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估计RAS系统的生物滤池尺寸

托马斯·洛索尔多博士 丹尼斯·P·德隆(MSMS)

必须控制总氨氮(TAN)的浓度

生物滤池尺寸
滴滤过滤器是一种简单而坚固的生物过滤器,可在一个组件中提供硝化,二氧化碳脱气和氧合。但是,由于介质的比表面积低,它们通常比大多数现代过滤器要大。

使用水箱和循环水产养殖系统(RAS)技术的陆基系统中水产品的生产继续在世界范围内扩大。这种趋势是由需要使用和排放较少水的集约化生产实践驱动的。

这些技术的说明可以在我们之前的专栏中找到。 全球水产养殖倡导者。虽然2015年7月/ 8月号中的分期付款描述了如何确定RAS中生物过滤器所需的再循环流量,但本文着重于如何估算特定应用所需的生物过滤器的尺寸。

足够的容量,进给速度

为了确定用于RAS的生物过滤器的尺寸,设计人员的首要考虑是提供足够的生物过滤器容量,以将培养罐中的总氨氮(TAN)浓度控制在预设的上限。知道此浓度非常重要,因为生物滤池的去除率与滤池中细菌可获得的氨氮浓度有关。

设计者选择的TAN浓度下限越低,生物滤池的去除率就越低。结果将是给定应用需要大型生物过滤器。

指定生物过滤器尺寸的过程也很关键,即指定系统的最大进料速度。氨氮的产生速率可以根据进料速率和系统中所用进料的蛋白质含量来估算。

确定VTR

生物滤池尺寸
该移动床反应器的生物过滤器介质最初看起来是白色的,并且容易漂浮。

2015年5月/ 6月专栏指出,确定生物滤池硝化能力的最佳方法是确定生物滤池介质的体积TAN转化率(VTR),单位为g TAN / m3 /天。设计人员必须了解确定该VTR的条件,并将其与峰值负载期间在相关RAS中发现的条件进行比较。

请记住,进入生物滤池的TAN浓度越低,该滤池的VTR越低。这是为特定用途选择生物滤池尺寸时最困难的部分,并且在大多数情况下,这是基于以前在特定生物滤池配置中使用给定生物滤池介质的经验。

上浆步骤

因此,为循环水产养殖生产系统中的特定用途确定生物过滤器的尺寸需要四个步骤:

  • 确定培养槽中允许的最大TAN浓度。
  • 估算系统的最大进料速率,并计算总氨氮产生的最大速率。
  • 根据以前的经验或制造商的规格确定所用生物过滤器介质的VTR。
  • 计算估计的生物过滤器介质需求量。

生物滤池选型示例

生物滤池尺寸
四个月后,“调味”的介质看起来呈褐色,浮力降低。

在一个示例中,考虑在25°C的水温下运行的淡水RAS,并假设没有氧气限制,因为水对生物滤池的溶解氧浓度高于4 mg / L。进一步假设系统的pH和碱度分别为7.2和100 mg / L,最大所需TAN浓度为2 mg / L。此外,假设在此生物滤池中整个系统的最大进料速度将达到最高,即60千克/天的40%蛋白进料。

现在,我们需要估算此进料速率每天产生的TAN生成速率。参见下面的等式1(自2015年7月/ 8月起 主张)。

等式1

产生的TAN(千克/天)= 60千克饲料/天x 40%蛋白质x

50%的氮浪费x 0.16 g氮/ g蛋白质x

1.2克TAN /克氮

产生的TAN = 2.3千克TAN /天

请注意,上式中浪费的蛋白质和氮的百分比应分别输入小数部分-0.4和0.5。

在本练习中,最困难的任务也许是第三项-确定将要使用的VTR。如前所述,该速率是所选择的生物滤池介质类型和系统内条件的函数。

作者的经验和已发表的研究结果表明,VTR用于滴定比表面积为200 m的生物滤料2 在上述水质条件下约为TAN / m 90 g3/天。同样,在类似条件下,移动床反应器中介质的VTR的保守估计为350 g TAN / m3/天。下面的公式2可用于估算将产生的TAN转化为相对无害的硝酸盐氮所需的生物滤池介质的体积。

方程式2

生物滤池介质体积(米)3)= TAN产量(克TAN /天)÷

录像机(g TAN / m3/天)

我们可以使用该方程式来计算滴滤过滤器所需的介质体积:

2,300克TAN /天÷90克TAN去除/米3/天= 25 m3

如果该滴滤过滤器的尺寸为2.5 m平方,则介质高度将为4.0 m。在滴滤器设计中,生物过滤器介质的上方和下方均存在空间。总体而言,该滴滤池的高度可能为5.3 m,其中0.3 m可用于在介质上方分配水,而在介质下方分配1 m以收集水并将水引导回生产系统。

同样,在此示例中,我们可以计算系统所需的移动床介质的数量。使用公式2估算该体积为:

2,300 g TAN /天÷350 g TAN / m3 /天= 6.57 m 3

为了在移动床反应器设计中允许介质中有混合空气的空间,对反应器进行了设计,使介质所占比例不超过反应器体积的70%。因此,反应堆的体积为6.6 m 3 的媒体将是9.4 m3。如果该反应器的直径为2.5 m,则介质和水所需的体积将要求高度为1.9 m。在水和介质上方为干舷添加反应堆0.3 m时,反应堆总高度将为2.2 m。

观点

通过对生物滤池尺寸的这些估算,读者可以轻松地理解为什么移动床反应器开始主导该行业。可以对其他生物过滤器介质进行类似的估算。但是,设计人员必须对在计划用于该系统的水生作物的商业化生产中遇到的特定条件下特定介质的VTR容量有一个很好的了解。

编者注:本文部分基于作者在北卡罗来纳州立大学进行的研究,并于2000年第23卷上发表 期刊 水产养殖工程。 该出版物中的电子表格提供了此处描述的所有内容。