Observando as novas oportunidades da indústria por trás do sistema fechado de aquicultura de recirculação

Sistema de desinfecção da aquicultura de recirculação


Ao recircular os sistemas de aquicultura, os riscos de bactérias e vírus não podem ser subestimados. As bactérias consomem uma grande quantidade de oxigênio dissolvido na água, levando à deficiência de oxigênio em organismos cultivados, crescimento lento e até morte. Bactérias patogênicas, como a coluna de flavobacterium e a aeromonas hydrophila, podem causar doenças como podridão em guelra e septicemia em organismos cultivados, levando a mortalidade em larga escala e perdas econômicas significativas para aquaculturistas. As infecções virais são caracterizadas por transmissão rápida e dificuldade no controle, o que pode infectar um grande número de indivíduos cultivados em pouco tempo, interrompe suas funções fisiológicas e impactam severamente a eficiência da aquicultura.


Ultravioleta (UV) e ozônio são altamente eficazes na morte de bactérias e vírus. A radiação UV penetra na membrana celular dos microorganismos através de fortes ondas de luz radiativa, atinge o núcleo e quebra a estrutura de hélice dupla do DNA, impedindo que as bactérias se reproduzam e levem à sua morte. É particularmente eficaz contra os microrganismos bacterianos suspensos na água. O ozônio, com fortes propriedades oxidantes, reage rapidamente com bactérias e vírus, destruindo suas organelas, DNA e RNA e alterando a permeabilidade celular, levando à lise e morte celular. Pode matar uma variedade de microorganismos, incluindo células vegetativas bacterianas, esporos, vírus e fungos. Devido à sua boa difusibilidade, o ozônio pode desinfetar toda a água da aquicultura sem ângulos mortos.


Esterilização UV


1. Classificação por método de instalação


As lâmpadas de esterilização UV podem ser classificadas em dois tipos com base no método de instalação: montado em tubos e montado no canal:



1 As lâmpadas de esterilização UV montadas em tubos são geralmente instaladas dentro dos pipelines de entrega de água dos sistemas de aquicultura de recirculação. A água flui diretamente através da seção do tubo com a lâmpada de esterilização, garantindo o contato total entre a água e a luz UV, esterilizando com eficiência a água que flui. Suas vantagens incluem uma estrutura compacta que se integra bem ao sistema de dutos, tornando -os adequados para esterilização de água em cenários com taxas de fluxo relativamente baixas.



2 As lâmpadas de esterilização UV montadas no canal são geralmente instaladas acima ou nas laterais dos canais de água aberta com uma certa largura e profundidade, irradiando e esterilizando a água que flui através do canal. Eles podem cobrir uma grande área de água, tornando -os adequados para lidar com grandes taxas de fluxo e corpos de águas abertas, garantindo que uma grande área de água seja efetivamente irradiada pela luz UV para garantir o desempenho da esterilização.


2. Classificação por intensidade de tensão


As lâmpadas de esterilização UV são divididas em dois tipos com base na intensidade da tensão: baixa pressão e média pressão:



As lâmpadas de esterilização UV de baixa pressão (LP) operam com tensões relativamente baixas e geralmente geram luz UV de comprimento de onda única, principalmente em torno de 254 nanômetros. Esse comprimento de onda tem um efeito germicida significativo, baixo consumo de energia e boa estabilidade. No entanto, seu poder é relativamente limitado, tornando-os adequados para aplicações de pequena escala ou locais onde não é necessária uma intensidade de esterilização extremamente alta.



As lâmpadas de esterilização UV de pressão média (MP) operam com tensões mais altas, gerando luz UV de comprimento de onda com uma cobertura mais ampla e capacidade germicida mais forte. Eles têm maior poder, permitindo um rápido tratamento de corpos d'água de grande fluxo e altamente poluído. No entanto, eles consomem mais energia e têm custos mais altos de equipamentos, tornando-os comumente usados em sistemas de aquicultura de recirculação em larga escala com altos requisitos para eficiência de esterilização e capacidade de tratamento.




3. Princípios e fatores de influência da esterilização UV

A luz UV é um tipo de radiação eletromagnética, dividida em várias faixas de comprimento de onda. A banda primária usada para esterilização é a banda UVC (200-280 nanômetros), com cerca de 254 nanômetros sendo o comprimento de onda mais eficaz para fins germicidas. Ao recircular a água que transporta microorganismos, como bactérias, flui através da área de irradiação de uma lâmpada de esterilização UV, a energia dos fótons UV é absorvida pelo material genético (como DNA ou RNA) dentro das células microbianas. As ligações químicas nesses materiais genéticos quebram após absorver a energia UV suficiente - por exemplo, as ligações de hidrogênio na estrutura da dupla hélice do DNA são destruídas - interrompendo os processos de informação genética, como replicação e transcrição. Isso impede que os microorganismos como bactérias se reproduzem, levando à sua morte e, assim, esterilizando e purificando a água recirculante, garantindo a segurança da qualidade da água e criando um ambiente de crescimento saudável para organismos cultivados.



Os principais fatores que influenciam a eficácia da esterilização UV na aquicultura de recirculação são os seguintes:


1.

Dosagem UV


A dose de UV, determinada pela intensidade dos UV e tempo de irradiação, é crítica para a eficácia da esterilização. A dosagem insuficiente não pode quebrar a estrutura de DNA ou RNA de microorganismos como bactérias e vírus, levando à esterilização ineficaz. Somente quando a dose específica exigida pelos microorganismos de destino é alcançada pode ser garantida uma boa taxa de esterilização.


2.

Turbidez da água


Sólidos suspensos e partículas orgânicas na água aumentam a turbidez. Essas impurezas se espalham e absorvem a luz UV, impedindo que ela penetra na água e reduzindo a exposição real de UV de microorganismos, diminuindo assim a eficiência da esterilização. Quanto maior a turbidez, mais luz UV for atenuada e mais pobre a capacidade de esterilização.


1
Vazão de água


Uma taxa de fluxo de água muito rápida reduz o tempo de permanência dos microorganismos na área de irradiação UV, impedindo -os de receber dosagem UV suficiente e levar à esterilização incompleta. Uma taxa de fluxo muito lenta, ao garantir o tempo de irradiação, pode afetar a eficiência geral do sistema de água de recirculação.


2
Espécies microbianas


Diferentes microorganismos têm tolerâncias variadas à luz UV. Por exemplo, esporos bacterianos, devido à sua estrutura especial, são mais resistentes à irradiação UV do que as células bacterianas comuns. Os vírus, sem uma estrutura celular, também diferem em sua sensibilidade UV das bactérias. Portanto, os tipos de microrganismos presentes afetam a eficácia da esterilização.


3
Grau de envelhecimento da lâmpada


À medida que o tempo de uso aumenta, a eficiência luminosa das lâmpadas UV diminui gradualmente, reduzindo a intensidade da saída UV e a dose efetiva de esterilização fornecida. Isso leva a um declínio no desempenho da esterilização em comparação com quando as lâmpadas foram instaladas recentemente.

Sistema de aquicultura de recirculação (RAS) Princípios de design de processos


Ao contrário da aquicultura de fluxo tradicional, o sistema de aquicultura de recirculação (RAS) Atinge a reutilização da água através de tecnologias e equipamentos avançados de tratamento. Todos os componentes devem operar em um fluxo de trabalho cientificamente sequenciado para garantir a eficácia. Os principais princípios de design incluem:


1. Tratamento seqüencial: sólidos → líquidos → gases


A falha em remover partículas suspensas sólidas primeiro comprometerá as etapas subsequentes. Por exemplo, o meio de biofiltro revestido com partículas impede as bactérias da nitrificação da conversão de nitrogênio de amônia, degradação da qualidade da água. O excesso de matéria orgânica de partículas também pode sobrecarregar biofiltros.


Sequência de tratamento:

1. Remoção de partículas sólidas


2 Remoção de contaminantes dissolvidos


3 Co₂ removendo


4 Desinfecção


5 Oxigenação & Controle de temperatura


2. Tratamento de resíduos sólidos por tamanho de partícula


No sistema de aquicultura de recirculação (RAS) Sistema, material de partículas sólidas vem principalmente das fezes de organismos e alimentos aquicultura que não foram consumidos. O tratamento de resíduos sólidos pode adotar diferentes métodos de tratamento de acordo com o tamanho das partículas, de grande a pequeno.



Tamanho das partículas de partículas sólidas


Método de tratamento


Equipamento


Partículas sedimentares maiores que 100 mícrons (principalmente fezes residuais)


Sedimentação


Tanque de sedimentação de fluxo vertical


Partículas sólidas suspensas entre 30-100 microns


Filtração


Filtro Microscreen


Partículas sólidas suspensas menores que 30 mícrons


Fracionamento de espuma


Skimmer de proteínas



Para partículas maiores com um tamanho de partícula acima de 100 mícrons (principalmente adubo de peixe e isca residual), essas partículas são sedimentares. Para evitar aumentar a carga nos processos subsequentes após a quebra do sistema, um processo de precipitação pode ser adotado. O colono de fluxo vertical é um dispositivo que usa a separação da gravidade para remover partículas sedimentares. Através do processo de sedimentação de fluxo vertical, 60% -70% das partículas sólidas são removidas.



Após o pré-tratamento por um colono de fluxo vertical, a maioria das partículas sedimentares foi removida e a maioria restante é para partículas sólidas suspensas entre 30 a 100 mícrons. Esta parte das partículas pode ser filtrada fisicamente através de um microfiltro.



Depois de serem filtrados por um microfiltro, as partículas restantes são pequenas partículas suspensas abaixo de 30 mícrons e alguma matéria orgânica solúvel. As partículas nesta parte são separadas principalmente por espuma através do separador de proteínas. A separação de espuma é um método comum, que pode remover partículas de micro suspensão, matéria orgânica solúvel e tem certas funções de aumento do oxigênio e remoção de dióxido de carbono.



3. Filtração seqüencial antes da desinfecção


3.1 Impacto de sólidos suspensos na desinfecção UV


As partículas suspensas na água podem se espalhar e absorver a radiação ultravioleta. Esse efeito de absorção e espalhamento pode levar ao consumo de energia ultravioleta durante a propagação, reduzindo ainda mais a intensidade e o efeito bactericida da radiação ultravioleta. Um estudo encontrou uma correlação entre o teor de sólidos suspensos e a sobrevivência de coliformes fecais em águas residuais expostas à radiação ultravioleta. As bactérias com partículas presas na superfície são protegidas por partículas suspensas; portanto, a desinfecção ultravioleta pode reduzir apenas a capacidade de sobrevivência em 3-4 unidades log10.



O material particulado suspenso pode limitar a profundidade de penetração dos raios ultravioleta na água. Em água clara, os raios ultravioleta podem penetrar na água relativamente profundamente e desinfetar água em diferentes profundidades. No entanto, quando houver partículas suspensas na água, a capacidade de penetração dos raios ultravioleta será prejudicada.



Tomando um sistema de aquicultura de recirculação (RAS) Pond como exemplo, na ausência de partículas suspensas, a radiação ultravioleta pode ser eficaz na desinfecção dos corpos d'água até uma profundidade de 0,5-1 metros. Mas se a concentração de partículas suspensas na água for alta, os raios ultravioleta podem penetrar apenas profundidades de 0,2-0,3 metros, dificultando a desinfecção dos corpos de água mais profundos, formando pontos cegos de desinfecção. Isso pode levar ao crescimento contínuo e reprodução de microrganismos nessas áreas insuficientemente desinfetadas, afetando a qualidade da água de todo o sistema de aquicultura de recirculação (RAS) sistema.



Na ausência de interferência de material particulado suspenso, um certo nível de dose de radiação ultravioleta (como 10-20mj/cm ²) pode matá-lo efetivamente. Mas se houver um grande número de partículas suspensas na água, a intensidade ultravioleta pode ser de apenas 50% a 70% do original. Para alcançar o mesmo efeito de desinfecção, é necessário estender o tempo de irradiação ultravioleta ou aumentar o poder da lâmpada ultravioleta. Caso contrário, alguns microorganismos podem não ser completamente mortos, resultando em desinfecção incompleta e aumentando o risco de infecção por organismos de aquicultura.


3.2 Impacto de sólidos suspensos na desinfecção do ozônio


O material particulado suspenso adsorverá ozônio na água. Devido à grande área superficial específica das partículas suspensas, as moléculas de ozônio são facilmente presas às suas superfícies. Por exemplo, partículas suspensas, como resíduos de alimentação, partículas fecais e agregados microbianos, têm muitos locais ativos em suas superfícies que podem adsorver fisicamente o ozônio. Isso dificulta a entrada efetivamente de ozônio com patógenos (como bactérias, vírus, fungos etc.) na água após a ligação com material particulado suspenso, reduzindo assim a eficiência da desinfecção. É como a desinfecção "bala" (ozônio) sendo interceptada pelo "obstáculo" (partículas suspensas) no meio.



Os componentes orgânicos em material particulado suspenso competem com patógenos pelo ozônio. Muitas partículas suspensas contêm matéria orgânica, como proteínas, açúcares, etc. Esses compostos orgânicos, como patógenos, podem sofrer reações de oxidação com ozônio. Quando há muitas partículas suspensas na água, o ozônio reage preferencialmente com essas substâncias orgânicas, consumindo uma grande quantidade de ozônio e reduzindo a quantidade de ozônio usado para desinfetar patógenos. Por exemplo, em um sistema de aquicultura de recirculação (RAS) Sistema que contém altas concentrações de material particulado suspenso, o ozônio pode primeiro dedicar a maior parte de sua energia à oxidação da matéria orgânica na superfície das partículas, enquanto apenas uma pequena quantidade de ozônio pode ser usada para matar microorganismos prejudiciais na água.


3.3 Benefícios da filtração antes da desinfecção


Após a filtração física (remoção de sólidos suspensos), filtração biológica (remoção de substâncias nocivas solúveis) e filtração de gás (remoção do dióxido de carbono), a água da aquicultura tornou -se muito clara. Neste momento, seja usando a desinfecção ultravioleta ou a desinfecção do ozônio, o efeito será muito bom.


4. Projeto de parâmetro de circulação de água


O núcleo do sistema de aquicultura de recirculação (RAS) é o ciclo da água. Então, como fazer a água circular? A bomba de circulação é o núcleo e sua função é como o coração humano. O filtro biológico é o ponto mais alto de todo o sistema de circulação, onde a água flui em várias lagoas de aquicultura através da pressão atmosférica natural e depois para a piscina da bomba. A bomba circulante bombeia a água da piscina da bomba para o biofiltro, alcançando assim a circulação de água.



A bomba de circulação é tão importante, por isso deve ser projetada com um backup principal e um. Quando as principais funções da bomba de água, a bomba de água de backup pode ser iniciada em tempo hábil para evitar acidentes de reprodução.


Projeto da taxa de circulação


A taxa de circulação do sistema de aquicultura de recirculação (RAS) é muito importante. Uma taxa de circulação apropriada pode garantir a qualidade uniforme da água na lagoa da aquicultura. Através da circulação, oxigênio dissolvido, nutrientes e temperatura podem ser distribuídos uniformemente por todo o corpo da água, evitando a deterioração da qualidade da água local. O mais importante é promover a remoção de partículas suspensas através da circulação da água. O fluxo de água circulante pode trazer partículas suspensas para o equipamento de filtração para tratamento. A taxa de circulação adequada pode melhorar a eficiência de remoção do material particulado suspenso e impedir seu acúmulo excessivo em lagoas de aquicultura. Portanto, a velocidade da circulação determina o nível de partículas suspensas.



O cálculo da taxa de circulação requer primeiro a determinação da quantidade de alimentação com base na capacidade máxima de carga biológica e, em seguida, calcula a quantidade de material particulado suspenso produzido por hora com base na quantidade de alimentação. Em seguida, com base no valor alvo do TSS projetado para a água circulante da lagoa e na capacidade de processamento de cada equipamento, calcule a taxa de circulação.



Em resumo, o cálculo da taxa de ciclo é relativamente complexo. Com base em valores empíricos, ele pode ser simplesmente usado como um valor de referência para pedalar a cada 1 horas. Tomando o cultivo do robalo em um corpo de água circulante de 1000 metros cúbicos como exemplo, a frequência do ciclo é definida para um ciclo de 2 horas. Portanto, a taxa de ciclo horário é de 1000/2 = 500 toneladas/hora.


Design de fluxo variável


A bomba circulante é o equipamento com o maior consumo de energia na aquicultura de água circulante. Se a bomba de circulação for mantida em um estado de circulação de alta velocidade, ela removerá rapidamente os resíduos da água da aquicultura do tanque de aquicultura, mas o consumo de energia é muito alto. Se a bomba de circulação for mantida em baixa velocidade, embora o consumo de energia seja baixo, a taxa de remoção de resíduos do tanque de aquicultura na água da aquicultura será lenta. Ao instalar conversores de frequência e terminais de controle inteligentes, a tecnologia de fluxo variável pode ajustar automaticamente os parâmetros do ciclo de água circulante de acordo com diferentes estágios de criação e parâmetros de qualidade da água com base em algoritmos, atingindo a circulação de fluxo variável.


Diagrama de referência



Parâmetros do processo de referência

Número máximo de ciclos para o sistema de água circulante

24 ciclos/dia


Densidade de reprodução


Água do mar (por exemplo, garoupa): ≥50 kg/m³


Água doce (por exemplo, baixo): ≥50 kg/m³


Taxa de utilização da água da aquicultura no sistema de água circulante


≥90%


Taxa de câmbio de água


≤10%


Taxa de esterilização UV


≥99.9%

Sistema de esgoto inteligente

O sistema de aquicultura de recirculação é um novo tipo de modelo de aquicultura, que usa um série de tratamento de água

unidades para processar as águas residuais geradas na lagoa da aquicultura e depois reciclar O principal princípio de

O RAS deve integrar tecnologias avançadas em engenharia ambiental, engenharia civil, biologia moderna,

Informações eletrônicas e outras disciplinas para remover fezes de isca residual, nitrogênio de amônia (Tan), nitrito nitrogênio

(NO2--N ) e outros poluentes nocivos Com a finalidade de purificar o ambiente de reprodução, o processo de reentrada da água purificada na lagoa de reprodução usando filtração física, filtração biológica, remoção de CO2,

desinfecção, oxigenação, ajuste de temperatura e outros tratamentos Pode não apenas resolver o problema de baixo

Taxa de utilização de recursos hídricos, mas também fornece um ambiente de vida estável, confiável, confortável e de alta qualidade

para organismos reprodutores e fornece condições favoráveis para a agricultura de alta densidade.