Quy trình loại bỏ hạt rắn (III): Thiết kế thông số quy trình và Nghiên cứu trường hợp thực tế

（1）Thiết kế thông số cho quy trình loại bỏ hạt lơ lửng trong hệ thống nước tuần hoàn

1. Thiết kế thông số bể lắng dòng đứng

Hệ thống thoát nước kép Cornell đã được sử dụng rộng rãi và mang lại hiệu quả thực tế tốt. Trong ao nuôi thủy sản áp dụng hệ thống thoát nước kép Cornell, khoảng 10%~25% lượng nước chảy vào bể lắng dòng chảy đứng thông qua ống thoát đáy, phần lớn lượng nước còn lại thoát ra ngoài qua rãnh thoát bên hông ao cá. Việc sử dụng thiết kế thoát nước kép làm tăng đáng kể khả năng thoát nước và thu gom chất ô nhiễm ở đáy ao nhờ dòng chảy chậm theo chiều thẳng đứng. Với tốc độ dòng chảy thấp này, nồng độ các chất lơ lửng tăng lên gấp 10 lần so với phương pháp đo và thải nước chính thông thường.

Tỷ lệ giữa lưu lượng chảy qua bể lắng dòng đứng và lưu lượng đi vào ống xả bên có thể được tính toán dựa trên diện tích mặt cắt ngang của ống thoát nước ở đáy bồn nuôi cá. Thông thường, đường kính ống dẫn vào ống xả bên là 110, và đường kính ống dẫn vào bể lắng dòng đứng là 50, do đó tỷ lệ diện tích mặt cắt ngang của chúng là 5:1. Điều này có nghĩa là khoảng 17% lượng nước chảy vào bể lắng dòng đứng. Xét đến việc nồng độ các hạt lơ lửng đi vào bể lắng dòng đứng cao gấp 10 lần so với nồng độ đi vào ống xả bên. Theo cách tính này, tỷ lệ các hạt lơ lửng được xử lý bởi bể lắng dòng đứng khoảng 70%. Trong quá trình sử dụng cụ thể, có thể điều chỉnh tỷ lệ đường kính ống dẫn vào ống xả bên và đường kính ống dẫn vào bể lắng dòng đứng theo từng loài thủy sản nuôi và mật độ nuôi cụ thể, để từ đó điều chỉnh tỷ lệ lưu lượng đi vào máy lọc vi sinh và bể lắng dòng đứng tương ứng.

Chỉ số chính để xác định bể lắng dòng đứng là thời gian lưu thủy lực. Thời gian lưu thủy lực đề cập đến khoảng thời gian trung bình mà nước lưu lại trong bể lắng dòng đứng. Thời gian lưu thủy lực đủ là một trong những yếu tố quan trọng đảm bảo các hạt lơ lửng được lắng đọng hoàn toàn. Yếu tố này liên quan đến thể tích của bể lắng và lượng nước được xử lý. Trong hệ thống nuôi trồng thủy sản tuần hoàn, thời gian lưu thủy lực của bể lắng dòng đứng được khuyến nghị phải ít nhất là 30 giây. Nếu thời gian lưu thủy lực quá ngắn, các hạt lơ lửng có thể bị cuốn ra khỏi bể lắng trước khi kịp lắng xuống; nếu quá dài, kích thước và chi phí thiết bị sẽ tăng lên.

Trong thiết kế, chúng ta thường thiết kế dựa trên kinh nghiệm:

bể lắng dòng đứng: Ao nuôi 6 mét được trang bị bể lắng dòng đứng đường kính 600mm, ao nuôi 8 mét được trang bị bể lắng dòng đứng đường kính 800mm.

Chiều cao bể lắng dòng đứng: 1 mét

Độ côn: 30 độ

Làm thế nào để nâng cấp bể lắng dòng đứng thành bể lắng dòng đứng thông minh?

Bể lắng dòng đứng truyền thống chỉ có thể xả nước thải trong bể lắng dòng đứng bằng cách rút ống ra. Thông thường, toàn bộ nước trong bể lắng dòng đứng sẽ được xả hết một lần khi rút ống. Tuy nhiên, do số lượng ao nuôi thủy sản tuần hoàn lớn, công việc thủ công này thường chỉ thực hiện được 1-2 lần mỗi ngày. Phần thức ăn dư thừa và phân trong bể lắng dòng đứng sẽ từ từ phân rã sau nửa giờ, chuyển thành các hạt lơ lửng hòa tan trong nước, sau đó tiếp tục nổi lên phía trên bể lắng dòng đứng và tràn vào máy lọc vi sinh, làm tăng gánh nặng cho máy lọc vi sinh và bộ tách protein.

Do đó, có thể lắp đặt một van xả thông minh tại ống dẫn nước thải của bể lắng dòng đứng, xả nước thải vài giây mỗi giờ, áp dụng chiến lược xả thải với lượng nhỏ và nhiều lần. Theo cách này, mồi thừa và phân cá có thể được xả kịp thời, giảm tải cho bộ lọc vi sinh và máy tách protein. Đồng thời, việc xả với lượng nhỏ và nhiều lần giúp tiết kiệm nước rất hiệu quả, giảm đáng kể tỷ lệ thay nước, không chỉ tiết kiệm nước mà còn tiết kiệm năng lượng.

Khi lựa chọn van xả, nhất thiết phải chọn loại van chống nước đạt tiêu chuẩn IP68, nếu không van dễ bị gỉ sét và gây hỏng hóc, dẫn đến những tổn thất không cần thiết. Nếu là nuôi trồng thủy sản trong môi trường nước biển, nên lựa chọn chất liệu UPVC để phòng tránh ăn mòn do nước biển.

Bangbang đã cho ra mắt một loại van xả thông minh trên thị trường, được thiết kế đặc biệt dành cho bể lắng dòng chảy đứng. Sản phẩm được làm bằng chất liệu UPVC và có khả năng chống nước tiêu chuẩn IP68. Van còn áp dụng thiết kế Internet of Things (IoT) và tích hợp chức năng truy cập mạng, có thể điều khiển từ xa qua điện thoại di động, đồng thời hỗ trợ phát hành lệnh điều khiển theo nhóm, thực sự đáp ứng vận hành không người. Nếu van gặp sự cố đóng cửa, hệ thống sẽ tự động phát cảnh báo qua điện thoại. Thiết bị chủ nhỏ của van này được thiết kế dạng mô-đun, một thiết bị chủ điều khiển đồng thời 4 van, kết nối đám mây rất thuận tiện trong quá trình lắp đặt.

Bể lắng dòng chảy đứng truyền thống thực sự được nâng cấp thành bể lắng dòng chảy đứng thông minh thông qua việc lắp đặt thiết bị này, đạt được vận hành thông minh và không người, không chỉ cải thiện chất lượng nước mà còn tiết kiệm điện và nước.

2. Thiết kế tham số của máy lọc vi sinh

Bộ lọc vi sinh được sử dụng để loại bỏ các hạt rắn lơ lửng có kích thước từ 30-100 microns. Khả năng xử lý của một bộ lọc vi sinh đề cập đến công suất lưu lượng nước của thiết bị. Kích thước của lưới lọc quyết định hiệu quả xử lý, và thông thường lưới 200 là đủ. Vậy chúng ta nên thiết kế các thông số của bộ lọc vi sinh như thế nào?

Đầu tiên, hãy để tôi giới thiệu một số liệu kinh nghiệm của kỹ sư nhằm thuận tiện cho vận hành thực tế:

Lưu lượng nước = thể tích nước nuôi trồng / tần suất tuần hoàn * 1.2

hệ số 1.2 là độ dự phòng an toàn, tần suất tuần hoàn đề cập đến số giờ cần thiết để hoàn thành một chu kỳ tuần hoàn. Tần suất tuần hoàn thường được xác định dựa trên các loài thủy sản khác nhau và khả năng chịu tải của hệ thống. Lấy ví dụ hệ thống nuôi cá vược trong 1000 mét khối nước tuần hoàn, thì tốt nhất là đặt tần suất tuần hoàn là một lần mỗi 2 giờ. Do đó, lưu lượng nước của bộ lọc vi sinh sẽ là: 1000/2*1.2=600 tấn

Trong thực tế, bạn có thể lắp đặt một bộ lọc vi sinh 600 tấn hoặc hai bộ lọc vi sinh 300 tấn. Ưu điểm của việc lắp đặt hai bộ lọc vi sinh là khi một bộ lọc ngừng hoạt động, bộ lọc còn lại vẫn có thể vận hành bình thường. Tuy nhiên, giá thành của hai bộ lọc nhỏ sẽ cao hơn so với một bộ lọc lớn.

3. Thiết kế thông số của máy đánh protein

Máy đánh protein được sử dụng để xử lý các hạt lơ lửng lớn hơn 30 micron. Năng lực xử lý của máy đánh protein đề cập đến lượng nước đi qua thiết bị mỗi giờ. Mỗi thiết bị của nhà sản xuất máy xử lý protein đều sẽ ghi rõ lượng nước đi qua mỗi giờ. Ví dụ, nếu dùng hệ thống chứa 1.000 mét khối nước tuần hoàn để nuôi cá vược, lưu lượng tuần hoàn của hệ thống là 600 tấn mỗi giờ. Khi đó bạn có thể chọn một máy đánh protein có năng lực xử lý 600 tấn mỗi giờ.

（2）、Tính toán lưu lượng tuần hoàn của hệ thống nước tuần hoàn

Ở trên chúng tôi đã đưa ra một quy tắc kinh nghiệm cho lượng tuần hoàn. Tiếp theo chúng tôi sẽ cung cấp một phương pháp suy luận và tính toán chặt chẽ.

Đầu tiên, chúng ta cần xác định lượng chất rắn lơ lửng (TSS) phát sinh trong hệ thống. Giá trị này có thể được tính bằng công thức sau:

RTSS = 0,25 X mức ăn tối đa hàng ngày

Tiếp theo, chúng ta tính lưu lượng tuần hoàn của hệ thống dựa trên tổng lượng chất rắn lơ lửng bằng công thức sau:

QTSS =

Trong đó: QTSS là giá trị lưu lượng tuần hoàn của hệ thống tính theo TSS, đơn vị m³/h;

TSSin là mục tiêu kiểm soát TSS trong nước tuần hoàn;

TSSout là nồng độ kiểm soát mục tiêu của TSS trong nước thải ra khỏi ao nuôi thủy sản, đơn vị mg/L;

ETSS là hiệu suất loại bỏ TSS trong quá trình lọc cơ học, tính theo %;

1000 là hệ số chuyển đổi khối lượng, từ mg sang g.

三、 Các trường hợp thực tế

Một dự án xây dựng hệ thống tuần hoàn 1.000 mét khối nước để nuôi vược biển đang được triển khai. Các chỉ tiêu kỹ thuật thiết kế của dự án như sau:

Độ dày nuôi cấy: 50kg/thể tích mét khối

Tỷ lệ cho ăn hàng ngày: 2%

Tỷ lệ loại bỏ mục tiêu của hệ thống hạt lơ lửng là: 70%

Mục tiêu kiểm soát TSS của nước tuần hoàn là: 10mg/L

Dựa trên các chỉ số nêu trên, chúng ta tính được lưu lượng tuần hoàn của hệ thống nước tuần hoàn:

Đầu tiên, hãy tính trọng lượng chất rắn lơ lửng được tạo ra mỗi ngày:

RTSS = 0,25 X lượng thức ăn tối đa hàng ngày = 50X1000X2 %X0,25= 250 kg/ngày.

Theo phân tích ở trên, 70% các hạt rắn (chủ yếu là thức ăn dư và phân) sẽ được thiết bị lắng theo chiều thẳng đứng thải ra ngoài, chỉ có 30% các hạt lơ lửng đi vào hệ thống tuần hoàn.

Dựa trên điều này, tính toán lưu lượng tuần hoàn của hệ thống nước tuần hoàn:

QTSS == 600,96 m³/giờ

Kết quả tính toán này cho thấy để duy trì nồng độ TSS trong ao nuôi thủy sản dưới mức 10 mg/L, với điều kiện tỷ lệ loại bỏ hạt lơ lửng đạt 52%, chúng ta cần thiết kế lưu lượng tuần hoàn khoảng 600m³/giờ.

Trong quá trình vận hành thực tế, chúng ta có thể điều chỉnh lưu lượng nước tuần hoàn trong hệ thống nuôi trồng thủy sản theo các thông số này để đảm bảo chất lượng nước đáp ứng nhu cầu nuôi trồng. Ví dụ, nếu nồng độ TSS của chúng ta vượt quá tiêu chuẩn cho phép, sẽ có hai khả năng.

Công suất xử lý của thiết bị lọc vi sinh và thiết bị tách protein thấp hơn 52%

Công suất xử lý của bể lắng dòng chảy theo phương thẳng đứng thấp hơn 70%