Proces usuwania stałych cząstek (III): Projektowanie parametrów procesu i studium przypadków praktycznych

（1）Parametry projektowe procesu usuwania zawiesiny w systemie wody cyrkulacyjnej

1. Projektowanie parametrów zbiornika osadzającego o przepływie pionowym

System podwójnego odprowadzania wody Cornell jest powszechnie stosowany i daje dobre rezultaty praktyczne. W stawie rybnym wykorzystującym system podwójnego odprowadzania Cornell, 10–25% wody wpływa przez rurę odpływową dna do zbiornika osadzającego o przepływie pionowym, a większość pozostałej wody odpływa przez boczny odpływ stawu. Stosowanie konstrukcji podwójnego odprowadzania znacznie zwiększa zdolność odprowadzania wody z dna oraz możliwość gromadzenia zanieczyszczeń dzięki powolnemu przepływowi pionowemu. Przy tym niskim natężeniu przepływu, stężenie substancji stałych wzrasta dziesięciokrotnie w porównaniu z tradycyjną metodą pomiaru i odprowadzania głównego strumienia.

Stosunek wydajności przepływu przez osadnik pionowy do wydajności dopływającej do bocznego odpływu można obliczyć na podstawie pola przekroju rury kanalizacyjnej znajdującej się u podstawy toalety rybnej. Zazwyczaj średnica rury doprowadzającej do bocznego odpływu wynosi 110, a średnica rury doprowadzającej do osadnika pionowego wynosi 50, dlatego stosunek ich powierzchni przekrojów wynosi 5:1. Oznacza to, że około 17% wody wpływa do osadnika pionowego. Biorąc pod uwagę fakt, że stężenie zawiesiny wpływającej do osadnika pionowego jest 10 razy większe niż stężenie zawiesiny wpływającej do bocznego odpływu. Na tej podstawie można obliczyć, że udział zawiesiny oczyszczanej w osadniku pionowym wynosi około 70%. W praktyce eksploatacyjnej stosunek średnic rur doprowadzających do bocznego odpływu i osadnika pionowego można dostosować odpowiednio do konkretnych gatunków rozrodu oraz gęstości chowu, aby w ten sposób zmienić stosunek przepływu wpływającego do mikrofiltracji i osadnika pionowego.

Głównym wskaźnikiem określającym osadniki przepływowe pionowe jest czas retencji hydraulicznej. Czas retencji hydraulicznej odnosi się do średniego czasu przebywania wody w osadniku przepływowym pionowym. Wystarczający czas retencji hydraulicznej to jeden z kluczowych czynników zapewniających pełne osadzenie zawieszonych cząstek. Jest on związany z objętością osadnika i ilością oczyszczanej wody. W recyrkulacyjnym chowie ryb zaleca się, aby czas retencji hydraulicznej w osadniku przepływowym pionowym wynosił co najmniej 30 sekund. Jeżeli czas retencji hydraulicznej będzie zbyt krótki, zawieszone cząstki mogą zostać usunięte z osadnika zanim zdążą się osadzić; jeżeli będzie zbyt długi, rozmiar i koszt urządzenia wzrosną.

W fazie projektowania zwykle projektuje się na podstawie doświadczenia:

osadnik pionowy: Basen hodowlany o długości 6 metrów wyposażony jest w osadnik pionowy o średnicy 600 mm, a basen hodowlany o długości 8 metrów wyposażony jest w osadnik pionowy o średnicy 800 mm.

Wysokość zbiornika osadzającego o przepływie pionowym: 1 metr

Skrócenie stożka: 30 stopni

Jak uaktualnić zbiornik osadzający o przepływie pionowym do inteligentnego zbiornika osadzającego o przepływie pionowym?

Tradycyjne zbiorniki osadzające o przepływie pionowym mogą usuwać ścieki jedynie przez wyciągnięcie rury. Ogólnie cała woda ze zbiornika osadzającego o przepływie pionowym zostaje usunięta po wyciągnięciu rury. Ze względu na dużą liczbę zbiorników rybnych z obiegiem wody, praca ręczna może być zazwyczaj wykonywana tylko 1-2 razy dziennie. Niemniej jednak resztki pokarmu i kał w zbiorniku osadzającym o przepływie pionowym powoli się rozkładają w ciągu pół godziny, zmieniając się w zawieszone cząsteczki rozpuszczalne w wodzie, które dalej unoszą się ku górze, przelewając się przez górną część zbiornika osadzającego o przepływie pionowym do mikrofiltracji, zwiększając obciążenie mikrofiltracji oraz separatora białek.

W związku z tym inteligentny zawór kanalizacyjny może być zamontowany przy rurze spustowej w pionowym zbiorniku osadzającym, a ścieki są odprowadzane przez kilka sekund co godzinę, stosując strategię odprowadzania ścieków w małych ilościach i wielokrotnie. W ten sposób resztki pokarmu i fekalia mogą być skutecznie odprowadzane, zmniejszając obciążenie mikrofiltrów i separatora białka. Jednocześnie niewielkie i wielokrotne odprowadzanie ścieków pozwala zaoszczędzić znaczną ilość wody oraz ograniczyć częstotliwość jej wymiany, co nie tylko oszczędza wodę, ale także redukuje zużycie energii.

Wybierając zawór kanalizacyjny, należy koniecznie zastosować zawór wodoodporny o klasie IP68, w przeciwnym razie zawór może łatwo ulec korozji i przestać działać, powodując niepotrzebne straty. Jeżeli instalacja dotyczy akwakultury morskiej, zaleca się wybór materiału UPVC, aby zapobiec korozji wywołanej wodą morską.

Bangbang wprowadził na rynek inteligentny zawór kanalizacyjny, który został specjalnie zaprojektowany dla osadników pionowych o przepływie swobodnym. Wykonany jest z materiału UPVC i posiada stopień ochrony IP68. Zawór wykorzystuje projekt z obsługą Internetu Rzeczy (IoT) oraz funkcję dostępu do sieci. Można nim sterować zdalnie za pomocą telefonu komórkowego i wysyłać polecenia do sterowania grupowego, co faktycznie umożliwia pracę bezobsługową. W przypadku awarii zaworu i braku możliwości jego zamknięcia, zostanie wysłane powiadomienie telefoniczne. Moduł główny tego zaworu ma konstrukcję modułową – jeden moduł główny obsługuje cztery zawory, a dzięki łączności chmurowej instalacja urządzenia jest bardzo prosta.

Tradycyjny osadnik pionowy o przepływie swobodnym dzięki zainstalowaniu tego urządzenia zostaje w pełni zmodernizowany do inteligentnego osadnika pionowego o przepływie swobodnym, umożliwiając zarządzanie inteligentne i pracę bezobsługową, co nie tylko poprawia jakość wody, ale również pozwala zaoszczędzić energię elektryczną i wodę.

2. Projektowanie parametrów maszyny mikrofiltracyjnej

Mikrofiltry służą do usuwania zawieszonych cząsteczek stałych o wielkości 30–100 mikronów. Pojemność przetwarzania mikrofiltra odnosi się do przepustowości wodnej urządzenia. Wielkość oczek filtra decyduje o efekcie filtracji, a siatkę o 200 oczkach uważa się zazwyczaj za wystarczającą. Jak więc należy zaprojektować parametry mikrofiltra?

Najpierw przedstawię dane oparte na doświadczeniu inżyniera, które ułatwią praktyczne obliczenia:

Przepływ wody = objętość wody w hodowli / częstotliwość cyrkulacji * 1,2

współczynnik 1,2 oznacza zapas bezpieczeństwa, natomiast częstotliwość cyrkulacji określa, ile godzin potrzeba na jedno pełne obieganie wody. Częstotliwość cyrkulacji ustala się zazwyczaj indywidualnie dla różnych gatunków hodowlanych i nośności biologicznej. Przykładowo, przy hodowli doradzaka w systemie z recyrkulacją o objętości 1000 metrów sześciennych, najlepszą opcją będzie ustawienie częstotliwości cyrkulacji raz na każde 2 godziny. W związku z tym przepływowość mikrofiltra wyniesie: 1000/2*1,2=600 ton

W praktyce można zainstalować jeden mikrofiltr o pojemności 600 ton lub dwa mikrofiltry o pojemności 300 ton. Zaletą zastosowania dwóch mikrofiltrów jest to, że gdy jeden z nich jest wyłączony z eksploatacji, drugi nadal może działać normalnie. Jednak cena dwóch mniejszych mikrofiltrów jest wyższa niż jednego mikrofiltra.

3. Projektowanie parametrów białkowego skimeru

Białkowy skimer służy do przetwarzania cząstek zawieszonych o wielkości większej niż 30 mikronów. Wydajność przetwarzania skimerów białkowych odnosi się do ilości wody przepływającej przez niego na godzinę. Wszystkie urządzenia produkowane przez producentów skimerów białkowych będą wskazywać ilość wody przepływającej przez nie na godzinę. Na przykład, jeśli do hodowli luksemorskiego wykorzystuje się cyrkulacyjny zbiornik wodny o objętości 1000 metrów sześciennych, to objętość cyrkulacji systemu wynosi 600 ton na godzinę. Wtedy można wybrać skimer białkowy o wydajności przetwarzania 600 ton na godzinę.

（2）、Oblicz objętość cyrkulacji systemu wody cyrkulacyjnej

Powyżej podaliśmy empiryczne zasady szacunkowe dla objętości cyrkulacji. Następnie przedstawimy ścisłą metodę wyprowadzania i obliczeń.

Najpierw należy określić ilość zawiesiny (TSS) generowanej w systemie. Można to obliczyć za pomocą następującego wzoru:

RTSS = 0,25 × maksymalne dobowe spożycie paszy

Następnie obliczono recyrkulację systemu na podstawie całkowitej zawartości materii zawieszonej, z wykorzystaniem następującego wzoru:

QTS S=

Gdzie: QTSS to obliczona wartość cyrkulacji systemu na podstawie TSS, wyrażona w m³/h;

TSSin to cel kontroli TSS wody cyrkulacyjnej;

TSSout to docelowa kontrolna koncentracja TSS w efluentcie stawu rybnego, wyrażona w mg/L;

ETSS to skuteczność usuwania TSS w procesie filtracji fizycznej, wyrażona w %;

1000 to czynnik konwersji masy, przeliczający mg na g.

3, Praktyczne przypadki

Rozpoczęto projekt o objętości 1000 metrów sześciennych wody cyrkulacyjnej dla potrzeb chowu pokoleniowego. Wskaźniki techniczne projektu są następujące:

Gęstość rozmnażania: 50kg/metr sześcienny

Codzienna norma karmienia: 2%

Współczynnik usuwania zawiesin w systemie wynosi: 70%

Cel kontroli RTSS (całkowitych zanieczyszczeń osadu) dla wody obiegowej to: 10 mg/L

Na podstawie powyższych wskaźników obliczamy objętość cyrkulacji w systemie wodnym:

Najpierw obliczmy wagę dziennego odpadu w postaci zawiesin:

RTSS = 0,25 x maksymalna dzienna dawka paszy = 50 x 1000 x 2% x 0,25 = 250 kg/dzień.

Zgodnie z powyższą analizą, 70% cząstek stałych (głównie resztek pokarmu i fekaliów) zostanie usuniętych przez urządzenie do sedymentacji typu flow-through, a jedynie 30% zawiesin trafi do systemu cyrkulacyjnego.

Na tej podstawie obliczamy objętość cyrkulacji w systemie wody cyrkulującej:

QTSS == 600,96 m³/h

Wynik obliczeń wskazuje, że aby utrzymać stężenie RTSS w zbiorniku hodowlanym poniżej 10 mg/L przy współczynniku oczyszczania wynoszącym 52%, należy zaprojektować objętość cyrkulacji około 600 m³/h.

W praktyce możemy dostosować obieg wody w systemie recyrkulacyjnym hodowli wodnej zgodnie z tymi parametrami, aby zapewnić jakość wody zgodną z potrzebami hodowli. Na przykład, jeśli stężenie TSS przekroczy normę, mogą mieć miejsce dwie możliwości.

Wydajność urządzeń do mikrofiltracji i odławiania białka jest mniejsza niż 52%

Wydajność osadnika o przepływie pionowym jest mniejsza niż 70%