Kiểm soát quá trình các hạt rắn trong nước tuần hoàn (II): Điều chỉnh TSS thông qua việc cho ăn hợp lý!

Mô hình điều khiển quy trình kiểm soát hạt rắn trong hệ thống tuần hoàn nước
Trong một hệ thống nuôi trồng thủy sản tuần hoàn, mô hình điều khiển quy trình hạt rắn là công cụ được sử dụng để tối ưu hóa việc kiểm soát các hạt rắn lơ lửng (TSS). Thông qua việc xây dựng mô hình, sự phát sinh, loại bỏ và điều chỉnh hạt rắn có thể được phân tích và tối ưu hóa nhằm đảm bảo chất lượng nước ổn định và vận hành hệ thống hiệu quả. Dưới đây là các bước và phương pháp chi tiết để xây dựng và quản lý mô hình.

(1). Mục tiêu của mô hình      

Nồng độ hạt rắn TSS: 10mg/L

Tối ưu hóa hiệu suất loại bỏ: Tối ưu hóa hiệu suất loại bỏ các hạt rắn bằng cách điều chỉnh các thông số vận hành của thiết bị lọc. Công thức tính hiệu suất loại bỏ như sau:

ETSS=

ETSS: Hiệu suất loại bỏ (%)

TSSin: Nồng độ TSS đầu vào (mg/L): Lắp cảm biến TSS tại cửa hút nước của máy vi lọc để lấy giá trị

TSSout: Nồng độ TSS đầu ra (mg/L): Lắp cảm biến TSS tại cửa hút nước của ao nuôi thủy sản để lấy giá trị

Giảm chi phí vận hành: Giảm tiêu thụ năng lượng và chi phí bảo trì thiết bị bằng cách tối ưu hóa các biện pháp quản lý.

Trong hệ thống nuôi trồng thủy sản tuần hoàn, nồng độ các hạt rắn lơ lửng (TSS) có liên quan mật thiết đến mức tiêu thụ năng lượng của hệ thống. Thông qua việc tối ưu hóa kiểm soát TSS, có thể giảm hiệu quả mức tiêu thụ năng lượng và nâng cao hiệu suất vận hành của hệ thống.

(2). Biện pháp kiểm soát---Cho ăn hợp lý

Khi chỉ số chất rắn lơ lửng vượt quá 10mg/L thông qua giám sát TSS, cần thực hiện các bước sau để điều chỉnh.

1. Cho ăn chính xác: Tính toán lượng thức ăn để tránh cho ăn quá mức và dư thừa thức ăn.

2. Điều chỉnh chiến lược cho ăn: Dựa trên loại, kích cỡ, giai đoạn phát triển và điều kiện cho ăn của sinh vật nuôi, lập kế hoạch cho ăn khoa học và áp dụng phương pháp cho ăn phù hợp, chẳng hạn như cho ăn với lượng nhỏ và nhiều lần, nhằm giảm lượng thức ăn dư thừa đi vào nguồn nước tạo thành các hạt rắn.

Nên sử dụng máy cho ăn tự động để cho ăn, vì nó không chỉ giúp cấp thức ăn chính xác mà còn có thể cho ăn với tần suất cao và khẩu phần nhỏ. Công ty chúng tôi đã cho ra mắt một loại máy cho ăn thông minh dành cho hệ thống nuôi thủy sản tuần hoàn. Nhờ cảm biến cân đo, sai số trọng lượng thấp hơn 3%. Toàn bộ quá trình cho ăn được thực hiện tự động, không cần can thiệp bằng tay. Không chỉ thay thế sức lao động thủ công, mà còn dễ dàng áp dụng chiến lược cho ăn nhiều bữa với khẩu phần nhỏ.

3. Ví dụ thực tế

Nuôi tuần hoàn tôm trắng trong môi trường nước, thể tích nước 1000 mét khối, mật độ nuôi là 15kg/mét khối, tỷ lệ cho ăn là 3%. Hiệu suất loại bỏ các hạt lơ lửng của hệ thống nước tuần hoàn đạt 60%, chu kỳ tuần hoàn mỗi 2 giờ, áp dụng chiến lược cho ăn 4 bữa mỗi ngày. Theo dõi cho thấy giá trị đỉnh TSS vượt quá 20,25mg/L.

Sau khi xác định TSS vượt quá tiêu chuẩn, tần suất cho ăn có thể được tăng lên trong khi lượng cho ăn hàng ngày không thay đổi, và có thể chuyển từ chiến lược cho ăn 4 bữa mỗi ngày thành nhiều bữa hơn mỗi ngày.

  Tính nồng độ TSS của việc cho ăn 4 bữa mỗi ngày:

Thể tích nước: 1000 mét khối

Mật độ nuôi: 15 kg/m³

Tỷ lệ cho ăn: 3%

Hiệu suất loại bỏ hạt lơ lửng của hệ thống tuần hoàn: 80%

Tần suất tuần hoàn: một lần mỗi 2 giờ, 12 lần mỗi ngày

Chiến lược cho ăn: 4 bữa mỗi ngày

Bước 1: Tính tổng sinh khối

Đầu tiên, tính tổng sinh khối trong hệ thống nuôi trồng thủy sản.

Tổng sinh khối = thể tích nước × mật độ nuôi thủy sản = 1000 m3 × 15 kg/m3 = 15000 kg/ngày

Bước 2: Tính lượng thức ăn hàng ngày

Theo tỷ lệ cho ăn, tính lượng thức ăn hàng ngày.

Lượng thức ăn hàng ngày = tổng sinh khối × tỷ lệ cho ăn = 15000 kg × 3% = 450 kg/ngày Lượng thức ăn hàng ngày = tổng sinh khối × tỷ lệ cho ăn = 15000kg × 3% = 450kg/ngày

Vì có 4 bữa mỗi ngày, nên lượng thức ăn cho mỗi bữa là:

Lượng thức ăn mỗi bữa = 450 kg/4 = 112,5 kg/bữa

Bước 3: Tính mức tăng TSS cho mỗi chu kỳ

Giả sử sau khi cho ăn, thức ăn sẽ chuyển hóa thành các hạt lơ lửng.

Sau mỗi lần cho ăn, mức tăng TSS là:

Mức tăng TSS = lượng thức ăn mỗi bữa = 112,5 kg

Bước 4: Tính toán lượng TSS được loại bỏ trong mỗi chu kỳ

Hệ thống nước tuần hoàn loại bỏ 80% các hạt lơ lửng trong mỗi chu kỳ. Do đó, lượng TSS được loại bỏ sau mỗi chu kỳ là:

Lượng TSS loại bỏ = TSS hiện tại × 80%

Bước 5: Mô phỏng sự thay đổi của TSS trong vòng 24 giờ

Chúng ta cần mô phỏng sự thay đổi của TSS theo từng chu kỳ cách nhau 2 giờ trong khoảng thời gian 24 giờ. Trong một ngày có tổng cộng 12 chu kỳ, tương ứng với 24 giờ.

Khởi tạo TSS bằng 0 kg.

Các bước cho mỗi chu kỳ:

Thức ăn (một lần mỗi 6 giờ, tức là một lần mỗi 3 chu kỳ)

Loại bỏ 80% lượng TSS

 Tính nồng độ TSS của 12 bữa ăn mỗi ngày

Thể tích nước: 1000 mét khối

Mật độ nuôi: 15 kg/m³

Tỷ lệ cho ăn: 3%

Tỷ lệ loại bỏ các hạt lơ lửng trong hệ thống nước tuần hoàn: 80%

Tần suất tuần hoàn: một lần mỗi 2 giờ, 12 lần mỗi ngày

Chiến lược cho ăn: 12 bữa mỗi ngày

Bước 1: Tính tổng sinh khối

Đầu tiên, tính tổng sinh khối trong hệ thống nuôi trồng thủy sản.

Tổng sinh khối = thể tích nước × mật độ nuôi = 1000 m3 × 15 kg/m3 = 15000 kg

Bước 2: Tính lượng thức ăn hàng ngày

Tính lượng thức ăn hàng ngày dựa trên tỷ lệ cho ăn.

Lượng thức ăn hàng ngày = tổng sinh khối × tỷ lệ cho ăn = 15000 kg × 3% = 450 kg/ngày

Vì có 12 bữa mỗi ngày, nên lượng thức ăn cho mỗi bữa là:

Lượng thức ăn mỗi bữa = 450 kg/12 = 37,5 kg/bữa

Bước 3: Tính mức tăng TSS cho mỗi chu kỳ

Giả sử sau khi cho ăn, thức ăn sẽ chuyển thành các hạt lơ lửng. Sau mỗi lần cho ăn, mức tăng của TSS là:

Tăng TSS = lượng thức ăn cho mỗi bữa = 37,5 kg

Bước 4: Tính toán lượng TSS được loại bỏ trong mỗi chu kỳ

Hệ thống nước tuần hoàn loại bỏ 80% các hạt lơ lửng trong mỗi chu kỳ. Do đó, lượng TSS được loại bỏ sau mỗi chu kỳ là:

Lượng TSS loại bỏ = TSS hiện tại × 80%

Bước 5: Mô phỏng sự thay đổi của TSS trong vòng 24 giờ

Chúng ta cần mô phỏng sự thay đổi của TSS trong 48 giờ, với mỗi chu kỳ cách nhau 2 giờ. 12 chu kỳ mỗi ngày, tổng cộng 12 chu kỳ trong 24 giờ.

Khởi tạo TSS bằng 0 kg.

Các bước trong mỗi chu kỳ:

Cho ăn (mỗi 2 giờ một lần, tức là một lần mỗi chu kỳ)

Loại bỏ 80% lượng TSS

Từ phân tích ở trên, chúng ta có thể thấy rằng:

4 bữa mỗi ngày: Lượng hạt lơ lửng sản sinh ra tăng nhanh sau khi cho ăn, sau đó dần giảm xuống. Giá trị đỉnh cao (22,68 kg) và dao động lớn.

12 bữa mỗi ngày: Nồng độ các hạt lơ lửng ổn định ở mức 9,37mg/L

Kết luận: Thông qua chế độ cho ăn nhiều bữa nhỏ, có thể giảm được TSS và giảm tiêu thụ năng lượng của thiết bị.

Chế độ cho ăn 12 bữa mỗi ngày có thể hiệu quả làm giảm nồng độ đỉnh của các hạt lơ lửng, giảm dao động chất lượng nước, đồng thời giảm tải trọng và tiêu thụ năng lượng của thiết bị lọc.

Chế độ cho ăn 4 bữa mỗi ngày sẽ gây ra sự dao động lớn về nồng độ các hạt lơ lửng và làm tăng mức tiêu thụ năng lượng của thiết bị lọc và máy bơm nước.