Proceso de Eliminación de Partículas Sólidas (III): Diseño de Parámetros del Proceso y Estudios de Casos Prácticos

（1）Parámetros de diseño para el proceso de eliminación de partículas suspendidas en el sistema de agua circulante

1. Diseño de parámetros del tanque de sedimentación de flujo vertical

El sistema de drenaje doble Cornell ha sido ampliamente utilizado y ha dado buenos resultados prácticos. En el estanque de acuicultura que utiliza el sistema de drenaje doble Cornell, el 10 % ~ 25 % del agua fluye hacia el tanque de sedimentación de flujo vertical a través del tubo de drenaje del fondo y la mayor parte del agua restante sale por el desagüe lateral del estanque piscícola. El uso del diseño de doble drenaje aumenta considerablemente la capacidad de drenaje del fondo y la recogida de contaminantes mediante el flujo lento vertical. A este bajo caudal, la concentración de materia particulada se incrementa 10 veces en comparación con el método tradicional de medición y descarga del caudal principal.

La proporción entre el caudal que pasa a través del decantador de flujo vertical y el caudal que entra en la descarga lateral puede calcularse en función del área de la sección transversal de la tubería de alcantarillado en la parte inferior del inodoro para peces. Generalmente, la tubería que ingresa a la descarga lateral tiene un diámetro de 110, mientras que la tubería que ingresa al decantador de flujo vertical tiene un diámetro de 50, por lo tanto, la proporción de sus áreas transversales es de 5:1. Es decir, aproximadamente el 17 % del agua fluye hacia el decantador de flujo vertical. Considerando que la concentración de partículas en suspensión que entran en el decantador de flujo vertical es 10 veces mayor que la concentración que ingresa a la descarga lateral. Según este cálculo, la proporción de partículas en suspensión tratadas por el decantador de flujo vertical es de alrededor del 70 %. En su uso específico, la proporción entre los diámetros de las tuberías que ingresan a la descarga lateral y al decantador de flujo vertical puede ajustarse según la especie acuícola específica y la densidad de cultivo, permitiendo así regular la proporción del caudal que ingresa a la máquina de microfiltración y al decantador de flujo vertical respectivamente.

El indicador clave para determinar los decantadores de flujo vertical es el tiempo de retención hidráulica. El tiempo de retención hidráulica se refiere al tiempo promedio que el agua permanece en un decantador de flujo vertical. Un tiempo suficiente de retención hidráulica es uno de los factores clave para garantizar que las partículas en suspensión se sedimenten completamente. Está relacionado con el volumen del decantador y la cantidad de agua tratada. En acuicultura de recirculación, se recomienda que el tiempo de retención hidráulica de un decantador de flujo vertical sea al menos de 30 segundos. Si el tiempo de retención hidráulica es demasiado corto, las partículas en suspensión pueden salir del decantador antes de tener tiempo de sedimentar; si es demasiado largo, el tamaño y el costo del equipo aumentarán.

En el diseño, normalmente se diseña basándose en la experiencia:

tanque de sedimentación de flujo vertical: Un estanque de cría de 6 metros está equipado con un tanque de sedimentación de flujo vertical de 600 mm de diámetro, y un estanque de cría de 8 metros está equipado con un tanque de sedimentación de flujo vertical de 800 mm de diámetro.

Altura del tanque de sedimentación de flujo vertical: 1 metro

Conicidad: 30 grados

¿Cómo actualizar un tanque de sedimentación de flujo vertical a un tanque de sedimentación de flujo vertical inteligente?

Los tanques de sedimentación de flujo vertical tradicionales solo pueden expulsar las aguas residuales del tanque de sedimentación de flujo vertical sacando la tubería. En general, toda el agua del tanque de sedimentación de flujo vertical se descarga una vez que se retira la tubería. Debido al gran número de estanques de acuicultura con recirculación de agua, normalmente el trabajo manual puede realizarse solo 1-2 veces al día. Sin embargo, el cebo residual y las heces en el tanque de sedimentación de flujo vertical se desintegrarán lentamente en media hora, convirtiéndose en partículas suspendidas solubles en agua, las cuales continuarán flotando y rebosando por la parte superior del tanque de sedimentación de flujo vertical hacia la microfiltradora, aumentando la carga sobre la microfiltradora y el separador de proteínas.

Por lo tanto, se puede instalar una válvula de alcantarillado inteligente en el tubo de alcantarillado del tanque de sedimentación de flujo vertical, y el agua residual se descarga durante unos segundos cada hora, adoptando una estrategia de descarga de pequeñas cantidades y múltiples descargas. De esta manera, el cebo residual y las heces pueden eliminarse a tiempo, reduciendo la carga sobre el microfiltro y el separador de proteínas. Al mismo tiempo, las descargas de pequeñas cantidades y múltiples veces son muy ahorradoras de agua y reducen considerablemente la tasa de renovación del agua, lo que no solo ahorra agua, sino también energía.

Al elegir una válvula de alcantarillado, debe seleccionar una válvula resistente al agua IP68; de lo contrario, la válvula se oxidará fácilmente y causará fallos, lo que provocará pérdidas innecesarias. Si se trata de acuicultura marina, se recomienda elegir material UPVC para prevenir la corrosión por el agua de mar.

Bangbang ha lanzado al mercado una válvula inteligente para aguas residuales, especialmente diseñada para tanques de sedimentación de flujo vertical. Está fabricada con material UPVC y tiene un rendimiento impermeable IP68. Además, adopta un diseño IoT (Internet of Things) y dispone de función de acceso a Internet. Puede ser controlada remotamente desde el teléfono móvil y permite emitir órdenes de control por lotes, logrando realmente una operación no presencial. Si la válvula falla al cerrarse, se activará una alarma telefónica. Esta miniunidad principal de la válvula tiene un diseño modular, una unidad principal puede gestionar hasta cuatro válvulas, y su red mediante nube es muy conveniente e intuitiva en la instalación.

El tanque de sedimentación de flujo vertical tradicional se actualiza verdaderamente a un tanque de sedimentación de flujo vertical inteligente al instalar este dispositivo, logrando una operación inteligente y sin personal, lo que no solo mejora la calidad del agua, sino que también ahorra agua y electricidad.

2. Diseño de parámetros de la máquina de microfiltración

Los microfiltros se utilizan para eliminar partículas sólidas suspendidas de 30-100 micras. La capacidad de procesamiento de un microfiltro hace referencia a la capacidad de caudal de agua del equipo. El tamaño de la malla del filtro determina el efecto de procesamiento, y generalmente una malla de 200 es suficiente. Entonces, ¿cómo deberíamos diseñar los parámetros de un microfiltro?

Primero, permítame presentar datos basados en la experiencia de un ingeniero para facilitar su aplicación práctica:

Caudal = volumen de agua de acuicultura / frecuencia de circulación * 1,2

1,2 representa un margen de seguridad, y la frecuencia de circulación indica cada cuántas horas se completa un ciclo. La frecuencia de circulación generalmente se determina según la especie cultivada y la capacidad biológica de carga. Tomando como ejemplo el caso de un sistema de recirculación de 1000 metros cúbicos para criar lubina marina, se recomienda establecer la frecuencia de circulación para completar un ciclo cada 2 horas. Por lo tanto, el caudal del microfiltro sería: 1000/2*1,2=600 toneladas

En la práctica, puede instalar un microfiltro de 600 toneladas o dos microfiltros de 300 toneladas. La ventaja de instalar dos microfiltros es que cuando uno está fuera de servicio, el otro aún puede operar normalmente. Sin embargo, el precio de dos microfiltros pequeños es mayor que el de uno solo.

3. Diseño de parámetros del skimmer de proteínas

El skimmer de proteínas se utiliza para procesar partículas suspendidas mayores de 30 micrones. La capacidad de procesamiento del skimmer de proteínas hace referencia a la cantidad de agua que fluye a través de él por hora. El equipo de cada fabricante de procesadores de proteínas indicará la cantidad de agua que pasa a través de él por hora. Por ejemplo, si se utiliza un volumen de agua de circulación de 1.000 metros cúbicos para criar lubina, el volumen de circulación del sistema es de 600 toneladas por hora. Entonces puede elegir un skimmer de proteínas con una capacidad de procesamiento de 600 toneladas por hora.

（2）、Calcular el volumen de circulación del sistema de agua circulante

Anteriormente dimos una regla empírica para el volumen de circulación. A continuación proporcionaremos un método riguroso de derivación y cálculo.

Primero, necesitamos determinar la cantidad de sólidos en suspensión (TSS) generados en el sistema. Esto puede calcularse utilizando la siguiente fórmula:

RTSS = 0,25 X ingesta máxima diaria de alimento

A continuación, calculamos la recirculación del sistema basándonos en la materia particulada total suspendida utilizando la siguiente fórmula:

QTS S=

Donde: QTSS es el valor calculado de la circulación del sistema basado en TSS, en m³/h;

TSSin es el objetivo de control de TSS en el agua de circulación;

TSSout es la concentración objetivo de control de TSS en el efluente de la piscina acuícola, en mg/L;

ETSS es la eficiencia de eliminación de TSS en el proceso de filtración física, expresada en %;

1000 es el factor de conversión de masa, convirtiendo mg a g.

el 3, Casos prácticos

Se está construyendo un proyecto de 1.000 metros cúbicos de agua de circulación para la cría de lubina marina. Los indicadores técnicos de diseño del proyecto son los siguientes:

Densidad de cría: 50kg/metro cúbico

Tasa diaria de alimentación: 2%

La tasa de eliminación objetivo del sistema de partículas en suspensión es: 70%

El objetivo de control de SST del agua de circulación es: 10 mg/L

De acuerdo con los indicadores anteriores, calculamos el volumen de circulación del sistema de agua de circulación:

Primero, calculemos el peso de las partículas en suspensión producidas diariamente:

RTSS = 0.25 X cantidad máxima de alimentación diaria = 50 X 1000 X 2 % X 0.25 = 250 kg/día.

De acuerdo con el análisis anterior, el 70% de las partículas sólidas (principalmente restos de alimento y heces) será descargado por el dispositivo de sedimentación de flujo vertical, y solo el 30% de las partículas en suspensión entrará en el sistema de circulación.

Basándonos en esto, calculemos el volumen de circulación del sistema de agua circulante:

QTSS == 600.96 m³/h

Este resultado de cálculo muestra que para mantener la concentración de SST en la piscina de acuicultura por debajo de 10 mg/L, bajo la condición de una tasa de eliminación de partículas en suspensión del 52%, necesitamos diseñar un volumen de circulación de aproximadamente 600 m³/h.

En operación real, podemos ajustar la circulación del agua en el sistema de acuicultura recirculante según estos parámetros para garantizar que la calidad del agua cumpla con los requisitos de acuicultura. Por ejemplo, si nuestra concentración de TSS excede el estándar, existen dos posibilidades.

La capacidad de procesamiento del equipo de microfiltración y separador de proteínas es inferior al 52%

La capacidad de tratamiento del precipitador de flujo vertical es inferior al 70%