กระบวนการกำจัดอนุภาคของแข็ง (III): การออกแบบพารามิเตอร์กระบวนการและกรณีศึกษาเชิงปฏิบัติ

（1）การออกแบบพารามิเตอร์สำหรับกระบวนการกำจัดอนุภาคที่ลอยอยู่ในระบบหมุนเวียนน้ำ

1. การออกแบบพารามิเตอร์ของถังตกตะกอนแนวตั้ง

ระบบระบายน้ำแบบคู่ของคอร์เนลล์ได้รับการใช้อย่างแพร่หลายและให้ผลลัพธ์ที่เป็นรูปธรรมที่ดี ในบ่อเลี้ยงสัตว์น้ำที่ใช้ระบบระบายน้ำแบบคู่ของคอร์เนลล์ มีน้ำประมาณ 10%~25% ไหลเข้าสู่ถังตกตะกอนแบบไหลลงแนวตั้งผ่านท่อระบายน้ำด้านก้น และน้ำส่วนใหญ่ที่เหลือจะไหลออกผ่านทางระบายน้ำด้านข้างของบ่อปลา การใช้การออกแบบระบายน้ำแบบคู่นี้ ช่วยเพิ่มความสามารถในการระบายน้ำและรวบรวมสารมลพิษจากพื้นก้นบ่ออย่างมากผ่านการไหลช้าในแนวดิ่ง เมื่ออยู่ในอัตราการไหลที่ต่ำนี้ ความเข้มข้นของสารแขวนลอยจะเพิ่มขึ้นกว่า 10 เท่า เมื่อเทียบกับวิธีการวัดและการปล่อยน้ำทิ้งหลัก

อัตราส่วนของอัตราการไหลผ่านถังตกตะกอนแนวตั้งและอัตราการไหลที่เข้าสู่ทางระบายน้ำด้านข้างสามารถคำนวณได้จากพื้นที่หน้าตัดของท่อระบายน้ำเสียที่อยู่ด้านล่างของโถปัสสาวะปลา โดยทั่วไปท่อที่เข้าสู่ทางระบายน้ำด้านข้างมีขนาด 110 และท่อที่เข้าสู่ถังตกตะกอนแนวตั้งมีขนาด 50 ดังนั้นอัตราส่วนพื้นที่หน้าตัดของทั้งสองท่อนี้คือ 5:1 กล่าวได้ว่า มีน้ำประมาณ 17% ไหลเข้าถังตกตะกอนแนวตั้ง เมื่อพิจารณาว่าความเข้มข้นของอนุภาคแขวนลอยที่เข้าสู่ถังตกตะกอนแนวตั้งมีค่าเป็น 10 เท่าของความเข้มข้นที่เข้าสู่ทางระบายน้ำด้านข้าง จากการคำนวณตามนี้ สัดส่วนของอนุภาคแขวนลอยที่ถูกบำบัดโดยถังตกตะกอนแนวตั้งคือประมาณ 70% ในกรณีการใช้งานจริง สามารถปรับอัตราส่วนของเส้นผ่านศูนย์กลางท่อที่เข้าสู่ทางระบายน้ำด้านข้างและเส้นผ่านศูนย์กลางท่อที่เข้าสู่ถังตกตะกอนแนวตั้งได้ตามชนิดปลาเพาะเลี้ยงและ плотностьการเพาะเลี้ยงที่เฉพาะเจาะจง เพื่อปรับอัตราส่วนการไหลที่เข้าเครื่องกรองละเอียดและถังตกตะกอนแนวตั้งตามลำดับ

ตัวชี้วัดสำคัญสำหรับการพิจารณาว่าเป็นถังทรายแนวตั้งคือ เวลาในการกักเก็บน้ำของระบบ (Hydraulic Retention Time) โดยเวลาในการกักเก็บน้ำของระบบ หมายถึง เวลาเฉลี่ยที่น้ำอยู่ในถังทรายแนวตั้ง การมีเวลาในการกักเก็บน้ำของระบบให้เพียงพอเป็นหนึ่งในปัจจัยสำคัญที่จะทำให้อนุภาคแขวนลอยสามารถตกตะกอนได้อย่างสมบูรณ์ ซึ่งขึ้นอยู่กับปริมาตรของถังทรายและปริมาณน้ำที่นำมาบำบัด ในระบบเลี้ยงสัตว์น้ำแบบถ่ายเทน้ำกลับ (Recirculating Aquaculture) แนะนำว่าเวลาในการกักเก็บน้ำของระบบในถังทรายแนวตั้งควรมีค่าไม่น้อยกว่า 30 วินาที หากเวลากักเก็บน้ำสั้นเกินไป อนุภาคแขวนลอยอาจถูกชะล้างออกจากถังก่อนที่จะตกตะกอนได้สมบูรณ์ ส่วนหากเวลากักเก็บยาวนานเกินไป จะทำให้อุปกรณ์มีขนาดใหญ่และเพิ่มต้นทุนตามไปด้วย

ในการออกแบบโดยทั่วไป เราจะออกแบบโดยอ้างอิงจากประสบการณ์ เช่น

ถังตกตะกอนแนวตั้ง: บ่อเพาะเลี้ยงขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 6 เมตร ติดตั้งถังตกตะกอนแนวตั้งที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 600 มม. และบ่อเพาะเลี้ยงขนาดเส้นผ่านศูนย์กลาง 8 เมตร ติดตั้งถังตกตะกอนแนวตั้งที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 800 มม.

ความสูงของถังตกตะกอนแบบไหลเวียนแนวตั้ง: 1 เมตร

การเอียง (Taper): 30 องศา

วิธีการอัพเกรดถังตกตะกอนแบบไหลเวียนแนวตั้งให้เป็นถังตกตะกอนแบบไหลเวียนแนวตั้งอัจฉริยะ?

ถังตกตะกอนแนวตั้งแบบดั้งเดิมสามารถปล่อยน้ำเสียออกจากถังตกตะกอนแบบไหลเวียนแนวตั้งได้เพียงการดึงท่อออก โดยปกติแล้วน้ำในถังตกตะกอนแบบไหลเวียนแนวตั้งจะถูกปล่อยทั้งหมดเมื่อดึงท่อออก เนื่องจากบ่อเลี้ยงปลาแบบปิดมีจำนวนค่อนข้างมาก การทำงานด้วยวิธีการ manual โดยทั่วไปจึงทำได้เพียงวันละ 1-2 ครั้งเท่านั้น อย่างไรก็ตามเศษอาหารและมูลสัตว์ที่เหลืออยู่ในถังตกตะกอนแบบไหลเวียนแนวตั้งจะค่อยๆ สลายตัวภายในเวลาประมาณครึ่งชั่วโมง กลายเป็นอนุภาคแขวนลอยที่ละลายน้ำได้ จากนั้นจะลอยตัวขึ้นไปเรื่อยๆ และล้นออกมาทางด้านบนของถังตกตะกอนแบบไหลเวียนแนวตั้งเข้าสู่เครื่องกรองละเอียด (microfiltration machine) ซึ่งจะเพิ่มภาระงานให้กับเครื่องกรองละเอียดและเครื่องแยกโปรตีนมากยิ่งขึ้น

ดังนั้น สามารถติดตั้งวาล์วระบายน้ำอัจฉริยะที่ท่อระบายน้ำของถังตกตะกอนแบบไหลลงแนวตั้ง เพื่อทำการระบายน้ำเสียเป็นเวลาไม่กี่วินาทีทุกชั่วโมง โดยใช้กลยุทธ์การระบายน้ำเสียในลักษณะปริมาณน้อยแต่หลายครั้ง วิธีนี้จะช่วยให้สามารถระบายน้ำเหยื่ออาหารและมูลปลาที่เหลืออยู่ออกไปได้อย่างทันเวลา ลดภาระของเครื่องกรองละเอียดและเครื่องแยกโปรตีน ในขณะเดียวกัน การระบายน้ำในลักษณะปริมาณน้อยแต่หลายครั้งยังช่วยประหยัดน้ำ และลดอัตราการเปลี่ยนน้ำได้อย่างมาก ซึ่งไม่เพียงแค่ประหยัดน้ำ แต่ยังช่วยประหยัดพลังงานอีกด้วย

เมื่อเลือกใช้วาล์วระบายน้ำ จำเป็นต้องเลือกใช้วาล์วน้ำแบบกันน้ำระดับ IP68 มิฉะนั้นวาล์วอาจเกิดสนิมและชำรุดเสียหาย ส่งผลให้เกิดความเสียหายโดยไม่จำเป็น หากเป็นการเลี้ยงในน้ำทะเล แนะนำให้เลือกวัสดุประเภท UPVC เพื่อป้องกันการกัดกร่อนจากน้ำทะเล

Bangbang ได้เปิดตัววาล์วระบายน้ำอัจฉริยะที่เหมาะสำหรับถังตกตะกอนแนวตั้งโดยเฉพาะ โดยผลิตจากวัสดุ UPVC และมีคุณสมบัติกันน้ำระดับ IP68 นอกจากนี้ยังมาพร้อมการออกแบบแบบอินเทอร์เน็ตของสรรพสิ่ง (IoT) รองรับการเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ต และสามารถควบคุมการทำงานผ่านโทรศัพท์มือถือจากระยะไกล รวมถึงออกคำสั่งควบคุมแบบกำหนดเวลาเป็นชุดได้ ทำให้เกิดการดำเนินงานแบบไม่มีคนอยู่ประจำจริง ๆ หากวาล์วเกิดขัดข้องและปิดไม่ได้ จะมีการแจ้งเตือนผ่านโทรศัพท์โดยตรง อุปกรณ์วาล์วรุ่นนี้มีการออกแบบแบบโมดูลาร์ โดยหนึ่งตัวเครื่องหลักสามารถควบคุมวาล์วได้ถึง 4 ตัว การเชื่อมต่อกับระบบคลาวด์สะดวกต่อการติดตั้งมาก

เมื่อติดตั้งอุปกรณ์นี้แล้ว ถังตกตะกอนแนวตั้งแบบดั้งเดิมจะได้รับการอัปเกรดให้กลายเป็นถังตกตะกอนแนวตั้งอัจฉริยะ สามารถดำเนินการอัตโนมัติและไม่ต้องใช้คนเฝ้าตลอดเวลา ซึ่งไม่เพียงแต่ช่วยปรับปรุงคุณภาพน้ำ แต่ยังช่วยประหยัดพลังงานไฟฟ้าและทรัพยากรน้ำอีกด้วย

2. การออกแบบพารามิเตอร์ของเครื่องกรอง徽โพรเซส

ไมโครฟิลเตอร์ถูกใช้เพื่อขจัดอนุภาคของแข็งที่ลอยอยู่ในขนาด 30-100 ไมครอน ความสามารถในการประมวลผลของไมโครฟิลเตอร์นั้นหมายถึงปริมาณการไหลของน้ำของอุปกรณ์ ส่วนขนาดตาข่ายของตัวกรองจะเป็นตัวกำหนดประสิทธิภาพในการทำงาน โดยทั่วไปตาข่ายขนาด 200 เมชก็เพียงพอแล้ว ดังนั้นเราควรออกแบบพารามิเตอร์ของไมโครฟิลเตอร์อย่างไรดี

ขั้นแรก ผมขอแนะนำข้อมูลจากประสบการณ์ของวิศวกร เพื่อให้ง่ายต่อการนำไปใช้งานจริง

อัตราการไหลของน้ำ = ปริมาณน้ำเพาะเลี้ยง / ความถี่ของการหมุนเวียน * 1.2

ค่าคงที่ 1.2 คือค่าเผื่อสำรองเพื่อความปลอดภัย ส่วนความถี่ในการหมุนเวียนนั้นหมายถึงจำนวนชั่วโมงที่น้ำใช้ในการหมุนเวียนหนึ่งรอบ โดยปกติแล้วความถี่ในการหมุนเวียนจะถูกกำหนดตามชนิดของสัตว์น้ำและศักยภาพในการรองรับทางชีวภาพที่แตกต่างกัน ยกตัวอย่างเช่น การเลี้ยงปลากะพงในระบบปิดที่มีปริมาณน้ำ 1,000 ลูกบาศก์เมตร เราควรตั้งความถี่ในการหมุนเวียนไว้ที่ 1 รอบทุก 2 ชั่วโมง ดังนั้นอัตราการไหลของน้ำของไมโครฟิลเตอร์จึงคำนวณได้เท่ากับ: 1000/2*1.2=600 ตัน

ในทางปฏิบัติ คุณสามารถติดตั้งไมโครฟิลเตอร์ขนาด 600 ตัน หรือติดตั้งสองเครื่องขนาด 300 ตันก็ได้ การติดตั้งไมโครฟิลเตอร์สองเครื่องนั้นมีข้อดีตรงที่เมื่อไมโครฟิลเตอร์หนึ่งเครื่องหยุดทำงาน เครื่องที่สองยังสามารถทำงานต่อไปได้ตามปกติ อย่างไรก็ตาม ราคาของไมโครฟิลเตอร์ขนาดเล็กสองเครื่องจะสูงกว่าไมโครฟิลเตอร์ขนาดใหญ่หนึ่งเครื่อง

3. การออกแบบพารามิเตอร์ของโปรตีนสเก็มเมอร์

โปรตีนสเก็มเมอร์ใช้สำหรับประมวลผลอนุภาคที่ลอยอยู่ในน้ำซึ่งมีขนาดใหญ่กว่า 30 ไมครอน ความสามารถในการประมวลผลของโปรตีนสเก็มเมอร์หมายถึงปริมาณน้ำที่ไหลผ่านตัวเครื่องในแต่ละชั่วโมง อุปกรณ์ของผู้ผลิตโปรตีนสเก็มเมอร์แต่ละรายจะระบุปริมาณน้ำที่ไหลผ่านตัวเครื่องในแต่ละชั่วโมงไว้ ตัวอย่างเช่น หากใช้น้ำหมุนเวียนปริมาตร 1,000 ลูกบาศก์เมตรเพื่อเพาะเลี้ยงปลากระพง ระบบจะมีปริมาณการหมุนเวียน 600 ตันต่อชั่วโมง จากนั้นคุณสามารถเลือกใช้โปรตีนสเก็มเมอร์ที่มีความสามารถในการประมวลผล 600 ตันต่อชั่วโมงได้

（2）、คำนวณปริมาณการหมุนเวียนของระบบหมุนเวียนน้ำ

ข้างต้นเราได้กล่าวถึงกฎเกณฑ์โดยประมาณสำหรับปริมาณการหมุนเวียนไปแล้ว ในขั้นต่อไปเราจะให้วิธีการคำนวณและการหาค่าแบบละเอียด

ขั้นตอนแรก เราต้องกำหนดปริมาณของแข็งลอย (TSS) ที่เกิดขึ้นในระบบ ซึ่งสามารถคำนวณได้โดยใช้สูตรดังต่อไปนี้:

RTSS = 0.25X อัตราการให้อาหารสูงสุดต่อวัน

ขั้นตอนต่อไป เราคำนวณระบบหมุนเวียนโดยพิจารณาจากสารแขวนลอยรวม โดยใช้สูตรดังนี้:

QTS S=

โดยที่: QTSS คือค่าที่คำนวณได้สำหรับการหมุนเวียนระบบตาม TSS ในหน่วย m³/h;

TSSin คือเป้าหมายของการควบคุม TSS ในน้ำหมุนเวียน;

TSSout คือความเข้มข้นควบคุมเป้าหมายของ TSS ในน้ำทิ้งจากบ่อเลี้ยงสัตว์น้ำ ในหน่วย mg/L;

ETSS คือประสิทธิภาพในการกำจัด TSS ในกระบวนการกรองทางกายภาพ แสดงเป็นเปอร์เซ็นต์ (%);

1000 คือตัวแปรแปลงมวล เพื่อเปลี่ยนหน่วยมิลลิกรัมเป็นกรัม

三、 กรณีศึกษาภาคสนามจริง

โครงการหนึ่งมีระบบหมุนเวียนน้ำจำนวน 1,000 ลูกบาศก์เมตรสำหรับการเพาะพันธุ์ปลากระพงขาว ตัวชี้วัดทางเทคนิคในการออกแบบโครงการมีดังนี้:

ความหนาแน่นในการเพาะเลี้ยง: 50กг/ลูกบาศก์เมตร

อัตราการให้อาหารต่อวัน: 2%

อัตราการกำจัดเป้าหมายของระบบอนุภาคที่แขวนลอยคือ: 70%

เป้าหมายการควบคุม TSS ของน้ำหมุนเวียนคือ: 10 มก./ล.

จากตัวชี้วัดข้างต้น เราคำนวณปริมาณการหมุนเวียนของระบบประปาได้ดังนี้

ขั้นแรก มาคำนวณน้ำหนักของอนุภาคที่แขวนลอยซึ่งผลิตได้ในแต่ละวัน

RTSS = 0.25X ปริมาณการให้อาหารสูงสุดต่อวัน = 50X1000X2 %X0.25= 250 กก./วัน

จากผลการวิเคราะห์ข้างต้น พบว่ามีอนุภาคของแข็ง (ส่วนใหญ่เป็นอาหารเหลือและมูลสัตว์เลี้ยง) ถูกกำจัดออกผ่านอุปกรณ์ตกตะกอนแบบไหลลงด้านล่าง 70% และมีเพียง 30% ของอนุภาคที่แขวนลอยเท่านั้นที่จะเข้าสู่ระบบหมุนเวียน

จากนี้ ให้คำนวณปริมาณการหมุนเวียนของระบบหมุนเวียนน้ำ:

QTSS == 600.96 ลบ.ม./ชม.

ผลการคำนวณนี้แสดงให้เห็นว่า เพื่อรักษาระดับความเข้มข้น TSS ในบ่อเลี้ยงสัตว์น้ำให้อยู่ต่ำกว่า 10 มก./ล. โดยมีเงื่อนไขอัตราการกำจัดอนุภาคที่แขวนลอย 52% เราจำเป็นต้องออกแบบปริมาณการหมุนเวียนไว้ประมาณ 600 ลบ.ม./ชม.

ในการดำเนินการจริง เราสามารถปรับการหมุนเวียนน้ำในระบบเพาะเลี้ยงสัตว์น้ำแบบวนรอบตามพารามิเตอร์เหล่านี้ เพื่อให้มั่นใจว่าคุณภาพน้ำเป็นไปตามความต้องการในการเพาะเลี้ยง ตัวอย่างเช่น หากความเข้มข้นของสารแขวนลอยทั้งหมด (TSS) เกินมาตรฐาน มีสองความเป็นไปได้

อุปกรณ์ไมโครฟิลเตรชันและโปรตีนสกิมเมอร์มีกำลังการผลิตต่ำกว่า 52%

เครื่องตกตะกอนแบบไหลลงด้านตั้งมีกำลังการบำบัดต่ำกว่า 70%