Процесс и параметры проектирования наземной индустриальной системы рециркуляции аквакультуры (СРА) (Часть 2)

Система рециркуляции аквакультуры (RAS) Принципы проектирования процесса

В отличие от традиционной аквакультуры с прямым потоком, Система рециркуляции аквакультуры (RAS) достигает повторного использования воды с помощью передовых технологий очистки и оборудования. Все компоненты должны функционировать в научно обоснованном последовательном рабочем процессе для обеспечения эффективности. Ключевые принципы проектирования включают:

1. Последовательная очистка: Твердые вещества → Жидкости → Газы

Отказ от удаления твердых взвешенных частиц в первую очередь может нарушить последующие этапы. Например, среда биофильтра, покрытая частицами, препятствует нитрифицирующим бактериям в преобразовании аммиачного азота, что ухудшает качество воды. Избыток органического вещества от частиц также может перегрузить биофильтры.

Последовательность обработки :
1. Удаление твердых частиц

• Удаление растворенных загрязнителей
• Обезвоживание CO₂
• Дезинфекция
• Насыщение кислородом и контроль температуры

2. Обработка твердых отходов по размеру частиц

в Система рециркуляции аквакультуры (RAS) В системе, твердые частицы в основном образуются из экскрементов аквакультурных организмов и несъеденного корма. Обработка твердых отходов может использовать различные методы обработки в зависимости от размера частиц, от больших до маленьких.

Для крупных частиц с размером более 100 микрон (главным образом рыбьи экскременты и остатки корма), эти частицы подвержены осаждению. Чтобы избежать увеличения нагрузки на последующие процессы после их разрушения в системе, можно применить процесс осаждения. Вертикальный седиментатор — это устройство, которое использует гравитационное разделение для удаления осадка. Благодаря процессу вертикальной седиментации удаляется 60% - 70% твёрдых частиц.

После предварительной обработки в вертикальном седиментаторе большая часть осаждающихся частиц была удалена, а оставшаяся часть в основном состоит из взвешенных твёрдых частиц размером от 30 до 100 микрон. Эта часть частиц может быть физически отфильтрована через микросеточный фильтр.

После фильтрации микропроцессором остаются мелкие взвешенные частицы менее 30 микрон и некоторые растворимые органические вещества. Частицы этой группы главным образом отделяются через пену с помощью протеинового сепаратора. Пенная фильтрация является распространённым методом, который может удалять микроскопические взвешенные частицы, растворимые органические вещества, а также обладает определёнными функциями по увеличению кислорода и удалению углекислого газа. .

3. Последовательная фильтрация перед дезинфекцией

3.1 Влияние взвешенных веществ на УФ-дезинфекцию

Взвешенные частицы в воде могут рассеивать и поглощать ультрафиолетовое излучение. Это поглощение и рассеивание могут привести к затуханию ультрафиолетовой энергии при распространении, что еще больше снижает интенсивность и бактерицидный эффект ультрафиолетового излучения. Одно исследование обнаружило корреляцию между содержанием взвешенных веществ и выживаемостью кишечной палочки в сточных водах, подвергнутых ультрафиолетовому облучению. Бактерии с частицами, прикрепленными к поверхности, защищаются взвешенными частицами, поэтому ультрафиолетовая дезинфекция может только снизить их способность к выживанию на 3-4 единицы по логарифмической шкале.

Взвешенные частицы могут ограничивать глубину проникновения ультрафиолетовых лучей в воде. В чистой воде ультрафиолетовые лучи могут проникать относительно глубоко и дезинфицировать воду на разных уровнях. Однако, когда в воде есть взвешенные частицы, способность ультрафиолетовых лучей проникать будет затруднена.

взять на Система рециркуляции аквакультуры (RAS) например, пруд, при отсутствии взвешенных частиц, ультрафиолетовое излучение может быть эффективным для дезинфекции водных масс на глубине до 0.5-1 метра. Но если концентрация взвешенных частиц в воде высока, ультрафиолетовые лучи могут проникать только на глубину 0.2-0.3 метра, что затрудняет полную дезинфекцию более глубоких водных масс, создавая слепые зоны дезинфекции. Это может привести к продолжению роста и размножения микроорганизмов в этих недостаточно продезинфицированных областях, влияя на качество воды всего водоема Система рециркуляции аквакультуры (RAS) Система.

При отсутствии помех со стороны взвешенных частиц определенная доза ультрафиолетового излучения (например, 10-20 мДж/см²) может эффективно его уничтожить. Однако если в воде содержится большое количество взвешенных частиц, интенсивность ультрафиолета может составлять только 50% - 70% от первоначальной. Чтобы достичь того же эффекта обеззараживания, необходимо увеличить время облучения ультрафиолетом или мощность ультрафиолетовой лампы. В противном случае некоторые микроорганизмы могут не быть полностью уничтожены, что приведет к неполному обеззараживанию и увеличит риск инфекции для объектов аквакультуры.

3.2 Влияние взвешенных частиц на озоновое обеззараживание

Взвешенные частицы поглощают озон в воде. Благодаря большой удельной поверхности взвешенных частиц молекулы озона легко прилипают к их поверхностям. Например, взвешенные частицы, такие как остатки корма, фекальные частицы и микробные агрегаты, имеют множество активных центров на своих поверхностях, которые могут физически поглощать озон. Это затрудняет эффективное взаимодействие озона с патогенами (например, бактериями, вирусами, грибками и т.д.) в воде после связывания с взвешенными частицами, что снижает эффективность дезинфекции. Это похоже на то, как "пуля" дезинфекции (озон) перехватывается "препятствием" (взвешенными частицами) посередине пути.

Органические компоненты во взвешенных частицах конкурируют с патогенами за озон. Многие взвешенные частицы содержат органическое вещество, например, неполностью переваренные белки, сахара и т.д. Эти органические соединения, как и патогены, могут подвергаться окислению при взаимодействии с озоном. Когда во воде слишком много взвешенных частиц, озон будет преимущественно реагировать с этими органическими веществами, потребляя большое количество озона и уменьшая количество озона, доступного для обеззараживания патогенов. Например, в Система рециркуляции аквакультуры (RAS) системе с высокими концентрациями взвешенных частиц, озон может сначала затратить большую часть своей энергии на окисление органических веществ на поверхности частиц, тогда как лишь небольшое количество озона будет использовано для уничтожения вредных микроорганизмов в воде.

3.3 Преимущества фильтрации перед обеззараживанием

После физической фильтрации (удаления взвешенных частиц), биологической фильтрации (удаления растворённых вредных веществ) и газовой фильтрации (удаления углекислого газа), вода для аквакультуры становится очень чистой. В этот момент, независимо от того, используется ультрафиолетовая дезинфекция или озоновая дезинфекция, результат будет очень хорошим.

4. Проектирование параметров циркуляции воды

Основное ядро Система рециркуляции аквакультуры (RAS) состоит в цикле воды. Так как заставить воду циркулировать? Насос циркуляции является основным элементом, и его функция похожа на человеческое сердце. Биологический фильтр является самой высокой точкой всей системы циркуляции, где вода течёт в различные пруды для аквакультуры через естественное атмосферное давление, а затем в насосный бассейн. Циркуляционный насос затем перекачивает воду из насосного бассейна в биофильтр, тем самым обеспечивая циркуляцию воды.

Циркуляционный насос настолько важен, что его необходимо проектировать с одним основным и одним резервным. При неисправности основного насоса резервный насос может быть及时 включен для предотвращения аварийных ситуаций при разведении.

Проектирование скорости циркуляции

Скорость циркуляции Система рециркуляции аквакультуры (RAS)  имеет большое значение. Оптимальная скорость циркуляции может обеспечить равномерное качество воды в пруду для аквакультуры. Благодаря циркуляции, растворенный кислород, питательные вещества и температура могут быть равномерно распределены по всему объему воды, предотвращая ухудшение качества воды в отдельных местах. Самое важное — это способствует удалению взвешенных частиц через циркуляцию воды. Поток циркулирующей воды может доставлять взвешенные частицы к фильтрационному оборудованию для обработки. Достаточная скорость циркуляции может повысить эффективность удаления взвешенных частиц и предотвратить их чрезмерное накопление в прудах для аквакультуры. Таким образом, скорость циркуляции определяет уровень взвешенных частиц.

Расчет скорости циркуляции сначала требует определения количества кормления на основе максимальной биологической несущей способности, а затем расчета количества взвешенных частиц, производимых в час, на основе количества кормления. Затем, исходя из целевого значения ТВС, спроектированного для циркулирующей воды пруда, и производительности каждого оборудования, рассчитывается скорость циркуляции.

Подводя итог, расчет коэффициента цикла относительно сложен. На основе эмпирических значений его можно использовать как приблизительное значение для цикла каждые 1 часов. Возьмем, к примеру, выращивание морского окуня в объеме циркулирующей воды 1000 кубических метров, где частота цикла установлена на два часа. Таким образом, часовая скорость цикла составляет 1000/2 = 500 тонн/час .

Проектирование переменного потока

Циркуляционный насос является оборудованием с наибольшим энергопотреблением в системах циркулирующей воды для аквакультуры. Если циркуляционный насос находится в состоянии высокоскоростной циркуляции, он быстро удаляет отходы из воды для аквакультуры из аквакультурного бассейна, но энергопотребление слишком велико. Если циркуляционный насос работает на низкой скорости, хотя энергопотребление низкое, скорость удаления отходов из аквакультурного бассейна в воде для аквакультуры медленная. Установка частотных преобразователей и интеллектуальных контрольных терминалов позволяет технологии переменного потока автоматически регулировать параметры цикла циркулирующей воды на основе алгоритмов в зависимости от различных этапов разведения и параметров качества воды, обеспечивая переменный поток циркуляции.

Схема-справка