Fournisseur de solutions uniques pour l'aquaculture et fabricant d'équipements de stockage de liquides.
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Fournisseur de solutions uniques pour l'aquaculture et fabricant d'équipements de stockage de liquides.
Principes de conception du processus du système d'aquaculture en recirculation (RAS)
Contrairement à l'aquaculture traditionnelle à flux continu, le système d'aquaculture en recirculation (RAS) permet la réutilisation de l'eau grâce à des technologies et des équipements de traitement avancés. Tous les composants doivent fonctionner selon un flux de travail séquencé scientifiquement pour garantir leur efficacité. Les principes de conception clés incluent :
1. Traitement séquentiel : Solides → Liquides → Gaz
L'absence d'élimination préalable des particules solides en suspension compromettra les étapes suivantes. Par exemple, les biofiltres recouverts de particules empêchent les bactéries nitrifiantes de convertir l'azote ammoniacal, dégradant ainsi la qualité de l'eau. L'excès de matière organique provenant des particules peut également surcharger les biofiltres.
Séquence de traitement :
1. Élimination des particules solides
2. Élimination des contaminants dissous
3. Décapage du CO₂
4. Désinfection
5. Oxygénation et contrôle de la température
2. Traitement des déchets solides par granulométrie
Dans le système d'aquaculture en recirculation (RAS), les particules solides proviennent principalement des excréments des organismes aquacoles et des aliments non consommés. Le traitement des déchets solides peut adopter différentes méthodes selon la granulométrie, de la plus grosse à la plus fine.
Taille des particules solides | Méthode de traitement | Équipement |
Particules sédimentables de plus de 100 microns (principalement des matières fécales résiduelles) | Sédimentation | Bassin de sédimentation à flux vertical |
Particules solides en suspension entre 30 et 100 microns | Filtration | Filtre à micro-écran |
Particules solides en suspension inférieures à 30 microns | Fractionnement de la mousse | Écumeur de protéines |
Les particules plus grosses, dont la granulométrie est supérieure à 100 microns (principalement les fientes de poisson et les appâts résiduels), sont sédimentables. Pour éviter d'alourdir les processus ultérieurs après leur pénétration dans le système, un procédé de précipitation peut être adopté. Le décanteur à flux vertical est un dispositif qui utilise la séparation par gravité pour éliminer les particules sédimentables. Grâce au procédé de sédimentation à flux vertical, 60 à 70 % des particules solides sont éliminées.
Après un prétraitement par un décanteur à flux vertical, la plupart des particules sédimentables ont été éliminées, la majorité restante étant constituée de particules solides en suspension de 30 à 100 microns. Cette partie des particules peut être filtrée physiquement par un microfiltre.
Après filtration par un microfiltre, les particules restantes sont de petites particules en suspension de moins de 30 microns et de la matière organique soluble. Les particules de cette partie sont principalement séparées par la mousse, grâce à un séparateur de protéines. La séparation par mousse est une méthode courante qui permet d'éliminer les microparticules en suspension et la matière organique soluble, et qui a pour fonction d'augmenter la teneur en oxygène et d'éliminer le dioxyde de carbone.
3. Filtration séquentielle avant désinfection
3.1 Impact des matières en suspension sur la désinfection UV
Les particules en suspension dans l'eau peuvent diffuser et absorber le rayonnement ultraviolet. Cet effet d'absorption et de diffusion peut entraîner une consommation d'énergie ultraviolette lors de la propagation, réduisant ainsi l'intensité et l'effet bactéricide du rayonnement ultraviolet. Une étude a établi une corrélation entre la teneur en matières en suspension et la survie des coliformes fécaux dans les eaux usées exposées au rayonnement ultraviolet. Les bactéries dont les particules sont fixées à la surface sont protégées par les particules en suspension ; par conséquent, la désinfection par ultraviolets ne peut réduire leur capacité de survie que de 3 à 4 unités log10.
Les particules en suspension peuvent limiter la pénétration des rayons ultraviolets dans l'eau. Dans une eau claire, les rayons ultraviolets peuvent pénétrer relativement profondément et désinfecter l'eau à différentes profondeurs. Cependant, la présence de particules en suspension dans l'eau entrave la pénétration des rayons ultraviolets.
Prenons l'exemple d'un bassin d'aquaculture en recirculation (RAS). En l'absence de particules en suspension, le rayonnement ultraviolet peut être efficace pour désinfecter les plans d'eau jusqu'à une profondeur de 0,5 à 1 mètre. Cependant, si la concentration de particules en suspension dans l'eau est élevée, les rayons ultraviolets ne peuvent pénétrer qu'à des profondeurs de 0,2 à 0,3 mètre, ce qui complique la désinfection complète des plans d'eau plus profonds et crée des zones aveugles de désinfection. Cela peut favoriser la croissance et la reproduction continues de micro-organismes dans ces zones insuffisamment désinfectées, affectant ainsi la qualité de l'eau de l'ensemble du système d'aquaculture en recirculation (RAS).
En l'absence d'interférence avec les particules en suspension, une certaine dose de rayonnement ultraviolet (par exemple 10 à 20 mJ/cm²) peut les éliminer efficacement. Cependant, si l'eau contient un grand nombre de particules en suspension, l'intensité ultraviolette peut n'être que de 50 à 70 % de la valeur initiale. Pour obtenir le même effet désinfectant, il est nécessaire de prolonger la durée d'irradiation ultraviolette ou d'augmenter la puissance de la lampe ultraviolette. Dans le cas contraire, certains micro-organismes risquent de ne pas être complètement éliminés, ce qui entraîne une désinfection incomplète et augmente le risque d'infection par les organismes d'aquaculture.
3.2 Impact des solides en suspension sur la désinfection à l'ozone
Les particules en suspension adsorbent l'ozone dans l'eau. Grâce à leur grande surface spécifique, les molécules d'ozone se fixent facilement à leur surface. Par exemple, les particules en suspension, telles que les résidus alimentaires, les particules fécales et les agrégats microbiens, possèdent de nombreux sites actifs à leur surface capables d'adsorber physiquement l'ozone. L'ozone a alors du mal à entrer en contact avec les agents pathogènes (bactéries, virus, champignons, etc.) présents dans l'eau après s'être lié aux particules en suspension, ce qui réduit l'efficacité de la désinfection. C'est comme si la « balle » désinfectante (l'ozone) était interceptée par l'« obstacle » (les particules en suspension) au milieu.
Les composants organiques des particules en suspension entrent en compétition avec les agents pathogènes pour l'ozone. De nombreuses particules en suspension contiennent des matières organiques, telles que des protéines incomplètement digérées, des sucres, etc. Ces composés organiques, comme les agents pathogènes, peuvent subir des réactions d'oxydation avec l'ozone. Lorsque l'eau contient trop de particules en suspension, l'ozone réagit préférentiellement avec ces substances organiques, consommant une grande quantité d'ozone et réduisant la quantité d'ozone utilisée pour la désinfection des agents pathogènes. Par exemple, dans un système d'aquaculture en recirculation (RAS) contenant de fortes concentrations de particules en suspension, l'ozone peut d'abord consacrer la majeure partie de son énergie à l'oxydation de la matière organique à la surface des particules, tandis qu'une faible quantité d'ozone peut être utilisée pour tuer les micro-organismes nuisibles présents dans l'eau.
3.3 Avantages de la filtration avant la désinfection
Après filtration physique (élimination des solides en suspension), filtration biologique (élimination des substances nocives solubles) et filtration des gaz (élimination du dioxyde de carbone), l'eau d'aquaculture est devenue très claire. L'efficacité de la désinfection par ultraviolets ou par ozone est alors optimale.
4. Conception des paramètres de circulation de l'eau
Le cycle de l'eau est au cœur du système d'aquaculture en recirculation (RAS). Comment faire circuler l'eau ? La pompe de circulation en est le cœur, et son fonctionnement est comparable à celui du cœur humain. Le filtre biologique est le point culminant du système de circulation. Grâce à la pression atmosphérique naturelle, l'eau s'écoule dans les différents bassins d'aquaculture, puis dans le bassin de pompage. La pompe de circulation pompe ensuite l'eau du bassin de pompage vers le biofiltre, assurant ainsi la circulation de l'eau.
La pompe de circulation est essentielle ; elle doit donc être conçue avec une pompe principale et une pompe de secours. En cas de dysfonctionnement de la pompe principale, la pompe de secours peut être démarrée rapidement afin d'éviter toute prolifération d'accidents.
Conception du taux de circulation
Le taux de circulation d'un système d'aquaculture en recirculation (RAS) est essentiel. Un taux de circulation approprié permet d'assurer une qualité d'eau uniforme dans le bassin d'aquaculture. Grâce à la circulation, l'oxygène dissous, les nutriments et la température sont répartis uniformément dans l'ensemble du plan d'eau, évitant ainsi une dégradation locale de la qualité de l'eau. L'essentiel est de favoriser l'élimination des particules en suspension par la circulation de l'eau. Le débit de l'eau en circulation permet d'acheminer les particules en suspension vers l'équipement de filtration pour traitement. Un taux de circulation adéquat peut améliorer l'efficacité d'élimination des particules en suspension et prévenir leur accumulation excessive dans les bassins d'aquaculture. Par conséquent, la vitesse de circulation détermine le niveau de particules en suspension.
Le calcul du débit de circulation nécessite d'abord de déterminer la quantité d'engrais en fonction de la capacité biologique maximale, puis de calculer la quantité de particules en suspension produite par heure en fonction de cette quantité. Ensuite, en fonction de la valeur cible de TSS conçue pour l'eau de circulation du bassin et de la capacité de traitement de chaque équipement, le débit de circulation est calculé.
En résumé, le calcul du taux de cycle est relativement complexe. Sur la base de valeurs empiriques, il peut être utilisé comme valeur de référence pour un cycle toutes les 1 heure. Prenons l'exemple de l'élevage du bar dans un plan d'eau en circulation de 1 000 mètres cubes : la fréquence du cycle est fixée à 2 heures. Le taux de cycle horaire est donc de 1 000/2 = 500 tonnes/heure.
Conception à débit variable
La pompe de circulation est l'équipement le plus énergivore en aquaculture en eau de circulation. Si elle fonctionne à grande vitesse, elle élimine rapidement les déchets de l'eau du bassin, mais sa consommation énergétique est trop élevée. Si elle fonctionne à basse vitesse, malgré une faible consommation énergétique, l'élimination des déchets du bassin est lente. Grâce à l'installation de convertisseurs de fréquence et de terminaux de contrôle intelligents, la technologie à débit variable ajuste automatiquement les paramètres du cycle de l'eau de circulation en fonction des différents stades d'élevage et des paramètres de qualité de l'eau, grâce à des algorithmes.
Diagramme de référence
| Paramètres du processus de référence | |
| Nombre maximal de cycles pour le système de circulation d'eau | 24 cycles/jour |
Densité de reproduction | Eau de mer (ex. : mérou) : ≥ 50 kg/m³ Eau douce (par exemple, bar) : ≥ 50 kg/m³ |
Taux d'utilisation de l'eau d'aquaculture dans le système d'eau en circulation | ≥ 90 % |
Taux de renouvellement de l'eau | ≤10% |
Taux de stérilisation UV | ≥ 99,9 % |
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