Process och parameterdesign för landbaserade industriella recirkulerande akvakultursystem (RAS) (Del 2)

Recirkulerande Akvakultursystem (RAS) Processdesignprinciper

Till skillnad från traditionell flödesbaserad akvakultur, Recirkulerande Akvakultursystem (RAS) uppnår vattenåteranvändning genom avancerade behandlingstekniker och utrustning. Alla komponenter måste fungera i en vetenskapligt sekvensierad arbetsflöde för att säkerställa effektivitet. Nyckelprinciper inkluderar:

1. Sekventiell behandling: Fasta → Vätskor → Gaser

Att inte ta bort fasta upphängda partiklar först kommer att kompromettera efterföljande steg. Till exempel hindrar biofiltermedium som är täckt med partiklar nitrifierande bakterier från att konvertera ammoniak-nitrogen, vilket försämrrar vattenkvaliteten. Överflödigt organiskt material från partiklarna kan också överbelasta biofilterna.

Behandlingssekvens :
1. Borttagning av fasta partiklar

• Borttagning av lössta föreningar
• CO₂ Avsättning
• Desinfektion
• Oxidation & Temperaturstyrning

2. Behandling av Fast Avfall Efter Partikelform

i den Recirkulerande Akvakultursystem (RAS) system, fast partikulat material huvudsakligen från fiskets avföring och oförbrukad foder. Behandlingen av fastt avfall kan använda olika behandlingsmetoder beroende på partikelform, från stora till små.

För större partiklar med en partikeldiameter över 100 mikron (främst fiskavfall och resterande foder) är dessa partiklar sedimentabla. För att undvika att belastningen på efterföljande processer ökar när de bryts ned i systemet kan en sedimentationsprocess införas. En vertikal flödes sedimentator är en enhet som använder gravitationsseparation för att ta bort sedimentabla partiklar. Genom den vertikala sedimentationsprocessen tas 60% - 70% av fasta partiklar bort.

Efter förbehandling med en vertikal flödes sedimentator har de flesta sedimentabla partiklarna tagits bort, och det mesta av det återstående består av upplösta fasta partiklar mellan 30-100 mikron. Denna del av partiklarna kan filtreras fysiskt genom en mikrofilter.

Efter att ha filtrerats genom en mikrofilter återstår partiklar som är små upphängda partiklar under 30 mikron och några lösbara organiska ämnen. Partiklarna i denna del separeras huvudsakligen av skum genom proteinseparatör. Skumseparation är en vanlig metod som kan ta bort mikroskopiskt små upphängda partiklar, lösligt organiskt material och har vissa funktioner för att öka syret och ta bort koldioxid. .

3. Sekventiell filtration innan disinfektion

3.1 Påverkan av upphängda fasta ämnen på UV-disinfektion

Upplösta partiklar i vatten kan sprida och absorbera ultraviolett strålning. Denna absorptions- och spridningseffekt kan leda till att ultraviolettenergin förbrukas under spridningen, vilket ytterligare minskar intensiteten och bacterialdödande effekten av ultraviolettstrålningen. En studie har hittat en korrelation mellan innehållet av upplösta partiklar och överlevnaden av avfördningskoliformer i avloppsvatten som utsätts för ultraviolettstrålning. Bakterier med partiklar på ytan är skyddade av de upplösta partiklarna, därför kan ultraviolettavsmittning endast minska överlevnadsförmågan med 3-4 log10 enheter.

Upplösta partiklar kan begränsa trängdjupet för ultraviolettstrålning i vatten. I klart vatten kan ultraviolettstrålningen tränga relativt djupt in i vattnet och desinficera vatten på olika djup. När det finns upplösta partiklar i vattnet hindras dock trängförmigheten för ultraviolettstrålningen.

tar en Recirkulerande Akvakultursystem (RAS) som ett exempel, i frånvaron av upphängd partikelmassa kan ultraviolett strålning vara effektiv i att desinficera vattenkroppar upp till en djup av 0,5-1 meter. Men om koncentrationen av upphängda partiklar i vattnet är hög kan ultraviolettstrålningen endast tränga ner till djupen 0,2-0,3 meter, vilket gör det svårt för djupare vattenkroppar att bli fullständigt desinficerade, och därmed bildas desinfektionens blinda fläcken. Detta kan leda till fortsatt tillväxt och reproduction av mikroorganismer i dessa otillräckligt desinficerade områden, vilket påverkar vattenkvaliteten för hela Recirkulerande Akvakultursystem (RAS) system.

I frånvaron av störningar orsakade av upphängd partikelmassa kan en viss nivå av ultraviolett strålning (som 10-20mJ/cm²) effektivt döda det. Men om det finns många upphängda partiklar i vattnet kan ultraviolettintensiteten endast vara 50% - 70% av den ursprungliga. För att uppnå samma desinfekteringseffekt måste man antingen förlänga tid för ultraviolettstrålningen eller öka lampanmaktigheten. Annars kan vissa mikroorganismer inte dödas fullständigt, vilket leder till otillräcklig desinfektion och ökar risken för infektion hos odlingar.

3.2 Effekt av upplösda fasta ämnen på ozondesinfektion

Upplöst partikelmassa kommer att adsorbera ozon i vattnet. På grund av den stora specifika ytan hos upplösta partiklar fäster ozonmolekyler lätt till deras ytor. Till exempel, upplösta partiklar som foderresiduer, avföringpartiklar och mikrobiella aggreger har många aktiva platser på sina ytor som kan fysiskt adsorbera ozon. Detta gör det svårt för ozonen att effektivt komma i kontakt med sjukskapande organismerna (som bakterier, virus, svampar etc.) i vattnet efter att ha bindits mot upplöst partikelmassa, vilket minskar rengörningseffektiviteten. Det är som att desinfekteringens "kulor" (ozon) blir avvägda av "hinder" (upplösta partiklar) på vägen.

De organiska komponenterna i upphängd partikelmassa tävlar med patogener om ozon. Många upphängda partiklar innehåller organiskt material, som delvis omvänt protein, socker etc. Dessa organiska förbindelser, precis som patogener, kan genomgå oxidationsreaktioner med ozon. När det finns för många upphängda partiklar i vattnet kommer ozon att reagera företrädesvis med dessa organiska ämnen, vilket förbrukar en stor mängd ozon och minskar mängden ozon som används för att desinficera patogener. Till exempel, i en Recirkulerande Akvakultursystem (RAS) system som innehåller höga koncentrationer av upphängd partikelmassa kan ozon först använda den största delen av sin energi på att oxidera organiskt material på ytan av partiklarna, medan endast en liten mängd ozon kan användas för att döda skadliga mikroorganismer i vattnet.

3.3 Fördelar med filtrering innan desinfektion

Efter fysisk filtrering (borttagning av upphängda partiklar), biologisk filtrering (borttagning av lösta skadliga ämnen) och gasfiltrering (borttagning av koldioxid) har akvakulturvatten blivit mycket klart. Vid detta tillfälle, oavsett om man använder ultraviolett desinfektion eller ozon desinfektion, kommer effekten att vara mycket bra.

4. Vattenomloppsparametervis design

kärnan i Recirkulerande Akvakultursystem (RAS) är vattenomloppet. Så hur gör man vattenet att cirkulera? Cirkulationspumpen är kärnan, och dess funktion liknar den mänskliga hjärtat. Den biologiska filtren är det högsta punkten i hela cirkulationssystemet, där vattnet flödar in i olika akvakulturbassänger via naturlig atmosfärtryck och sedan in i pumpbasen. Cirkulationspumpen pumpar sedan vatten från pumpbassängen in i biofiltret, därmed uppnår vattenets cirkulation.

Cirkulationspumpen är så viktig att den måste designas med en huvud- och en reservpump. När huvudpumpen för vattnet slutar fungera kan reservvattnepumpen startas på ett tillförlitligt sätt för att förhindra odlingstillfälligheter.

Design av cirkulationshastighet

Cirkulationshastigheten av Recirkulerande Akvakultursystem (RAS)  är mycket viktigt. En lämplig cirkulationshastighet kan säkerställa en jämn vattenkvalitet i odlingssjön. Genom cirkulation kan löst syre, näringsämnen och temperatur fördelas jämnt över hela vattnet, vilket förhindrar lokalt försämrat vatten. Det viktigaste är att främja borttagningen av upphängda partiklar genom vattenets cirkulation. Strömmen av cirkulerande vatten kan föra upphängda partiklar till filtreringsutrustningen för behandling. Tillräcklig cirkulationshastighet kan förbättra borttagnings-effektiviteten av upphängda partiklar och förhindra deras overdreven ackumulering i odlingssjön. Därför avgör cirkulationens hastighet nivån av upphängda partiklar.

Beräkningen av cirkulationshastighet kräver först att man avgör matningsmängden baserat på den maximala biologiska bärandekapaciteten, och sedan beräknar mängden av upphängd partikelmassa som produceras per timme utifrån matningsmängden. Därefter, baserat på det designade målvärdet för TSS i bassängens cirkuleringsvatten och varje utrustningens bearbetningskapacitet, beräknar man cirkulationshastigheten.

Sammanfattningsvis är beräkningen av cykelhastigheten relativt komplex. Baserat på empiriska värden kan det enkelt användas som ett referensvärde att cykla varje 1 timmar. Med sea bassodling i en 1000 kubikmeter stor cirkuleringsvattenkropp som exempel, sätts cykelfrekvensen till en 2-timmars cykel. Därför är den timvisa cykelhastigheten 1000/2=500 ton/timme .

Variabel strömningsdesign

Cirkulationspumpen är utrustningen med högst energiförbrukning i cirkulerande vatten för akvakultur. Om cirkulationspumpen hålls i en höghastighetscirkulationsläge, kommer den snabbt att ta bort avfall från odlingvattnet från odlingstankarna, men energiförbrukningen är för hög. Om cirkulationspumpen hålls igång på låg hastighet, är energiförbrukningen låg, men avfallsborttagningen från odlingvattnet i odlingstankarna är långsam. Genom att installera frekvensomvandlare och intelligenta styranter kan variabelflödestekniken automatiskt justera parametrarna för cirkulerande vatencykeln baserat på olika odlingsfaser och vattenkvalitetsparametrar enligt algoritmer, vilket uppnår variabel flödescirkulation.

Referensdiagram