない場合、紫外線は水深0.5〜1メートルまでの水域で有効に消毒できる可能性があります。しかし、水中の浮遊粒子の濃度が高い場合、紫外線はわずか0.2〜0.3メートルの深さまでしか到達せず、深い水域が完全に消毒されないため、消毒の盲点が生じることがあります。これにより、不十分に消毒された領域で微生物が引き続き増殖し、全体の水質に影響を与える可能性があります。 再循環水産養殖システム (RAS) システムです

懸濁粒子の影響がない場合、特定レベルの紫外線照射量（例えば10-20mJ/cm²）はそれを効果的に殺すことができます。しかし、水中に多くの懸濁粒子が存在する場合、紫外線強度は元の50%〜70%しかありません。同じ消毒効果を得るためには、紫外線照射時間を延長するか、紫外線ランプの出力を上げる必要があります。そうでない場合、一部の微生物は完全に殺されず、消毒が不十分となり、養殖生物の感染リスクが増加します。

3.2 懸濁物質がオゾン消毒に与える影響

懸濁粒子は水中のオゾンを吸着します。懸濁粒子の比表面積が大きいことから、オゾン分子はその表面に容易に付着します。例えば、飼料残渣、糞便粒子、微生物集合体などの懸濁粒子は、表面に多くの活性部位を持ち、これらが物理的にオゾンを吸着します。これにより、オゾンが懸濁粒子と結合した後、水中の病原体（細菌、ウイルス、カビなど）と効果的に接触することが難しくなり、消毒効率が低下します。これは、消毒用の「弾丸」（オゾン）が、途中で「障害物」（懸濁粒子）に遮断されるようなものです。

浮遊粒子状物質に含まれる有機成分は、オゾンに対して病原体と競争します。多くの浮遊粒子は、完全には分解されていないタンパク質や糖類などの有機物を含んでいます。これらの有機化合物は病原体と同様に、オゾンとの酸化反応を起こすことができます。水の中に浮遊粒子が多すぎると、オゾンはまずこれらの有機物と反応し、大量のオゾンが消費され、病原体の消毒に使用されるオゾンの量が減少します。例えば、ある 再循環水産養殖システム (RAS) 高濃度の浮遊粒子状物質を含むシステムでは、オゾンはまず粒子表面の有機物を酸化するために大部分のエネルギーを使い、わずかな量のオゾンしか水の中の有害な微生物を殺すことができません。

3.3 消毒前のろ過の利点

物理的ろ過（悬浮物の除去）、生物的ろ過（溶けた有害物質の除去）、ガスろ過（二酸化炭素の除去）の後、水産養殖用水は非常に澄んでいます。この時点で、紫外線消毒またはオゾン消毒を使用しても、効果は非常に良好です。

4. 水循環パラメータ設計

の核心は 再循環水産養殖システム (RAS) 水循環です。では、どうすれば水を循環させられるのでしょうか？循環ポンプが核心であり、その役割は人間の心臓に似ています。生物ろ過装置は循環システム全体の最高地点であり、ここで水が大気圧によってさまざまな養殖池に流れ込み、その後ポンププールへと流れます。循環ポンプは、ポンププールから水を汲み上げて生物ろ過装置に戻し、これにより水の循環が実現されます。

循環ポンプは非常に重要であるため、主に一つと予備の一つで設計される必要があります。メインの給水泵が故障した場合、予備の給水泵を適時に起動して、繁殖事故を防ぐことができます。

循環率設計

循環率の 再循環水産養殖システム (RAS)  非常に重要です。適切な循環率は、養殖池内の水質を均一に保つことができます。循環を通じて、溶解酸素、栄養素、温度が全体の水域に均等に分布し、局所的な水質悪化を防ぎます。最も重要なことは、水流によって懸濁粒子の除去を促進できることです。循環する水流は、懸濁粒子をろ過装置まで運び、処理することができます。十分な循環率は、懸濁粒子の除去効率を向上させ、養殖池内でその過剰な蓄積を防ぎます。したがって、循環の速度が懸濁粒子のレベルを決定します。

循環率の計算では、まず最大生物負荷能力に基づいて給餌量を決定し、その後、その給餌量に基づいて1時間あたりに生成される懸濁粒子物質の量を計算します。次に、池の循環水におけるTSSの目標値と各設備の処理能力に基づいて、循環率を計算します。

要するに、循環率の計算は比較的複雑です。経験値に基づくと、単純な参考値として毎時 1 時間ごとに循環させることができます。例えば、1000立方メートルの循環水域でのスズキの養殖の場合、循環頻度を2時間ごとのサイクルに設定します。したがって、1時間当たりの循環率は1000/2=500トン/時間です。 .

可変流量設計

循環ポンプは、循環水養殖におけるエネルギー消費が最も高い設備です。循環ポンプを高速循環状態に保つと、養殖水槽から養殖水の廃棄物を迅速に除去できますが、エネルギー消費が高すぎます。一方、循環ポンプを低速で運転させると、エネルギー消費は低いものの、養殖水槽内の廃棄物の除去速度が遅くなります。周波数変換装置やインテリジェント制御端末を設置することで、可変流量技術はアルゴリズムに基づき、異なる育成段階や水質パラメータに応じて循環水サイクルのパラメータを自動調整し、可変流量循環を実現します。

参考図