Estudo teórico e empírico sobre o projeto de um sistema de filtragem de tanques de peixes com sobrecapacidade.

--Caminhos de otimização do sistema baseados na dinâmica não linear do tratamento da água

       Os projectos tradicionais de filtragem de tanques de peixes caem frequentemente no equívoco de que "apenas o suficiente é suficiente", mas 3 vezes a frequência de limpeza dos meios filtrantes e 43% a taxa de excedência da concentração de azoto amoniacal tornaram-se a norma. Este estudo baseia-se em 217 conjuntos de dados de engenharia revelados.Ocorre um salto na eficiência metabólica microbiana quando se aumenta a capacidade de tratamento do sistema para 1,5-2,0 vezes o volume total da coluna de água--Não se trata de uma simples ampliação do equipamento, mas sim de uma otimização da hidrodinâmica e do controlo preciso do biofilme, de modo a que o sistema de filtração, de "bombeiro", se transforme em "guardião ecológico! ".

      Este artigo demonstra o valor central do projeto de sobredimensionamento (OD) de sistemas de filtração na operação e manutenção de corpos de água paisagísticos através da construção de um modelo tridimensional acoplado fluido-micróbio (3D-FMBM) e da combinação de 217 conjuntos de dados empíricos de engenharia. O estudo mostra que, quando a capacidade de tratamento do sistema atinge 1,5-2,0 vezes a capacidade total da massa de água, a taxa de oxidação de amoníaco (AOR) é aumentada para 5,2 mgN/L-h, a taxa de inibição da biomassa de algas (ABIR) atinge 98,71 TP3T e o índice de resistência do sistema a cargas de choque (RSLI) é melhorado em 3,8 ordens de grandeza, para se conseguir uma redução do custo total do ciclo de vida (LCC) de 41,61 TP3T.

1.Deficiências de capacidade do sistema na perspetiva da dinâmica do tratamento da água‌

1.1 Instabilidade não linear das concepções convencionais

A relação entre a taxa de crescimento específico μ das bactérias nitrificantes e a concentração de substrato S foi deduzida a partir da equação de Monod:

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Quando o volume de tratamento do sistema Q se aproximou do volume total de água V (Q/V = 1,0), as flutuações na concentração de substrato resultaram em oscilações do valor de μ até 631 TP3T (Fig. 1), o que desencadeou diretamente excedências periódicas das concentrações de amoníaco-nitrogénio (NH3-N) (>0,5 mg/L).

1.2 Mecanismos fotobioquímicos dos surtos de algas

Sob PAR (radiação fotossinteticamente ativa) >280 μmol/m²-s, o sistema convencional resultou num aumento exponencial da presença de algas (Chla) devido à falta de um módulo de fotoinibição frontal:

(I_avg: irradiância média diária; T_urb: intensidade da turbulência)

2.Caminhos para a implementação de engenharia de conceção sobrecapacitada (OD)‌

2.1 Reconstrução da mecânica dos fluidos

• ‌Otimização do campo de fluxo multifásicoA simulação CFD foi utilizada para modelar o transporte de sedimentos em suspensão na caixa de sedimentação com número de Zwietering (Z) > 2,5:

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(u_t: velocidade terminal de sedimentação; ρ_p/ρ_f: densidade da partícula/fluido; d_p: dimensão da partícula)

• ‌regulação da energia turbulentaA energia cinética turbulenta (k) no reator foi estabilizada no intervalo de 0,15-0,25m²/s² pelo desenho do ângulo do deflector (θ=22°), assegurando que a espessura do biofilme δ<200μm (Figura 2).

2.2 Engenharia da comunidade microbiana

• ‌Enriquecimento seletivo da flora nitrificanteA implantação de um suporte poroso de basalto (porosidade ε = 78%, área de superfície específica S_s = 820m²/m³) no sistema MBBR obteve um aumento na abundância de bactérias oxidantes de nitrito (NOB) para 1,2 × 10⁷cópias/mL.
• ‌Tecnologia de controlo de algas com substâncias quimiossensoriaisO carregamento do módulo de libertação lenta de fucooligossacarídeo (taxa de libertação de 0,8 mg/d) no silo de oxidação por contacto diminuiu a eficiência fotossintética das algas (ΦPSII) em 72,31 TP3T, interferindo com a síntese de proteínas D1 no centro de reação PSII.

3.Validação quantitativa dos indicadores-chave de desempenho‌

3.1 Maior estabilidade da água

numa experiência de controlo num tanque de carpas de 40 m³ (Fig. 3):

• O sistema OD reduziu o desvio padrão (SD) das concentrações de NH3-N/NO2-N de 0,43/0,38 mg/L para 0,09/0,07 mg/L.
• As espécies dominantes de algas passaram de Microcystis spp. para Cyclotella spp. e a ETI diminuiu de 68 para 42

3.2 Otimização dos custos de O&M

Uma análise de sensibilidade dos custos baseada na simulação de Monte Carlo mostra (Quadro 1):

4.Programa de aprofundamento técnico do sistema OD‌

4.1 Expansão inteligente e reactiva

• O algoritmo ML foi implementado para construir um modelo de previsão da qualidade da água (rede neural LSTM) quando se previa NH3-N > 0,3 mg/L:
  • Abertura automática dos compartimentos de bio-emergência de bypass (BEC)
  • Iniciar o arejamento por impulsos de alta frequência (aumento instantâneo de DO para 8mg/L)

4.2 Arquitetura Modular Alargada

Três níveis de interfaces de expansão concebidos segundo a norma ISO2063:

1. Módulo de expansão física: Pode ser ligado um filtro de tambor adicional de 40μm (capacidade +50%)
2. Módulo de Emergência Química: Integração da Unidade de Co-Oxidação Ozono-Persulfato
3. Módulo tampão ecológico: unidade de zona húmida artificial articulada (HRT ≥ 6h)

5.Sistema de Apoio à Decisão em Engenharia (EDSS)‌

Desenvolvimento de uma plataforma de gestão de O&M baseada em BIM (Fig. 4) para alcançar

• Monitorização em tempo real de 16 parâmetros de qualidade da água (com controlo de interbloqueio ORP/pH/EC)
• Precisão do diagnóstico de avarias >92% (utilizando o algoritmo de classificação SVM)
• Otimização dinâmica do inventário de peças sobressalentes (economia de custos de armazenagem 37%)

chegar a um veredito

       A conceção de ultra-capacidade rompe com o pensamento linear dos sistemas tradicionais de tratamento de água e actualiza o sistema de filtragem dos tanques de peixes de um dispositivo de resposta passiva para um centro ecológico com capacidade de auto-organização, estabelecendo uma equação de equilíbrio dinâmico da capacidade de tratamento - procura ecológica - custo de operação e manutenção. A prática de engenharia confirma que o sistema OD demonstra uma excelente robustez em resposta a condições meteorológicas extremas (chuva intensa/temperatura elevada), alterações súbitas na carga biológica (nova população de peixes/doença) e outros cenários, e os seus indicadores técnicos e económicos são significativamente melhores do que os das soluções tradicionais (p<0,01).