عملية إزالة الجسيمات الصلبة (III): تصميم معلمات العملية ودراسات حالة عملية

（1）معلمات التصميم لعملية إزالة الجسيمات المعلقة في نظام المياه الدوارة

1. تصميم معلمات خزان الترسيب العمودي

يُستخدم نظام التصريف المزدوج لجامعة كورنيل على نطاق واسع ويحقق نتائج عملية جيدة. في البركة المستخدمة لنظام التصريف المزدوج لجامعة كورنيل، يتدفق 10%~25% من المياه إلى خزان الترسيب ذو التدفق الرأسي عبر أنبوب التصريف السفلي، بينما يتم تصريف معظم المياه المتبقية من خلال تصريف الجهة الجانبية للبركة السمكية. إن استخدام تصميم التصريف المزدوج يزيد بشكل كبير من قدرة التصريف من القاع وجمع الملوثات من خلال التدفق البطيء الرأسي. وبهذا المعدل المنخفض للتدفق، تزداد تركيزات المواد الجسيمية عشر مرات مقارنة بطريقة القياس والتصريف التقليدية.

يمكن حساب نسبة معدل التدفق عبر المُرسب التصاعدي إلى معدل التدفق الداخل إلى المخرج الجانبي بناءً على مساحة المقطع العرضي لمواسير الصرف الصحي في قاع туалات الأسماك. عمومًا، يكون قطر المواسير الداخلة إلى المخرج الجانبي 110، وقطر المواسير الداخلة إلى المُرسب التصاعدي هو 50، وبالتالي فإن نسبة مساحات المقاطع العرضية هي 5:1. أي أن حوالي 17% من المياه تتدفق إلى المُرسب التصاعدي. مع الأخذ بعين الاعتبار أن تركيز الجُسيمات المعلقة الداخلة إلى المُرسب التصاعدي يبلغ 10 أضعاف التركيز الداخل إلى المخرج الجانبي. وباستنادًا إلى هذه الحسابات، فإن نسبة الجُسيمات المعلقة التي يعالجها المُرسب التصاعدي تبلغ حوالي 70%. وفي الاستخدام العملي، يمكن تعديل نسبة قطر المواسير الداخلة إلى المخرج الجانبي بالنسبة إلى قطر المواسير الداخلة إلى المُرسب التصاعدي وفقًا لنوع الأنواع المُرباة وكثافة التربية، وذلك لتعديل نسبة التدفق الداخل إلى آلة الفلترة الدقيقة والمُرسب التصاعدي على التوالي.

المؤشر الرئيسي لتحديد مدة تدفق المياه في المُرسبات العمودية هو زمن الاحتفاظ الهيدروليكي. يشير زمن الاحتفاظ الهيدروليكي إلى الوقت المتوسط الذي تقضيه المياه داخل مُرسِب الترسيب العمودي. يعد زمن الاحتفاظ الهيدروليكي الكافي أحد العوامل الرئيسية لضمان استقرار الجُسيمات المعلقة بشكل كامل. وهو مرتبط بحجم المُرسِب وكمية المياه المعالجة. في أنظمة تربية الأحياء المائية الدورانية، يُوصى بأن يكون زمن الاحتفاظ الهيدروليكي لمُرسِب التدفق العمودي لا يقل عن 30 ثانية. إذا كان زمن الاحتفاظ قصيراً جداً، فقد يتم حمل الجُسيمات المعلقة خارج المُرسِب قبل أن تستقر؛ أما إذا كان طويلاً جداً، فسوف تزداد أبعاد المعدة وبالتالي تكلفتها.

عند التصميم، نقوم عادةً بالتصميم بناءً على الخبرة:

خزان الترسيب العمودي: تمتلك أحواض التكاثر التي يبلغ طولها 6 أمتار خزان ترسيب عمودي قطره 600 مم، وتكون أحواض التكاثر التي يبلغ طولها 8 أمتار مجهزة بخزان ترسيب عمودي قطره 800 مم.

ارتفاع خزان الترسيب العمودي: 1 متر

الانحدار: 30 درجة

كيفية ترقية خزان الترسيب العمودي إلى خزان ترسيب عمودي ذكي؟

يمكن لخزانات الترسيب العمودي التقليدية تصريف مياه الصرف فقط من خزان الترسيب العمودي عن طريق سحب الأنبوب. عادةً يتم تصريف كل المياه الموجودة في خزان الترسيب العمودي مرة واحدة عند سحب الأنبوب. ومع ذلك، نظرًا لعدد أحواض تربية الأسماك الكبيرة التي تعتمد على إعادة تدوير المياه، يمكن عادةً إجراء العمل اليدوي مرة إلى مرتين يوميًا. علاوةً على ذلك، فإن الطعم المتبقي والفضلات في خزان الترسيب العمودي ستبدأ بالتفكك ببطء خلال نصف ساعة، وتتحول إلى جزيئات معلقة قابلة للذوبان في الماء، ثم تستمر في الطفو نحو الأعلى، وتنساب من الجزء العلوي من خزان الترسيب العمودي إلى آلة الترشيح الدقيق، مما يزيد العبء على آلة الترشيح الدقيق ومفصم البروتين.

وبالتالي، يمكن تركيب صمام تصريف ذكي في أنبوب الصرف بالخزان الراسي لترسيب التدفق، ويتم تصريف الصرف الصحي لبضع ثوانٍ كل ساعة، واعتماد استراتيجية تصريف تفريغ بكميات صغيرة ومرات متعددة. بهذه الطريقة، يمكن تصريف العلف المتبقي والفضلات في الوقت المناسب، مما يقلل من عبء مرشح المياه الدقيقة ومُفَصِّل البروتين. وفي نفس الوقت، إن التصريف بكميات صغيرة ومرات متعددة يوفر كمية كبيرة من المياه ويقلل بشكل كبير من معدل تغيير المياه، ما يوفّر المياه ويوفّر استهلاك الطاقة أيضًا.

عند اختيار صمام الصرف، يجب عليك اختيار صمام مقاوم للماء من الفئة IP68، وإلا فإن الصمام سيصدأ بسهولة وسيتعطل، مما يؤدي إلى خسائر لا داعي لها. إذا كان الأمر يتعلق بتربية الأسماك في مياه البحر، فمن الأفضل اختيار مادة UPVC لمنع التآكل الناتج عن مياه البحر.

قامت Bangbang بإطلاق صمام تصريف ذكي في السوق، وهو مصمم خصيصًا لخزانات الترسيب ذات التدفق العمودي. وهو مصنوع من مادة UPVC ويتميز بمقاومة مائية تصل إلى IP68. كما يعتمد تصميم إنترنت الأشياء (IoT) ويملك وظيفة الاتصال بالإنترنت، ويمكن التحكم به عن بُعد عبر الهاتف المحمول، بالإضافة إلى إمكانية إصدار تعليمات تحكم جماعية، مما يحقق فعلاً التشغيل الآلي دون تدخل بشري. وفي حال فشل الصمام في الإغلاق، يُطلق إنذار هاتفي. ويتمتع هذا الصمام المصغر بوحدة رئيسية بتصميم وحدوي، حيث تقوم وحدة واحدة بتسيير أربعة صمامات، والشبكة السحابية سهلة التركيب للغاية.

يتم ترقية خزان الترسيب العمودي التقليدي إلى خزان ترسيب عمودي ذكي حقًا من خلال تركيب هذا الجهاز، مما يحقق تشغيلًا ذكيًا وبدون تدخل بشري، ما يحسن جودة المياه ويوفّر استهلاك الكهرباء والمياه في الوقت نفسه.

2. تصميم معلمات آلة الترشيح الدقيقة

تُستخدم المرشحات الدقيقة لإزالة الجُسيمات الصلبة المعلقة بحجم 30-100 ميكرون. تشير قدرة المعالجة لمرشح دقيق إلى سعة تدفق المياه للمعدّة. ويحدّد حجم شبكة الفلتر كفاءة المعالجة، وعادة ما يكفي استخدام منخل بحجم 200 شبكة. إذن، كيف ينبغي لنا تصميم معايير المرشح الدقيق؟

أوّلاً، اسمحوا لي أن أقدّم لكم بيانات تعتمد على خبرة مهندس تسهّل العمليات العملية:

تدفق المياه = حجم المياه في الزراعة / عدد مرات التدوير * 1.2

الرقم 1.2 يعبّر عن هامش الأمان الاحتياطي، ويشير تكرار التدوير إلى عدد الساعات اللازمة لإتمام دورة واحدة من التدوير. ويتم تحديد تكرار التدوير عادةً وفقًا لأنواع مختلفة من الكائنات المزروعة وقدرة التحمّل البيولوجي. وعلى سبيل المثال، عند استخدام 1000 متر مكعب من المياه الدوّارة لتربية سمك البحر (Sea bass)، فمن الأفضل ضبط تكرار التدوير بحيث يتم تدوير المياه مرة واحدة كل ساعتين. وبالتالي تكون سرعة تدفق المياه في المرشح الدقيق هي: 1000/2*1.2=600 طن

في الممارسة العملية، يمكن تركيب مرشح دقيق واحد بسعة 600 طن أو مرشحين دقيقين بسعة 300 طن لكل منهما. ميزة تركيب مرشحين دقيقين هي أنه عندما يكون أحد المرشحين خارج الخدمة، يمكن للآخر أن يستمر في التشغيل بشكل طبيعي. ومع ذلك، فإن سعر المرشحين الصغيرين أعلى من سعر مرشح واحد.

3. تصميم بروتين سكايمر (خزانة إزالة البروتين)

يُستخدم بروتين سكايمر (خزانة إزالة البروتين) لمعالجة الجسيمات العالقة الأكبر من 30 ميكرون. تشير قدرة معالجة بروتين سكايمر إلى كمية المياه التي تتدفق من خلاله في الساعة. سيقوم كل مصنّع لمعدات معالجة البروتين بإظهار كمية المياه التي تتدفق من خلال الجهاز في الساعة. على سبيل المثال، إذا تم استخدام جسم مائي دائري سعته 1000 متر مكعب لتربية سمك البحر bass، تكون كمية الدوران في النظام 600 طن في الساعة. عندها يمكنك اختيار بروتين سكايمر بسعة معالجة 600 طن في الساعة.

（2）、احسب حجم التدوير لنظام المياه الدائرة

في القسم أعلاه قدمنا قاعدة عامة تقريبية لكمية الدوران. بعد ذلك سنقدم طريقة صارمة للاستنتاج والحساب.

أولاً، نحتاج إلى تحديد كمية المواد الصلبة العالقة (TSS) الناتجة في النظام. ويمكن حساب ذلك باستخدام الصيغة التالية:

RTSS = 0,25 × الحد الأقصى للكمية اليومية من العلف

بعد ذلك، قمنا بحساب إعادة تدوير النظام بالاعتماد على المادة الجسيمية العالقة الكلية باستخدام الصيغة التالية:

QTS S=

حيث أن: QTSS هي القيمة المحسوبة لإعادة تدوير النظام بالاعتماد على TSS، بوحدة متر مكعب/ساعة؛

TSSin هو هدف السيطرة على TSS في مياه الدورة;

TSSout هي تركيز السيطرة المستهدف للمواد الصلبة العالقة (TSS) في المياه الخارجة من البركة السمكية، بوحدة مليغرام/لتر؛

ETSS هي كفاءة إزالة المواد الصلبة العالقة (TSS) في عملية الترشيح الفيزيائي، ويتم التعبير عنها بالنسبة المئوية (%)؛

1000 هو عامل تحويل الكتلة، لتحويل الوحدة من مليغرام إلى غرام.

三、 حالات تطبيقية واقعية

يتم بناء مشروع لتدوير 1000 متر مكعب من مياه البحر لتربية سمك الهامور. مؤشرات التصميم التقنية للمشروع هي كما يلي:

كثافة التكاثر: 50 كغ/متر مكعب

معدل التغذية اليومي: 2%

معدل إزالة الجسيمات المعلقة المستهدف هو: 70%

المستهدف لتركيز المواد الصلبة العالقة (TSS) في المياه الدوارة هو: 10 ملغ/لتر

بناءً على المؤشرات المذكورة أعلاه، سنحسب حجم تدفق النظام المائي الدوار كما يلي:

أولًا، دعونا نحسب وزن الجسيمات المعلقة الناتجة يوميًا:

RTSS = 0.25 × الحد الأقصى لكمية التغذية اليومية = 50×1000×2 %×0.25= 250 كغ/يوم.

وفقًا للتحليل السابق، سيتم إزالة 70% من الجسيمات الصلبة (وهي بشكل رئيسي بقايا الطُعم وفضلات الأسماك) بواسطة جهاز الترسيب العمودي، ويدخل فقط 30% من الجسيمات المعلقة إلى النظام الدوار.

بناءً على ذلك، نحسب حجم التدوير في نظام المياه الدائرة:

QTSS = = 600.96 م³/ساعة

توضح نتيجة الحساب هذه أنه من أجل الحفاظ على تركيز المواد الصلبة العالقة (TSS) في البركة الزراعية أقل من 10 ملغ/لتر، وبشرط معدل إزالة الجسيمات المعلقة بنسبة 52%، يجب أن نصمم حجم تدفق دائرة مائية بحوالي 600 م³/ساعة.

في التشغيل الفعلي، يمكننا تعديل الدورة المائية في نظام تربية الأحياء المائية المغلق بناءً على هذه المعايير لضمان أن تلبّي جودة المياه متطلبات التربيت. على سبيل المثال، إذا تجاوز تركيز المواد الصلبة العالقة (TSS) المعيار المسموح به، فهناك احتمالان.

معدل معالجة معدات الترشيح الدقيق وفواصل البروتين أقل من 52%

سعة معالجة المُرسب العمودي أقل من 70%