RAS 技術分析: MBBR バイオフィルム リアクター、マイクロスクリーン ドラム フィルター、微孔性エアレーションにより 1,075 Kg/mu のカニ収量を実現

中国のモクズガニ養殖業者は、排水基準の厳格化、土地と水資源の縮小、そして安定した高品質の収穫を求める消費者の需要の間で板挟みになっています。{0} 2024 年の再循環水産養殖システム（RAS）試験では、三次元のカニ保護施設と MBBR バイオフィルム リアクター、80～100 メッシュのマイクロスクリーン ドラム フィルター、微多孔性エアレーション システムを組み合わせた試験が、収量を押し上げる実用的な答えを示しています。-1ムーあたり1,075kgアンモニアを0.3 mg/L未満に保ちます。

3 つの-モジュール RAS バックボーン

水産養殖に対する国の排水基準がますます厳しくなり、土地と水資源の制約が強まり続ける中、循環水産養殖システム (RAS) はオプションから産業上の必需品へと移行しています。効率的な RAS の技術的コアは、次の 3 つの機器モジュールに集約できます。固液分離, バイオフィルムリアクター、 そして高効率の酸素化-。これらのモジュールが適切なサイズで統合されると、廃棄物が物理的に除去され、溶存窒素が生物学的に変換され、溶存酸素が正確に供給される閉ループが形成されます。

設計理念は「物理的分離 + 生物学的浄化 + 精密酸素化」です。各段階が次の段階を保護します。マイクロスクリーン フィルターはバイオフィルターを有機過負荷から守り、MBBR リアクターは水の化学的性質を安定させ、微孔性エアレーションは作物と硝化バクテリアの両方の酸素要求量を維持します。その結果、一連の処理タンクというよりも、管理された生態系のように動作するシステムが誕生しました。

マイクロスクリーン ドラム フィルター - 固体-液体分離の最前線

どのような再循環システムにおいても、食べ残した飼料と糞便は水質汚染の主な原因となります。大きな懸濁粒子が生物学的処理段階に到達すると、バイオフィルターへの有機負荷が急激に増加し、システムがアンモニア除去に依存している硝化細菌 - の増殖と代謝活動が抑制されます。したがって、傍受は早期かつ確実に行われなければなりません。

このケーススタディでは、80～100メッシュのマイクロスクリーンドラムフィルター核となる固液分離装置として。 80- メッシュのスクリーンは 180 μm 以上の粒子を保持しますが、100 メッシュのスクリーンは 150 μm 以上の粒子を保持し、カニの養殖で発生する大量の飼料廃棄物や糞便を捕捉します。ろ過後、粒子の大きい不純物を分離し、懸濁物質を除去します。85%、下流の生物処理にかかる負荷を大幅に軽減します。

選択ガイド:大規模な RAS プロジェクトの場合、メッシュの選択は飼育密度、給餌速度、水交換速度に基づいて行う必要があります。{0}手動メンテナンスの頻度を減らすために、自動逆洗機能を備えたステンレス鋼またはナイロン製のスクリーンをお勧めします。メッシュを細かくすると保持力は向上しますが、目詰まりしやすくなるため、実際的なバランスをとることができます。80 ～ 100 メッシュが保持効率と油圧能力の全体で最高のパフォーマンスを実現します。

MBBR バイオフィルム リアクター - 浄化の心

生物濾過は、あらゆる循環水産養殖システムの中心です。その役割は、溶存アンモニア態窒素 (NH3) を除去することです。₃-N) および亜硝酸塩 (NO)₂^--N)、高密度培養下では急速に蓄積し、株に対して有毒になります。-このシステムは、移動床バイオフィルム リアクター (MBBR) の概念を本質的に具体化した 3 段階の生物濾過トレイン -、嫌気性、無酸素性、次に好気性 - を使用します。-好気性タンク内では、懸濁または固定されたバイオフィルム担体が硝化細菌および従属栄養細菌の付着表面を提供し、高密度で活性の高いバイオフィルムを形成します。

プロセス原則:

• 無酸素ステージ:脱窒菌は硝酸塩を窒素ガス（N₂）、有機物の一部を分解しながら窒素除去を実現します。

• 無酸素段階:好気性と嫌気性の代謝能力を兼ね備え、水質の変動を柔軟に吸収し、衝撃負荷に対する耐性を強化します。-

• 有酸素ステージ (MBBR コア):曝気下では、付着した硝化細菌がアンモニアを亜硝酸塩に酸化し、さらに硝酸塩に酸化しますが、従属栄養細菌は残留有機物を分解します。

MBBR メディアは通常、高い比表面積を実現します -500–1,200 m²/m³- は、従来の活性汚泥プロセスよりもはるかに高い体積負荷率をサポートします。主要な選択パラメータを以下にまとめます。

技術的なハイライト:MBBR プロセスは逆洗を必要とせず、操作が簡単で、スラッジ生成を抑えながらバランスの取れたバイオフィルム脱落を維持します。このカニ-養殖試験では、アンモニア態窒素が一貫して以下の状態で 3 段階の生物ろ過システムが安定して稼働しました。-0.3mg/Lそしてその下に亜硝酸塩0.8mg/L、水産養殖用水の浄化プロセスを完全に検証します。エアレーショングリッドは、バイオフィルムの活動が崩壊するデッドゾーンを避けるために、タンク全体にわたって培地を均一に流動化した状態に保つ必要があります。

微孔性エアレーション - 精密酸素化

溶存酸素 (DO) は、循環水産養殖において最も敏感かつ重要な水質パラメータです。高密度条件下では、養殖動物の呼吸、有機物の分解、硝化細菌の代謝という 3 つの方向から酸素要求が一度に届きます。-現場での経験から、DO が一貫して上記を維持すると、5mg/L、給餌率、飼料変換効率、成長率のすべてが著しく向上します。

このシステムは、「液体酸素タンク + 微多孔性エアレーションディスク」を組み合わせたソリューションを使用します。容量 1 kg の液体酸素タンク-が、高圧酸素ラインを各培養タンクに設置された微多孔性エアレーション パイプ ネットワークに供給します。-

主要な技術パラメータ:

• 2 段階の減圧: 一次圧力は 0.8 ～ 1.0 MPa、二次圧力は 0.1 ～ 0.2 MPa で、安定した制御可能な酸素供給圧力を提供します。

• 微多孔性エアレーションディスクは均一な小さな気泡 (通常 3 mm 以下) を生成し、気液接触面積を最大化し、従来のエアレーションと比較して酸素物質移動効率 (KLa) を​​大幅に高めます。

• 統合された酸素流量計と圧力センサーにより、酸素供給のリアルタイム監視と自動調整が可能になります。{0}

• 培養ゾーンの DO は一貫して 5 mg/L 以上に維持され、コアエリアの測定値は 5.2 mg/L 以上です。

微多孔性エアレーターの主な利点:微細な気泡が滞留時間を延長しながら水柱中をゆっくり上昇し、酸素溶解効率を達成します。30–50%- に対し、従来の穴あきパイプのエアレーションではわずか 5 ～ 10% です。

選択ガイド:主な要素には、孔径 (20 ～ 50 μm を推奨)、材質 (耐老化性と耐薬品性のための EPDM ゴムまたはシリコーン)、サービスエリア、および圧力損失が含まれます。昇降可能な取り付けフレームにより、メンテナンスと交換が簡単になります。大規模 RAS の場合、閉ループ DO コントローラーは酸素供給を設定範囲内に維持し、エネルギー効率と安全性のバランスを保つことができます。-

循環配管と流体力学設計

配管設計はエネルギー消費と水交換効率を直接制御します。このケースでは、直径 50 ～ 80 cm (60 cm が望ましい) の PVC パイプに接続された可変周波数駆動 (VFD) ポンプを使用して、培養ゾーンと精製ゾーンの間に効率的な循環チャネルを作成します。

• 時間当たりの水更新率: 10 ～ 15%、VFD ポンプによって正確に制御されます。

• パイプの取り付け: 流れ抵抗を減らすために 45 度に傾斜しています。

• リアルタイムの循環制御のための主要ノードのフロー監視デバイス。-

• 培養タンクの底部は 12 度に傾斜しており、環状の収集トラフを備えており、重力流を使用して効率的な廃棄物の収集と排出を実現します。

設計上の考慮事項:循環流量を選択するということは、浄化の必要性と動物の耐性のバランスをとることを意味します。この試験では 10～15%/h の更新率が良好に機能し、VFD ポンプによりオペレーターは培養段階や季節ごとに循環強度を微調整して、洗練された操作制御を行うことができました。-

機器統合とシステムシナジー

このケースの最大の技術的価値は、統合によって実現されるシステム レベルの相乗効果です。{0}

マイクロスクリーンフィルター (物理的分離) → MBBR バイオフィルムリアクター (生物学的分解) → 微孔性エアレーション (精密酸素化)

マイクロスクリーン フィルターは懸濁物質を除去し、バイオフィルターへの有機負荷を低減します。これにより、MBBR 培地上の硝化バクテリアが低有機負荷条件下で増殖し、高い硝化活性を維持できるようになります。{0} MBBR排水中の残留有機物やアンモニアをさらに分解し、安定した排水品質を確保します。微多孔性エアレーション システムは、培養ゾーンと好気性バイオフィルターの両方に同時に機能し、多目的のエネルギー最適化を実現します。-一方、生態浄化ゾーンの水生植物、カタツムリ、微生物は、物理的 - 生物学的処理の流れを補完する生物生態学的障壁を形成します。{6}

運用実績と主な業績データ

2024 年 3 月から 11 月までの完全な培養サイクルの後、統合システムは次の結果をもたらしました。

経済性は水質と同じくらい説得力があります。45,880 RMB/mu のコストに対して 75,250 RMB/mu の収益により、29,370 RMB/mu の純利益が得られます - 1 ヘクタールあたり約 440,550 RMB - となり、RAS 設備の追加資本コストが収量と生存率の向上を通じて回収されることがわかります。

結論と展望

この事例は、3 つのコア モジュール -、マイクロスクリーン フィルター、MBBR バイオフィルム リアクター、微孔性エアレーション - に基づいて構築された RAS 技術ルートが、大規模アプリケーションに必要な成熟度に達していることを示しています。-。このモデルは、機器の革新（マイクロスクリーンフィルター + MBBR 培地 + 微多孔性エアレーター）とプロセスの最適化（3 段階の生物濾過 + 精密酸素添加 + 生態学的調節）を組み合わせることで、高密度養殖の 3 つの主要なボトルネックである水質管理、酸素確保、廃棄物排出管理を体系的に克服しています。-

RAS 施設の構築またはアップグレードを計画している実務者には、次の機器の選択とシステム設計の推奨事項が適用されます。

• 固液分離:自動逆洗機能を備えた 80 ～ 100 メッシュのマイクロスクリーン ドラム フィルターにより、浮遊物質を効率的に除去します。

• 生物学的処理:アンモニアと亜硝酸塩を効果的に除去するための嫌気性-無酸素性-好気性生物ろ過トレインにおけるMBBR培地(充填率30～60%)。

• 酸素化:液体酸素タンク + 微多孔性曝気ディスク/チューブ + 2 段階減圧、オンライン監視と自動制御により DO 5 mg/L 以上を維持。

• 循環配管：VFD ポンプ + PVC パイプ (45 度の傾斜設置)、水更新率 10 ～ 15%/h。

• エコロジー研磨：水生植物やカタツムリなどの底生生物を利用して、「物理的、生物学的、生態学的」3 段階の浄化システムを構築します。-

今後、MBBR培地技術が進歩し、マイクロスクリーンフィルターの自動化が改善し、微孔性曝気のエネルギー効率が最適化されるにつれて、RASはより多くの水産養殖種にスケールアップし、業界をより集約的でインテリジェントで環境的に持続可能な生産へと推し進めることになるでしょう。