Процесс удаления твердых частиц (III): Проектирование параметров процесса и практические исследования

（1）Параметры проектирования процесса удаления взвешенных частиц в системе циркуляционной воды

1. Проектирование параметров отстойника вертикального течения

Система двойного дренажа Cornell получила широкое распространение и показала хорошие практические результаты. В пруду для аквакультуры, оснащенном системой двойного дренажа Cornell, 10–25% воды поступает в вертикальный отстойник через дренажную трубу на дне, а большая часть оставшейся воды выводится через боковой дренаж пруда. Использование конструкции с двойным дренажом значительно повышает способность дна пруда к дренированию и сбору загрязняющих веществ за счет медленного вертикального потока. При этом низкой скорости потока концентрация твердых частиц увеличивается в 10 раз по сравнению с основным методом измерения и сброса потока.

Соотношение расхода сточных вод, проходящих через вертикальный отстойник, и расхода сточных вод, поступающих в боковой выпуск, может быть рассчитано на основе площади поперечного сечения канализационной трубы в нижней части рыбного туалета. Обычно диаметр трубы, подводящей сточные воды к боковому выпуску, составляет 110 мм, а диаметр трубы, подводящей сточные воды к вертикальному отстойнику, составляет 50 мм, таким образом, соотношение их площадей поперечного сечения составляет 5:1. Это означает, что около 17% воды поступает в вертикальный отстойник. Следует учитывать, что концентрация взвешенных частиц, поступающих в вертикальный отстойник, в 10 раз превышает концентрацию частиц, поступающих в боковой выпуск. Исходя из этого расчета, доля взвешенных частиц, обрабатываемых вертикальным отстойником, составляет около 70%. При конкретном использовании соотношение диаметров труб, подводящих сточные воды соответственно к боковому выпуску и вертикальному отстойнику, может быть скорректировано в зависимости от конкретного вида аквакультуры и плотности выращивания, чтобы изменить соотношение потока сточных вод, поступающих соответственно в микроситовый фильтр и вертикальный отстойник.

Ключевым показателем для определения вертикальных отстойников является гидравлическое время удержания. Гидравлическое время удержания относится к среднему времени, в течение которого вода находится в вертикальном отстойнике. Достаточное гидравлическое время удержания является одним из ключевых факторов, обеспечивающих полное осаждение взвешенных частиц. Оно связано с объемом отстойника и количеством обрабатываемой воды. В системах аквакультуры с рециркуляцией рекомендуется, чтобы гидравлическое время удержания в вертикальном отстойнике составляло не менее 30 секунд. Если гидравлическое время удержания слишком мало, взвешенные частицы могут выноситься из отстойника, не успев осесть; если оно слишком велико, увеличиваются размеры и стоимость оборудования.

На практике обычно проектирование ведётся на основе опыта:

вертикальный отстойник: пруд для выращивания длиной 6 метров комплектуется вертикальным отстойником диаметром 600 мм, а пруд длиной 8 метров — вертикальным отстойником диаметром 800 мм.

Высота вертикального отстойника: 1 метр

Конусность: 30 градусов

Как модернизировать вертикальный отстойник в интеллектуальный вертикальный отстойник?

Традиционные вертикальные отстойники могут сбрасывать сточные воды только путем вытягивания трубы. Как правило, вся вода в вертикальном отстойнике сливается один раз после извлечения трубы. Из-за большого количества прудов с циркуляционной водой ручная работа обычно может выполняться только 1-2 раза в день. Однако остатки корма и экскременты в вертикальном отстойнике постепенно распадаются через полчаса, превращаясь в подвешенные частицы, растворимые в воде, которые продолжают всплывать и переливаться в верхней части вертикального отстойника в микроситовый фильтр, увеличивая нагрузку на микроситовый фильтр и белковый скимер.

Поэтому умный сливной клапан может быть установлен на сливной трубе вертикально-нисходящего отстойника, и сточные воды сливаются на несколько секунд каждый час, применяя стратегию слива небольшими порциями и многократно. Таким образом, остатки корма и фекалии могут своевременно выводиться, снижая нагрузку на микросетчатый фильтр и белковый сепаратор. В то же время такой метод слива небольшими порциями позволяет значительно экономить воду и уменьшает частоту замены воды, что позволяет сэкономить не только воду, но и энергию.

При выборе сливного клапана необходимо выбирать клапан с защитой IP68, в противном случае клапан легко подвергается коррозии и выходит из строя, что приводит к ненужным потерям. Если речь идет о морском аквакультурном хозяйстве, рекомендуется выбирать материал UPVC для предотвращения коррозии морской водой.

Bangbang вышел на рынок с умным запорным клапаном, специально разработанным для вертикально-направленных отстойников. Он изготовлен из материала ПВХ и имеет водонепроницаемую конструкцию класса IP68. Клапан также оснащен проектом интернета вещей (IoT) и функцией подключения к интернету. Управление может осуществляться удаленно с мобильного телефона, а также возможна выдача команды на контроль нескольких устройств одновременно, что действительно позволяет эксплуатировать систему без обслуживающего персонала. В случае отказа клапана в закрытии будет активирована телефонная сигнализация. Мини-хост этой системы имеет модульную конструкцию: один хост управляет четырьмя клапанами, облачная сетевая интеграция обеспечивает удобство монтажа.

Традиционный вертикальный отстойник благодаря установке этого устройства действительно становится умным вертикальным отстойником, реализующим интеллектуальное и автоматизированное управление без присутствия человека. Это не только улучшает качество воды, но и экономит электроэнергию и водные ресурсы.

2. Параметрическое проектирование микропроцессора

Микрофильтры используются для удаления взвешенных твердых частиц размером 30-100 микрон. Производительность микрофильтра относится к пропускной способности оборудования к потоку воды. Размер ячеек фильтрующей сетки определяет эффективность очистки, и обычно достаточно сетки с размером ячеек 200. Тогда как же нам следует проектировать параметры микрофильтра?

Сначала приведу данные из инженерного опыта, чтобы облегчить практическое применение:

Поток воды = объем аквакультурной воды / частота циркуляции * 1,2

коэффициент 1,2 учитывает запас безопасности, под частотой циркуляции понимается время в часах на один цикл циркуляции. Частота циркуляции обычно определяется исходя из различных видов аквакультуры и биологической несущей способности. Например, при использовании 1000 кубических метров замкнутой системы для выращивания морского окуня рекомендуется устанавливать частоту циркуляции один раз каждые 2 часа. Таким образом, расход воды микрофильтра составит: 1000/2*1,2=600 тонн

На практике можно установить один микроскопический фильтр на 600 тонн или два микроскопических фильтра по 300 тонн. Преимущество установки двух микроскопических фильтров заключается в том, что когда один микроскопический фильтр выходит из строя, другой может продолжать нормально работать. Однако цена двух небольших микроскопических фильтров выше, чем одного.

3. Проектирование параметров протеинового скиммера

Протеиновый скиммер используется для обработки взвешенных частиц размером более 30 микрон. Пропускная способность протеинового скиммера указывает на объем воды, проходящей через него в час. Каждый производитель оборудования для обработки белков указывает объем воды, проходящей через устройство в час. Например, если для разведения морского окуня используется циркуляционный объем воды 1000 кубических метров, то циркуляционная пропускная способность системы составляет 600 тонн в час. Тогда можно выбрать протеиновый скиммер с пропускной способностью 600 тонн в час.

（2）、Рассчитать объем циркуляции системы циркулирующей воды

Выше мы привели эмпирическое правило для определения объема циркуляции. Далее мы представим строгий метод вывода и расчета.

Сначала нам нужно определить количество взвешенных веществ (TSS), образующихся в системе. Это можно рассчитать по следующей формуле:

RTSS = 0,25 × максимальное суточное потребление корма

Далее мы рассчитали рециркуляцию системы на основе общего содержания взвешенных частиц, используя следующую формулу:

QTSS=

Где: QTSS — рассчитанное значение циркуляции системы на основе TSS, в м³/ч;

TSSin — это целевое значение контроля ТВВ в циркулирующей воде;

TSSout — целевая контрольная концентрация TSS в сточных водах аквакультурного пруда, в мг/л;

ETSS — эффективность удаления TSS в процессе физической фильтрации, выраженная в процентах;

1000 — коэффициент пересчёта массы, преобразующий миллиграммы в граммы.

три, Практические примеры

Реализуется проект по разведению морского окуня с циклическим объемом воды 1000 кубических метров. Проектные технические показатели следующие:

Плотность разведения: 50 кг/кубический метр

Ежедневная скорость кормления: 2%

Целевая скорость удаления суспендированной части системы составляет: 70%

Целевой показатель контроля TSS для циркуляционной воды: 10 мг/л

Исходя из вышеуказанных показателей, мы рассчитываем объем циркуляции системы циркуляционной воды:

Сначала рассчитаем вес суспендированных твердых частиц, образующихся ежедневно:

RTSS = 0,25 X максимальная дневная доза корма = 50 X 1000 X 2 % X 0,25= 250 кг/сутки.

Согласно вышеуказанному анализу, 70% твердых частиц (в основном остатки корма и фекалии) будут удалены с помощью вертикального отстойника, и только 30% суспендированных частиц попадут в систему циркуляции.

На основе этого рассчитаем объем циркуляции системы циркулирующей воды:

QTSS == 600,96 м³/ч

Этот результат расчета показывает, что для поддержания концентрации TSS в пруду для аквакультуры ниже 10 мг/л при условии скорости удаления суспендированных частиц 52%, необходимо спроектировать циркуляционный объем около 600 м³/ч.

На практике мы можем регулировать циркуляцию воды в системе аквакультуры с рециркуляцией в соответствии с этими параметрами, чтобы обеспечить соответствие качества воды требованиям аквакультуры. Например, если концентрация ВПС превышает стандарт, это может означать две возможности.

Производительность оборудования микрофильтрации и пеногасителя менее 52%

Производительность вертикального отстойника менее 70%