Regard sur les nouvelles opportunités industrielles derrière le système d'aquaculture à recirculation fermée

Système de désinfection aquaculture recirculation


Dans la recirculation des systèmes d'aquaculture, les dangers des bactéries et des virus ne peuvent pas être sous-estimés. Les bactéries consomment une grande quantité d'oxygène dissous dans l'eau, entraînant une carence en oxygène dans les organismes d'élevage, une croissance lente et même la mort. Les bactéries pathogènes telles que Flavobacterium Columnare et Aeromonas hydrophila peuvent provoquer des maladies telles que la pourriture des branchies et la septicémie dans les organismes d'élevage, entraînant une mortalité à grande échelle et des pertes économiques importantes pour les aquaculteurs. Les infections virales sont caractérisées par une transmission rapide et des difficultés de contrôle, qui peuvent infecter un grand nombre d'individus d'élevage en peu de temps, perturber leurs fonctions physiologiques et avoir un impact fortement sur l'efficacité de l'aquaculture.


Ultraviolet (UV) et l'ozone sont très efficaces pour tuer les bactéries et les virus. Le rayonnement UV pénètre dans la membrane cellulaire des micro-organismes à travers de fortes ondes lumineuses radiatives, atteint le noyau et brise la structure à double hélice de l'ADN, empêchant les bactéries de se reproduire et de conduire à leur mort. Il est particulièrement efficace contre les micro-organismes bactériens en suspension dans l'eau. L'ozone, avec de fortes propriétés oxydantes, réagit rapidement avec les bactéries et les virus, détruisant leurs organites, ADN et ARN, et altérant la perméabilité cellulaire, conduisant à la lyse cellulaire et à la mort. Il peut tuer une variété de micro-organismes, notamment des cellules végétatives bactériennes, des spores, des virus et des champignons. En raison de sa bonne diffusibilité, l'ozone peut désinfecter toute l'eau de l'aquaculture sans angles morts.


Stérilisation UV


1. Méthode de classification par installation


Les lampes de stérilisation UV peuvent être classées en deux types en fonction de la méthode d'installation: le tuyau et monté sur canal:



1 Les lampes de stérilisation UV à tuyaux sont généralement installées à l'intérieur des pipelines de livraison d'eau des systèmes d'aquaculture de recirculation. L'eau circule directement à travers la section du tuyau avec la lampe de stérilisation, assurant un contact complet entre l'eau et la lumière UV, stérilisant ainsi efficacement l'eau qui coule. Leurs avantages incluent une structure compacte qui s'intègre bien au système de pipeline, ce qui les rend adaptés à la stérilisation de l'eau dans des scénarios avec des débits relativement faibles.



2 Les lampes de stérilisation UV montées sur le canal sont généralement installées au-dessus ou sur les côtés des canaux en eau libre avec une certaine largeur et profondeur, irradiant et stérilisant l'eau qui coule à travers le canal. Ils peuvent couvrir une grande zone d'eau, ce qui les rend adaptés à la gestion des débits importants et des corps en eau libre, garantissant qu'une grande zone d'eau est effectivement irradiée par la lumière UV pour garantir les performances de stérilisation.


2. Classification par intensité de tension


Les lampes de stérilisation UV sont divisées en deux types en fonction de l'intensité de la tension: basse pression et pression moyenne:



Les lampes de stérilisation UV à basse pression (LP) fonctionnent à des tensions relativement faibles et génèrent généralement une lumière UV à longueur d'onde unique, principalement autour de 254 nanomètres. Cette longueur d'onde a un effet germicide important, une faible consommation d'énergie et une bonne stabilité. Cependant, leur pouvoir est relativement limité, ce qui les rend adaptés aux applications à petite échelle ou aux lieux où une intensité de stérilisation extrêmement élevée n'est pas requise.



Les lampes de stérilisation UV à pression moyenne (MP) fonctionnent à des tensions plus élevées, générant une lumière UV de longueur d'onde multiples avec une couverture plus large et une capacité germicide plus forte. Ils ont une puissance plus élevée, permettant un traitement rapide des plans d'eau à grand débit et hautement pollués. Cependant, ils consomment plus d'énergie et ont des coûts d'équipement plus élevés, ce qui les rend couramment utilisés dans les systèmes d'aquaculture de recirculation à grande échelle avec des exigences élevées pour l'efficacité de la stérilisation et la capacité de traitement.




3. Principes et facteurs d'influence de la stérilisation des UV

La lumière UV est un type de rayonnement électromagnétique, divisé en plusieurs bandes de longueur d'onde. La bande principale utilisée pour la stérilisation est la bande UVC (200-280 nanomètres), environ 254 nanomètres étant la longueur d'onde la plus efficace à des fins germicide. Lors de la recirculation de l'eau transportant des micro-organismes tels que les bactéries traverse la zone d'irradiation d'une lampe de stérilisation UV, l'énergie des photons UV est absorbée par le matériau génétique (comme l'ADN ou l'ARN) à l'intérieur des cellules microbiennes. Les liaisons chimiques de ces matériaux génétiques se brisent après avoir absorbant l'énergie UV suffisante - par exemple, les liaisons hydrogène dans la structure à double hélice de l'ADN sont détruites - il en perturbe les processus d'information génétique tels que la réplication et la transcription. Cela empêche les micro-organismes comme les bactéries de se reproduire, entraînant leur mort et donc stériliser et purifier l'eau de recirculation, assurer la sécurité de la qualité de l'eau et créer un environnement de croissance sain pour les organismes d'élevage.



Les principaux facteurs influençant l'efficacité de la stérilisation des UV dans la recirculation de l'aquaculture sont les suivants:


1.

Dosage UV


Le dosage UV, déterminé par l'intensité des UV et le temps d'irradiation, est essentiel pour l'efficacité de la stérilisation. La dose insuffisante ne peut pas briser la structure de l'ADN ou de l'ARN des micro-organismes comme les bactéries et les virus, conduisant à une stérilisation inefficace. Ce n'est que lorsque la dose spécifique requise par les micro-organismes cibles est obtenue peut être assurée d'un bon taux de stérilisation.


2.

Turbidité de l'eau


Les solides en suspension et les particules organiques dans l'eau augmentent la turbidité. Ces impuretés dispersent et absorbent la lumière UV, l'empêchant de pénétrer l'eau et de réduire l'exposition réelle UV des micro-organismes, diminuant ainsi l'efficacité de stérilisation. Plus la turbidité est élevée, plus la lumière UV est atténuée et plus la capacité de stérilisation est pauvre.


1
Débit d'eau


Un débit d'eau trop rapide raccourcit le temps de séjour des micro-organismes dans la zone d'irradiation UV, les empêchant de recevoir un dosage UV suffisant et conduisant à une stérilisation incomplète. Un débit trop lent, tout en assurant le temps d'irradiation, peut affecter l'efficacité globale du système d'eau de recirculation.


2
Espèces microbiennes


Différents micro-organismes ont des tolérances variables à la lumière UV. Par exemple, les spores bactériennes, en raison de leur structure spéciale, sont plus résistantes à l'irradiation UV que les cellules bactériennes ordinaires. Les virus, dépourvus d'une structure cellulaire, diffèrent également dans leur sensibilité aux UV des bactéries. Par conséquent, les types de micro-organismes présents affectent l'efficacité de la stérilisation.


3
Diplôme de vieillissement de la lampe


À mesure que le temps d'utilisation augmente, l'efficacité lumineuse des lampes UV diminue progressivement, réduisant l'intensité UV de sortie et la posologie de stérilisation effective fournie. Cela entraîne une baisse des performances de stérilisation par rapport au moment où les lampes ont été nouvellement installées.

Système d'aquaculture recirculation (RAS) Principes de conception de processus


Contrairement à l'aquaculture traditionnelle à l'écoulement, le système d'aquaculture de recirculation (RAS) Atteint la réutilisation de l'eau grâce à des technologies et des équipements de traitement avancés. Tous les composants doivent fonctionner dans un flux de travail scientifiquement séquencé pour assurer l'efficacité. Les principes de conception clés comprennent:


1. Traitement séquentiel: solides → liquides → gaz


Le fait de ne pas éliminer les particules en suspension solides comprometra d'abord les étapes ultérieures. Par exemple, les milieux de biofiltre recouverts de particules entravent les bactéries nitrifiantes de la conversion d'azote d'ammoniac, dégradant la qualité de l'eau. L'excès de matière organique provenant de particules peut également surcharger les biofiltres.


Séquence de traitement:

1. Élimination solide des particules


2 Élimination des contaminants dissous


3 Décapage de co₂


4 Désinfection


5 Oxygénation & Contrôle de la température


2. Traitement des déchets solides par taille de particules


Dans le système d'aquaculture recirculation (RAS) Le système, les particules solides, provient principalement des excréments des organismes aquaculture et des aliments qui n'ont pas été consommés. Le traitement des déchets solides peut adopter différentes méthodes de traitement en fonction de la taille des particules, de grande à petite.



Taille des particules des particules solides


Méthode de traitement


Équipement


Particules sédimentables de plus de 100 microns (principalement des excréments résiduels)


Sédimentation


Réservoir de sédimentation à débit vertical


Particules solides en suspension entre 30 et 100 microns


Filtration


Filtre au micros


Particules solides en suspension inférieures à 30 microns


Fractionnement de mousse


Écumoire des protéines



Pour les particules plus grandes avec une taille de particules de plus de 100 microns (principalement du fumier de poisson et des appâts résiduels), ces particules sont sédimentables. Pour éviter d'augmenter la charge sur les processus ultérieurs après leur rupture dans le système, un processus de précipitation peut être adopté. Le colon de débit vertical est un appareil qui utilise la séparation de la gravité pour éliminer les particules sédimentables. Grâce au processus de sédimentation de l'écoulement vertical, 60% à 70% des particules solides sont éliminées.



Après le prétraitement par un colon à débit vertical, la plupart des particules sédimentables ont été éliminées et la majorité restante concerne les particules solides en suspension entre 30 et 100 microns. Cette partie des particules peut être filtrée physiquement à travers un microfiltre.



Après avoir été filtrés par un microfiltre, les particules restantes sont de petites particules en suspension inférieures à 30 microns et une matière organique soluble. Les particules de cette partie sont principalement séparées par la mousse par séparateur de protéines. La séparation de la mousse est une méthode courante, qui peut éliminer les particules de micro en suspension, la matière organique soluble, et a certaines fonctions d'augmenter l'oxygène et d'éliminer le dioxyde de carbone.



3. Filtration séquentielle avant désinfection


3.1 Impact des solides en suspension sur la désinfection UV


Les particules en suspension dans l'eau peuvent disperser et absorber le rayonnement ultraviolet. Cet effet d'absorption et de diffusion peut conduire à la consommation d'énergie ultraviolette pendant la propagation, ce qui réduit encore l'intensité et l'effet bactéricide du rayonnement ultraviolet. Une étude a trouvé une corrélation entre la teneur en solides en suspension et la survie des coliformes fécaux dans les eaux usées exposées au rayonnement ultraviolet. Les bactéries avec des particules fixées en surface sont protégées par des particules en suspension, par conséquent, la désinfection ultraviolette ne peut réduire la capacité de survie que par 3-4 unités log10.



Les particules en suspension peuvent limiter la profondeur de pénétration des rayons ultraviolets dans l'eau. Dans l'eau claire, les rayons ultraviolets peuvent pénétrer l'eau relativement profondément et désinfecter l'eau à différentes profondeurs. Cependant, lorsqu'il y a des particules en suspension dans l'eau, la capacité de pénétration des rayons ultraviolets sera entravée.



Prendre un système d'aquaculture recirculation (RAS) Pond comme exemple, en l'absence de particules en suspension, le rayonnement ultraviolet peut être efficace pour désinfecter les plans d'eau jusqu'à une profondeur de 0,5-1 mètres. Mais si la concentration de particules en suspension dans l'eau est élevée, les rayons ultraviolets ne peuvent pénétrer que des profondeurs de 0,2 à 0,3 mètres, ce qui rend difficile pour que les plans d'eau profonds soient entièrement désinfectés, formant des angles morts de désinfection. Cela peut conduire à la croissance et à la reproduction continues de micro-organismes dans ces zones insuffisamment désinfectées, affectant la qualité de l'eau de l'ensemble du système d'aquaculture de recirculation (RAS) système.



En l'absence d'interférence en suspension des particules, un certain niveau de dose de rayonnement ultraviolet (tel que 10-20MJ / cm ²) peut le tuer efficacement. Mais s'il y a un grand nombre de particules en suspension dans l'eau, l'intensité ultraviolette ne peut être que de 50% à 70% de l'original. Pour obtenir le même effet de désinfection, il est nécessaire d'étendre le temps d'irradiation ultraviolette ou d'augmenter la puissance de la lampe ultraviolette. Sinon, certains micro-organismes peuvent ne pas être complètement tués, entraînant une désinfection incomplète et augmentant le risque d'infection par les organismes d'aquaculture.


3.2 Impact des solides en suspension sur la désinfection de l'ozone


Les particules en suspension adsorberont l'ozone dans l'eau. En raison de la grande surface spécifique des particules en suspension, les molécules d'ozone sont facilement attachées à leurs surfaces. Par exemple, les particules en suspension telles que les résidus d'alimentation, les particules fécales et les agrégats microbiens ont de nombreux sites actifs sur leurs surfaces qui peuvent physiquement adsorber l'ozone. Cela rend difficile pour l'ozone d'entrer efficacement en contact avec des agents pathogènes (tels que les bactéries, les virus, les champignons, etc.) dans l'eau après la liaison avec des particules en suspension, réduisant ainsi l'efficacité de désinfection. C'est comme si la désinfection "balle" (ozone) interceptée par "l'obstacle" (particules en suspension) au milieu.



Les composants organiques en matière de particules en suspension rivalisent avec les agents pathogènes de l'ozone. De nombreuses particules en suspension contiennent des matières organiques, comme des protéines, des sucres, etc. Ces composés organiques, comme les agents pathogènes, peuvent subir des réactions d'oxydation avec l'ozone. Lorsqu'il y a trop de particules en suspension dans l'eau, l'ozone réagira préférentiellement avec ces substances organiques, consommant une grande quantité d'ozone et réduisant la quantité d'ozone utilisée pour désinfecter les agents pathogènes. Par exemple, dans un système d'aquaculture en recirculation (RAS) Système contenant des concentrations élevées 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 petite quantité d'ozone peut être utilisée pour tuer des micro-organismes nocifs dans l'eau.


3.3 Avantages de la filtration avant désinfection


Après filtration physique (élimination des solides en suspension), filtration biologique (élimination des substances nocives solubles) et filtration du gaz (élimination du dioxyde de carbone), l'eau aquaculture est devenue très claire. Pour le moment, que ce soit en utilisant une désinfection ultraviolette ou une désinfection d'ozone, l'effet sera très bon.


4. Conception de paramètres de circulation de l'eau


Le cœur du système aquaculture de recirculation (RAS) est le cycle de l'eau. Alors, comment faire circuler l'eau? La pompe de circulation est le noyau, et sa fonction est comme le cœur humain. Le filtre biologique est le point le plus élevé de l'ensemble du système de circulation, où l'eau s'écoule dans divers étangs aquacultures par pression atmosphérique naturelle, puis dans la piscine de la pompe. La pompe en circulation pompe ensuite l'eau de la piscine de la pompe dans le biofiltre, atteignant ainsi la circulation de l'eau.



La pompe de circulation est si importante, elle doit donc être conçue avec une seule et une sauvegarde. Lorsque la pompe à eau principale fonctionne mal, la pompe à eau de secours peut être lancée en temps opportun pour prévenir les accidents de reproduction.


Conception de taux de circulation


Le taux de circulation du système d'aquaculture de recirculation (RAS) est très important. Un taux de circulation approprié peut assurer une qualité de l'eau uniforme dans l'étang d'aquaculture. Grâce à la circulation, l'oxygène dissous, les nutriments et la température peuvent être répartis uniformément dans tout le plan de l'eau, évitant la détérioration locale de la qualité de l'eau. La chose la plus importante est de favoriser l'élimination des particules en suspension par la circulation de l'eau. L'écoulement de l'eau en circulation peut apporter des particules en suspension à l'équipement de filtration pour le traitement. Le taux de circulation adéquat peut améliorer l'efficacité d'élimination des particules en suspension et empêcher son accumulation excessive dans les étangs d'aquaculture. Par conséquent, la vitesse de circulation détermine le niveau de particules en suspension.



Le calcul du taux de circulation nécessite d'abord de déterminer la quantité d'alimentation en fonction de la capacité de charge biologique maximale, puis de calculer la quantité de particules en suspension produite par heure en fonction de la quantité d'alimentation. Ensuite, en fonction de la valeur cible des TSS conçus pour l'eau circulant de l'étang et de la capacité de traitement de chaque équipement, calculez le taux de circulation.



En résumé, le calcul du taux de cycle est relativement complexe. Sur la base des valeurs empiriques, il peut être simplement utilisé comme valeur de référence pour faire du vélo toutes les 1 heures. Prenant la culture du bar dans un compteur d'eau circulant à 1000 mètres cubes à titre d'exemple, la fréquence du cycle est définie sur un cycle de 2 heures. Par conséquent, le taux de cycle horaire est de 1000/2 = 500 tonnes / heure.


Conception de flux variable


La pompe en circulation est l'équipement avec la consommation d'énergie la plus élevée en aquaculture en circulation de l'eau. Si la pompe de circulation est maintenue dans un état de circulation à grande vitesse, elle éliminera rapidement les déchets de l'eau de l'aquaculture du réservoir d'aquaculture, mais la consommation d'énergie est trop élevée. Si la pompe de circulation est maintenue à basse vitesse, bien que la consommation d'énergie soit faible, le taux d'élimination des déchets du réservoir d'aquaculture dans l'eau de l'aquaculture est lent. En installant des convertisseurs de fréquence et des bornes de contrôle intelligentes, la technologie d'écoulement variable peut ajuster automatiquement les paramètres du cycle d'eau en circulation en fonction de différentes étapes de reproduction et des paramètres de qualité de l'eau basés sur des algorithmes, en réalisant la circulation d'écoulement variable.


Schéma de référence



Paramètres du processus de référence

Nombre maximum de cycles pour le système d'eau en circulation

24 cycles / jour


Densité de reproduction


Eau de mer (par exemple, mérou): ≥50 kg / m³


Eau douce (par exemple, basse): ≥50 kg / m³


Taux d'utilisation de l'eau de l'aquaculture dans le système d'eau en circulation


≥90%


Taux de change


≤10%


Taux de stérilisation UV


≥99.9%

Système d'égouts intelligents

Le système d'aquaculture recirculation est un nouveau type de modèle aquaculture, qui utilise un Série de traitement de l'eau

unités pour traiter les eaux usées générées dans l'étang aquaculture, puis la recycler Le principe principal de

RAS est d'intégrer les technologies avancées en génie environnemental, génie civil, biologie moderne,

Informations électroniques et autres disciplines pour éliminer les excréments d'appâts résiduels, l'azote d'ammoniac (Tan), azote nitrite

(NO2--N ) et d'autres polluants nocifs Aux fins de la purification de l'environnement de reproduction, le processus de réintégration de l'eau purifiée dans l'étang reproducteur en utilisant la filtration physique, la filtration biologique, l'élimination du CO2,

désinfection, oxygénation, ajustement de la température et autres traitements Il peut non seulement résoudre le problème de bas

taux d'utilisation des ressources en eau, mais fournissent également un environnement de vie stable, fiable, confortable et de haute qualité

pour les organismes reproducteurs et assurez-vous des conditions favorables à l'agriculture à haute densité.