編譯/水產(chǎn)前沿 實(shí)習(xí)編輯 張昊 來(lái)源/ GAA 集約化水產(chǎn)養(yǎng)殖對(duì)水的需求較大并且可能污染環(huán)境，如何解決這個(gè)問(wèn)題呢？循環(huán)水養(yǎng)殖系統(tǒng)(RAS)是其中的備選答案之一。近幾年來(lái)，各國(guó)都在大力研究推廣RAS進(jìn)行陸基水產(chǎn)養(yǎng)殖。如果說(shuō)RAS是一個(gè)城市，那么生物濾池就是這個(gè)城市的“污水處理廠”。為了能夠安全高效地為整個(gè)“城市”服務(wù)，這個(gè)“處理廠”的處理能力應(yīng)當(dāng)怎樣計(jì)算？來(lái)自Pentair Aquatic Eco-system公司的Thomas .M. Losordo博士和Dennis P. Delong以總氨氮(total ammonia-nitrogen, TAN)為例向我們展示了如何進(jìn)行相應(yīng)計(jì)算。
圖片來(lái)自山東遠(yuǎn)圖環(huán)境技術(shù)有限公司 TAN和VTR，生物濾池的兩個(gè)關(guān)鍵數(shù)值 在RAS中規(guī)劃生物濾池時(shí)，設(shè)計(jì)者應(yīng)該首要考慮生物濾池的設(shè)計(jì)凈水能力要能夠保證養(yǎng)殖系統(tǒng)中TAN濃度不超過(guò)設(shè)定上限。了解TAN濃度非常重要，因?yàn)樯餅V池的氨氮移除速率是和濾池內(nèi)氨氮濃度息息相關(guān)：生物濾池的移除速率與TAN濃度成正比。同時(shí)，養(yǎng)殖系統(tǒng)的最大投喂率對(duì)規(guī)劃生物濾池也很關(guān)鍵：系統(tǒng)內(nèi)投喂率和飼料中蛋白含量會(huì)影響氨氮生產(chǎn)速率。 計(jì)算生物濾池硝化能力的最佳方式是用“克/立方米/天“為單位來(lái)測(cè)量生物濾池中填料的單位體積TAN轉(zhuǎn)化率（Volumetric TAN conversion Rate, VTR）。設(shè)計(jì)者了解當(dāng)前VTR的測(cè)定條件并且將這些條件和系統(tǒng)在生物承載高峰時(shí)的條件相比較是非常有關(guān)鍵的。生物濾池中TAN含量越低，VTR也隨之降低。而在大多數(shù)情況下，VTR是在特定的生物濾池填料在特定的參數(shù)下計(jì)算出來(lái)的。 RAS中規(guī)劃生物濾池的四個(gè)步驟： 1.在養(yǎng)殖池中確定TAN的最大允許濃度。 2.估計(jì)系統(tǒng)的最大投喂率并計(jì)算TAN的最大生成速率 3.由之前的試驗(yàn)或者生產(chǎn)者的說(shuō)明確定生物濾池中填料的VTR。 4.計(jì)算預(yù)測(cè)的生物濾池中填料的用量需求。
應(yīng)用案例 例如在25℃水溫下設(shè)計(jì)一個(gè)淡水RAS并假設(shè)氧氣沒(méi)有限制，即生物濾池中水溶氧為4毫克/升。另外假設(shè)酸堿度和水體硬度分別為7.2和100毫克/升且最大TAN濃度為2毫克/升。此外，假設(shè)整個(gè)系統(tǒng)的最大投喂率為60千克/天，飼料蛋白含量為40%。 我們現(xiàn)在要根據(jù)這些數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)每天的TAN生成速率：TAN生成量（公斤/天）=60公斤飼料/天X40%蛋白質(zhì)X50%氮廢物X0.16克氮/克蛋白質(zhì)X1.2克TAN/克氮=2.3公斤/天。 公式中斜體字可以根據(jù)生產(chǎn)者情況進(jìn)行替換。需要注意的是，在這個(gè)公式中蛋白質(zhì)和氮元素廢物的百分比應(yīng)用小數(shù)形式輸入，分別為0.4和0.5。 填料在滴流床反應(yīng)器與動(dòng)態(tài)床反應(yīng)器的差異 確定需要的VTR值是整個(gè)設(shè)計(jì)中最困難的一個(gè)步驟。VTR是由生物濾池填料的類型和系統(tǒng)調(diào)節(jié)共同決定。按上述水質(zhì)條件，表面積為200㎡的滴流床生物濾池填料的VTR大約為90克TAN/立方米/天。動(dòng)態(tài)床反應(yīng)器中的填料在相似條件下VTR保守估計(jì)為350g克TAN/立方米/天。下面的公式2可以用來(lái)預(yù)測(cè)將TAN轉(zhuǎn)化為相對(duì)無(wú)害的硝酸態(tài)氮所需要生物過(guò)濾填料的體積。 公式2：生物過(guò)濾填料體積（立方米）=TAN產(chǎn)量（克TAN/天）/VTR（克TAN/立方米/天）。套用上述條件可得 2300克TAN/天÷90克TAN/立方米/天=25.5立方米。 如果滴流床過(guò)濾池形狀是一個(gè)邊長(zhǎng)為2.5米的正方形， 填料高度為4米。 在滴流床過(guò)濾池設(shè)計(jì)中，生物過(guò)濾填料上下均有空間。總而言之，這套滴流床過(guò)濾器可能有5.3米高，其中填料上下各有0.3米和1米的空間來(lái)收集并將水重新導(dǎo)入生產(chǎn)系統(tǒng)中。 于此相似，我們可以計(jì)算動(dòng)態(tài)床反應(yīng)器填料在這個(gè)例子中需要的體積：2,300克TAN/天÷350克TAN/立方米/天=6.57立方米。 為了讓填料有充足的空間進(jìn)行曝氣，在動(dòng)態(tài)床反應(yīng)器設(shè)計(jì)中填料體積所占比例不能大于70%。因此，填料體積為6.6立方米的反應(yīng)器的體積應(yīng)該為9.4立方米。如果反應(yīng)器直徑2.5米，那么填料和水的最低高度為1.9米。如果在水和填料之上留0.3米的“機(jī)動(dòng)空間“，那么整個(gè)反應(yīng)器的高度應(yīng)為2.2米。 前景 從生物過(guò)濾器的推測(cè)結(jié)果中，我們可以看到面對(duì)同樣的工作負(fù)荷，滴流床過(guò)濾系統(tǒng)的填料需求幾乎是動(dòng)態(tài)床反應(yīng)器的4倍，應(yīng)用于生物濾池當(dāng)中的話，滴流床系統(tǒng)對(duì)于操作成本和前期投入要求更高。 我們可以對(duì)于所有的生物過(guò)濾填料做類似的預(yù)測(cè)而在商業(yè)化生產(chǎn)中，設(shè)計(jì)者一定要了解特定條件下特定填料的VTR。 |
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