فرآیند حذف ذرات جامد (III): طراحی پارامترهای فرآیند و مطالعات موردی عملی

（1）طراحی پارامترهای فرآیند حذف ذرات معلق در سیستم آب گردشی

1. طراحی پارامترهای مخزن ته‌نشینی عمودی

سیستم دوگانه زهکشی کورنل به طور گسترده استفاده شده و نتایج عملی خوبی دارد. در استخر پرورش ماهی که از سیستم دوگانه زهکشی کورنل استفاده می‌کند، ۱۰ تا ۲۵ درصد آب از طریق لوله زهکش کف وارد مخزن رسوب‌گیر جریان عمودی می‌شود و بیشتر آب باقی‌مانده از طریق زهکش جانبی استخر ماهی خارج می‌شود. استفاده از طراحی دوگانه زهکش، قابلیت زهکشی و جمع‌آوری آلاینده‌ها از کف را از طریق جریان آرام عمودی به میزان قابل توجهی افزایش می‌دهد. در این نرخ جریان پایین، غلظت مواد ذره‌ای نسبت به روش اندازه‌گیری و تخلیه جریان اصلی ۱۰ برابر افزایش می‌یابد.

نسبت دبی جریان عبوری از مخزن ته‌نشینی عمودی به دبی ورودی به تخلیه جانبی را می‌توان بر اساس مساحت سطح مقطع لوله فاضلاب در پایین توالت ماهی محاسبه کرد. به طور کلی، قطر لوله ورودی به تخلیه جانبی ۱۱۰ و قطر لوله ورودی به مخزن ته‌نشینی عمودی ۵۰ است، بنابراین نسبت مساحت سطح مقطع آنها ۵:۱ است. به عبارت دیگر، حدود ۱۷٪ آب وارد مخزن ته‌نشینی عمودی می‌شود. با در نظر گرفتن اینکه غلظت ذرات معلق ورودی به مخزن ته‌نشینی عمودی ۱۰ برابر غلظت ورودی به تخلیه جانبی است. با توجه به این محاسبه، مقدار ذرات معلق تصفیه شده توسط مخزن ته‌نشینی عمودی حدود ۷۰٪ است. در عمل، نسبت قطر لوله ورودی به تخلیه جانبی به لوله ورودی مخزن ته‌نشینی عمودی را می‌توان بر اساس نوع خاص ماهی‌های پرورشی و چگالی پرورش تنظیم کرد تا نسبت جریان ورودی به دستگاه میکروفیلتر و مخزن ته‌نشینی عمودی تنظیم شود.

شاخص کلیدی در تعیین مخازن ته‌نشینی جریان عمودی، زمان ماند هیدرولیکی است. زمان ماند هیدرولیکی به معنای زمان متوسطی است که آب در یک مخزن ته‌نشینی جریان عمودی سپری می‌کند. داشتن زمان ماند هیدرولیکی مناسب یکی از عوامل کلیدی برای اطمینان از ته‌نشینی کامل ذرات معلق است. این زمان به حجم مخزن و مقدار آبی که تصفیه می‌شود مربوط می‌شود. در سیستم‌های شیلاتی گردشی مجدد، پیشنهاد می‌شود که زمان ماند هیدرولیکی یک مخزن ته‌نشینی جریان عمودی حداقل ۳۰ ثانیه باشد. اگر زمان ماند هیدرولیکی خیلی کوتاه باشد، ذرات معلق ممکن است قبل از رسیدن به زمان لازم برای ته‌نشینی از مخزن خارج شوند؛ اگر خیلی طولانی باشد، اندازه و هزینه تجهیزات افزایش می‌یابد.

در طراحی، ما معمولاً بر اساس تجربه طراحی می‌کنیم:

مخزن ته‌نشینی جریان عمودی: استخر پرورش ۶ متری با یک مخزن ته‌نشینی جریان عمودی با قطر ۶۰۰ میلی‌متری و استخر پرورش ۸ متری با یک مخزن ته‌نشینی جریان عمودی با قطر ۸۰۰ میلی‌متری تجهیز می‌شود.

ارتفاع مخزن ته‌نشینی جریان عمودی: 1 متر

شیب دادن: 30 درجه

چگونه یک مخزن ته‌نشینی جریان عمودی را به یک مخزن ته‌نشینی جریان عمودی هوشمند تبدیل کنیم؟

مخازن ته‌نشینی جریان عمودی سنتی فقط با بیرون کشیدن لوله، پساب را از مخزن ته‌نشینی جریان عمودی خارج می‌کنند. به طور معمول، با بیرون کشیدن لوله تمام آب داخل مخزن ته‌نشینی جریان عمودی دفع می‌شود. با توجه به تعداد زیاد استخرهای پرورش آبی گردشی، کار دستی معمولاً فقط 1-2 بار در روز انجام می‌شود. با این حال، باقیمانده غذا و مدفوع در مخزن ته‌نشینی جریان عمودی به آرامی در عرض نیم ساعت تجزیه شده و به ذرات معلق محلول در آب تبدیل می‌شوند و سپس به طور مداوم از قسمت بالایی مخزن ته‌نشینی جریان عمودی سرریز کرده و وارد ماشین فیلتراسیون میکرونی می‌شوند و بار روی ماشین فیلتراسیون میکرونی و جداکننده پروتئین را افزایش می‌دهند.

بنابراین، می‌توان یک شیر فاضلاب هوشمند را در لوله فاضلاب تانک نر sedimentation عمودی نصب کرد و فاضلاب را به مدت چند ثانیه هر ساعت خارج کرد و این امر باعث اعمال استراتژی تخلیه فاضلاب به صورت مقدار کم و دفعات زیاد می‌گردد. به این ترتیب، می‌توان ضایعات غذایی و مدفوع موجود در آب را به موقع تخلیه کرد و بار روی فیلتر میکرویی و جداساز پروتئین را کاهش داد. در عین حال، روش تخلیه با حجم کم و دفعات زیاد، مصرف آب را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد و نرخ تعویض آب را بسیار پایین می‌آورد که این موضوع نه تنها موجب صرفه‌جویی در مصرف آب بلکه منجر به کاهش مصرف انرژی نیز می‌شود.

در انتخاب شیر فاضلاب، باید از شیر ضدآب با استاندارد IP68 استفاده شود، در غیر این صورت شیر به راحتی زنگ می‌زند و خراب می‌شود و خساراتی را به دنبال خواهد داشت. در صورت استفاده در پرورش آبزیان در آب شور، توصیه می‌شود از مواد UPVC استفاده شود تا از خوردگی ناشی از آب شور جلوگیری شود.

Bangbang یک شیر دفع فاضلاب هوشمند را روانه بازار کرده است که به‌طور خاص برای مخازن ته‌نشینی جریان عمودی طراحی شده است. این شیر از متریال UPVC ساخته شده و دارای عملکرد ضدآب IP68 می‌باشد. همچنین طراحی اینترنت اشیاء (IoT) را در خود دارد و قابلیت دسترسی به اینترنت را فراهم می‌کند. این دستگاه قابل کنترل از راه دور توسط موبایل بوده و امکان ارسال برنامه‌های کنترلی دسته‌جمعی را نیز فراهم می‌کند، که واقعاً بهره‌برداری بدون حضور انسان را محقق می‌سازد. در صورت عدم توانایی شیر در بسته شدن، هشدار تلفنی صادر خواهد شد. این دستگاه کوچک مرکزی دارای طراحی ماژولار است، یک دستگاه مرکزی چهار شیر را کنترل می‌کند و شبکه‌سازی ابری آن نیز بسیار آسان است و به راحتی قابل نصب می‌باشد.

مخزن ته‌نشینی جریان عمودی سنتی با نصب این دستگاه به یک مخزن ته‌نشینی جریان عمودی هوشمند تبدیل می‌شود و بهره‌برداری هوشمند و بدون حضور انسان محقق می‌گردد، که نه تنها کیفیت آب را بهبود می‌بخشد بلکه مصرف آب و برق را نیز کاهش می‌دهد.

طراحی پارامتر ماشین فیلتر میکرو

میکرو فیلترها برای حذف ذرات جامد معلق در محدوده ۳۰ تا ۱۰۰ میکرون استفاده می‌شوند. ظرفیت پردازش یک میکرو فیلتر به معنای دبی جریان آب دستگاه است. اندازه مش توری فیلتر تعیین کننده اثر پردازش است و به طور کلی مش ۲۰۰ کافی است. بنابراین باید چگونه پارامترهای یک میکرو فیلتر را طراحی کنیم؟

اول، من داده‌های تجربی یک مهندس را معرفی می‌کنم تا عملیات را تسهیل کنیم:

دبی جریان آب = حجم آب آبزی‌پروری / فرکانس گردش * ۱٫۲

عدد ۱٫۲ ضریب ایمنی اضافی است و فرکانس گردش به این معناست که هر چند ساعت یکبار گردش کامل صورت می‌گیرد. فرکانس گردش معمولاً با توجه به گونه‌های مختلف آبزی‌پروری و ظرفیت تحمل زیستی تعیین می‌شود. به عنوان مثال، برای پرورش ۱۰۰۰ متر مکعب آب گردشی برای بلندق (Sea bass)، بهتر است فرکانس گردش به گونه‌ای تنظیم شود که یکبار در هر ۲ ساعت گردش صورت گیرد. بنابراین دبی جریان آب میکرو فیلتر به این صورت خواهد بود: ۱۰۰۰ تقسیم بر ۲ ضربدر ۱٫۲ = ۶۰۰ تن

در عمل می‌توانید یک فیلتر میکرویی 600 تنی یا دو فیلتر میکرویی 300 تنی نصب کنید. مزیت نصب دو فیلتر میکرو این است که هنگامی که یکی از فیلترها از دسترس خارج شد، دیگری همچنان به طور معمول کار کند. با این حال، قیمت دو فیلتر کوچک بیشتر از قیمت یک فیلتر بزرگتر است.

3. طراحی پارامتر اسکیمر پروتئین

اسکیمر پروتئین برای پردازش ذرات معلق بزرگتر از 30 میکرون استفاده می‌شود. ظرفیت پردازشی اسکیمر پروتئین به معنای مقدار آبی است که در هر ساعت از آن عبور می‌کند. تجهیزات هر تولیدکننده اسکیمر پروتئین مقدار آبی را که در هر ساعت از آن عبور می‌کند مشخص می‌کند. به عنوان مثال، اگر یک حجم آب گردشی 1000 متر مکعبی برای پرورش والاباستفاده شود، حجم گردش سیستم 600 تن در ساعت است. سپس می‌توانید یک اسکیمر پروتئین با ظرفیت پردازش 600 تن در ساعت انتخاب کنید.

（2）、محاسبه حجم چرخش سیستم آب چرخشی

در بالا یک قاعده تجربی برای محاسبه حجم گردش آب ارائه دادیم. در ادامه یک روش دقیق استنتاج و محاسبه را ارائه خواهیم داد.

اول، باید مقدار مواد جامد معلق (TSS) تولید شده در سیستم را تعیین کنیم. این مقدار را می‌توان با استفاده از فرمول زیر محاسبه کرد:

RTSS = 0.25X حداکثر مصرف روزانه غذا

در مرحله بعد، بر اساس مقدار کل مواد معلق جمع‌آوری شده، بازچرخه‌سازی سیستم را با استفاده از فرمول زیر محاسبه کردیم:

QTS S=

جایی که: QTSS مقدار محاسبه شده بازچرخه سیستم بر اساس TSS است و واحد آن متر مکعب در ساعت (m³/h) است؛

TSSin هدف کنترل TSS آب چرخان است;

TSSout غلظت هدف کنترل شده TSS در خروجی استخر پرورش ماهی است و واحد آن میلی‌گرم بر لیتر (mg/L) است؛

ETSS کارایی حذف TSS در فرآیند فیلتراسیون فیزیکی است و به درصد (%) بیان می‌شود؛

1000 عامل تبدیل جرم است که میلی‌گرم را به گرم تبدیل می‌کند.

سه٬ موارد عملی واقعی

پروژه‌ای با حجم 1000 متر مکعب برای پرورش ماهی قزل‌آلا در حال ساخت است. شاخص‌های فنی طراحی این پروژه به شرح زیر است:

چگالی تخمیر: 50 کیلوگرم در متر مکعب

نرخ تغذیه روزانه: 2%

میزان هدف برای حذف سیستم ذرات معلق: 70%

هدف کنترل TSS آب گردشی: 10 میلی‌گرم/لیتر

بر اساس شاخص‌های فوق، حجم گردش آب سیستم گردش آب را محاسبه می‌کنیم:

ابتدا وزن ذرات معلق تولید شده در هر روز را محاسبه می‌کنیم:

RTSS = 0.25 × حداکثر مقدار خوراک روزانه = 50×1000×2 %×0.25= 250 کیلوگرم/روز

طبق تحلیل فوق، 70% از ذرات جامد (عمدتاً باقی‌مانده طعمه و مدفوع) توسط دستگاه نشست قائم جدا خواهد شد و تنها 30% از ذرات معلق وارد سیستم گردش می‌شوند.

بر اساس این موضوع، حجم چرخه سیستم آب چرخان را محاسبه کنید:

QTSS == 600.96 متر مکعب/ساعت

نتیجه این محاسبه نشان می‌دهد که به منظور حفظ غلظت TSS در استخر پرورش ز debelow 10 میلی‌گرم/لیتر، تحت شرایطی که میزان حذف ذرات معلق 52% است، باید طراحی حجم گردش حدود 600 متر مکعب/ساعت باشد.

در عملیات واقعی، می‌توانیم مطابق با این پارامترها جریان آب در سیستم آبزی‌پروری گردشی را تنظیم کنیم تا اطمینان حاصل شود که کیفیت آب نیازهای آبزی‌پروری را برآورده می‌کند. به عنوان مثال، اگر غلظت مواد جامد معلق (TSS) ما بیشتر از حد استاندارد باشد، دو احتمال وجود دارد.

ظرفیت پردازش تجهیزات میکروفیلتراسیون و اسکیمر پروتئین کمتر از 52٪ است

ظرفیت تصفیه‌ی رسوب‌گیر جریان عمودی کمتر از 70٪ است