مقدم حلول متكاملة لتربية الأحياء المائية ومصنع معدات تخزين السوائل.
لغة
مقدم حلول متكاملة لتربية الأحياء المائية ومصنع معدات تخزين السوائل.
مبادئ تصميم عملية نظام تربية الأحياء المائية المعاد تدويرها (RAS)
بخلاف تربية الأحياء المائية التقليدية بنظام التدفق، يُحقق نظام تربية الأحياء المائية المُعاد تدويرها (RAS) إعادة استخدام المياه من خلال تقنيات ومعدات معالجة متطورة. يجب أن تعمل جميع المكونات وفق سير عمل مُتسلسل علميًا لضمان الفعالية. تشمل مبادئ التصميم الرئيسية ما يلي:
1. المعالجة المتسلسلة: المواد الصلبة ← السوائل ← الغازات
سيؤدي عدم إزالة الجسيمات الصلبة العالقة أولًا إلى إضعاف الخطوات اللاحقة. على سبيل المثال، تمنع وسائط الترشيح الحيوي المغطاة بالجسيمات البكتيريا النترتية من تحويل نيتروجين الأمونيا، مما يُضعف جودة المياه. كما أن المواد العضوية الزائدة من الجسيمات قد تُثقل كاهل المرشحات الحيوية.
تسلسل العلاج:
1. إزالة الجسيمات الصلبة
2. إزالة الملوثات المذابة
3. إزالة ثاني أكسيد الكربون
4. التطهير
5. الأكسجين والتحكم في درجة الحرارة
2. معالجة النفايات الصلبة حسب حجم الجسيمات
في نظام تربية الأحياء المائية المُعاد تدويرها (RAS)، تأتي الجسيمات الصلبة بشكل رئيسي من براز الكائنات الحية والأعلاف غير المُستهلكة. ويمكن معالجة النفايات الصلبة بطرق معالجة مختلفة وفقًا لحجم الجسيمات، من الكبيرة إلى الصغيرة.
حجم جسيمات الجسيمات الصلبة | طريقة العلاج | معدات |
الجسيمات القابلة للترسيب التي يزيد حجمها عن 100 ميكرون (البراز المتبقي بشكل أساسي) | الترسيب | خزان الترسيب ذو التدفق الرأسي |
الجسيمات الصلبة العالقة بين 30-100 ميكرون | الترشيح | مرشح الشاشة الدقيقة |
الجسيمات الصلبة المعلقة التي يقل حجمها عن 30 ميكرون | تجزئة الرغوة | مقشدة البروتين |
بالنسبة للجسيمات الأكبر حجمًا التي يزيد حجمها عن 100 ميكرون (وخاصةً روث الأسماك والطُعم المتبقي)، فإن هذه الجسيمات قابلة للترسيب. لتجنب زيادة الحمل على العمليات اللاحقة بعد توقفها في النظام، يمكن اعتماد عملية الترسيب. جهاز الترسيب بالتدفق الرأسي هو جهاز يستخدم الفصل بالجاذبية لإزالة الجسيمات القابلة للترسيب. من خلال عملية الترسيب بالتدفق الرأسي، تتم إزالة 60%-70% من الجسيمات الصلبة.
بعد المعالجة المسبقة باستخدام جهاز ترسيب ذي تدفق رأسي، أُزيلت معظم الجسيمات القابلة للترسيب، أما النسبة المتبقية فهي جسيمات صلبة عالقة يتراوح حجمها بين 30 و100 ميكرون. يمكن ترشيح هذا الجزء من الجسيمات فيزيائيًا عبر مرشح دقيق.
بعد ترشيحها بواسطة مرشح دقيق، تبقى الجسيمات المتبقية عبارة عن جسيمات صغيرة عالقة يقل حجمها عن 30 ميكرون، بالإضافة إلى بعض المواد العضوية القابلة للذوبان. تُفصل الجسيمات في هذا الجزء بشكل رئيسي بواسطة الرغوة من خلال فاصل البروتين. يُعد فصل الرغوة طريقة شائعة لإزالة الجسيمات الدقيقة العالقة والمواد العضوية القابلة للذوبان، ولها وظائف محددة تتمثل في زيادة الأكسجين وإزالة ثاني أكسيد الكربون.
3. الترشيح المتسلسل قبل التطهير
3.1 تأثير المواد الصلبة العالقة على التطهير بالأشعة فوق البنفسجية
يمكن للجسيمات العالقة في الماء تشتيت وامتصاص الأشعة فوق البنفسجية. يؤدي هذا الامتصاص والتشتت إلى استهلاك طاقة الأشعة فوق البنفسجية أثناء انتشارها، مما يقلل من شدتها وتأثيرها القاتل للبكتيريا. وقد وجدت دراسة وجود علاقة بين محتوى المواد الصلبة العالقة وبقاء البكتيريا القولونية البرازية في مياه الصرف الصحي المعرضة للأشعة فوق البنفسجية. تحمي الجسيمات العالقة البكتيريا ذات الجسيمات الملتصقة بالسطح، وبالتالي، فإن التطهير بالأشعة فوق البنفسجية لا يقلل من قدرة البقاء إلا بمقدار 3-4 لوغاريتمات 10 وحدة.
يمكن للجسيمات العالقة أن تحد من عمق اختراق الأشعة فوق البنفسجية في الماء. في المياه الصافية، يمكن للأشعة فوق البنفسجية اختراق الماء بعمق نسبي وتعقيمه على أعماق مختلفة. ومع ذلك، عند وجود جسيمات عالقة في الماء، تُعيق قدرة الأشعة فوق البنفسجية على الاختراق.
على سبيل المثال، في أحواض نظام الاستزراع المائي الدائري (RAS)، في غياب الجسيمات العالقة، قد تكون الأشعة فوق البنفسجية فعّالة في تطهير المسطحات المائية حتى عمق 0.5-1 متر. أما إذا كان تركيز الجسيمات العالقة في الماء مرتفعًا، فقد لا تخترق الأشعة فوق البنفسجية إلا أعماقًا تتراوح بين 0.2 و0.3 متر، مما يُصعّب تطهير المسطحات المائية العميقة بالكامل، ويؤدي إلى ظهور مناطق عمياء في عملية التطهير. قد يؤدي هذا إلى استمرار نمو وتكاثر الكائنات الدقيقة في هذه المناطق غير المطهرة بشكل كافٍ، مما يؤثر على جودة مياه نظام الاستزراع المائي الدائري (RAS) بأكمله.
في حال عدم وجود تداخل بين الجسيمات العالقة، يُمكن لجرعة مُعينة من الأشعة فوق البنفسجية (مثل 10-20 مللي جول/سم²) القضاء عليها بفعالية. ولكن في حال وجود عدد كبير من الجسيمات العالقة في الماء، فقد لا تتجاوز شدة الأشعة فوق البنفسجية 50%-70% من شدتها الأصلية. لتحقيق نفس تأثير التطهير، من الضروري إطالة مدة التعرض للأشعة فوق البنفسجية أو زيادة قوة مصباح الأشعة فوق البنفسجية. وإلا، فقد لا تُقضى بعض الكائنات الدقيقة تمامًا، مما يؤدي إلى تعقيم غير كامل وزيادة خطر العدوى بكائنات الاستزراع المائي.
3.2 تأثير المواد الصلبة العالقة على تطهير الأوزون
تمتص الجسيمات العالقة الأوزون في الماء. ونظرًا لكبر مساحة السطح النوعية للجسيمات العالقة، تلتصق جزيئات الأوزون بسهولة بأسطحها. على سبيل المثال، تحتوي الجسيمات العالقة، مثل بقايا العلف والجسيمات البرازية والتجمعات الميكروبية، على العديد من المواقع النشطة على أسطحها التي يمكنها امتصاص الأوزون فعليًا. هذا يُصعّب على الأوزون التلامس بفعالية مع مسببات الأمراض (مثل البكتيريا والفيروسات والفطريات، إلخ) في الماء بعد ارتباطه بالجسيمات العالقة، مما يُقلل من كفاءة التطهير. يشبه الأمر "رصاصة" التطهير (الأوزون) التي يعترضها "العائق" (الجسيمات العالقة) في المنتصف.
تتنافس المكونات العضوية في الجسيمات العالقة مع مسببات الأمراض على الأوزون. تحتوي العديد من الجسيمات العالقة على مواد عضوية، مثل البروتينات والسكريات غير المهضومة بالكامل، وغيرها. يمكن لهذه المركبات العضوية، مثل مسببات الأمراض، أن تخضع لتفاعلات أكسدة مع الأوزون. عند وجود عدد كبير جدًا من الجسيمات العالقة في الماء، يتفاعل الأوزون بشكل تفضيلي مع هذه المواد العضوية، مستهلكًا كمية كبيرة من الأوزون ومقللًا من كمية الأوزون المستخدمة في تطهير مسببات الأمراض. على سبيل المثال، في نظام تربية الأحياء المائية المعاد تدويره (RAS) الذي يحتوي على تركيزات عالية من الجسيمات العالقة، قد يكرّس الأوزون معظم طاقته في البداية لأكسدة المواد العضوية على سطح الجسيمات، بينما لا يمكن استخدام سوى كمية صغيرة منه لقتل الكائنات الدقيقة الضارة في الماء.
3.3 فوائد الترشيح قبل التطهير
بعد الترشيح الفيزيائي (إزالة المواد الصلبة العالقة)، والترشيح البيولوجي (إزالة المواد الضارة القابلة للذوبان)، والترشيح الغازي (إزالة ثاني أكسيد الكربون)، أصبحت مياه الاستزراع المائي صافية للغاية. في هذه المرحلة، سواءً باستخدام التعقيم بالأشعة فوق البنفسجية أو الأوزون، ستكون النتائج ممتازة.
4. تصميم معلمات دوران المياه
جوهر نظام الاستزراع المائي الدائري (RAS) هو دورة الماء. فكيف يُمكن تدوير الماء؟ مضخة التدوير هي جوهر النظام، ووظيفتها أشبه بقلب الإنسان. المُرشِّح البيولوجي هو أعلى نقطة في نظام التدوير بأكمله، حيث يتدفق الماء إلى أحواض الاستزراع المائي المختلفة تحت ضغط جوي طبيعي، ثم إلى حوض المضخات. ثم تضخ المضخة الدائرية الماء من حوض المضخات إلى المُرشِّح البيولوجي، مما يُحقق تدوير الماء.
نظراً لأهمية مضخة الدورة، يجب تصميمها بمضخة رئيسية وأخرى احتياطية. في حال تعطل مضخة المياه الرئيسية، يُمكن تشغيل مضخة المياه الاحتياطية في الوقت المناسب لتجنب حوادث التكاثر.
تصميم معدل الدورة الدموية
يُعد معدل دوران نظام الاستزراع المائي المعاد تدويره (RAS) بالغ الأهمية. إذ يضمن معدل الدوران المناسب جودة مياه موحدة في أحواض الاستزراع المائي. فمن خلال الدوران، يتم توزيع الأكسجين المذاب والمغذيات ودرجة الحرارة بالتساوي في جميع أنحاء المسطح المائي، مما يمنع تدهور جودة المياه المحلية. والأهم من ذلك، تعزيز إزالة الجسيمات العالقة من خلال دوران الماء. ويؤدي تدفق الماء المتداول إلى نقل الجسيمات العالقة إلى معدات الترشيح للمعالجة. ويؤدي معدل الدوران المناسب إلى تحسين كفاءة إزالة الجسيمات العالقة ومنع تراكمها المفرط في أحواض الاستزراع المائي. ولذلك، فإن سرعة الدوران تحدد مستوى الجسيمات العالقة.
يتطلب حساب معدل الدوران تحديد كمية التغذية بناءً على أقصى قدرة بيولوجية استيعابية، ثم حساب كمية الجسيمات العالقة الناتجة في الساعة بناءً على كمية التغذية. بعد ذلك، بناءً على القيمة المستهدفة للمواد الصلبة العالقة الكلية (TSS) المخصصة لمياه البركة المتداولة وقدرة معالجة كل جهاز، يُحسب معدل الدوران.
باختصار، يُعد حساب معدل الدورة عملية معقدة نسبيًا. واستنادًا إلى القيم التجريبية، يُمكن استخدامه ببساطة كقيمة مرجعية للدورة كل ساعة. على سبيل المثال، في حالة تربية سمك القاروص في مسطح مائي دائري سعته 1000 متر مكعب، يُضبط معدل الدورة على ساعتين. وبالتالي، يكون معدل الدورة في الساعة 1000/2 = 500 طن/ساعة.
تصميم التدفق المتغير
مضخة الدوران هي المُعدة الأكثر استهلاكًا للطاقة في تربية الأحياء المائية ذات المياه الدائرية. عند تشغيلها بسرعة عالية، تُزيل المخلفات من مياه الحوض بسرعة، ولكن استهلاكها للطاقة مرتفع جدًا. أما عند تشغيلها بسرعة منخفضة، فرغم انخفاض استهلاك الطاقة، يكون معدل إزالة المخلفات من الحوض إلى مياه الحوض بطيئًا. بفضل تركيب مُحوِّلات التردد ووحدات التحكم الذكية، تُضبط تقنية التدفق المتغير تلقائيًا مُعاملات دورة المياه الدائرية وفقًا لمراحل التكاثر المختلفة ومعايير جودة المياه بناءً على خوارزميات، مما يُحقق دورة تدفق متغيرة.
مخطط مرجعي
| معلمات عملية المرجع | |
| الحد الأقصى لعدد الدورات لنظام المياه المتداولة | 24 دورة/يوم |
كثافة التكاثر | مياه البحر (على سبيل المثال، سمك الهامور): ≥50 كجم/م³ المياه العذبة (على سبيل المثال، سمك القاروص): ≥50 كجم/م³ |
معدل استخدام مياه الاستزراع المائي في نظام المياه المتداولة | ≥90% |
سعر صرف المياه | ≤10% |
معدل التعقيم بالأشعة فوق البنفسجية | ≥99.9% |
ستوفر خدمتنا فرص عمل جديدة في صناعة تربية الأحياء المائية ونقل السوائل.
