固体粒子除去技術（第3部）：プロセスパラメータ設計と事例研究

• 循環型水産養殖システムにおける浮遊粒子除去プロセスの設計パラメータ
  • 垂直流れ沈殿池の設計パラメータ

コーネルの二重列システムは広く使用され、良い実用的な成果を上げています。コーネル二重列システムを使用する養魚池では、水流量の10%から25%が底排水管を通じて垂直流れ沈殿槽に流入し、排出されます。一方、大部分の水流は魚塘側から排出されます。二重排水設計の使用により、垂直方向のゆっくりとした流れによる底面の汚物収集能力が大幅に向上します。この低い流量において、粒子濃度は主流測定方法と比較して10倍に増加します。

垂直流れ沈殿装置を通る流量と側方排出に入力される流量の比率は、魚用トイレの底の汚水パイプの断面積に基づいて計算できます。一般的に、側方列に入るパイプラインは110で、垂直流れ沈殿装置に入るパイプラインは50なので、その断面積の比率は5:1です。つまり、約17％の水流が垂直流れ沈殿装置に流入します。垂直流れ沈殿装置に入る懸濁粒子の濃度は、側方排出に入る濃度の10倍であると考えられます。この計算によれば、垂直流れ沈殿装置によって処理される懸濁粒子の割合は約70％です。具体的な使用においては、側方列に入るパイプ径と垂直流れ沈殿装置に入るパイプ径の比率を、具体的な飼育種類や飼育密度に応じて調整することで、微細フィルターと垂直流れ沈殿装置に入る流量比率を調整することができます。

垂直流れ沈殿槽を決定する主要な指標は水力滞留時間です。水力滞留時間とは、水が垂直流れ沈殿槽に滞在する平均時間のことです。適切な水力滞留時間は、懸濁粒子の十分な沈殿を確保するための重要な要素の一つです。これは沈殿槽の容積と処理される水量に関連しています。循環型水産養殖では、垂直流れ沈殿槽の水力滞留時間が少なくとも30秒以上であることが推奨されています。水力滞留時間が短すぎると、懸濁粒子が十分に沈殿する前に沈殿槽から排出されてしまう可能性があります。逆に長すぎると、装置のサイズやコストが増加します。

設計においては、一般的に経験に基づいて行われます：

垂直流れ沈殿装置の直径: 6メートルの養殖プールには600mm直径の垂直流れ沈殿装置が、8メートルの養殖プールには800mm直径の垂直流れ沈殿装置が設置されています。

垂直流れ沈殿装置の高さ: 1メートル

円錐角度: 30度

垂直流れ沈殿装置をスマート垂直流れ沈殿装置に変える方法は？

伝統的な垂直流れ沈殿器は、配管を引き抜くことでのみ垂直流れ沈殿器内の汚水を排出できます。通常、一度引き抜くと、垂直流れ沈澱槽の水が完全に排出されます。再循環養殖池の数が多いため、手動での採取は通常一日1〜2回しか可能です。しかし、垂直流れ沈殿器内に残留した餌や排せつ物は30分ほどで徐々に分解され、水中に溶け込む懸濁粒子となり、その後継続的に上昇して垂直流れ沈殿器の上部からマイクロフィルターに溢れ出し、マイクロフィルターやプロテインスクリーナーの負担が増加します。

したがって、垂直流れ沈殿装置の排出口には、毎時数秒間だけ開放され、少量複数回の排水戦略を採用するスマートな放電バルブを設置できます。この方法により、残りのエサやふんを適時に排出でき、マイクロフィルトレーションやプロテインスケーバーの負担を軽減します。同時に、少量複数回の排水は非常に节水効果があり、水替え率を大幅に削減し、水だけでなくエネルギー消費も節約できます。

排水弁を選ぶ際には、IP68防水仕様のバルブを選ぶことが重要です。そうでない場合、バルブが錆びやすく故障を引き起こし、不要な損失につながる可能性があります。海水養殖の場合には、海水による腐食を防ぐためにUPVC素材を選ぶことをお勧めします。

この装置を伝統的な垂直流れ沈殿装置に設置すると、本当にそれがスマートな垂直流れ沈殿装置にアップグレードされ、無人で知能化された運転が実現し、水質を向上させるだけでなく、水や電力を節約することにもなります。

2. マイクロフィルターのパラメータ設計

マイクロフィルターは、30-100ミクロンの固体浮遊粒子を取り除くために使用されます。マイクロフィルターの処理能力とは、装置が水を通す能力のことです。フィルターメッシュのサイズが処理効果を決定します。通常は200メッシュを選択します。では、どのようにしてマイクロフィルターのパラメータを設計すべきでしょうか？

まず、実際の運用におけるエンジニアの経験データを紹介します：

過剰水量＝養殖水の体積／循環頻度 * 1.2

1.2は安全性の冗長性であり、サイクル周波数は一度に何時間かかるかを指します。サイクル周波数は通常、異なる飼育品種と生物的負荷能力に基づいて決定されます。例えば、1000立方メートルの循環水域でシーバスを育てる場合、2時間ごとに一度の循環頻度が最適です。したがって、マイクロフィルターの水通過能力は：1000/2 * 1.2=600トンです。

実際には、600トンのマイクロフィルターを1台設置するか、300トンのマイクロフィルターを2台設置することができます。2台のマイクロフィルターを設置する利点は、1台が故障して修理されている間にもう一方のマイクロフィルターが正常に動作し続けることです。しかし、2台の小型マイクロフィルターの価格は1台のマイクロフィルターよりも高くなります。

3. プロテインセパレーターのパラメータ設計

タンパク質分離器は、30マイクロメートル以上の浮遊粒子を処理するために使用され、その処理能力は1時間あたりの余剰水量のみです。各タンパク質処理装置メーカーの機器には、時間当たりの水流率が示されています。例えば、1000立方メートルの循環水体でシーバスを育成する場合、システムの循環能力は1時間に600トンです。したがって、1時間に600トンを処理できるタンパク質分離器を選択できます。

2、 循環水システムの循環量を計算する

先ほどのテキストでは、循環量に関する経験則を提供しました。次に、厳密な導出と計算方法を提供します。

まず、システム内で発生する総浮遊固体（TSS）の量を決定する必要があります。これは次の式を使用して計算できます：

RTSS = 0.25 × 最大日間給餌量

次に、総浮遊粒子物質に基づいてシステム循環を計算するための次の式を使用します：

QTSS

その中で、QTSSはTSSに基づくシステム循環の計算値であり、単位はm 3 について ／h;

TSSinは循環水のTSS管理の目標値です;

TSSout は、養殖池の流出水における TSS の目標管理濃度を表し、単位は mg/L です；

ETSS は、物理的ろ過プロセスにおける TSS の除去効率を表し、単位は % です；

1000 は質量変換係数で、mg を g に変換します。

3、 実用例

スズキのための1000立方メートルの円形水槽養殖プロジェクトを建設します。プロジェクト設計の技術指標は次のとおりです：

飼育密度：50kg／立方メートル

日給餌率：2%

浮遊粒子システムの目標除去率は70%です

循環水のTSS管理目標は10mg／Lです

以上の指標に基づき、循環水量を計算します：

まず、毎日発生する浮遊粒子状物質の重量を計算しましょう：

RTSS=0.25×毎日の最大給餌量=60X1000X2% X0.25=12.5kg/日。

上記の分析によると、固体粒子の70％（主に残りエサや糞）は垂直流れ沈殿器によって排出され、したがって浮遊粒子の30％のみが循環システムに入ります。

これに基づいて、循環水システムの循環量を計算します：

QTSS =600.96 m 3 について /h

この計算結果は、養殖池におけるTSS濃度を10 mg/L以下に維持し、かつ懸濁粒子状物質の除去率が52%の条件で、循環流量を約600mとして設計する必要があることを示しています。 3 について ／h。

実際の運用では、これらのパラメータに基づいて再循環型養殖システムの水循環を調整し、水質が養殖のニーズを満たすようにすることができます。例えば、私たちのTSS濃度が基準を超えた場合、それは二つの可能性を示唆します。

マイクロフィルトレーションおよびプロテインスeparator装置の処理能力が52%未満である。

垂直流れ沈殿装置の処理能力が70%未満である。