Sistema de Aquicultura em Recirculação Industrializado Baseado em Terra (RAS) Processo e Design de Parâmetros (Parte 2)

Sistema de Aquacultura de Recirculação (RAS) Princípios de Design de Processo

Ao contrário da aquacultura tradicional de fluxo contínuo, Sistema de Aquacultura de Recirculação (RAS) atinge a reutilização de água por meio de tecnologias e equipamentos avançados de tratamento. Todos os componentes devem operar em um fluxo de trabalho cientificamente sequenciado para garantir eficácia. Princípios fundamentais de design incluem:

1. Tratamento Sequencial: Sólidos → Líquidos → Gases

A falha em remover partículas suspensas sólidas primeiro comprometerá as etapas subsequentes. Por exemplo, a mídia do biofiltro revestida com partículas impede que bactérias nitrificantes convertam nitrogênio amoniacal, deteriorando a qualidade da água. A matéria orgânica excessiva das partículas também pode sobrecarregar os biofiltros.

Sequência de Tratamento :
1. Remoção de Partículas Sólidas

• Remoção de Contaminantes Dissolvidos
• Remoção de CO₂
• Desinfecção
• Oxigenação e Controle de Temperatura

2. Tratamento de Resíduos Sólidos por Tamanho de Partícula

Na Sistema de Aquacultura de Recirculação (RAS) sistema, a matéria particulada sólida provém principalmente das fezes dos organismos de aquicultura e ração não consumida. O tratamento de resíduos sólidos pode adotar diferentes métodos de tratamento de acordo com o tamanho da partícula, do maior para o menor.

Para partículas maiores com tamanho de partícula superior a 100 micrômetros (principalmente esterco de peixe e isca residual), essas partículas são sedimentáveis. Para evitar aumentar a carga nos processos subsequentes após elas se quebrarem no sistema, pode-se adotar um processo de precipitação. O decantador de fluxo vertical é um dispositivo que utiliza separação por gravidade para remover partículas sedimentáveis. Através do processo de sedimentação de fluxo vertical, 60% - 70% das partículas sólidas são removidas.

Após o pré-tratamento com um decantador de fluxo vertical, a maioria das partículas sedimentáveis foi removida, e o restante é composto principalmente por partículas sólidas suspensas entre 30-100 micrômetros. Essa parte das partículas pode ser filtrada fisicamente através de um microfiltro.

Após ser filtrado por um microfiltro, as partículas restantes são pequenas partículas suspensas abaixo de 30 micrômetros e algumas matérias orgânicas solúveis. As partículas nesta parte são separadas principalmente pela espuma através do separador de proteína. A separação por espuma é um método comum que pode remover partículas suspensas microscópicas, matérias orgânicas solúveis e tem funções específicas de aumentar o oxigênio e remover dióxido de carbono. .

3. Filtração Sequencial Antes da Desinfecção

3.1 Impacto dos Sólidos Suspensos na Desinfecção UV

Partículas suspensas na água podem dispersar e absorver radiação ultravioleta. Esse efeito de absorção e dispersão pode levar ao consumo de energia ultravioleta durante a propagação, reduzindo ainda mais a intensidade e o efeito bactericida da radiação ultravioleta. Um estudo encontrou uma correlação entre o teor de sólidos suspensos e a sobrevivência de coliformes fecais em águas residuais expostas à radiação ultravioleta. Bactérias com partículas presas à superfície são protegidas pelas partículas suspensas, portanto, a desinfecção por ultravioleta pode apenas reduzir a capacidade de sobrevivência em 3-4 unidades log10.

A matéria particulada suspensa pode limitar a profundidade de penetração dos raios ultravioleta na água. Na água clara, os raios ultravioleta podem penetrar relativamente profundamente na água e desinfectar a água em diferentes profundidades. No entanto, quando há partículas suspensas na água, a capacidade de penetração dos raios ultravioleta será obstaculizada.

tendo um Sistema de Aquacultura de Recirculação (RAS) pond como exemplo, na ausência de partículas suspensas, a radiação ultravioleta pode ser eficaz na desinfecção de corpos d'água até uma profundidade de 0,5-1 metro. Mas se a concentração de partículas suspensas na água for alta, os raios ultravioleta podem penetrar apenas até profundidades de 0,2-0,3 metros, dificultando que corpos d'água mais profundos sejam totalmente desinfectados, formando pontos cegos de desinfecção. Isso pode levar ao contínuo crescimento e reprodução de microrganismos nessas áreas insuficientemente desinfectadas, afetando a qualidade da água do conjunto Sistema de Aquacultura de Recirculação (RAS) sistema.

Na ausência de interferência de partículas suspensas, um certo nível de dose de radiação ultravioleta (como 10-20mJ/cm²) pode eliminá-la eficazmente. Mas se houver uma grande quantidade de partículas suspensas na água, a intensidade ultravioleta pode ser apenas 50% -70% da original. Para alcançar o mesmo efeito de desinfecção, é necessário prolongar o tempo de irradiação ultravioleta ou aumentar a potência da lâmpada ultravioleta. Caso contrário, algumas microrganismos podem não ser completamente eliminados, resultando em desinfecção incompleta e aumentando o risco de infecção para organismos de aquicultura.

3.2 Impacto dos Sólidos Suspensos na Desinfecção com Ozônio

A matéria particulada suspensa adsorverá ozônio na água. Devido à grande área de superfície específica das partículas suspensas, as moléculas de ozônio se ligam facilmente às suas superfícies. Por exemplo, partículas suspensas como resíduos de ração, partículas fecais e agregados microbianos possuem muitos sítios ativos em suas superfícies que podem adsorver fisicamente o ozônio. Isso dificulta o contato eficaz do ozônio com patógenos (como bactérias, vírus, fungos, etc.) na água após a ligação com a matéria particulada suspensa, reduzindo assim a eficiência da desinfecção. É como se a "bala" de desinfecção (ozônio) fosse interceptada pelo "obstáculo" (partículas suspensas) no meio do caminho.

Os componentes orgânicos na matéria particulada suspensa competem com patógenos pelo ozônio. Muitas partículas suspensas contêm matéria orgânica, como proteínas parcialmente digeridas, açúcares, etc. Esses compostos orgânicos, assim como os patógenos, podem sofrer reações de oxidação com o ozônio. Quando há muitas partículas suspensas na água, o ozônio reagirá preferencialmente com essas substâncias orgânicas, consumindo uma grande quantidade de ozônio e reduzindo a quantidade de ozônio disponível para desinfetar os patógenos. Por exemplo, em um Sistema de Aquacultura de Recirculação (RAS) sistema contendo altas concentrações de matéria particulada suspensa, o ozônio pode primeiro dedicar a maior parte de sua energia para oxidar a matéria orgânica na superfície das partículas, enquanto apenas uma pequena quantidade de ozônio pode ser usada para matar microrganismos nocivos na água.

3.3 Benefícios da Filtração Antes da Desinfecção

Após a filtração física (remoção de sólidos suspensos), filtração biológica (remoção de substâncias solúveis nocivas) e filtração de gases (remoção de dióxido de carbono), a água da aquicultura ficou muito clara. Neste momento, seja usando desinfecção ultravioleta ou desinfecção por ozônio, o efeito será muito bom.

4. Projeto de Parâmetros de Circulação de Água

O núcleo de Sistema de Aquacultura de Recirculação (RAS) é o ciclo da água. Então, como fazer a água circular? A bomba de circulação é o núcleo, e sua função é semelhante ao coração humano. O filtro biológico é o ponto mais alto do sistema de circulação, onde a água flui para vários tanques de aquicultura através da pressão atmosférica natural e depois entra na piscina da bomba. A bomba de circulação então leva a água da piscina da bomba para o biofiltro, alcançando assim a circulação da água.

A bomba de circulação é tão importante que deve ser projetada com uma principal e uma de backup. Quando a bomba d'água principal apresenta falha, a bomba de backup pode ser iniciada a tempo para evitar acidentes na reprodução.

Projeto da Taxa de Circulação

A taxa de circulação de Sistema de Aquacultura de Recirculação (RAS)  é muito importante. Uma taxa de circulação adequada pode garantir uma qualidade de água uniforme no açude de aquicultura. Através da circulação, oxigênio dissolvido, nutrientes e temperatura podem ser distribuídos uniformemente por todo o corpo d'água, evitando a deterioração local da qualidade da água. O mais importante é promover a remoção de partículas suspensas através da circulação da água. O fluxo de água circulante pode levar partículas suspensas até os equipamentos de filtração para tratamento. Uma taxa de circulação adequada pode melhorar a eficiência de remoção de partículas suspensas e prevenir sua acumulação excessiva nos açudes de aquicultura. Portanto, a velocidade de circulação determina o nível de partículas suspensas.

O cálculo da taxa de circulação primeiro requer determinar a quantidade de alimentação com base na capacidade biológica máxima de suporte, e depois calcular a quantidade de matéria particulada suspensa produzida por hora com base na quantidade de alimentação. Em seguida, com base no valor-alvo de TSS projetado para água circulante em tanques e na capacidade de processamento de cada equipamento, calcula-se a taxa de circulação.

Em resumo, o cálculo da taxa de ciclo é relativamente complexo. Com base em valores empíricos, pode-se usar simplesmente como um valor de referência para circular a cada 1 horas. Considerando o cultivo de robalo em um corpo de água circulante de 1000 metros cúbicos como exemplo, a frequência de ciclo é definida como um ciclo de 2 horas. Portanto, a taxa de ciclo por hora é de 1000/2=500 toneladas/hora .

Design de Fluxo Variável

A bomba de circulação é o equipamento com maior consumo de energia na aquicultura de água circulante. Se a bomba de circulação for mantida em um estado de circulação de alta velocidade, ela removerá rapidamente os resíduos da água da aquicultura do tanque, mas o consumo de energia será muito alto. Se a bomba de circulação for mantida em funcionamento em baixa velocidade, embora o consumo de energia seja baixo, a taxa de remoção de resíduos do tanque de aquicultura na água de cultivo será lenta. Instalando conversores de frequência e terminais de controle inteligente, a tecnologia de fluxo variável pode ajustar automaticamente os parâmetros do ciclo de água circulante de acordo com diferentes estágios de criação e parâmetros de qualidade da água com base em algoritmos, alcançando circulação de fluxo variável.

Diagrama de Referência