Quy trình và thiết kế tham số của Hệ thống Chăn nuôi Thuỷ sản tuần hoàn Công nghiệp trên đất liền (RAS) (Phần 2)

Hệ thống Chăn nuôi Thuỷ sản Tuần hoàn (RAS) Nguyên tắc Thiết kế Quy trình

Khác với nuôi trồng thuỷ sản truyền thống theo dòng chảy, Hệ thống Chăn nuôi Thuỷ sản Tuần hoàn (RAS) đạt được việc tái sử dụng nước thông qua các công nghệ và thiết bị xử lý tiên tiến. Tất cả các thành phần phải hoạt động theo một quy trình có thứ tự khoa học để đảm bảo hiệu quả. Các nguyên tắc thiết kế chính bao gồm:

1. Xử lý Theo Thứ Tự: Vật rắn → Chất lỏng → Khí

Việc không loại bỏ các hạt rắn treo trước sẽ ảnh hưởng đến các bước tiếp theo. Ví dụ, vật liệu lọc sinh học bị bám bởi các hạt sẽ cản trở vi khuẩn nitrat hóa chuyển đổi amoniac thành nitơ, làm suy giảm chất lượng nước. Lượng chất hữu cơ dư thừa từ các hạt có thể cũng làm quá tải cho hệ thống lọc sinh học.

Thứ tự xử lý :
1. Loại bỏ hạt rắn

• Loại bỏ chất ô nhiễm hòa tan
• Tách CO₂
• Khử trùng
• Cung cấp oxy và kiểm soát nhiệt độ

2. Xử lý chất thải rắn theo kích thước hạt

Trong Hệ thống Chăn nuôi Thuỷ sản Tuần hoàn (RAS) trong hệ thống, chất rắn chủ yếu đến từ phân của sinh vật nuôi thủy sản và thức ăn chưa được tiêu thụ. Việc xử lý chất thải rắn có thể áp dụng các phương pháp xử lý khác nhau tùy theo kích thước hạt, từ lớn đến nhỏ.

Đối với các hạt lớn hơn có kích thước hạt trên 100 micron (chủ yếu là phân cá và mồi thừa), những hạt này có thể lắng. Để tránh tăng tải cho các quy trình tiếp theo sau khi chúng vỡ trong hệ thống, có thể áp dụng quá trình lắng. Bể lắng dòng đứng là thiết bị sử dụng phương pháp tách bằng trọng lực để loại bỏ các hạt có thể lắng. Qua quá trình lắng dòng đứng, 60% -70% các hạt rắn được loại bỏ.

Sau khi xử lý tiền lọc bằng bể lắng dòng đứng, phần lớn các hạt có thể lắng đã được loại bỏ, và phần còn lại chủ yếu là các hạt rắn lơ lửng giữa 30-100 micron. Phần hạt này có thể được lọc vật lý thông qua một bộ lọc vi màng.

Sau khi được lọc bởi một vi bộ lọc, các hạt còn lại là các hạt lơ lửng nhỏ dưới 30 micron và một số chất hữu cơ tan. Các hạt trong phần này chủ yếu được tách ra bởi bọt thông qua máy phân ly protein. Phương pháp tách bọt là phương pháp phổ biến, có thể loại bỏ các hạt lơ lửng vi mô, chất hữu cơ tan và có chức năng nhất định trong việc tăng oxy và loại bỏ khí dioxide carbon. .

3. Lọc tuần tự trước khi khử trùng

3.1 Tác động của chất rắn lơ lửng đến khử trùng UV

Các hạt lơ lửng trong nước có thể tán xạ và hấp thụ bức xạ tím. Hiệu ứng hấp thụ và tán xạ này có thể dẫn đến sự tiêu hao năng lượng tím trong quá trình truyền播, làm giảm thêm cường độ và hiệu quả diệt khuẩn của bức xạ tím. Một nghiên cứu đã phát hiện ra mối tương quan giữa hàm lượng chất rắn lơ lửng và khả năng sống sót của vi khuẩn coliform phân trong nước thải khi tiếp xúc với bức xạ tím. Các vi khuẩn có hạt gắn trên bề mặt được bảo vệ bởi các hạt lơ lửng, do đó, khử trùng bằng tia cực tím chỉ có thể giảm khả năng sống sót từ 3-4 đơn vị log10.

Chất rắn lơ lửng có thể hạn chế độ sâu thâm nhập của tia cực tím trong nước. Trong nước trong suốt, tia cực tím có thể thâm nhập vào nước ở độ sâu tương đối lớn và khử trùng nước ở các độ sâu khác nhau. Tuy nhiên, khi có các hạt lơ lửng trong nước, khả năng thâm nhập của tia cực tím sẽ bị cản trở.

đang lấy Hệ thống Chăn nuôi Thuỷ sản Tuần hoàn (RAS) ao là một ví dụ, trong trường hợp không có vật chất hạt lơ lửng, tia cực tím có thể hiệu quả trong việc khử trùng nguồn nước đến độ sâu 0,5-1 mét. Nhưng nếu nồng độ hạt lơ lửng trong nước cao, tia cực tím có thể chỉ thâm nhập được đến độ sâu 0,2-0,3 mét, khiến cho các vùng nước sâu hơn khó có thể được khử trùng hoàn toàn, tạo ra các điểm mù khử trùng. Điều này có thể dẫn đến sự tiếp tục phát triển và sinh sản của vi sinh vật trong những khu vực khử trùng chưa đủ, ảnh hưởng đến chất lượng nước của toàn bộ nguồn nước. Hệ thống Chăn nuôi Thuỷ sản Tuần hoàn (RAS) hệ thống.

Trong trường hợp không có sự can thiệp của các hạt lơ lửng, một mức liều lượng tia cực tím nhất định (chẳng hạn như 10-20mJ/cm²) có thể tiêu diệt hiệu quả. Nhưng nếu trong nước có nhiều hạt lơ lửng, cường độ tia cực tím có thể chỉ còn 50% - 70% so với ban đầu. Để đạt được cùng hiệu quả khử trùng, cần phải kéo dài thời gian chiếu xạ tia cực tím hoặc tăng công suất của đèn cực tím. Nếu không, một số vi sinh vật có thể không bị tiêu diệt hoàn toàn, dẫn đến việc khử trùng không triệt để và làm tăng nguy cơ nhiễm bệnh cho sinh vật nuôi trồng thủy sản.

3.2 Tác động của chất rắn lơ lửng đối với khử trùng bằng ozone

Vật chất lơ lửng sẽ hấp phụ ozone trong nước. Do diện tích bề mặt riêng lớn của các hạt lơ lửng, phân tử ozone dễ dàng bám vào bề mặt của chúng. Ví dụ, các hạt lơ lửng như tàn thức ăn, phân động vật và tập hợp vi sinh vật có nhiều điểm hoạt tính trên bề mặt có thể hấp phụ ozone theo cách vật lý. Điều này khiến ozone khó tiếp xúc hiệu quả với mầm bệnh (như vi khuẩn, virus, nấm, v.v.) trong nước sau khi gắn kết với vật chất lơ lửng, từ đó làm giảm hiệu quả khử trùng. Giống như "viên đạn" khử trùng (ozone) bị cản lại bởi "chướng ngại vật" (vật chất lơ lửng) ở giữa.

Các hợp chất hữu cơ trong vật chất dạng hạt lơ lửng cạnh tranh với mầm bệnh để hấp thụ ozon. Nhiều hạt lơ lửng chứa chất hữu cơ, chẳng hạn như protein chưa phân giải hoàn toàn, đường, v.v. Những hợp chất hữu cơ này, giống như mầm bệnh, có thể tham gia vào các phản ứng oxi hóa với ozon. Khi có quá nhiều hạt lơ lửng trong nước, ozon sẽ ưu tiên phản ứng với các chất hữu cơ này, tiêu thụ một lượng lớn ozon và làm giảm lượng ozon được sử dụng để khử trùng mầm bệnh. Ví dụ, trong một Hệ thống Chăn nuôi Thuỷ sản Tuần hoàn (RAS) hệ thống chứa nồng độ cao của vật chất dạng hạt lơ lửng, ozon có thể đầu tiên tập trung hầu hết năng lượng của nó để oxi hóa chất hữu cơ trên bề mặt của các hạt, trong khi chỉ có một lượng nhỏ ozon có thể được sử dụng để tiêu diệt vi sinh vật có hại trong nước.

3.3 Lợi ích của việc lọc trước khi khử trùng

Sau khi lọc vật lý (loại bỏ chất rắn lơ lửng), lọc sinh học (loại bỏ các chất có hại hòa tan) và lọc khí (loại bỏ khí carbon dioxide), nước nuôi trồng thủy sản đã trở nên rất trong suốt. Lúc này, dù sử dụng khử trùng bằng tia cực tím hay khử trùng bằng ozone, hiệu quả sẽ rất tốt.

4. Thiết kế tham số tuần hoàn nước

cốt lõi của Hệ thống Chăn nuôi Thuỷ sản Tuần hoàn (RAS) là chu trình nước. Vậy làm thế nào để cho nước tuần hoàn? Bơm tuần hoàn là cốt lõi, và chức năng của nó giống như trái tim của con người. Lọc sinh học là điểm cao nhất của toàn bộ hệ thống tuần hoàn, nơi nước chảy vào các ao nuôi trồng thủy sản thông qua áp suất khí quyển tự nhiên và sau đó vào bể bơm. Bơm tuần hoàn sau đó bơm nước từ bể bơm vào bộ lọc sinh học, từ đó đạt được sự tuần hoàn nước.

Bơm tuần hoàn rất quan trọng, vì vậy phải được thiết kế với một bơm chính và một bơm dự phòng. Khi bơm nước chính gặp sự cố, bơm nước dự phòng có thể được khởi động kịp thời để tránh xảy ra tai nạn trong quá trình nuôi trồng.

Thiết kế Tỷ lệ Tuần hoàn

Tỷ lệ tuần hoàn của Hệ thống Chăn nuôi Thuỷ sản Tuần hoàn (RAS)  rất quan trọng. Một tốc độ lưu thông phù hợp có thể đảm bảo chất lượng nước đồng đều trong ao nuôi trồng thủy sản. Qua việc lưu thông, oxy hòa tan, chất dinh dưỡng và nhiệt độ có thể được phân bố đều khắp toàn bộ khối nước, tránh được sự suy thoái cục bộ của chất lượng nước. Điều quan trọng nhất là thúc đẩy việc loại bỏ các hạt lơ lửng thông qua sự tuần hoàn của nước. Dòng chảy của nước tuần hoàn có thể mang các hạt lơ lửng đến thiết bị lọc để xử lý. Tốc độ lưu thông phù hợp có thể cải thiện hiệu quả loại bỏ các hạt lơ lửng và ngăn ngừa sự tích tụ quá mức của chúng trong ao nuôi trồng thủy sản. Do đó, tốc độ lưu thông quyết định mức độ của các hạt lơ lửng.

Việc tính toán tốc độ tuần hoàn trước tiên yêu cầu xác định lượng thức ăn dựa trên khả năng mang sinh học tối đa, sau đó tính toán lượng chất rắn lơ lửng được sản sinh mỗi giờ dựa trên lượng thức ăn. Sau đó, dựa trên giá trị mục tiêu của TSS được thiết kế cho nước tuần hoàn ao và công suất xử lý của từng thiết bị, tính toán tốc độ tuần hoàn.

Tóm lại, việc tính toán tỷ lệ chu kỳ khá phức tạp. Dựa trên các giá trị kinh nghiệm, có thể đơn giản sử dụng nó như một giá trị tham khảo để tuần hoàn mỗi 1 giờ. Ví dụ với việc nuôi cá bass trong khối nước tuần hoàn 1000 mét khối, tần suất chu kỳ được đặt là 2 giờ chu kỳ. Do đó, tốc độ chu kỳ hàng giờ là 1000/2=500 tấn/giờ .

Thiết kế dòng chảy biến thiên

Bơm tuần hoàn là thiết bị tiêu thụ năng lượng cao nhất trong nuôi trồng thủy sản nước tuần hoàn. Nếu bơm tuần hoàn được giữ ở trạng thái tuần hoàn tốc độ cao, nó sẽ nhanh chóng loại bỏ chất thải khỏi nước nuôi trồng từ bể chứa, nhưng mức tiêu thụ năng lượng quá cao. Nếu bơm tuần hoàn được vận hành ở tốc độ thấp, mặc dù tiêu thụ năng lượng thấp, nhưng tốc độ loại bỏ chất thải khỏi nước trong bể nuôi trồng lại chậm. Bằng cách lắp đặt biến tần và các đầu cuối điều khiển thông minh, công nghệ dòng chảy biến thiên có thể tự động điều chỉnh các thông số của chu kỳ nước tuần hoàn dựa trên các giai đoạn nuôi khác nhau và các thông số chất lượng nước theo thuật toán, đạt được việc tuần hoàn dòng chảy biến thiên.

Sơ đồ Tham khảo