Cerințe de proiectare pentru biofiltre în RAS
Un biofiltru ideal pentru RAS de-densitate mare trebuie să îndeplinească mai multe criterii critice pentru a asigura o funcționare eficientă și stabilă. Sistemul ar trebui să utilizeze pe deplin suprafața media pentru a realizaîndepărtarea completă a amoniaculuiîn timp ceminimizarea acumulării de nitriți. Ratele optime de transfer de oxigen trebuie menținute într-o amprentă compactă, utilizând medii eficiente din punctul de vedere al costurilor-care creează pierderi minime de cap. Designul ar trebui să necesite puțină întreținere și să evite reținerea solidă pentru a preveni problemele de înfundare.
Unul dintre cele mai provocatoare aspecte ale designului biofiltrelor îl implicăcalcularea cu precizie a necesarului de oxigenpentru a satisface atât cerințele speciilor de cultură, cât și nevoile operaționale ale biofiltrului. În timp ce calculele stoichiometrice sugereazăun minim teoretic de 0,37 kg oxigen dizolvat per kg furaj(cu 0,25 g pentru sprijinirea metabolismului peștilor și 0,12 g pentru nitrificare),considerentele practice de proiectare recomandă furnizarea a 1,0 kg O₂ per kg de hranăpentru a asigura fiabilitatea sistemului. Datele de câmp din operațiunile-la scară comercială indicăcea mai eficientă utilizare a oxigenului are loc de obicei la aproximativ 0,5 kg O₂ per kg de alimentare, reprezentând un echilibru optim între performanța biologică și eficiența energetică.
Aceststrategia de alimentare cu oxigentrebuie să țină cont de mai mulți factori, printre care:
Tehnologia MBBR și avantajele sale
Sistemul Moving Bed Biofilm Reactor (MBBR) oferă avantaje semnificative față de tehnologiile tradiționale de biofiltrare, cum ar fi filtrele de scurgere și contactorii biologici rotativi, în special în ceea ce privește cerințele operaționale și de întreținere.În prezent, tehnologia MBBR a fost implementată pe scară largă în stațiile europene de tratare a apelor uzate și în sistemele comerciale de acvacultură de diferite scări.
MBBR reprezintă un proces de tratare biologică de{0}}creștere atașată care funcționează continuu ca apierdere{0}}de cap redusă, reactor cu biofilm fără{0}înfundare. Caracteristicile acestui sistemsuprafață specifică marepentru creșterea biofilmului fără a necesita spălare inversă. În sistemele MBBR, culturile bacteriene se dezvoltă pe medii de transport specializate care se mișcă liber în volumul reactorului. Configurația reactorului poate menține fie condiții aerobe pentru nitrificare prin aerare difuză, fie condiții anoxice pentru denitrificare folosind amestecătoare mecanice scufundate.
Media purtătoare de obiceiocupă 50-70% din volumul reactorului, deoarece rapoartele de umplere mai mari pot împiedica amestecarea corectă. Ecranele de reținere - inclusiv rafturile cu bare verticale, ecranele cu plasă dreptunghiulară sau aranjamentele de site cilindrice - previn pierderea suportului, permițând în același timp curgerea apei. Mediile purtătoare cel mai frecvent utilizate (tipul MBBR04/K1) constau din polietilenă de-densitate mare (densitate 0,95 g/cm³) formată în cilindri mici cu structuri transversale interne și proeminențe exterioare-ca aripioare. Deși există diferite modele de suport, toate au caracteristica esențială de a oferi suprafețe protejate pentru dezvoltarea biofilmului. Mișcarea continuă a suportului în interiorul reactorului creează un efect de auto-curățare care previne înfundarea și promovează desprinderea controlată a biofilmului. Ca proces de creștere-anexat,Capacitatea de tratare MBBR se corelează direct cu suprafața totală disponibilă a mediului.
Caracteristici operaționale cheie:
Raport tipic de umplere cu mediu: 50-70% din volumul reactorului
Densitatea suportului standard: 0,95 g/cm³ (construcție HDPE)
Timp de retenție hidraulic: 1-4 ore în funcție de sarcină
Rata de încărcare a suprafeței: 5-15 g NH₄⁺-N/m²·zi
Necesar de oxigen: 4,3 kg O₂/kg NH₄⁺-N oxidat
Studiu de caz Proiectare și calcule
Prezentare generală a sistemului
Acest exemplu de proiectare ilustrează dimensionarea biofiltrului MBBR pentru un RAS cu producție anuală de 500 de tone. Parametrii cheie de producție pentru fiecare etapă de cultură sunt furnizați în Tabelele 1-1 și 1-2.
| Tabelul 1-1 Greutatea/lungimea corporală inițială și finală a peștilor de cultură în trei stadii de creștere | ||||
| Greutatea inițială & dimensiune |
Greutatea finală & dimensiune |
Rezervorul final biomasă pe unitate |
Finala zilnică rația de hrănire |
|
| Producția de prăjiți | 50 g | 165 g | 2195 KG | 61,7 KG |
| 13,4 cm | 19,9 cm | |||
| Fingerling | 165 g | 386 g | 5134 KG | 109 KG |
| 19,9 cm | 26,4 cm | |||
| Pește de dimensiune-piață | 386 g | 750 g | 9827 KG | 170 KG |
| 26,4 cm | 32,9 cm | |||
| Tabelul 1-2 Densitatea finală de stocare și specificațiile rezervorului pentru trei etape de cultură | ||||
| Densitatea peștilor (kg/m³) |
Volumul rezervorului (m³) |
Adâncimea rezervorului (m) |
Diametrul rezervorului (m) |
|
| Producția de prăjiți | 82.9 | 26.5 | 1 | 5.8 |
| Fingerling | 110 | 46.6 | 1.2 | 7 |
| Pește de dimensiune-piață | 137 | 72.8 | 1.5 | 7.9 |
Metodologia de proiectare
Designul MBBR urmează o abordare simplificată atunci când eficiența de îndepărtare a TAN (azot total de amoniac) este cunoscută, pe baza:
- Volum fix al reactorului
- Caracteristicile tipului media
- Încărcare hidraulică
- Rata de eliminare a TAN
- Temperatura de functionare
Suprafața totală necesară a biofilmului (Amass-media, m²) se calculează din:
- Rata de încărcare MBBR TAN (pagTANkg/zi)
- Rata de nitrificare estimată (rTAN,g/(m²·zi))
Volumul bioreactorului (Vmass-media, m³) este apoi determinată de:
Vmass-media = Amass-media/ SSA
unde SSA=suprafață specifică a mediului (m²/m³)
Geometria reactorului este optimizată pe baza raporturilor înălțime-la-diametru (H/D).
Procedura de proiectare
Pasul 1: Calculați cererea de oxigen (RDO)
Unde:
- aDO= 0.25 kg O₂/kg furaj
- rhrana= 0.0173 kg hrană/kg pește/zi
- ρ=densitate de stocare (137 kg/m³)
- Vrezervor= volum rezervor (72,8 m³)
Pasul 2: Determinați debitul de apă (Qrezervor)
Presupunând:
DOadmisie= 14.2 mg/L (50% saturație O₂)
DOrezervor= 5 mg/L (28 de grade)
Unde
- Qrezervor= 3,250 l/min
Verificați dacă rata de schimb orară a rezervorului îndeplinește cerințele efective de îndepărtare a solidelor:
Dacă este necesar, acesta poate fi redus (de exemplu, la 2 schimburi/oră), în funcție de hidraulica rezervorului și eficiența de îndepărtare a solidelor.
Pasul 3: Calculați producția de TAN (PTAN)
Unde
- Rhrana= 170 kg furaj/zi
- aTAN= 0.032 kg TAN/kg furaj
- PTAN= 5.44 kg TAN/zi
Pasul 4: Determinați volumul media
Utilizarea ratei volumetrice de îndepărtare a TAN (VTR):
- Apă caldă (25-30 grade): 605 g/m³/zi
- Apă rece (12-15 grade): 468 g/m³/zi (la 1-2 mg/L TAN)
Pasul 5: Dimensiunea bioreactorului
Parametri cheie:
- Raport H/D: 1,0-1,2 (optimizat pentru amestecare/aerare)
- Diametrul maxim: mai mic sau egal cu 2 m
- Raport de umplere media: 60-70%
Pentru acest caz:
- Volumul necesar: 5,0 m³ la 60% umplere
- Dimensiuni:
- Înălțime: 1,83 m
- Diametru: 1,83 m
- Înălțimea totală: 2,1 m (inclusiv bord liber)
Obțineți design și calcul MBBR pentru RAS dvs