Observando las nuevas oportunidades industriales detrás del sistema cerrado de recirculación en acuicultura

Recirculación del sistema de desinfección de la acuicultura


Al recircular los sistemas de acuicultura, no se pueden subestimar los peligros de bacterias y virus. Las bacterias consumen una gran cantidad de oxígeno disuelto en el agua, lo que lleva a la deficiencia de oxígeno en los organismos cultivados, un crecimiento lento e incluso la muerte. Las bacterias patógenas, como Flavobacterium Columnare y Aeromonas hidrófila, pueden causar enfermedades como la podredumbre branquial y la septicemia en los organismos de cultivo, lo que lleva a una mortalidad a gran escala y pérdidas económicas significativas para los acuicultores. Las infecciones virales se caracterizan por la transmisión rápida y la dificultad en el control, lo que puede infectar a una gran cantidad de individuos cultivados en poco tiempo, interrumpir sus funciones fisiológicas e impactar severamente la eficiencia de la acuicultura.


El ultravioleta (UV) y el ozono son altamente efectivos para matar bacterias y virus. La radiación UV penetra en la membrana celular de los microorganismos a través de fuertes ondas de luz radiativa, alcanza el núcleo y rompe la estructura de doble hélice de ADN, evitando que las bacterias se reproduzcan y conduzcan a su muerte. Es particularmente efectivo contra los microorganismos bacterianos suspendidos en el agua. El ozono, con fuertes propiedades oxidantes, reacciona rápidamente con bacterias y virus, destruyendo sus orgánulos, ADN y ARN, y alterando la permeabilidad celular, lo que lleva a la lisis celular y la muerte. Puede matar una variedad de microorganismos, incluidas células vegetativas bacterianas, esporas, virus y hongos. Debido a su buena difusibilidad, el ozono puede desinfectar toda el agua de la acuicultura sin ángulos muertos.


Esterilización UV


1. Clasificación por método de instalación


Las lámparas de esterilización UV se pueden clasificar en dos tipos según el método de instalación: montado en tuberías y montados en canal:



1 Las lámparas de esterilización UV montadas en la tubería generalmente se instalan dentro de las tuberías de suministro de agua de los sistemas de acuicultura recirculantes. El agua fluye directamente a través de la sección de la tubería con la lámpara de esterilización, asegurando el contacto total entre el agua y la luz UV, esterilizando de manera eficiente el agua que fluye. Sus ventajas incluyen una estructura compacta que se integra bien con el sistema de tuberías, lo que las hace adecuadas para la esterilización del agua en escenarios con caudales relativamente bajos.



2 Las lámparas de esterilización UV montadas en canales generalmente se instalan arriba o en los lados de los canales de aguas abiertas con un cierto ancho y profundidad, irradiando y esterilizando el agua que fluye a través del canal. Pueden cubrir una gran área de agua, haciéndolos adecuados para manejar grandes caudales y cuerpos de aguas abiertas, asegurando que una gran área de agua sea irradiada efectivamente por la luz UV para garantizar el rendimiento de la esterilización.


2. Clasificación por intensidad de voltaje


Las lámparas de esterilización UV se dividen en dos tipos basados en la intensidad de voltaje: baja presión y media presión:



Las lámparas de esterilización UV de baja presión (LP) funcionan a voltajes relativamente bajos y generalmente generan luz UV de longitud de onda única, principalmente alrededor de 254 nanómetros. Esta longitud de onda tiene un efecto germicida significativo, bajo consumo de energía y buena estabilidad. Sin embargo, su potencia es relativamente limitada, lo que los hace adecuados para aplicaciones o lugares a pequeña escala donde no se requiere una intensidad de esterilización extremadamente alta.



Las lámparas de esterilización UV de presión media (MP) funcionan a voltajes más altos, generando luz UV de longitud de onda múltiple con una cobertura más amplia y una capacidad germicida más fuerte. Tienen mayor potencia, lo que permite un tratamiento rápido de cuerpos de agua de gran flujo y altamente contaminados. Sin embargo, consumen más energía y tienen mayores costos de equipo, lo que los hace comúnmente utilizados en sistemas de acuicultura recirculantes a gran escala con altos requisitos para la eficiencia de esterilización y la capacidad de tratamiento.




3. Principios y factores de influencia de la esterilización UV

La luz UV es un tipo de radiación electromagnética, dividida en múltiples bandas de longitud de onda. La banda principal utilizada para la esterilización es la banda UVC (200-280 nanómetros), siendo alrededor de 254 nanómetros la longitud de onda más efectiva para fines germicidas. Al recircular agua que transporta microorganismos, como las bacterias, fluye a través del área de irradiación de una lámpara de esterilización UV, la energía de los fotones UV es absorbida por el material genético (como el ADN o el ARN) dentro de las células microbianas. Los enlaces químicos en estos materiales genéticos se rompen después de absorber suficiente energía UV, por ejemplo, los enlaces de hidrógeno en la estructura de doble hélice de ADN, se destruyen, interrumpen los procesos de información genética como la replicación y la transcripción. Esto evita que los microorganismos como las bacterias se reproduzcan, lo que lleva a su muerte y esterilizando y purificando el agua recirculante, asegurando la seguridad de la calidad del agua y creando un ambiente de crecimiento saludable para los organismos de cultivo.



Los principales factores que influyen en la efectividad de la esterilización UV en la acuicultura de recirculación son los siguientes:


1.

Dosis UV


La dosis UV, determinada por la intensidad UV y el tiempo de irradiación, es crítica para la efectividad de la esterilización. La dosis insuficiente no puede romper la estructura de ADN o ARN de microorganismos como bacterias y virus, lo que lleva a una esterilización ineficaz. Solo cuando se logra la dosis específica requerida por los microorganismos objetivo se puede garantizar una buena tasa de esterilización.


2.

Turbidez de agua


Los sólidos suspendidos y las partículas orgánicas en el agua aumentan la turbidez. Estas impurezas se dispersan y absorben la luz UV, evitando que penetre el agua y reduzca la exposición UV real de los microorganismos, lo que disminuye la eficiencia de la esterilización. Cuanto mayor sea la turbidez, más UV Light se atenúa y más pobre es la capacidad de esterilización.


1
Caudal de agua


Un tasa de flujo de agua demasiado rápido acorta el tiempo de residencia de los microorganismos en el área de irradiación UV, evitando que reciban una dosis UV suficiente y que conduzcan a una esterilización incompleta. Un caudal demasiado lento, al tiempo que garantiza el tiempo de irradiación, puede afectar la eficiencia general del sistema de agua recirculante.


2
Especies microbianas


Diferentes microorganismos tienen diferentes tolerancias a la luz UV. Por ejemplo, las esporas bacterianas, debido a su estructura especial, son más resistentes a la irradiación UV que las células bacterianas ordinarias. Los virus, que carecen de una estructura celular, también difieren en su sensibilidad UV de las bacterias. Por lo tanto, los tipos de microorganismos presentados afectan la eficacia de la esterilización.


3
Grado de envejecimiento de la lámpara


A medida que aumenta el tiempo de uso, la eficiencia luminosa de las lámparas UV disminuye gradualmente, reduciendo la intensidad UV de salida y la dosis efectiva de esterilización proporcionada. Esto conduce a una disminución en el rendimiento de la esterilización en comparación con cuando las lámparas se instalaron recientemente.

Recirculación del sistema de acuicultura (RAS) Principios de diseño de procesos


A diferencia de la acuicultura tradicional de flujo, recirculando el sistema de acuicultura (RAS) logra la reutilización del agua a través de tecnologías y equipos de tratamiento avanzados. Todos los componentes deben operar en un flujo de trabajo secuenciado científicamente para garantizar la eficacia. Los principios de diseño clave incluyen:


1. Tratamiento secuencial: sólidos → líquidos → gases


No eliminar las partículas suspendidas sólidas primero comprometerá los pasos posteriores. Por ejemplo, los medios de biofilter recubiertos con partículas impiden que las bacterias nitrificantes conviertan el nitrógeno de amoníaco, degradando la calidad del agua. El exceso de materia orgánica de las partículas también puede sobrecargar biofilters.


Secuencia de tratamiento:

1. Extracción de partículas sólidas


2 Eliminación de contaminantes disuelto


3 CO₂ Knetping


4 Desinfección


5 Oxigenación & Control de temperatura


2. Tratamiento de residuos sólidos por tamaño de partícula


En el sistema de acuicultura recirculante (RAS) Sistema, las partículas sólidas provienen principalmente de las heces de los organismos de acuicultura y la alimentación que no se ha consumido. El tratamiento de los residuos sólidos puede adoptar diferentes métodos de tratamiento según el tamaño de partícula, de grande a pequeño.



Tamaño de partícula de partículas sólidas


Método de tratamiento


Equipo


Partículas sedimentables de más de 100 micras (principalmente heces residuales)


Sedimentación


Tanque de sedimentación de flujo vertical


Partículas sólidas suspendidas entre 30 y 100 micras


Filtración


Filtro de microscreen


Partículas sólidas suspendidas más pequeñas que 30 micras


Fraccionamiento de espuma


Skimmer de proteínas



Para partículas más grandes con un tamaño de partícula de más de 100 micras (principalmente estiércol de pescado y cebo residual), estas partículas son sedimentables. Para evitar aumentar la carga en procesos posteriores después de que se rompen en el sistema, se puede adoptar un proceso de precipitación. El colonco de flujo vertical es un dispositivo que utiliza la separación de gravedad para eliminar partículas sedimentables. A través del proceso de sedimentación del flujo vertical, se eliminan el 60% -70% de las partículas sólidas.



Después del pretratamiento por un colono de flujo vertical, se han eliminado la mayoría de las partículas sedimentables, y la mayoría restante es para partículas sólidas suspendidas entre 30-100 micras. Esta parte de las partículas se puede filtrar físicamente a través de un microfiltro.



Después de ser filtrado por un microfiltro, las partículas restantes son pequeñas partículas suspendidas por debajo de 30 micras y algo de materia orgánica soluble. Las partículas en esta parte se separan principalmente por espuma a través del separador de proteínas. La separación de espuma es un método común, que puede eliminar partículas micro suspendidas, materia orgánica soluble, y tiene ciertas funciones de aumentar el oxígeno y eliminar el dióxido de carbono.



3. Filtración secuencial antes de la desinfección


3.1 Impacto de los sólidos suspendidos en la desinfección UV


Las partículas suspendidas en el agua pueden dispersar y absorber la radiación ultravioleta. Este efecto de absorción y dispersión puede conducir al consumo de energía ultravioleta durante la propagación, reduciendo aún más la intensidad y el efecto bactericida de la radiación ultravioleta. Un estudio ha encontrado una correlación entre el contenido de sólidos suspendidos y la supervivencia de los coliformes fecales en las aguas residuales expuestas a la radiación ultravioleta. Las bacterias con partículas unidas a la superficie están protegidas por partículas suspendidas, por lo tanto, la desinfección ultravioleta solo puede reducir la capacidad de supervivencia en 3-4 unidades LOG10.



Las partículas suspendidas pueden limitar la profundidad de penetración de los rayos ultravioleta en el agua. En agua clara, los rayos ultravioleta pueden penetrar el agua relativamente profundamente y desinfectar el agua a diferentes profundidades. Sin embargo, cuando hay partículas suspendidas en el agua, la capacidad de penetración de los rayos ultravioleta se verá obstaculizada.



Tomando un sistema de acuicultura de recirculación (RAS) El estanque como ejemplo, en ausencia de partículas suspendidas, la radiación ultravioleta puede ser efectiva para desinfectar cuerpos de agua hasta una profundidad de 0.5-1 metros. Pero si la concentración de partículas suspendidas en el agua es alta, los rayos ultravioleta solo pueden penetrar profundidades de 0.2-0.3 metros, lo que dificulta que los cuerpos de agua más profundos estén completamente desinfectados, formando puntos ciegos de desinfección. Esto puede conducir al crecimiento continuo y la reproducción de microorganismos en estas áreas insuficientes insuficientemente, afectando la calidad del agua de todo el sistema de acuicultura recirculante (RAS) sistema.



En ausencia de interferencia de partículas suspendidas, un cierto nivel de dosis de radiación ultravioleta (como 10-20mj/cm ²) puede matarlo efectivamente. Pero si hay una gran cantidad de partículas suspendidas en el agua, la intensidad ultravioleta puede ser solo del 50% -70% del original. Para lograr el mismo efecto de desinfección, es necesario extender el tiempo de irradiación ultravioleta o aumentar la potencia de la lámpara ultravioleta. De lo contrario, algunos microorganismos pueden no ser asesinados por completo, lo que resulta en una desinfección incompleta y aumenta el riesgo de infección por los organismos de la acuicultura.


3.2 Impacto de los sólidos suspendidos en la desinfección de ozono


Las partículas suspendidas adsorben el ozono en el agua. Debido a la gran superficie específica de las partículas suspendidas, las moléculas de ozono se unen fácilmente a sus superficies. Por ejemplo, las partículas suspendidas, como los residuos de alimentación, las partículas fecales y los agregados microbianos, tienen muchos sitios activos en sus superficies que pueden adsorbar físicamente el ozono. Esto dificulta que el ozono entra en contacto de manera efectiva con patógenos (como bacterias, virus, hongos, etc.) en agua después de la unión con partículas suspendidas, reduciendo así la eficiencia de desinfección. Es como la desinfección "bala" (ozono) interceptada por el "obstáculo" (partículas suspendidas) en el medio.



Los componentes orgánicos en partículas suspendidas compiten con patógenos para el ozono. Muchas partículas suspendidas contienen materia orgánica, como proteínas, azúcares, etc. digeridas de manera incompleta, etc. Estos compuestos orgánicos, como los patógenos, pueden sufrir reacciones de oxidación con el ozono. Cuando hay demasiadas partículas suspendidas en el agua, el ozono reaccionará preferentemente con estas sustancias orgánicas, consumiendo una gran cantidad de ozono y reduciendo la cantidad de ozono utilizado para desinfectar patógenos. Por ejemplo, en un sistema de acuicultura recirculante (RAS) El sistema que contiene altas concentraciones de partículas suspendidas, el ozono puede dedicar primero la mayor parte de su energía a oxidar la materia orgánica en la superficie de las partículas, mientras que solo una pequeña cantidad de ozono puede usarse para matar microorganismos dañinos en el agua.


3.3 Beneficios de la filtración antes de la desinfección


Después de la filtración física (eliminación de sólidos suspendidos), filtración biológica (eliminación de sustancias dañinas solubles) y filtración de gas (eliminación de dióxido de carbono), el agua de la acuicultura se ha vuelto muy clara. En este momento, ya sea usando desinfección ultravioleta o desinfección de ozono, el efecto será muy bueno.


4. Diseño de parámetros de circulación de agua


El núcleo del sistema de acuicultura de recirculación (RAS) es el ciclo del agua. Entonces, ¿cómo circular el agua? La bomba de circulación es el núcleo, y su función es como el corazón humano. El filtro biológico es el punto más alto de todo el sistema de circulación, donde el agua fluye hacia varios estanques de acuicultura a través de la presión atmosférica natural y luego en la piscina de la bomba. La bomba circulante luego bombea agua desde la piscina de la bomba hacia el biopelículas, logrando así la circulación de agua.



La bomba de circulación es muy importante, por lo que debe diseñarse con una copia de seguridad principal y una. Cuando la bomba de agua principal funciona mal, la bomba de agua de respaldo se puede iniciar de manera oportuna para evitar accidentes de reproducción.


Diseño de tasa de circulación


La tasa de circulación del sistema de acuicultura recirculante (RAS) es muy importante. Una tasa de circulación adecuada puede garantizar la calidad uniforme del agua en el estanque de acuicultura. A través de la circulación, el oxígeno disuelto, los nutrientes y la temperatura se pueden distribuir uniformemente en todo el cuerpo del agua, evitando el deterioro local de la calidad del agua. Lo más importante es promover la eliminación de partículas suspendidas a través de la circulación del agua. El flujo de agua circulante puede llevar partículas suspendidas al equipo de filtración para el tratamiento. La tasa de circulación adecuada puede mejorar la eficiencia de eliminación de partículas suspendidas y evitar su acumulación excesiva en los estanques de acuicultura. Por lo tanto, la velocidad de circulación determina el nivel de partículas suspendidas.



El cálculo de la tasa de circulación primero requiere determinar la cantidad de alimentación en función de la capacidad de carga biológica máxima y luego calcular la cantidad de partículas suspendidas producidas por hora en función de la cantidad de alimentación. Luego, según el valor objetivo de TSS diseñado para el agua circulante de estanques y la capacidad de procesamiento de cada equipo, calcule la velocidad de circulación.



En resumen, el cálculo de la tasa de ciclo es relativamente complejo. Según los valores empíricos, se puede usar simplemente como un valor de referencia para andar en bicicleta cada 1 hora. Tomando el cultivo de la lubina en un cuerpo de agua circulante de 1000 metros cúbicos como ejemplo, la frecuencia del ciclo se establece en un ciclo de 2 horas. Por lo tanto, la tasa de ciclo por hora es 1000/2 = 500 toneladas/hora.


Diseño de flujo variable


La bomba circulante es el equipo con el mayor consumo de energía en la acuicultura de agua circulante. Si la bomba de circulación se mantiene en un estado de circulación de alta velocidad, eliminará rápidamente los desechos del agua de la acuicultura del tanque de acuicultura, pero el consumo de energía es demasiado alto. Si la bomba de circulación se mantiene funcionando a baja velocidad, aunque el consumo de energía es baja, la tasa de eliminación de desechos del tanque de acuicultura en el agua de la acuicultura es lenta. Al instalar convertidores de frecuencia y terminales de control inteligentes, la tecnología de flujo variable puede ajustar automáticamente los parámetros del ciclo de agua circulante de acuerdo con diferentes etapas de reproducción y parámetros de calidad del agua basados en algoritmos, logrando la circulación de flujo variable.


Diagrama de referencia



Parámetros del proceso de referencia

Número máximo de ciclos para el sistema de agua circulante

24 ciclos/día


Densidad de reproducción


Agua de mar (por ejemplo, mero): ≥50 kg/m³


Agua dulce (por ejemplo, bajo): ≥50 kg/m³


Tasa de utilización de agua de acuicultura en el sistema de agua circulante


≥90%


Tasa de cambio de agua


≤10%


Tasa de esterilización UV


≥99.9%

Sistema de aguas residuales inteligentes

El sistema de acuicultura recirculante es un Nuevo tipo de modelo de acuicultura, que utiliza un serie de tratamiento de agua

Unidades para procesar las aguas residuales generadas en el estanque de la acuicultura y luego reciclarla El principio principal de

RAS es integrar tecnologías avanzadas en ingeniería ambiental, ingeniería civil, biología moderna,

Información electrónica y otras disciplinas para eliminar heces de cebo residual, nitrógeno de amoníaco (Bronceado), nitrógeno de nitrito

(NO2--N ) y otros contaminantes dañinos Con el fin de purificar el entorno de reproducción, el proceso de reingresar el agua purificada en el estanque de reproducción mediante el uso de filtración física, filtración biológica, eliminación de CO2,

desinfección, oxigenación, ajuste de temperatura y otros tratamientos No solo puede resolver el problema de bajo

tasa de utilización de recursos hídricos, pero también proporciona un ambiente de vida estable, confiable, cómodo y de alta calidad

para organismos reproductores y proporcionan condiciones favorables para la agricultura de alta densidad.