Kontynentowy przemysłowy system recyklującego wodnego rolnictwa morskiego (RAS) Proces i projekt parametrów (Część 2)

System recyklującego wodnego rolnictwa morskiego (RAS) Zasady projektowania procesu

W odróżnieniu od tradycyjnego rolnictwa morskiego z przepływającą wodą, System recyklującego wodnego rolnictwa morskiego (RAS) osiąga ponowne użycie wody dzięki zaawansowanym technologiom i zespołom obróbki. Wszystkie komponenty muszą działać w naukowo zorganizowanym procesie, aby zapewnić skuteczność. Kluczowe zasady projektowe obejmują:

1. Sekwencyjne Oczyszczanie: Ciała stałej → Ciecze → Gazy

Nieusunięcie najpierw zawiesin stałych będzie kompromitować kolejne etapy. Na przykład, osłona biofiltra pokryta cząstkami utrudnia bakteriom nitrifikującym przekształcanie azotu amonowego, co pogarsza jakość wody. Nadmiar materii organicznej z cząstek może również obciążyć biofiltry.

Sekwencja Oczyszczania :
1. Usunięcie Cząstek Stałych

• Usuwanie Rozpuszczonych Zanieczyszczeń
• Wydzielenie CO₂
• Dezynfekcja
• Nasycenie Tlenem & Sterowanie Temperaturą

2. Traktowanie Odpadów Stałych wg Rozmiaru Cząstek

W System recyklującego wodnego rolnictwa morskiego (RAS) w systemie, materia stała pochodzi głównie od odchodów organizmów akwakulturowych i karmy, która nie została spożyta. Traktowanie odpadów stałych może wykorzystywać różne metody zależnie od rozmiaru cząstek, od największych do najmniejszych.

Dla większych czątek o rozmiarze powyżej 100 mikronów (głównie gówno ryb i resztę przynęty), te cząstki są osadzalne. Aby uniknąć zwiększenia obciążenia kolejnych procesów po ich złamaniu w systemie, można przyjąć proces osadzania. Zbiornik osadzaniami pionowym przepływem to urządzenie wykorzystujące separację grawitacyjną do usuwania cząstek osadzalnych. Dzięki procesowi osadzania pionowego usunięto 60% - 70% cząstek stałych.

Po wstępnym oczyszczaniu w zbiorniku osadzaniami pionowym przepływem, większość cząstek osadzalnych została usunięta, a większość pozostałych to wieszczące cząstki stałe między 30-100 mikronami. Ta część cząstek może zostać fizycznie odfiltrowana za pomocą mikrofiltru.

Po przefiltrowaniu przez mikrofiltr, pozostałe cząstki to małe zawiesiny poniżej 30 mikronów oraz niektóre rozpuszczalne substancje organiczne. Cząstki z tej części są głównie oddzielane przez pianę w separatory białkowe. Separacja pianowa jest powszechną metodą, która może usuwać mikrozawiesiny, rozpuszczalne substancje organiczne oraz ma określone funkcje zwiększania tlenku i usuwania dwutlenku węgla. .

3. Sekwencyjna Filtracja Przed Dezynfekcją

3.1 Wpływ Zawiesin Na Dezynfekcję UV

W zawiesinach wodnych cząstki mogą rozpraszac i pochłaniać promieniowanie ultrafioletowe. Ten efekt absorpcji i rozproszenia może prowadzić do zużycia energii ultrafioletowej podczas propagacji, co dalej obniża intensywność i działanie bakterobójcze promieniowania UV. Badanie wykazało korelację między zawartością zawiesin a przetrwaniem koliformów kałowych w ściekach narażonych na promieniowanie ultrafioletowe. Bakterie z cząstkami przyczepionymi do powierzchni są chronione przez zawiesiny, dlatego dezynfekcja UV może tylko zmniejszyć zdolność przeżycia o 3-4 jednostki log10.

Zawiesina może ograniczać głębokość przenikania promieniowania ultrafioletowego w wodzie. W czystej wodzie promienie ultrafioletowe mogą przenikać stosunkowo głęboko i dezynfekować wodę na różnych poziomach. Jednakże, gdy woda zawiera zawiesiny, zdolność przenikania promieni UV jest utrudniona.

zajmowanie się System recyklującego wodnego rolnictwa morskiego (RAS) Jezioro jako przykład, w przypadku braku zawieszonych cząstek, promieniowanie ultrafioletowe może być skuteczne w dezynfekcji ciał wodnych do głębokości 0,5-1 metra. Jednakże, jeśli stężenie zawieszonych cząstek w wodzie jest wysokie, promienie ultrafioletowe mogą прzenikać jedynie do głębokości 0,2-0,3 metra, co utrudnia pełną dezynfekcję większych głębokości, tworząc strefy ślepe dezynfekcji. To może prowadzić do dalszego wzrostu i rozmnażania się mikroorganizmów w tych niedostatecznie dezynfekowanych obszarach, co wpływa na jakość wody całego zbiornika System recyklującego wodnego rolnictwa morskiego (RAS) system.

W przypadku braku zakłóceń przez zawiesinę, określona dawka promieniowania ultrafioletowego (taka jak 10-20mJ/cm²) może skutecznie je zabić. Jednakże, jeśli w wodzie znajduje się duża liczba cząstek zawieszonych, intensywność ultrafioletu może wynieść tylko 50% - 70% pierwotnej wartości. Aby osiągnąć ten sam efekt dezynfekcji, konieczne jest przedłużenie czasu oświetlania ultrafioletowego lub zwiększenie mocy lampy UV. W przeciwnym razie niektóre mikroorganizmy mogą nie zostać całkowicie zniszczone, co spowoduje niedostateczną dezynfekcję i zwiększy ryzyko zakażenia organizmów hodowlanych.

3.2 Wpływ zawiesin na dezynfekcję ozonem

Cząstki zawieszone adsorbuje ozon w wodzie. Ze względu na dużą powierzchnię specyficzną zawieszonych czątek, cząsteczki ozonu łatwo przyczepiają się do ich powierzchni. Na przykład, zawiesiny takie jak resztki karmy, cząsteczki odchodów i aglomeraty mikrobowe mają wiele aktywnych miejsc na swoich powierzchniach, które mogą fizycznie adsorbować ozon. To sprawia, że ozon ma trudności z efektywnym kontaktowaniem się z patogenami (takimi jak bakterie, wirusy, grzyby itp.) w wodzie po wiązaniu się z zawiesiną, co zmniejsza wydajność dezynfekcji. To jakby "nabój" dezynfekcyjny (ozon) był przechwytywany przez "przeszkody" (cząstki zawieszone) w trakcie procesu.

Organiczne składniki zawartych w suszonym materiale cząsteczkowym konkurowały z patogenami o strefę. Wiele zawieszonych cząstek zawiera materię organiczną, taką jak niezupełnie strawione białka, cukry itp. Te złożone organiczne, podobnie jak patogeny, mogą ulegać reakcjom utleniania ze strefą. Gdy jest zbyt wiele zawieszonych cząstek w wodzie, strefa będzie preferencyjnie reagować z tymi substancjami organicznymi, zużywając dużą ilość strefy i zmniejszając ilość strefy dostępnej do dezynfekcji patogenów. Na przykład, w System recyklującego wodnego rolnictwa morskiego (RAS) systemie zawierającym wysokie stężenia zawiesin cząsteczkowych, strefa może najpierw poświęcić większość swojej energii na utlenianie związków organicznych na powierzchni cząstek, podczas gdy tylko niewielka ilość strefy może być wykorzystana do zabijania szkodliwych mikroorganizmów w wodzie.

3.3 Korzyści Filtracji Przed Dezynfekcją

Po filtracji fizycznej (usunięciu zawiesin), filtracji biologicznej (usunięciu rozpuszczonych szkodliwych substancji) i filtracji gazowej (usunięciu dwutlenku węgla), woda hodowlana stała się bardzo czysta. W tym momencie, niezależnie od tego, czy stosuje się dezynfekcję ultrafioletową, czy ozonową, efekt będzie bardzo dobry.

4. Projektowanie parametrów cyrkulacji wody

Jądro System recyklującego wodnego rolnictwa morskiego (RAS) jest cyklem wody. Więc jak zrobić, aby woda cyrkulowała? Pompowanie jest kluczowe, a jej funkcja przypomina ludzkie serce. Filtr biologiczny jest najwyższym punktem całego systemu cyrkulacji, gdzie woda spływa do różnych basenów hodowlanych za pomocą naturalnego ciśnienia atmosferycznego, a następnie do zbiornika pompowego. Następnie pompa cyrkulacyjna przepompowuje wodę z zbiornika pompowego do biofiltra, co umożliwia cyrkulację wody.

Pompa cyrkulacyjna jest tak ważna, że należy ją zaprojektować z jedną główną i jedną rezerwową. W przypadku awarii głównej pompy wodnej, rezerwowa pompa wodna może zostać uruchomiona w odpowiednim czasie, aby zapobiec wypadkom przy hodowli.

Projektowanie tempa cyrkulacji

Tempo cyrkulacji System recyklującego wodnego rolnictwa morskiego (RAS)  jest bardzo ważne. Odpowiednia szybkość obiegu może zapewnić jednolitą jakość wody w stawie hodowlanym. Dzięki obiegowi, roztworzony tlen, składniki odżywcze i temperatura mogą być równomiernie rozprowadzone przez całą masę wodną, unikając lokalnego pogorszenia jakości wody. Najważniejsze jest to, że promowanie usuwania zawiesin cząsteczkowych następuje poprzez cyrkulację wody. Prąd obiegowy może przynieść zawieszone cząstki do urządzenia filtrującego w celu ich oczyszczenia. Wystarczająca szybkość obiegu zwiększa wydajność usuwania zawiesin cząsteczkowych i zapobiega ich nadmiernemu nagromadzeniu w stawach hodowlanych. Dlatego prędkość obiegu determinuje poziom zawiesin cząsteczkowych.

Obliczenie tempa obiegu wymaga najpierw ustalenia ilości karmy na podstawie maksymalnego biologicznego nośnika, a następnie obliczenia ilości zawiesin cząsteczkowych produkowanych w ciągu godziny w oparciu o ilość karmy. Następnie, na podstawie projektowanej wartości TSS dla wody obiegowej z basenu oraz wydajności każdego urządzenia, oblicza się tempo obiegu.

Podsumowując, obliczanie współczynnika cyklu jest stosunkowo skomplikowane. Na podstawie doświadczeń można użyć przybliżonej wartości jako referencyjnej, aby cyklować co 1 godziny. Weźmy przykład hodowli brzoskwiń morza w ciele wody obiegowej o objętości 1000 metrów sześciennych, gdzie częstotliwość cyklu jest ustawiona na cykl co 2 godziny. Stąd tempa cyklu godzinowego wynosi 1000/2=500 ton/godzinę .

Projekt przepływu zmiennego

Pompa obiegu jest urządzeniem o najwyższym zużyciu energii w systemach akwakultury z cyrkulacją wody. Jeśli pompa obiegu pracuje w stanie wysokiej prędkości cyrkulacji, szybko usuwa odpady z wody akwakulturowej z basenu hodowlanego, ale zużycie energii jest zbyt wysokie. Jeśli pompa obiegu działa na niskich obrotach, mimo że zużycie energii jest niskie, tempo usuwania odpadów z wody w basenie hodowlanym jest wolne. Dzięki zainstalowaniu przekształtnic częstotliwości i inteligentnych terminali kontrolnych technologia przepływu zmiennego może automatycznie dostosowywać parametry cyklu wody obiegu na podstawie różnych etapów hodowli i parametrów jakości wody według algorytmów, osiągając zmienny przepływ cyrkulacji.

Schemat odniesienia