Prozess zur Entfernung fester Partikel (III): Prozessparameterauslegung und praktische Fallbeispiele

（1）Auslegungsparameter für den Verfahrensschritt zur Entfernung suspendierter Partikel im Zirkulationswassersystem

1. Parameterauslegung des Vertikalstrom-Sedimentationsbeckens

Das Cornell Doppeldrainagesystem wird bereits weit verbreitet eingesetzt und zeigt gute praktische Ergebnisse. In Fischteichen, die mit dem Cornell Doppeldrainagesystem ausgestattet sind, fließen 10 % bis 25 % des Wassers über das Bodenabflussrohr in den senkrechten Nachklärbecken. Der Großteil des restlichen Wassers fließt über den Seitenabfluss des Fischteichs ab. Durch die Doppeldrainage-Design wird die Fähigkeit des Bodens, Schadstoffe abzuleiten und zu sammeln, erheblich gesteigert, und zwar durch einen langsamen senkrechten Durchfluss. Bei dieser niedrigen Fließgeschwindigkeit wird die Konzentration von Partikeln im Vergleich zur Hauptstrom-Mess- und Abflussmethode um das 10-Fache erhöht.

Das Verhältnis zwischen dem Durchfluss durch den Vertikalstromabscheider und dem Durchfluss, der in die Seitenentnahme eintritt, lässt sich anhand der Querschnittsfläche der Abwasserleitung am Boden des Fischtoiletten berechnen. Üblicherweise hat die Leitung, die in die Seitenentnahme führt, einen Durchmesser von 110, während die Leitung, die in den Vertikalstromabscheider fließt, einen Durchmesser von 50 hat. Somit beträgt das Verhältnis der Querschnittsflächen 5:1. Das bedeutet, dass etwa 17 % des Wassers in den Vertikalstromabscheider gelangen. Unter Berücksichtigung dessen, dass die Konzentration der im Abwasser enthaltenen Schwebstoffe, die in den Vertikalstromabscheider eintreten, zehnmal so hoch ist wie die Konzentration der Schwebstoffe, die in die Seitenentnahme gelangen, ergibt sich nach dieser Berechnung, dass der Vertikalstromabscheider etwa 70 % der Schwebstoffe behandelt. In der konkreten Anwendung kann das Verhältnis zwischen dem Durchmesser der Leitung, die in die Seitenentnahme führt, und dem Durchmesser der Leitung, die in den Vertikalstromabscheider führt, entsprechend der spezifischen Aquakulturart und der Zuchtintensität angepasst werden, um dadurch das Verhältnis des Zuflusses zur Mikrofiltrationsanlage und zum Vertikalstromabscheider zu regulieren.

Der entscheidende Indikator zur Bestimmung von Senkrechtstromklärbecken ist die hydraulische Verweilzeit. Die hydraulische Verweilzeit bezeichnet die durchschnittliche Zeit, die das Wasser in einem Senkrechtstromklärbecken verbleibt. Eine ausreichende hydraulische Verweilzeit ist einer der entscheidenden Faktoren, um sicherzustellen, dass sich die Schwebstoffe vollständig absetzen können. Sie hängt vom Volumen des Klärbeckens und der behandelten Wassermenge ab. Bei recycelnden Aquakultursystemen sollte die hydraulische Verweilzeit eines Senkrechtstromklärbeckens mindestens 30 Sekunden betragen. Falls die hydraulische Verweilzeit zu kurz ist, können die Schwebstoffe aus dem Becken gespült werden, bevor sie sich absetzen konnten; ist sie hingegen zu lang, erhöhen sich die Abmessungen und die Kosten der Anlage.

Bei der Planung erfolgt die Auslegung üblicherweise auf Erfahrungsbasis:

senkrechtstromklärbecken: Ein Zuchtteich mit 6 Metern Durchmesser wird mit einem Senkrechtstromklärbecken von 600 mm Durchmesser ausgestattet, ein Zuchtteich mit 8 Metern Durchmesser mit einem Senkrechtstromklärbecken von 800 mm Durchmesser.

Höhe des vertikalen Absetzbeckens: 1 Meter

Konizität: 30 Grad

Wie kann man ein vertikales Absetzbecken zu einem intelligenten vertikalen Absetzbecken aufrüsten?

Herkömmliche vertikale Absetzbecken können das Abwasser nur entleeren, indem das Rohr herausgezogen wird. In der Regel wird das gesamte Wasser im vertikalen Absetzbecken einmalig abgelassen, sobald das Rohr entfernt wird. Aufgrund der großen Anzahl an Zirkulationswasseraufbereichungsbecken kann die manuelle Arbeit in der Regel nur 1-2 Mal pro Tag durchgeführt werden. Allerdings zersetzen sich das übrige Futter und Kot im vertikalen Absetzbecken langsam innerhalb einer halben Stunde und wandeln sich in wasserlösliche Schwebstoffe um, die weiter aufsteigen und anschließend über den oberen Bereich des vertikalen Absetzbeckens in die Mikrofiltrationsanlage überlaufen, wodurch die Mikrofiltrationsanlage und der Proteinskimmer zusätzlich belastet werden.

Daher kann ein intelligentes Abwasserventil an der Abwasserleitung des Vertikalstrom-Absetzbeckens installiert werden, wodurch das Abwasser alle Stunden für einige Sekunden abgeleitet wird. Es wird eine Strategie zur Abwasserentsorgung in kleinen Mengen und mehrfach angewandt. Auf diese Weise können überschüssiges Futter und Fäkalien rechtzeitig abgeführt werden, wodurch die Belastung des Mikrofilters und des Eiweißabschäumers reduziert wird. Gleichzeitig sind solche Entsorgungen in kleinen Mengen und mehrfach wassersparend und reduzieren erheblich die Wasseraustauschrate. Dadurch wird nicht nur Wasser gespart, sondern auch der Energieverbrauch verringert.

Beim Auswahl eines Abwasserventils muss ein IP68 wasserdichtes Ventil gewählt werden, andernfalls kann das Ventil leicht rosten und ausfallen, was zu unerwünschten Verlusten führt. Bei Meerwasser-Aquakultur wird empfohlen, Materialien aus UPVC zu wählen, um Korrosion durch Meerwasser zu verhindern.

Bangbang hat ein intelligentes Abwasserventil auf den Markt gebracht, das speziell für Vertikalstromklärbecken konzipiert ist. Es besteht aus UPVC-Material und verfügt über eine Schutzart von IP68. Zudem besitzt es eine IoT-Ausstattung und Internetzugangsfunktion. Es kann per Smartphone ferngesteuert werden und unterstützt die gleichzeitige Steuerung mehrerer Geräte in Gruppen, wodurch wirklich eine automatische Betriebsweise ohne Personal umgesetzt wird. Falls das Ventil nicht ordnungsgemäß schließt, erfolgt eine telefonische Alarmmeldung. Dieses kompakte Hauptgerät des Ventils hat ein modulares Design, wobei ein Hauptgerät vier Ventile steuert; die Cloud-Vernetzung ermöglicht eine sehr einfache Installation.

Durch die Installation dieses Geräts wird der traditionelle Vertikalstromklärbecken tatsächlich zu einem intelligenten Vertikalstromklärbecken aufgerüstet, wodurch intelligenter und mannfreier Betrieb verwirklicht wird. Dies verbessert nicht nur die Wasserqualität, sondern spart auch Wasser und Strom.

2. Parameterdesign der Mikrofiltrieranlage

Mikrofilter werden verwendet, um suspendierte Festpartikel im Bereich von 30–100 Mikron zu entfernen. Die Verarbeitungskapazität eines Mikrofilters bezieht sich auf das Wasserflussvolumen des Geräts. Die Größe der Filtermaschen bestimmt die Verarbeitungswirkung, wobei eine Maschendichte von 200 in der Regel ausreichend ist. Wie sollten wir also die Parameter eines Mikrofilters auslegen?

Zunächst möchte ich Ihnen Daten aus der praktischen Erfahrung eines Ingenieurs vorstellen, um die Anwendung in der Praxis zu erleichtern:

Wasserfluss = Zuchtwasservolumen / Umlaufhäufigkeit * 1,2

1,2 ist eine Sicherheitsreserve. Die Umlaufhäufigkeit gibt an, wie viele Stunden benötigt werden, um den Wasserkreislauf einmal vollständig zu durchlaufen. Die Umlaufhäufigkeit wird in der Regel je nach unterschiedlichen Zuchtfischarten und biologischer Belastbarkeit festgelegt. Als Beispiel nehmen wir 1000 Kubikmeter zirkulierendes Wasser zur Zucht von Seezungenfischen. In diesem Fall ist es ratsam, die Umlaufhäufigkeit so einzustellen, dass ein kompletter Durchlauf alle 2 Stunden erfolgt. Somit ergibt sich die Wasserflussrate des Mikrofilters wie folgt: 1000/2*1,2=600 Tonnen

In der Praxis können Sie einen 600-Tonnen-Mikrofilter oder zwei 300-Tonnen-Mikrofilter installieren. Der Vorteil der Installation von zwei Mikrofiltern besteht darin, dass bei Ausfall eines Filters der andere weiterhin normal betrieben werden kann. Allerdings ist der Preis von zwei kleinen Mikrofiltern höher als der von einem Mikrofilter.

3parameterauslegung des Eiweißabschäumers

Der Eiweißabschäumer wird zur Verarbeitung von Schwebeteilchen verwendet, die größer als 30 Mikron sind. Die Verarbeitungskapazität des Eiweißabschäumers bezieht sich auf die Wassermenge, die pro Stunde hindurchfließt. Jeder Hersteller von Eiweißverarbeitungsgeräten gibt für seine Geräte die durchströmte Wassermenge pro Stunde an. Wenn beispielsweise ein zirkulierendes Wasserbecken mit einem Volumen von 1.000 Kubikmetern zum Anbau von Seebarschen verwendet wird, beträgt das Zirkulationsvolumen des Systems 600 Tonnen pro Stunde. Dann kann man einen Eiweißabschäumer mit einer Verarbeitungskapazität von 600 Tonnen pro Stunde wählen.

（2）、Berechne das Zirkulationsvolumen des Zirkulationssystems

Oben haben wir eine Faustregel für das Zirkulationsvolumen angegeben. Als nächstes stellen wir eine präzise Ableitungs- und Berechnungsmethode vor.

Zunächst muss die im System entstehende Menge an Schwebstoffen (TSS) bestimmt werden. Dies kann mit folgender Formel berechnet werden:

RTSS = 0,25 × maximale tägliche Futteraufnahme

Als Nächstes berechneten wir die Systemumwälzung basierend auf Gesamt-Schwebstoffpartikeln mit folgender Formel:

QTS S=

Wobei: QTSS ist der berechnete Wert der Systemumwälzung basierend auf TSS, in m³/h;

TSSin ist das Ziel der TSS-Kontrolle im Kreislaufwasser;

TSSout ist die Zielsteuerkonzentration von TSS im Ausfluss des Aquakulturgefäßes, in mg/L;

ETSS ist die Entfernungseffizienz von TSS im physikalischen Filtrationsprozess, ausgedrückt in %;

1000 ist der Massenumrechnungsfaktor, um mg in g umzurechnen.

3, Praktische Anwendungsbeispiele

Ein Projekt zur Zucht von Meerbrassen mit einem Volumen von 1.000 Kubikmetern Kreislaufwasser wird gerade errichtet. Die technischen Projektparameter sind wie folgt:

Zucht-Dichte: 50kg/Würfelmeter

Tages-Fütterungsrate: 2%

Die Zielentfernungsrate des Schwebstoffsystems beträgt: 70 %

Das TSS-Regelziel des Kühlwassersystems ist: 10 mg/L

Anhand der obigen Kennzahlen berechnen wir das Zirkulationsvolumen des Kühlwassersystems:

Zunächst berechnen wir das Gewicht der täglich erzeugten Schwebstoffe:

RTSS = 0,25 × maximale tägliche Fütterungsmenge = 50 × 1000 × 2 % × 0,25 = 250 kg/Tag.

Laut der obigen Analyse werden 70 % der Feststoffpartikel (hauptsächlich übrig gebliebene Nahrung und Kot) durch die Sedimentationsvorrichtung mit vertikalem Durchfluss ausgeschieden, lediglich 30 % der Schwebstoffe gelangen in das Zirkulationssystem.

Basierend darauf berechnen wir das Kreislaufvolumen des Kreiswassersystems:

QTSS = = 600,96 m³/h

Dieses Berechnungsergebnis zeigt, dass zur Aufrechterhaltung der TSS-Konzentration im Aquakultursee unterhalb von 10 mg/L bei einer Entfernungseffizienz von 52 % für Schwebstoffe ein Zirkulationsvolumen von ca. 600 m³/h konzipiert werden muss.

In der Praxis können wir die Wasserdurchlaufmenge im Recirculation Aquaculture System anhand dieser Parameter so einstellen, dass die Wasserqualität den Anforderungen der Aquakultur entspricht. Wenn beispielsweise unsere TSS-Konzentration über dem Standard liegt, kommen zwei Möglichkeiten in Betracht.

Die Verarbeitungskapazität von Mikrofiltrations- und Eiweißabschäumer-Anlagen liegt unter 52 %

Die Behandlungskapazität des Vertikalstrom-Behälters liegt unter 70 %