Дискові дифузори для комерційної аквакультури RAS: підвищення рівня виживання та зниження витрат на аерацію на 28%

Дискові дифузори для комерційної аквакультури RAS: підвищення рівня виживання та зниження витрат на аерацію на 28%

Розчинений кисень є єдиним найбільш критичним обмежуючим фактором у комерційних рециркуляційних системах аквакультури. Коли закрита ферма з вирощування креветок площею 8000-квадратних{6}} метрів у Таїланді замінила аератори з поверхневим робочим колесом на 9-дюймові дискові дифузори з дрібними бульбашками з EPDM, результати змінили економіку виробництва: витрати на енергію аерації впали на 28%, розчинений кисень у нижній ємності стабілізувався вище 5 мг/л, а креветки виживаність підскочила з 79% до 93%. Ось повний технічний аналіз того, чому дискові дифузори перевершують усі застарілі технології аерації в системах RAS - і як налаштувати їх для максимальної віддачі.

ПРОБЛЕМА РОЗЧИНЕНОГО КИСНЮ В КОМЕРЦІЙНОМУ РАС

Висока-щільність рибних і креветкових ферм повністю залежить від механічної аерації. Немає атмосферної -аерації, немає фотосинтетичного кисню з водоростей і немає розрідження вхідним потоком води - кожен міліграм розчиненого кисню має забезпечуватися обладнанням для аерації. Коли це обладнання не працює, наслідки швидко зростають:низький рівень DO викликає стресові реакції, пригнічує харчування, порушує імунну функцію, а у важких випадках викликає масову смертність протягом кількох годин. Проте багато комерційних об’єктів RAS продовжують покладатися на поверхневі аератори, розроблені десятиліттями тому для-відкритих ставків із низькою{1}}щільністю, сприймаючи надмірне споживання електроенергії, поганий перенос кисню на глибині та хронічний суб{2}}смертельний стрес для свого поголів’я як неминучі експлуатаційні витрати.

Фізика перенесення кисню пояснює принципову обмеженість поверхневих аераторів. Крильчатка, яка розбризкує воду на поверхню, забезпечує перенесення кисню в основному через повітря-воду, що складається з крапель і турбулентності поверхні. Шлейф бульбашки неглибокий, час контакту короткий, а енергія, витрачена на розбризкування -, а не на утворення дрібних бульбашок із високим співвідношенням-площі-до-об’єму -, представляє марну електроенергію. У резервуарах глибиною понад 1,5 метра поверхневі аератори залишають в основному донний шар водиненасичений киснем, створюючи стратифіковане середовище, де креветки та риби змушені вибирати між теплою поверхневою водою з достатнім вмістом кисню та прохолоднішою придонною водою, яка є фактично гіпоксичною.

ЧОМУ ДИСКОВІ ДИФУЗОРИ ПЕРЕГРАЩУЮТЬ ТРАДИЦІЙНУ АЕРАЦІЮ

Дискові дифузори з дрібними бульбашками вирішують проблему перенесення кисню на рівні фундаментальної фізики. Встановлені на дно резервуара, вони випускають щільний шлейфмікропухирці діаметром 1-3 ммякі повільно піднімаються через всю товщу води. Це дозволяє досягти трьох речей одночасно, які поверхневі аератори не можуть:

По-перше, подовжений час контакту з газом-водою.Бульбашці розміром 1 мм, яка піднімається з дна резервуара завтовшки 2-метра, потрібно приблизно 30-40 секунд, щоб досягти поверхні, у порівнянні з частками секунди для крапель, що розбризкуються на поверхні. Під час цього повільного підйому кисень безперервно дифундує через поверхню бульбашок і води, досягаючи значно вищої ефективності передачі кисню.По-друге, вертикальна циркуляція води.Стовп бульбашок, що піднімаються, забезпечує м’яку циркуляцію в-резервуарі, що усуває термічне та кисневе розшарування. Вода з-збідненого киснем дна піднімається в зону аерації, тоді як насичена киснем поверхнева вода втягується вниз, створюючи однорідно насичене киснем середовище по всій товщі води. Ця циркуляція також змітає тверді частинки, що осіли, до центральних стоків, покращуючи загальну гігієну бака.По-третє, гнучка мембрана EPDMрозроблений спеціально для умов аквакультури: він протистоїть забрудненню від залишків частинок корму та рибного гною, витримує помірну корозію морської води в морських системах RAS і зберігає постійний розмір бульбашок протягом багатьох років безперервної роботи. Коли подача повітря припиняється, самогерметизуючі перфорації мембрани закриваються, запобігаючи зворотному потоку води в повітропроводи.

Розрив у швидкості використання кисню є найбільш значущим числом у цьому порівнянні. Дискова дифузорна система, що забезпечує 26-33% OUE, означає, що на кожну одиницю електричної енергії, спожитої повітродувкою,у два-три рази більше кисню насправді розчиняється у водіпорівняно з поверхневим аератором. Це співвідношення безпосередньо перетворюється на 28% зниження енергії, задокументоване в прикладі Таїланду -, а для підприємства, де працюють повітродувки 24 години на добу, 365 днів на рік, річна економія швидко зростає.

КОМЕРЦІЙНИЙ ПРИКЛАД: ВИРОБНИЦТВО КРЕВЕТОК В ТАЇЛАНДІ

Найбільш переконливі докази продуктивності дискового дифузора отримано від широкомасштабної-комерційної модернізації на закритій рециркуляційній фермі білих креветок (Litopenaeus vannamei) у Таїланді. Об'єкт пролітає8000 квадратних метрівз 16 культуральними резервуарами та загальною добовою циркуляцією води15 000 куб. При щільності посадки 120 креветок на кубічний метр потреба в кисні є екстремальною - і постійною.

До модернізації ферма покладалася на аератори з поверхневим робочим колесом. Операційні симптоми були класичними для недостатньо{1}}аерованого інтенсивного RAS:рівень розчиненого кисню в нижній частині зазвичай падав нижче 3 мг/л, у креветок часті линьки,-спричинені стресом, коефіцієнт конверсії корму (FCR) застряг на неекономічному рівні 1,82, а щомісячні рахунки за електроенергію були найбільшими операційними витратами. Ферма працювала в нестабільному стані, коли один збій повітродувки або несподівана киснева провал під час годування могли спровокувати масову смертність.

Під час модернізації всі поверхневі аератори було замінено на 2200 одиниць 9-дюймових дискових дифузорів з EPDM, рівномірно розподілених по 16 культуральним бакам. Кожен дифузор працює на 2-7 м³/год потік повітря, що забезпечує щільне покриття бульбашок, що перекриває один одного, що усуває кисневі мертві зони. Результати після a5-місячний випробувальний термінбули задокументовані для всіх ключових показників виробництва:

Енергія та ефективність витрат

Загальне споживання енергії на аерацію зменшилось28%, забезпечуючи понад річну економію електроенергії$52,000. Це зменшення відбулося завдяки вищій ефективності передачі кисню, що дозволило повітродувкам працювати при нижчому тиску та швидкості потоку, задовольнивши загальну потребу в кисні. Тільки заощадження забезпечили aтермін окупності менше 18 місяцівна повну інвестицію в модернізацію дифузора.

Якість води та розчинений кисень

Розчинений кисень у нижньому-баку стабілізувався5,2-6,5 мг/л, усунення хронічної гіпоксії, яка пригнічувала харчування та викликала реакції на стрес. Важливо те, що цей рівень DO підтримувався рівномірно від дна резервуара до поверхні, що поклало край стратифікації, яка змушувала креветок вибирати між температурою та киснем. Концентрації аміачного азоту та нітритів зменшилися приблизно40%, що є прямим наслідком насиченого киснем середовища дна, що підтримує потужну нітрифікуючу бактеріальну діяльність на всіх занурених поверхнях.

Виживаність і біологія виробництва

Виживаність креветок зросла з79% до 93%- покращення на 14-відсотків-пунктів, що є надзвичайним для інтенсивної аквакультури, де збільшення виживання на 3-5% зазвичай вважається значним. Частота спалахів захворювання різко знизилася, оскільки хронічний стрес - основний імунодепресант при інтенсивних РАС - був усунений. Коефіцієнт конверсії корму (FCR) покращився з1,82 до 1,57, тобто для виробництва кожного кілограма біомаси креветок потрібно було на 14% менше корму. Для об’єкта, що виробляє в такому масштабі, сукупна економія від зниження смертності та покращення FCR перевершує навіть економію енергії.

ПРОФЕСІЙНІ ІНСТРУКЦІЇ З ЕКСПЛУАТАЦІЇ ДИСКОВИХ ДИФУЗОРНИХ СИСТЕМ

Для досягнення результатів, задокументованих у прикладі Таїланду, потрібно більше, ніж просто встановити дифузори та ввімкнути повітродувки. Наступні робочі протоколи взяті з досвіду комерційної аквакультури на об’єктах RAS для вирощування креветок, тілапії та лосося:

Рівномірний розподіл-баку по дну-не підлягає обговоренню.Дифузори повинні бути розташовані у вигляді сітки з однаковими відстанями, розрахованими для забезпечення покриття бульбашок, що перекриваються, при проектній швидкості потоку повітря. Мета полягає в тому, що мертві зони з нульовим вмістом кисню - будь-яка поверхня підлоги, не охоплена бульбашками, що піднімаються, накопичуватиме тверді речовини та стане гіпоксичною. Для 9-дюймових дискових дифузорів, що працюють на відстані 2-7 м³/год, типова відстань 1,2-1,8 метра від центру-до центру забезпечує рівномірне покриття в резервуарах глибиною до 2,5 метрів. Глибші резервуари потребують більшої відстані, щоб підтримувати щільність бульбашок через повний водяний стовп.

Щомісячна зворотна промивка повітря запобігає забрудненню біоплівки.З часом частинки корму та бактеріальна біоплівка накопичуються на поверхні мембрани EPDM, поступово зменшуючи потік повітря та змінюючи розподіл бульбашок за розміром. Щомісячний цикл зворотного промивання - короткочасно збільшує потік повітря до максимальної номінальної потужності на 30-60 секунд на зону дифузора - усуває накопичене забруднення та відновлює конструктивні характеристики. Для об’єктів із високим вмістом органічних речовин може знадобитися зворотне промивання кожні два тижні.

Матеріал мембрани повинен відповідати хімічному складу води.Стандартні EPDM-мембрани добре працюють у прісній воді та солонуватій воді-з низькою солоністю. Для-повноцінної морської аквакультури (розплідники лосося, розплідник морських креветок) укажітьсиліконові мембранні дифузориякі протистоять окислювальній деградації морської води на EPDM протягом тривалого впливу. Додаткова вартість матеріалу невелика порівняно з часом простою та вартістю праці передчасної заміни мембрани у складеному виробничому резервуарі.

Автоматизоване керування DO максимізує енергозбереження.Найсучасніші системи RAS підключають свої повітродувки до-датчиків розчиненого кисню в резервуарах за допомогою програмованого логічного контролера (PLC). Коли DO перевищує цільове задане значення (зазвичай 5,5-6,0 мг/л для креветок, 6,0-7,0 мг/л для риби), потужність повітродувки автоматично зменшується, заощаджуючи енергію в періоди низького споживання кисню, наприклад між циклами годування або в прохолодніші нічні години. Цей замкнутий цикл керування зазвичай фіксує додаткове зниження енергії на 10-15% понад базову ефективність самих дифузорів.

ЗАСТОСУВАННЯ В СЕКТОРАХ АКВАКУЛЬТУРИ

У той час як дослідження креветок у Таїланді надає найповніший набір даних, дискові дифузори з дрібними бульбашками продемонстрували еквівалентні переваги у всьому спектрі комерційних систем аквакультури:

Indoor RAS finfish(тиляпія, баррамунді, європейський окунь): дискові дифузори забезпечують рівномірний розподіл DO, який необхідний для рівномірного росту в акваріумних популяціях. У тілапії РАС працює при 60-80 кг/м³Щільність заповнення, вертикальна циркуляція з нижніх дифузорів також покращує транспортування твердих речовин до центральних дренажів, зменшуючи навантаження на нижні барабанні фільтри.

Розплідники для смолту лосося та RAS виростають-:Атлантичний лосось надзвичайно чутливий до коливань DO, і навіть короткочасний вплив умов нижче -5 мг/л викликає пошкодження зябер і підвищену сприйнятливість до амебної хвороби зябер (AGD). Дискові дифузорні системи, що забезпечують стабільні 7-8 мг/л DO, стають стандартом у сучасних інкубаторіях RAS. Матеріал мембрани повинен бути силіконовий для застосування в морській воді.

Аквакультура у відкритих ставках:Хоча дискові дифузори розроблені в основному для резервуарів і RAS, вони також перевершують аератори з гребними колесами в облицьованих інтенсивних ставках глибиною до 2 метрів. Решітка дифузора-знизу усуває «мертву зону» під гребними колесами та забезпечує набагато більш рівномірний розподіл кисню в водоймах неправильної форми.

ВИСНОВОК: ЕКОНОМІКА РОЗЧИНЕННОГО КИСНЮ

Дослідження прикладу Таїланду доводить принцип, який повинен засвоїти кожен оператор інтенсивної аквакультури:розчинений кисень – це не експлуатаційні витрати, які потрібно мінімізувати, а виробничий ресурс, оптимізація якого створює непропорційні прибутки. Економія енергії на аерацію на 28% від переходу на дискові дифузори є найбільш помітною перевагою, але не найважливішою. Поліпшення рівня виживання на 14-пунктів і зниження FCR на 0,25-пунктів представляють набагато більший фінансовий вплив -, і обидва вони є прямими наслідками забезпечення стабільної, повної-оксигенації водного стовпа, а не граничної поверхневої аерації, завдяки якій креветки та риби можуть просто вижити.

Дискові дифузори з дрібними бульбашками забезпечують рідкісне поєднання одночасних переваг як для закритих-ферм RAS, так і для інтенсивних робіт у ставках на відкритому повітрі:нижчі експлуатаційні витрати, вища продуктивність, краща якість води та знижений ризик захворювань. Капітальні інвестиції в модернізацію дифузора окупаються лише за рахунок енергозбереження протягом 12-18 місяців у промислових масштабах; приріст виробництва продовжує зростати рік за роком.

WhatsApp: +86 137 9555 6548|Електронна адреса: [email protected]