Bộ lọc sinh học ao
Nuôi trồng thủy sản là việc nuôi trồng các sinh vật dưới nước như cá, động vật giáp xác, động vật thân mềm và thực vật thủy sinh, nhu cầu về cá trên toàn thế giới đã tạo động lực cho ngành nuôi trồng thủy sản tăng trưởng nhanh chóng. Năm 2012, sản lượng thủy sản nuôi trồng là 66,6 triệu tấn, chiếm 42,2% sản lượng cá thực phẩm thế giới. Ngoài ra, nuôi trồng thủy sản là một trong những ngành sản xuất thực phẩm phát triển nhanh nhất, với mức tăng trưởng trung bình 6,5% trong giai đoạn 2000-2012.
Hệ thống nuôi trồng thủy sản có thể được phân thành ba loại chính: quảng canh, bán thâm canh và thâm canh, dựa trên sản lượng trên một đơn vị thể tích (m 3 ) hoặc đơn vị diện tích (m 2 ). Các hồ nhỏ tự nhiên nằm trong các hệ thống nuôi quảng canh điển hình, nuôi ao bằng thức ăn hoặc sục khí trong hình thức bán thâm canh và các hệ thống nuôi trồng thủy sản tuần hoàn là thâm canh.
Hệ thống nuôi trồng thủy sản tuần hoàn (RAS) là hệ thống dựa trên bể trong đó các thông số môi trường được kiểm soát hoàn toàn, do đó cá có thể được thả ở mật độ cao. Công nghệ RAS đã được phát triển và cải tiến trong ba thập kỷ qua. Công nghệ RAS có khả năng hoạt động ở công suất cao với ít nước hơn và là yêu cầu bắt buộc so với nuôi cá truyền thống, RAS còn có thể giảm việc sử dụng hóa chất, kháng sinh và xử lý chất thải; Ngoài ra, RAS có khả năng thích nghi với loài, có nghĩa là cá có thể được sản xuất quanh năm. Tuy nhiên, RAS cần vốn lớn và đầu tư vận hành là nhược điểm chính. Hơn nữa, đây là một hệ thống phức tạp để khởi động và cần có chuyên môn để duy trì và giám sát.
Kiểm soát chất lượng nước trong RAS được thực hiện bằng nhiều thành phần khác nhau. Nhìn chung, RAS bao gồm một bộ gia nhiệt hoặc bộ trao đổi nhiệt để điều chỉnh nhiệt độ nước, hệ thống sục khí để giảm nồng độ CO 2 hòa tan, hệ thống oxy hóa để cung cấp đủ oxy, bộ lọc trống để loại bỏ chất rắn lơ lửng, hệ thống khử trùng (thiết bị UV và ozone) để vô hiệu hóa mầm bệnh. và hệ thống lọc sinh học để loại bỏ chất thải nitơ. Độ kiềm trong hệ thống được kiểm soát bằng cách thêm hóa chất vào đó.
Có nhiều loại hệ thống màng sinh học được sử dụng để xử lý nước, chẳng hạn như bộ lọc sinh học nhỏ giọt, bộ tiếp xúc sinh học quay (RBC), bộ lọc sinh học dạng hạt, bộ lọc sinh học hạt nổi và bộ lọc sinh học tầng sôi, tất cả đều có ưu điểm và nhược điểm. Bộ lọc nhỏ giọt không hiệu quả về khối lượng; hư hỏng cơ học thường xảy ra khi quay các công tắc tơ sinh học; các bộ lọc sinh học dạng hạt cần quay trở lại định kỳ và các lò phản ứng tầng sôi cho thấy sự mất ổn định thủy lực. Trong bối cảnh này, công nghệ lò phản ứng màng sinh học di chuyển (MBBR) đã được phát triển vào cuối những năm 1980 và đầu những năm 1990 ở Na Uy.
Hiện nay MBBR đã được áp dụng rộng rãi trên toàn thế giới để xử lý nước thải đô thị và công nghiệp cũng như xử lý nước trong nuôi trồng thủy sản. Trong ngành nuôi trồng thủy sản, MBBR chủ yếu được áp dụng cho quá trình nitrat hóa cũng như loại bỏ các chất hữu cơ. Để tránh vi khuẩn dị dưỡng tiêu thụ chất hữu cơ ức chế vi khuẩn nitrat hóa ở tải lượng hữu cơ cao, MBBR luôn được vận hành ở tải lượng hữu cơ thấp trong hệ thống nuôi trồng thủy sản.
So với hầu hết các lò phản ứng màng sinh học khác, MBBR sử dụng toàn bộ thể tích bể để tăng trưởng sinh khối, nó cũng có tổn thất đầu không đáng kể và không cần rửa ngược định kỳ và không dễ bị tắc nghẽn. Ngoài ra, phần lấp đầy của chất mang màng sinh học trong lò phản ứng có thể tùy theo sở thích. Tuy nhiên, khuyến cáo rằng tỷ lệ lấp đầy phải nhỏ hơn 70 % để giữ cho chất mang lơ lửng tự do trong lò phản ứng.
MBBR là công nghệ dựa trên lý thuyết màng sinh học, với màng sinh học hoạt động phát triển trên các chất mang nhựa (hoặc phương tiện sinh học) được thiết kế đặc biệt lơ lửng trong lò phản ứng. Nó có thể được vận hành cả trong điều kiện hiếu khí và kỵ khí, phương tiện sinh học được giữ lơ lửng bằng cách khuấy từ máy khuếch tán sục khí, trong khi trong trường hợp kỵ khí, máy trộn được sử dụng để giữ cho phương tiện sinh học chuyển động. Phương tiện sinh học được làm từ các vật liệu khác nhau và polyetylen mật độ cao thường được sử dụng, có mật độ khoảng 0,95g/cm 3. Để cung cấp diện tích bề mặt riêng tối đa (m 2 /m 3 ), phương tiện sinh học được thiết kế với nhiều hình dạng và kích cỡ khác nhau.