Thiết kế và tính toán MBBR cho RAS

Yêu cầu thiết kế cho bộ lọc sinh học trong RAS

Bộ lọc sinh học lý tưởng cho RAS mật độ- cao phải đáp ứng nhiều tiêu chí quan trọng để đảm bảo hoạt động hiệu quả và ổn định. Hệ thống nên tận dụng tối đa diện tích bề mặt của phương tiện để đạt đượcloại bỏ hoàn toàn amoniactrong khigiảm thiểu tích lũy nitrit. Tốc độ truyền oxy tối ưu phải được duy trì trong một không gian nhỏ gọn, sử dụng phương tiện tiết kiệm-hiệu quả về mặt chi phí để tạo ra tổn thất đầu ở mức tối thiểu. Thiết kế cần ít bảo trì và tránh giữ lại chất rắn để ngăn ngừa các vấn đề tắc nghẽn.

Một trong những khía cạnh thách thức nhất của thiết kế bộ lọc sinh học liên quan đếntính toán chính xác nhu cầu oxyđể đáp ứng cả yêu cầu của loài nuôi và nhu cầu vận hành của bộ lọc sinh học. Trong khi các tính toán cân bằng hóa học cho thấytheo lý thuyết tối thiểu là 0,37 kg oxy hòa tan trên mỗi kg thức ăn(với 0,25 g hỗ trợ quá trình trao đổi chất của cá và 0,12 g cho quá trình nitrat hóa),những cân nhắc thiết kế thực tế khuyến nghị cung cấp 1,0 kg O₂ cho mỗi kg thức ănđể đảm bảo độ tin cậy của hệ thống. Dữ liệu thực địa từ các hoạt động quy mô-thương mại cho thấyviệc sử dụng oxy hiệu quả nhất thường xảy ra ở khoảng 0,5 kg O₂ mỗi kg thức ăn, thể hiện sự cân bằng tối ưu giữa hiệu suất sinh học và hiệu quả năng lượng.

Cái nàychiến lược cung cấp oxyphải tính đến một số yếu tố bao gồm:

Khả năng oxy hóa amoniac của bộ lọc sinh học

Biến động mật độ thả nuôi

Độ hòa tan oxy phụ thuộc vào nhiệt độ-

Yêu cầu dự phòng hệ thống

Công nghệ MBBR và ưu điểm của nó

Hệ thống Lò phản ứng màng sinh học di chuyển (MBBR) mang lại những lợi thế đáng kể so với các công nghệ lọc sinh học truyền thống như bộ lọc nhỏ giọt và bộ tiếp xúc sinh học quay, đặc biệt là về các yêu cầu vận hành và bảo trì.Hiện nay, công nghệ MBBR đã được triển khai rộng rãi tại các nhà máy xử lý nước thải và hệ thống nuôi trồng thủy sản thương mại ở châu Âu với quy mô khác nhau.

MBBR đại diện cho một-quy trình xử lý sinh học tăng trưởng kèm theo hoạt động liên tục như mộttổn thất đầu-thấp, lò phản ứng màng sinh học không-làm tắc nghẽn. Tính năng hệ thống nàydiện tích bề mặt riêng caocho sự phát triển của màng sinh học mà không cần rửa ngược. Trong hệ thống MBBR, vi khuẩn nuôi cấy phát triển trên môi trường mang chuyên dụng di chuyển tự do trong thể tích lò phản ứng. Cấu hình lò phản ứng có thể duy trì các điều kiện hiếu khí cho quá trình nitrat hóa thông qua sục khí khuếch tán hoặc các điều kiện thiếu khí cho quá trình khử nitrat bằng cách sử dụng máy trộn cơ học chìm.

Các phương tiện truyền thông thườngchiếm 50-70% thể tích lò phản ứng, vì tỷ lệ lấp đầy cao hơn có thể cản trở việc trộn thích hợp. Màn chắn giữ - bao gồm giá đỡ thanh dọc, màn chắn lưới hình chữ nhật hoặc sắp xếp sàng hình trụ - ngăn ngừa thất thoát phương tiện trong khi cho phép nước chảy. Phương tiện mang được sử dụng phổ biến nhất (loại MBBR04/K1) bao gồm-polyetylen mật độ cao (mật độ 0,95 g/cm³) được tạo thành các hình trụ nhỏ có cấu trúc chéo bên trong và các phần nhô ra giống như vây bên ngoài-. Mặc dù có nhiều thiết kế môi trường khác nhau nhưng tất cả đều có chung đặc điểm cơ bản là cung cấp diện tích bề mặt được bảo vệ để phát triển màng sinh học. Sự chuyển động liên tục của vật liệu bên trong lò phản ứng tạo ra hiệu ứng tự làm sạch giúp ngăn ngừa tắc nghẽn và thúc đẩy quá trình bong tróc màng sinh học có kiểm soát. Là một quá trình phát triển{13}}được đính kèm,Công suất xử lý MBBR tương quan trực tiếp với tổng diện tích bề mặt vật liệu có sẵn.

Đặc điểm hoạt động chính:

Thiết kế và tính toán nghiên cứu trường hợp

Tổng quan về hệ thống

Ví dụ thiết kế này minh họa kích thước bộ lọc sinh học MBBR cho hệ thống RAS sản xuất hàng năm có công suất 500 tấn. Các thông số sản xuất chính cho từng giai đoạn nuôi được cung cấp trong Bảng 1-1 và 1-2.

Phương pháp thiết kế

Thiết kế MBBR tuân theo cách tiếp cận đơn giản hóa khi biết hiệu suất loại bỏ TAN (Tổng nitơ Amoniac) dựa trên:

• Khối lượng lò phản ứng cố định
• Đặc điểm loại phương tiện
• Tải thủy lực
• Tỷ lệ loại bỏ TAN
• Nhiệt độ hoạt động

Tổng diện tích bề mặt màng sinh học cần thiết (A_{phương tiện truyền thông}, m2) được tính từ:

1. Tốc độ tải MBBR TAN (P_TÂNkg/ngày)
2. Tốc độ nitrat hóa ước tính (r_TÂN,g/(m²·ngày))

Thể tích phản ứng sinh học (V_{phương tiện truyền thông}, m³) khi đó được xác định bởi:

V_{phương tiện truyền thông} = A_{phương tiện truyền thông}/ SSA

trong đó SSA=diện tích bề mặt riêng của phương tiện (m²/m³)

Hình dạng lò phản ứng được tối ưu hóa dựa trên tỷ lệ chiều cao-đến-đường kính (H/D).

Quy trình thiết kế

Bước 1: Tính nhu cầu oxy (R_LÀM)

Ở đâu:

• a_LÀM= 0.25 kg O₂/kg thức ăn
• r_{cho ăn}= 0.0173 kg thức ăn/kg cá/ngày
• ρ=mật độ thả giống (137 kg/m³)
• V_{xe tăng}= thể tích bể (72,8 m³)

Bước 2: Xác định lưu lượng nước (Q_{xe tăng})

Giả sử:

LÀM_{cửa vào}= 14.2 mg/L (độ bão hòa 50% O₂)

LÀM_{xe tăng}= 5 mg/L (28 độ )

Ở đâu

• Q_{xe tăng}= 3,250 L/phút

Xác minh xem tỷ giá trao đổi bể theo giờ có đáp ứng yêu cầu loại bỏ chất rắn hiệu quả hay không:

Nếu cần thiết, có thể giảm (ví dụ xuống còn 2 lần trao đổi/giờ), tùy thuộc vào thủy lực của bể và hiệu quả loại bỏ chất rắn.

Bước 3: Tính sản lượng TAN (P_TÂN)

Ở đâu

• R_{cho ăn}= 170 kg thức ăn/ngày
• a_TÂN= 0.032 kg TAN/kg thức ăn
• P_TÂN= 5.44 kg TÂN/ngày

Bước 4: Xác định âm lượng phương tiện

Sử dụng tốc độ loại bỏ TAN thể tích (VTR):

• Nước ấm (25-30 độ): 605 g/m³/ngày
• Nước lạnh (12-15 độ ): 468 g/m³/ngày (ở mức 1-2 mg/L TAN)

Bước 5: Kích thước lò phản ứng sinh học

Các thông số chính:

• Tỷ lệ H/D: 1,0-1,2 (tối ưu cho trộn/sục khí)
• Đường kính tối đa: Nhỏ hơn hoặc bằng 2 m
• Tỷ lệ lấp đầy phương tiện: 60-70%

Đối với trường hợp này:

• Thể tích yêu cầu: 5,0 m³ khi lấp đầy 60%
• Kích thước:

- Chiều cao: 1,83 m

- Đường kính: 1,83 m

- Tổng chiều cao: 2,1 m (bao gồm mạn khô)

Nhận thiết kế và tính toán MBBR cho RAS của bạn

Gửi yêu cầu ngay bây giờ