กระบวนการและการออกแบบพารามิเตอร์ของระบบการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำแบบหมุนเวียนอุตสาหกรรมบนบก (RAS) (ส่วนที่ 2)

ระบบการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำแบบหมุนเวียน (RAS) หลักการการออกแบบกระบวนการ

แตกต่างจากระบบการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำแบบไหลผ่านดั้งเดิม ระบบการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำแบบหมุนเวียน (RAS) สามารถนำน้ำกลับมาใช้ใหม่ได้ผ่านเทคโนโลยีและการบำบัดขั้นสูง อุปกรณ์ทั้งหมดต้องทำงานในลำดับการทำงานที่มีความแม่นยำทางวิทยาศาสตร์เพื่อให้มั่นใจถึงประสิทธิภาพ หลักการออกแบบสำคัญประกอบด้วย:

1. การบำบัดตามลำดับ: เศษแข็ง → ของเหลว → ก๊าซ

หากไม่ทำการกำจัดอนุภาคแข็งที่ลอยอยู่ก่อน จะทำให้ขั้นตอนถัดไปเสียหายได้ เช่น สื่อกันของไบโอฟิลเตอร์ที่เคลือบด้วยอนุภาคจะขัดขวางแบคทีเรียไนเตริฟายจากกระบวนการเปลี่ยนแอมโมเนียไนโตรเจน ส่งผลให้คุณภาพน้ำเสื่อมลง นอกจากนี้สารอินทรีย์ส่วนเกินจากอนุภาคอาจทำให้ไบโอฟิลเตอร์ทำงานหนักเกินไป

ลำดับการบำบัด :
1. การกำจัดอนุภาคแข็ง

• การกำจัดสารปนเปื้อนที่ละลาย
• การแยก CO₂
• การฆ่าเชื้อโรค
• การเติมออกซิเจนและการควบคุมอุณหภูมิ

2. การบำบัดของเสียแข็งตามขนาดอนุภาค

ใน ระบบการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำแบบหมุนเวียน (RAS) ระบบ ของเสียในรูปอนุภาคแข็งส่วนใหญ่มาจากอุจจาระของสัตว์น้ำและอาหารที่ไม่ได้ถูกบริโภค การบำบัดของเสียแข็งสามารถใช้วิธีการบำบัดต่าง ๆ ขึ้นอยู่กับขนาดของอนุภาค จากขนาดใหญ่ไปยังขนาดเล็ก

สำหรับอนุภาคขนาดใหญ่กว่าที่มีขนาดอนุภาคมากกว่า 100 ไมครอน (ส่วนใหญ่เป็นขี้ปลาและเหยื่อที่เหลือ) อนุภาคเหล่านี้สามารถตกตะกอนได้ เพื่อหลีกเลี่ยงการเพิ่มภาระให้กับกระบวนการถัดไปหลังจากที่พวกมันแตกในระบบ สามารถใช้กระบวนการตกตะกอนได้ เครื่องตกตะกอนแบบ dòng chảyตั้งฉาก เป็นอุปกรณ์ที่ใช้การแยกด้วยแรงโน้มถ่วงเพื่อกำจัดอนุภาคที่สามารถตกตะกอนได้ ผ่านกระบวนการตกตะกอนแบบ dòng chảyตั้งฉาก 60% - 70% ของอนุภาคของแข็งจะถูกกำจัดออก

หลังจากการบำบัดเบื้องต้นโดยเครื่องตกตะกอนแบบ dòngไหลตั้งฉาก ส่วนใหญ่ของอนุภาคที่สามารถตกตะกอนได้ถูกกำจัดออกไปแล้ว และส่วนที่เหลือส่วนใหญ่เป็นอนุภาคของแข็งที่ลอยอยู่ระหว่าง 30-100 ไมครอน ส่วนอนุภาคเหล่านี้สามารถกรองด้วยวิธีทางกายภาพผ่านไมโครฟิลเตอร์

หลังจากกรองด้วยไมโครฟิลเตอร์ อนุภาคที่เหลือจะเป็นอนุภาคแขวนลอยขนาดเล็กกว่า 30 ไมครอนและสารอินทรีย์ที่ละลายได้บางส่วน อนุภาคในส่วนนี้จะถูกแยกออกโดยฟองอากาศผ่านตัวแยกโปรตีน การแยกด้วยฟองอากาศเป็นวิธีที่พบบ่อย ซึ่งสามารถกำจัดอนุภาคแขวนลอยขนาดเล็ก สารอินทรีย์ที่ละลายได้ และมีหน้าที่เพิ่มออกซิเจนและลดคาร์บอนไดออกไซด์ได้ในระดับหนึ่ง .

3. การกรองแบบลำดับก่อนการฆ่าเชื้อด้วยรังสี UV

3.1 ผลกระทบของของแข็งแขวนลอยต่อการฆ่าเชื้อด้วยรังสี UV

อนุภาคที่ลอยอยู่ในน้ำสามารถกระจายและดูดซับรังสีอัลตราไวโอเลตได้ ผลการดูดซับและการกระจายนี้อาจนำไปสู่การใช้พลังงานของรังสีอัลตราไวโอเลตระหว่างการแพร่กระจาย ทำให้ความเข้มและความสามารถในการฆ่าเชื้อบางลง การศึกษาพบความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณสารแขวนลอยกับการอยู่รอดของโคไลฟอร์มกลุ่มSTERCO ในน้ำเสียที่ถูกสัมผัสรังสีอัลตราไวโอเลต เชื้อแบคทีเรียที่มีอนุภาคเกาะอยู่บนผิวจะได้รับการปกป้องจากอนุภาคที่ลอยอยู่ ดังนั้น การฆ่าเชื้อด้วยรังสีอัลตราไวโอเลตสามารถลดความสามารถในการอยู่รอดได้เพียง 3-4 หน่วยในระบบลอการิทึมฐาน 10

อนุภาคแขวนลอยสามารถจำกัดความลึกของการซึมผ่านของรังสีอัลตราไวโอเลตในน้ำได้ ในน้ำใส รังสีอัลตราไวโอเลตสามารถซึมผ่านน้ำได้ลึกพอสมควรและฆ่าเชื้อในน้ำที่ระดับความลึกต่าง ๆ อย่างไรก็ตาม เมื่อมีอนุภาคแขวนลอยในน้ำ ความสามารถในการซึมผ่านของรังสีอัลตราไวโอเลตจะถูกขัดขวาง

การพาไป ระบบการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำแบบหมุนเวียน (RAS) สระน้ำเป็นตัวอย่าง ในกรณีที่ไม่มีสารแขวนลอย รังสีอัลตราไวโอเลตอาจมีประสิทธิภาพในการฆ่าเชื้อในแหล่งน้ำได้ถึงความลึก 0.5-1 เมตร แต่หากมีความเข้มข้นของอนุภาคแขวนลอยในน้ำสูง รังสีอัลตราไวโอเลตอาจทะลุผ่านลงไปได้เพียง 0.2-0.3 เมตร ส่งผลให้แหล่งน้ำที่มีความลึกมากกว่านั้นไม่สามารถถูกฆ่าเชื้อได้อย่างสมบูรณ์ ทำให้เกิดจุดบอดในการฆ่าเชื้อได้ ซึ่งจะนำไปสู่การเจริญเติบโตและการแพร่พันธุ์ของจุลินทรีย์ในพื้นที่ที่ถูกฆ่าเชื้อไม่เพียงพอ ส่งผลกระทบต่อคุณภาพน้ำของแหล่งน้ำโดยรวม ระบบการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำแบบหมุนเวียน (RAS) ระบบ

ในกรณีที่ไม่มีการรบกวนจากอนุภาคแขวนลอย ปริมาณรังสีอัลตราไวโอเลตระดับหนึ่ง (เช่น 10-20mJ/cm²) สามารถฆ่าเชื้อได้อย่างมีประสิทธิภาพ แต่หากมีอนุภาคแขวนลอยจำนวนมากในน้ำ ความเข้มข้นของรังสีอัลตราไวโอท์อาจเหลือเพียง 50% - 70% ของค่าเดิม เพื่อให้ได้ผลการฆ่าเชื้อเท่าเดิม จำเป็นต้องขยายเวลาฉายรังสีอัลตราไวโอเลตหรือเพิ่มกำลังไฟฟ้าของหลอดอัลตราไวโอเลต มิฉะนั้น จุลชีพบางชนิดอาจไม่ถูกฆ่าอย่างสมบูรณ์ ส่งผลให้การฆ่าเชื้อไม่สมบูรณ์และเพิ่มความเสี่ยงของการติดเชื้อในสิ่งมีชีวิตที่เลี้ยงในน้ำ

3.2 ผลกระทบของสารแขวนลอยต่อการฆ่าเชื้อด้วยโอโซน

สารแขวนลอยจะดูดซับโอโซนในน้ำ เนื่องจากพื้นที่ผิวจำเพาะของอนุภาคที่แขวนลอยมีขนาดใหญ่ โมเลกุลของโอโซนจึงสามารถเกาะบนพื้นผิวของพวกมันได้ง่าย เช่น อนุภาคที่แขวนลอย เช่น เศษอาหารที่เหลือ อุจจาระ และกลุ่มจุลชีพ มีหลายจุดที่เป็นแหล่งที่สามารถดูดซับโอโซนทางกายภาพได้ สิ่งนี้ทำให้โอโซนไม่สามารถสัมผัสกับเชื้อโรค (เช่น แบคทีเรีย ไวรัส เชื้อรา ฯลฯ) ในน้ำได้อย่างมีประสิทธิภาพหลังจากผูกพันกับอนุภาคที่แขวนลอย ซึ่งจะลดประสิทธิภาพของการฆ่าเชื้อ เป็นเหมือน "กระสุน" การฆ่าเชื้อ (โอโซน) ถูกขัดขวางโดย "อุปสรรค" (อนุภาคที่แขวนลอย) ในระหว่างกระบวนการ

ส่วนประกอบอินทรีย์ในสารแขวนลอยตัวชิงปฏิกริยาโอโซนกับเชื้อโรค อนุภาคที่แขวนลอยหลายชนิดมีสารอินทรีย์ เช่น โปรตีนที่ย่อยไม่หมดหรือคาร์โบไฮเดรต เป็นต้น สารอินทรีย์เหล่านี้ เมื่อเหมือนเชื้อโรค ก็สามารถเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันกับโอโซนได้ เมื่อมีอนุภาคแขวนลอยมากเกินไปในน้ำ โอโซนจะเลือกปฏิกริยากับสารอินทรีย์เหล่านั้นก่อน ทำให้ใช้ปริมาณโอโซนไปเป็นจำนวนมาก และลดปริมาณโอโซนที่ใช้ฆ่าเชื้อโรคลง เช่น ใน ระบบการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำแบบหมุนเวียน (RAS) ระบบที่มีความเข้มข้นของอนุภาคแขวนลอยสูง โอโซนอาจใช้พลังงานส่วนใหญ่ในการออกซิเดชันสารอินทรีย์บนพื้นผิวของอนุภาคก่อน ส่วนโอโซนเพียงเล็กน้อยเท่านั้นที่จะถูกใช้เพื่อกำจัดจุลชีพที่เป็นอันตรายในน้ำ

3.3 ประโยชน์ของการกรองก่อนการฆ่าเชื้อ

หลังจากการกรองทางกายภาพ (การกำจัดของแข็งที่ลอยอยู่) การกรองชีวภาพ (การกำจัดสารอินทรีย์ที่ละลายและเป็นอันตราย) และการกรองก๊าซ (การกำจัดคาร์บอนไดออกไซด์) น้ำสำหรับการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำจะกลายเป็นใสขึ้นมาก ในตอนนี้ ไม่ว่าจะใช้วิธีฆ่าเชื้อด้วยรังสีอัลตราไวโอเลตหรือการฆ่าเชื้อด้วยโอโซน ก็จะให้ผลลัพธ์ที่ดีมาก

4. การออกแบบพารามิเตอร์ของการหมุนเวียนน้ำ

แกนหลักของ ระบบการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำแบบหมุนเวียน (RAS) คือการหมุนเวียนน้ำ แล้วเราจะทำให้น้ำหมุนเวียนได้อย่างไร? เครื่องปั๊มหมุนเวียนคือแกนหลัก และหน้าที่ของมันก็เหมือนหัวใจของมนุษย์ ตัวกรองชีวภาพเป็นจุดสูงสุดของระบบการหมุนเวียน โดยที่น้ำจะไหลเข้าสู่บ่อเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำต่าง ๆ ผ่านแรงดันบรรยากาศตามธรรมชาติ จากนั้นไหลลงสู่บ่อปั๊ม ปั๊มหมุนเวียนจะสูบน้ำจากบ่อปั๊มไปยังไบโอฟิลเตอร์ เพื่อให้เกิดการหมุนเวียนของน้ำ

ปั๊มหมุนเวียนเป็นสิ่งที่สำคัญมาก ดังนั้นมันต้องถูกออกแบบให้มีหลักหนึ่งและสำรองหนึ่ง เมื่อปั๊มน้ำหลักเกิดขัดข้อง ปั๊มน้ำสำรองสามารถเริ่มทำงานได้ทันเวลาเพื่อป้องกันไม่ให้เกิดอุบัติเหตุจากการเลี้ยงสัตว์น้ำ

การออกแบบอัตราการหมุนเวียน

อัตราการหมุนเวียนของ ระบบการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำแบบหมุนเวียน (RAS)  มีความสำคัญมาก การควบคุมอัตราการหมุนเวียนที่เหมาะสมสามารถรับประกันคุณภาพน้ำที่สม่ำเสมอในบ่อเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำ ผ่านการหมุนเวียน อ็อกซิเจนที่ละลายได้ สารอาหาร และอุณหภูมิจะถูกกระจายอย่างเท่าเทียมกันทั่วทั้งมวลน้ำ หลีกเลี่ยงการเสื่อมสภาพของคุณภาพน้ำในบางพื้นที่ สิ่งที่สำคัญที่สุดคือการช่วยส่งเสริมการกำจัดอนุภาคแขวนลอยผ่านการหมุนเวียนของน้ำ การไหลของน้ำหมุนเวียนสามารถนำอนุภาคแขวนลอยไปยังอุปกรณ์กรองเพื่อการบำบัด อัตราการหมุนเวียนที่เพียงพอสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพในการกำจัดอนุภาคแขวนลอยและป้องกันไม่ให้มีการสะสมมากเกินไปในบ่อเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำ ดังนั้น ความเร็วของการหมุนเวียนจึงเป็นตัวกำหนดระดับของอนุภาคแขวนลอย

การคำนวณอัตราการหมุนเวียนต้องเริ่มจากการกำหนดปริมาณอาหารตามความจุทางชีวภาพสูงสุดก่อน แล้วคำนวณปริมาณของสารแขวนลอยที่ผลิตต่อชั่วโมงจากปริมาณอาหาร จากนั้น ให้อ้างอิงตามค่าเป้าหมายของ TSS ที่ออกแบบไว้สำหรับน้ำหมุนเวียนในบ่อและการประมวลผลของแต่ละเครื่อง เพื่อคำนวณอัตราการหมุนเวียน

สรุป การคำนวณอัตราการหมุนเวียนค่อนข้างซับซ้อน สามารถใช้ค่าประสบการณ์เป็นค่าอ้างอิงในการหมุนเวียนทุก 1 ชั่วโมง เช่น ในกรณีของการเพาะเลี้ยงปลากะพงในระบบหมุนเวียนขนาด 1,000 ลูกบาศก์เมตร โดยตั้งค่าความถี่การหมุนเวียนที่ 2 ชั่วโมงต่อรอบ ดังนั้น อัตราการหมุนเวียนต่อชั่วโมงจะเท่ากับ 1000/2=500 ตัน/ชั่วโมง .

การออกแบบการไหลแบบแปรผัน

ปั๊มหมุนเวียนเป็นอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานมากที่สุดในระบบการเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำแบบหมุนเวียนน้ำ หากปั๊มหมุนเวียนทำงานด้วยความเร็วสูง จะสามารถกำจัดของเสียออกจากน้ำสำหรับการเพาะเลี้ยงในบ่อได้อย่างรวดเร็ว แต่การใช้พลังงานจะสูงเกินไป หากปั๊มหมุนเวียนทำงานด้วยความเร็วต่ำ การใช้พลังงานอาจลดลง แต่อัตราการกำจัดของเสียจากน้ำในบ่อเพาะเลี้ยงจะช้าลง โดยการติดตั้งคอนเวอร์เตอร์ความถี่และเทอร์มินัลควบคุมอัจฉริยะ เทคโนโลยีการไหลแบบแปรผันสามารถปรับพารามิเตอร์ของการหมุนเวียนน้ำตามขั้นตอนการเพาะเลี้ยงและการวัดคุณภาพน้ำโดยใช้ขั้นตอนวิธี อันนำไปสู่การหมุนเวียนน้ำแบบแปรผัน

แผนผังอ้างอิง