養(yǎng)殖土木工程學(xué)：充氧和曝氣

1、充氣和充氧,充氣和充氧部分綜述,第一部分 充氧和曝氣原理 第二部分 各種充氧和曝氣設(shè)備 第三部分 充氧和曝氣設(shè)備設(shè)計(jì),簡(jiǎn) 介,溶解氧是高密度養(yǎng)殖系統(tǒng)的第一個(gè)水質(zhì)限制指標(biāo) 水中氧的飽和度低 缺少光合作用 缺少水交換 提高的方法 增加水和空氣或者氧氣的接觸面積,高密度養(yǎng)殖條件下溶解氣體范圍,充氣設(shè)備簡(jiǎn)介,重力曝氣機(jī) 風(fēng)動(dòng)抽水泵 立式泵充氣機(jī) 噴水式充氣裝置 真空葉輪泵式充氣機(jī) 葉輪式曝氣機(jī)（俗稱(chēng)水車(chē)） 填充塔充氣機(jī) 多層滴流式充氣設(shè)備,風(fēng)動(dòng)抽水泵工作原理和應(yīng)用,立式泵充氣機(jī),噴水式充氣裝置,真空葉輪泵式充氣機(jī),葉輪式曝氣機(jī)（水車(chē)）,氣泵和氣石充氣系統(tǒng),填充塔充氣機(jī),多層滴流式充氣設(shè)備,純氧接觸系統(tǒng)

2、,密封填充塔 多階段低壓頭純氧接觸器 噴射塔 測(cè)流氧氣噴射器 U型管純氧系統(tǒng) 低速氣泡接觸器 封閉立式泵充氧機(jī),密封填充塔,多階段低壓頭純氧接觸器,噴射塔,測(cè)流氧氣噴射器,U型管純氧系統(tǒng),低速氣泡接觸器,封閉立式泵充氧機(jī),溶解氣體標(biāo)準(zhǔn),溶解氣體的表示單位 mg/L mm Hg 飽和百分比 氣體壓力：Fi=Ti/Ci 總氣體壓力：TGP=Ti,TGP和當(dāng)?shù)氐拇髿鈮毫Γ˙P）之間的差為溶 解氣體的飽和度的指標(biāo) P=TGP-BP 氣體的飽和度，TGP和當(dāng)?shù)氐腂P的百分比： %飽和 =(TGP/BP)*100 在養(yǎng)殖系統(tǒng)中，涉及到的可溶性的氣體 氧氣 二氧化碳 氮?dú)?溶解氣體標(biāo)準(zhǔn),溶解氣體的良性作用,

3、充足的溶解氧可以提高活力，增進(jìn)生長(zhǎng) 二氧化碳可能抑制細(xì)菌的生長(zhǎng) 平衡的溶解氣體濃度可以維持生態(tài)平衡,溶解氣體的危害作用,溶解的二氧化碳在一個(gè)臨界濃度之上時(shí)會(huì)使磷酸鈣的飽和度增大，從而影響腎臟的活動(dòng) 當(dāng)二氧化碳的濃度較高時(shí)會(huì)降低血液攜帶氧的能力 較低的溶解氧濃度在可允許的最低值之下時(shí)，會(huì)降低氧的攜帶能力,較高的溶氧濃度會(huì)促進(jìn)細(xì)胞酶的氧化作用，導(dǎo)致呼吸鏈的失效 溶解氧和溶解氮的濃度達(dá)到飽和時(shí)會(huì)引起氣泡病（GBD）氣泡病的癥狀：組織中的氣泡增加；血管阻塞；生長(zhǎng)和飼養(yǎng)轉(zhuǎn)變系數(shù)的降低；導(dǎo)致死亡,溶解氣體的危害作用,溶解氣體標(biāo)準(zhǔn),可以接受的P的范圍變化 魚(yú)種 規(guī)格 飼養(yǎng)條件 溶解氣體的部分相關(guān)壓力的變化

4、良好的充氣設(shè)備的使用不僅僅是基于氧氣的供給率，而且和溶解氮（DN），P以及溶解二氧化碳的極限有關(guān),氣體滲透原理,一種氣體在水中的飽和濃度（C*）將會(huì)影響氣液界面的氣體滲透的方向以及速率 一種氣體在水中的飽和濃度（C*）是由氣體階段的局部壓力，水溫以及Henry法則講到的水的成分決定的： C*=BiKi1000Xi(TP-VP)/760 Vp, 蒸汽壓力 BiKi,氣體溶解系數(shù) 氣體蒸汽壓力隨溫度增加而增加，溶解系數(shù)隨溫度增加而減少，飽和濃度隨溫度增加而減少,溫度的影響,水中的溶解固體及懸浮物的濃度也會(huì)降低氣體在水中的飽和濃度(C*）。我們采用將氣體在水中的飽和濃度（C*）從潔凈水(Cw)中轉(zhuǎn)換

5、到渾濁(Fw)的狀態(tài) =( C*)FW/ (C*)CW 一種氣體在水中的飽和濃度(C*)隨著時(shí)間或者在一個(gè)特殊的接觸器中的位置的改變而改變。當(dāng)空氣在水面以下被打散，總壓力（TP）將會(huì)從流體靜壓力和此地的大氣壓力的總和下降到水泡上升到水表面時(shí)的大氣壓力（BP）,氣體滲透原理,氣體滲透速率,使氧氣溶入水中的推動(dòng)力是水中的主要溶解氣體的不足。氧氣分子首先從大量的氣體狀態(tài)轉(zhuǎn)移到氣液界面。氧氣和氮?dú)廪D(zhuǎn)移的主要阻力來(lái)自于液體交界擴(kuò)散階段 氣體吸收或者釋放的凈比率是由滲透系數(shù)和溶解氣體濃度和飽和濃度(C*)差的乘積所決定的。這個(gè)關(guān)系可以用微分的形式表述： dC/dt=KLa(C*-C),影響滲透系數(shù)的重要的

6、條件包括氣體液體接觸面，氣體液體的紊亂，該系統(tǒng)的幾何形狀，以及液體的特性 溫度影響到滲透系數(shù)KLa。KLa的值可以通過(guò)溫度的影響得以糾正： （KLa）t= （KLa）20C(1.024)t-20 公式表明水溫變化在10-30攝氏度將引起轉(zhuǎn)移系數(shù)（KLa）60.7%的增長(zhǎng),氣體滲透速率,水面上的活性物質(zhì)通過(guò)改變液體界面擴(kuò)散阻力來(lái)增加或降低滲透系數(shù)（KLa）。在自然條件下得到的KLa值可通過(guò)純凈水條件下得以校正，反之亦然，校正系數(shù)用表示： = （KLa）FW/（KLa）CW 進(jìn)一步來(lái)說(shuō)，在氣體的分子直徑已知的情況下,一種氣體的KLa值可以被用于定義相關(guān)的一種氣體的KLa值 （KLa）N2/（KLa

7、）O2=dO2/dN2,氣體滲透速率,增氧系統(tǒng)的性能比較標(biāo)準(zhǔn) 標(biāo)準(zhǔn)條件：DO = 0 mg/L, 溫度= 20C, BP=760 mm Hg,=1,=1 標(biāo)準(zhǔn)氧氣滲透速率（SOTR) SOTR=（KLa）20C（C*）20C,增氧系統(tǒng)性能指標(biāo),標(biāo)準(zhǔn)的充氧效率（SAE），表示相關(guān)能量消耗的指標(biāo)，可以通過(guò)SOTR除以功率（PW）的方法得到： SAE=SOTR/PW 由于采用了不標(biāo)準(zhǔn)的溫度，溶解氧的濃度，大氣壓力，以及水的組成，需校對(duì)SOTR和SAE： AOTR=SOTR(C*O2-DO)/9.07(1.024t-20) AAE=SAE(C*O2-DO)/9.07(1.024t-20),增氧系統(tǒng)性能

8、指標(biāo),周?chē)娜苎鯘舛冗_(dá)到飽和時(shí)，實(shí)際的AOTR和實(shí)際的充氧AAE將會(huì)趨于零，會(huì)限制增氧系統(tǒng)的有效使用 當(dāng)評(píng)估充氧設(shè)備的性能時(shí)，公式中的KLa很少被接受。一般用通過(guò)該系統(tǒng)中的溶解氧的改變來(lái)表示設(shè)備的性能，用溶解的氣體的不足的分?jǐn)?shù)來(lái)表示： E=（DOout-DOin）/（C*O2-DOin） 當(dāng)設(shè)備的效率已知，上面的公式可以重新排列為： DOout=E（C*O2-DOin）+ DOin,增氧系統(tǒng)性能指標(biāo),綜述,對(duì)于純氧接觸系統(tǒng)，氧氣的滲透速率可以用下面的公式計(jì)算 OTR=(DO)ABQL 標(biāo)準(zhǔn)的滲透效率（TE）： TE=OTR/PW 充氧效率可以表示為 AE=(DO)ABQL/（MW）O2QM,增

9、氧系統(tǒng)性能指標(biāo),吸收氧氣和釋放氮?dú)獾南嚓P(guān)比率可以通過(guò)DODN的比率來(lái)表示： DODN=（DOout-DOin）/（DNout-DNin） 這個(gè)比率是相當(dāng)重要的，它表示是出水的TGP（溶解氣體的總壓力）高于或者低于進(jìn)水。一個(gè)執(zhí)行中的DODN大約為-2.2，這個(gè)值被定義為臨界的曝氣比率，表示進(jìn)出水之間沒(méi)有TGP的變化,增氧系統(tǒng)性能指標(biāo),充氧成本，在比較相對(duì)的性能時(shí)是很有用的指標(biāo)，它包括設(shè)備的分期償付(AC)，能量消耗(EC)，以及氧氣的成本(OC) TC=（AC+EC+OC）/OTR 把設(shè)備的維護(hù)和投資風(fēng)險(xiǎn)考慮進(jìn)來(lái)十分必要,增氧系統(tǒng)性能指標(biāo),吸收效率,純氧接觸系統(tǒng),將純凈的氧氣轉(zhuǎn)移至水中的系統(tǒng)包含

10、： 氧氣的發(fā)生裝置 控制氧氣的流速的控制組件 推動(dòng)氧氣和水接觸的設(shè)備 純氧系統(tǒng)應(yīng)該： 使用最少的能源和資金達(dá)到較高的氧氣利用率,增加進(jìn)入吸收裝置中的氧氣用于提升氧氣在氣體狀態(tài)下的摩爾分?jǐn)?shù)，從而增加溶解氧的飽和濃度。使流出水中的溶解氧的濃度高于空氣中的飽和濃度。 在15攝氏度時(shí)，飽和濃度為10.17mg/L 純氧的環(huán)境中，飽和濃度達(dá)到48.1mg/L 將水暴露在富含氧氣的環(huán)境中，除了可以加速氧氣的滲透，還能夠降低氮?dú)獾娘柡蜐舛取娜芤褐忻撾x出來(lái)的氮?dú)?，?huì)在接觸器中進(jìn)入氣體階段，降低氮?dú)獾霓D(zhuǎn)移比率會(huì)有利于創(chuàng)造一個(gè)純氧的環(huán)境,純氧吸收裝置,水中氣體成分的改變范圍主要由氧氣供給比率決定，水中的溶解氣體

11、的濃度、溫度、壓力和設(shè)備的特性決定 氮?dú)庖詺怏w形式的積累會(huì)導(dǎo)致較高的操作成本，必須有排氣孔。由于泄出的氣體中含有較高含量的氧氣，因此也有一定的利用價(jià)值。由于二氧化碳在水中的溶解率很高，所以在氧氣的吸收裝置中使二氧化碳曝氣的可能不大,純氧吸收裝置,純氧接觸裝置的選擇取決于 標(biāo)準(zhǔn)的性能指標(biāo) 是以當(dāng)?shù)刭Y源條件 操作條件 固體顆粒的存在會(huì)抑制填充塔的使用，由于額外的污染會(huì)堵塞用于提供氣體-液體接觸區(qū)域的通道 在進(jìn)水和飼養(yǎng)池之間的水壓梯度的存在有利于U型管或者其它的低壓頭接觸器的使用,純氧吸收裝置的選擇,一個(gè)純凈的氧氣的U型管系統(tǒng)包括2-3個(gè)部分： 一個(gè)氣體擴(kuò)散裝置， 一個(gè)U型的垂直管道，提供一個(gè)接觸環(huán)

12、路， 一個(gè)泄出氣體的收集裝置 在應(yīng)用過(guò)程中，氧氣及泄出氣體在進(jìn)水口以一個(gè)混合比率分散。氣液混合物從一端進(jìn)入另一端排出。水流的速度保持在氣泡的上升速度之上。當(dāng)氣體-液體混合物移動(dòng)通過(guò)接觸環(huán)路的同時(shí)，流體靜力壓升高帶來(lái)溶解氧的增加，促進(jìn)了氧氣的吸收,U 型 管,影響U型管純氧接觸系統(tǒng)效率的因素 氧氣接觸管的深度 進(jìn)氣速度 水的流速 氣泡分散器的深度 進(jìn)入水中的溶解氣體的濃度 排出氣體的循環(huán)利用比率 當(dāng)氧氣接觸管的深度在25-60米、進(jìn)水速度在1.8-3 m/s，操作成本最低,U 型 管,U型管的優(yōu)點(diǎn) 可以在較低的水壓下操作(2-3 m) 可以處理水中攜帶的微粒物質(zhì) 當(dāng)氣液的比率超過(guò)25%時(shí)，存在斷

13、流的可能 基礎(chǔ)的投資過(guò)于龐大。,U 型 管,低速氣泡接觸器,氣泡可以較長(zhǎng)時(shí)間的保留在接觸裝置中。但是當(dāng)溶解氮排出時(shí)，有些氣體必須被排出 氣泡接觸器的充氧和曝氣效率主要決定于 水和空氣的流動(dòng)比率 相應(yīng)的溶解氣體的濃度 氣體的排放率 錐體的幾何形狀 操作壓頭,操作壓力是由錐體的深度決定的。采用較深的或沒(méi)入水中的錐體可以增大氧氣的吸收比率，降低氮?dú)獾呐欧拧?低速氣泡接觸器的優(yōu)點(diǎn) 進(jìn)水口壓力小（1m） 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 可以處理水中的固體顆粒,低速氣泡接觸器,測(cè)流氧氣噴射器,影響效率的主要因素包括： 負(fù)壓腔構(gòu)造 氣體和水流速率 接觸管長(zhǎng)度 壓力 噴射器構(gòu)造 一般來(lái)講，工作壓力為190-860 kpa ，水流速

14、為3.5-4.5m/s，接觸時(shí)間6-12s，系統(tǒng)中的溶解氧濃度可以超過(guò)100 mg/L,封閉填料塔純氧接觸器,構(gòu)造和優(yōu)點(diǎn) 為氣體有效地交換降低水層的厚度 影響充氧和曝氣因素： 噴射管的幾何形狀 分散裝置、 入水中的溶解氣體的濃度 氣體液體的流動(dòng)速率 內(nèi)部壓力 塔的直徑,封閉填充塔,影響填充塔效率的影響因素包括 液體分散裝置的設(shè)計(jì) 填料的選擇 塔的深度 入水中氣體的濃度 操作時(shí)的壓力 可以增加水中的溶解氧，同時(shí)去除溶解氮。該裝置多用于潔凈的水體,封閉立式泵充氧機(jī),影響氣體交換的因素： 入水中的溶解氣體濃度 入水中的氧-水比率 裝置的幾何形狀 推進(jìn)器的設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)動(dòng)速 操作的深度,多階段低壓頭純氧接觸

15、器,結(jié)合了噴射塔和填充塔的優(yōu)點(diǎn)，重復(fù)的接觸擴(kuò)大了氧氣和氮?dú)獾娜芙獗嚷?，促進(jìn)了氣體交換。由于不需要泵，降低了能源成本和系統(tǒng)癱瘓的風(fēng)險(xiǎn) 這一裝置的效率由很多因素決定： 水和氣體的流動(dòng)比率 進(jìn)入的溶解氣體濃度 工作的接觸室的數(shù)量 接觸室中是否存在填充物,氧源,氧源 1. 氣態(tài)純氧 2. 液態(tài)純氧 3. 制氧機(jī)制氧 性?xún)r(jià)比 1. 方便，便宜，基礎(chǔ)投資高 2. 方便，較貴，基礎(chǔ)投資少 3. 最為方便，投資高，配套設(shè)施多,充氧量檢控,監(jiān)控策略和方法 1. 控制氣液混合比 通過(guò)測(cè)定水流量，測(cè)定和調(diào)節(jié)氣流量 2. 自動(dòng)化控制系統(tǒng) 首先測(cè)定養(yǎng)殖池出水溶氧濃度，反饋給中央控制器，根據(jù)設(shè)定的溶解氧濃度，通過(guò)電磁閥，

16、自動(dòng)控制供氣閥開(kāi)啟的大小。,純氧接觸系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程,基本設(shè)計(jì)流程 1. 確定養(yǎng)殖場(chǎng)基本環(huán)境因素 水溫，水流，入流溶解氣體濃度，氣壓。 2. 確定養(yǎng)殖品種對(duì)溶解氣體的要求 氧氣，二氧化碳和氮?dú)?3. 根據(jù)養(yǎng)殖量和養(yǎng)殖場(chǎng)條件估算需氧量 4. 確定適合供氧量的充氧機(jī)類(lèi)型,設(shè)計(jì)依據(jù) 設(shè)定一個(gè)養(yǎng)殖池為單位，耗氧量為ECOC, 平衡式為， (DO)AB=ECOC+(DOout) RV-(DO)AB 相應(yīng)的溶解氮?dú)獾钠胶夥匠淌綖椋?(DN)=BP+( Pout) - (DOout)(FO2)-VP/FN2- DNin,純氧接觸系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程,純氧系統(tǒng)選擇依據(jù) 依據(jù)純氧系統(tǒng)的性能和養(yǎng)殖場(chǎng)的特點(diǎn), (DO)AB由幾

17、個(gè)不同的應(yīng)用環(huán)境因素決定，包括 氣壓，氧氣輸送速率，滲透系數(shù) 設(shè)計(jì)原則 通盤(pán)考慮以上因素，減少費(fèi)用 設(shè)計(jì)方法 設(shè)計(jì)軟件 利用分壓率,純氧接觸系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程,純氧接觸裝置主要的操作特性,設(shè)計(jì)目標(biāo) 深度 填充類(lèi)型 橫截面積 使用壓力 氧氣輸送速率 假定條件 1. 所有氣體在填充塔內(nèi)是均勻混合的 2. (DO)AB是正值， (DN)AB是負(fù)值,填充塔設(shè)計(jì)流程,第一步：選擇初始層深度和填充類(lèi)型并計(jì)算氣體相應(yīng)的滲透系數(shù)（G）20。（G）20用溫度t，表面活性劑（當(dāng)可知時(shí)），氣體種類(lèi)來(lái)修正： （G）t,i = （G）201.024t-20 第二步：應(yīng)用公式中的(DO)AB 和(DN)AB，并用步驟一中修正后

18、的（G）t,i值來(lái)分別計(jì)算塔內(nèi)溶解氧和溶解氮的飽和濃度： （C*O2）AB =(DO)AB / (1-e- (G)t,i)+（DOin）AB （C*N2）AB =(DN)AB / (1-e- (G)t,i)+（DNin）AB,填充塔設(shè)計(jì)流程,填充塔設(shè)計(jì)流程,第三步：用亨利定律并結(jié)合步驟二得出的氣體飽和濃度，計(jì)算氧氣和氮?dú)庀辔坏木植糠謮篜P： PPO2 = (C*O2 / BO2 KO21000) AB PPN2 = (C*N2 / BN2 KN21000) AB （Bi Ki1000由溫度公式給出） 第四步：現(xiàn)在，塔內(nèi)的總壓力可用PPO2，PPN2計(jì)算得出（水蒸氣的壓力VP由表給出） CP =

19、 760 ( PPO2 + PPN2 ) + VP,填充塔設(shè)計(jì)流程,第五步：計(jì)算氮氧的氣相摩爾系數(shù)(Xi), X O2 = （C*O2）AB /（(CP-VP)/760）(BO2 KO21000) XN2 = 1 - X O2 第六步：塔內(nèi)氧的摩爾流速度(QM)O2: (QM)O2 =( X O2/ XN2)|(DN)AB|QL/MWN2 +(DO)AB QL /MWO2,填充塔設(shè)計(jì)流程,第七步：將氧氣的摩爾流速度轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)的容量流速度（21.1；760mmHg）,用理想氣體定律： （QV）O2 = 0.0821（QM）O2(273.15+21.1) 第八步：計(jì)算有效氣液比（G/L）: G/L

20、= (QV) O2/QL,填充塔設(shè)計(jì)流程,第九步：根據(jù)水力負(fù)荷率和QL符合決定填料塔的橫截面積 A = QL/(HL60) 第十步：建立一個(gè)包含AE（氧氣滲透效率）和TE（氧氣吸收效率）的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行指數(shù) AE = (DO)ABQL/ (MW)O2（QM）O2 TE = (DO)ABQL/PW,填充塔設(shè)計(jì)流程,設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)是要知道填料的性能 如果AE 和TE不夠合理，通過(guò)改變深度等重復(fù)設(shè)計(jì)計(jì)算,填充塔設(shè)計(jì)流程討論,空氣接觸系統(tǒng)設(shè)計(jì),空氣接觸系統(tǒng)的特性 空氣和水接觸設(shè)備中高氣液比確保了氣液接觸面的氧氣含量近似于標(biāo)準(zhǔn)空氣（20.946%）。這一特性簡(jiǎn)化了曝氣計(jì)算。但也限制了水的溶氧量或飽和濃度。溶解超

21、飽和氣體的水處理將導(dǎo)致氣體向周?chē)髿鈹U(kuò)散。 空氣水接觸裝置包括： 氣液接觸器， 空氣源， 控制水流或空氣流速度的設(shè)備。,空氣來(lái)源 1. 水表下空氣接觸系統(tǒng)要求無(wú)油壓縮空氣?？諝鈮嚎s需要用到各種設(shè)備，包括橫膈膜，活塞，旋轉(zhuǎn)葉片，離心機(jī)等。雖然設(shè)備的選擇主要基于空氣流和排放壓，也要考慮資金成本，維護(hù)要求和噪聲問(wèn)題 2.空氣壓縮機(jī)排放壓由空氣排放系統(tǒng)的布局，壓力差和空氣排放深度等決定的，系統(tǒng)的排放壓標(biāo)準(zhǔn)度量很少超過(guò)2米水柱。 3. 空氣壓縮機(jī)的類(lèi)型包括活塞式和葉輪式等。,空氣接觸系統(tǒng)設(shè)計(jì),控制與監(jiān)示 為了與不同的氧氣需求相匹配，通過(guò)控制設(shè)備功率輸入（水面攪動(dòng)設(shè)備），水流速度（重力和噴射器）或空氣流速

22、（水面下設(shè)備）來(lái)改變氧氣滲透率。目的是節(jié)省能源，延長(zhǎng)設(shè)備壽命。 水面攪動(dòng)設(shè)備通過(guò)獨(dú)立的開(kāi)關(guān)來(lái)控制?？墒謩?dòng)控制，也可通過(guò)設(shè)定時(shí)間或溶氧量用程序控制。 循環(huán)系統(tǒng)中的水流依整個(gè)系統(tǒng)中交換率而定。因此，不提倡通過(guò)調(diào)節(jié)水流速度來(lái)控制重力和噴射器性能,空氣接觸系統(tǒng)設(shè)計(jì),應(yīng)用空氣接觸器的合理方法的設(shè)計(jì)步驟包括： 設(shè)定地理?xiàng)l件， 明確溶解氣體標(biāo)準(zhǔn)， 測(cè)算氣體滲透需求， 選擇儀器類(lèi)型和構(gòu)造。 與純氧接觸系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)上的不同 1.排水的溶氧濃度應(yīng)低于標(biāo)準(zhǔn)狀況下的溶氧濃度C*O2，避免 排出的溶氧濃度接近C*O2,因?yàn)闀?huì)導(dǎo)致AOTR和AAE過(guò)低。 2.通?？諝饨佑|設(shè)備以很高的氣液比運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)空氣進(jìn)出水體造 成的氮氧組

23、成影響可忽略不計(jì)?？梢院?jiǎn)化設(shè)計(jì)。,空氣接觸系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程,第一步：明確反應(yīng)器送出的水流在排水道的溶氧，內(nèi)部的溶氧濃度，需要的氧氣轉(zhuǎn)移率， DOout = DOin + （(OTR16,666)/QL） 第二步：用亨利定律建立當(dāng)?shù)氐难醯腃*值，水溫，當(dāng)?shù)氐拇髿鈮?表6.1給的VP， Bi Ki1000值 C*o2 =Bi Ki1000Xi(TP-VP)/760,立式泵設(shè)計(jì)流程,第三步：計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)的氧氣轉(zhuǎn)移率 STOR = AOTR/(C*o2-DOout/9.07)1.024(t-20) 第四步：再選好的混合池中，用攪拌器提供第三步計(jì)算出的STOR。 第五步：計(jì)算攪拌器反應(yīng)器聯(lián)合裝置的標(biāo)準(zhǔn)曝氣效率（

24、SAE） ( Kla)20 = STOR/ (C*o2) 20V10-3,立式泵設(shè)計(jì)流程,噴水式曝氣機(jī)效率比較,第二部分 曝氣系統(tǒng),綜 述,二氧化碳的管理是工廠化養(yǎng)殖要考慮的許多因素之一。二氧化碳可能會(huì)使PH值降到產(chǎn)生脅迫的水平。即使在有氧的情況下，也能使動(dòng)物窒息，還會(huì)降低生物濾膜的工作效率。 養(yǎng)殖水體中的二氧化碳濃度可通過(guò)PH值管理或水體交換來(lái)控制。通過(guò)管理PH值來(lái)控制二氧化碳的實(shí)驗(yàn)總體上來(lái)說(shuō)是根據(jù)碳酸鹽的化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行的。,綜 述,通過(guò)氣體轉(zhuǎn)移來(lái)排除二氧化碳是比較容易實(shí)現(xiàn)的。但它的數(shù)量計(jì)算需要許多步驟，因其受到氣流和水流的相對(duì)比例、氣流特征和幾種碳酸物質(zhì)間的化學(xué)反應(yīng)的影響 通過(guò)氣體轉(zhuǎn)移來(lái)排除

25、二氧化碳受到氣態(tài)二氧化碳增多的限制，它要求氣液流動(dòng)速度比例應(yīng)足夠高，至少應(yīng)高于其他重要的氣體如氧氣和氮?dú)馑枰谋壤?簡(jiǎn) 介,歷史上，在水生養(yǎng)殖系統(tǒng)中二氧化碳的富集并沒(méi)有對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖有機(jī)體的產(chǎn)量造成影響。低密度養(yǎng)殖系統(tǒng)不會(huì)造成二氧化碳富集，使它超過(guò)安全水平，原因是頻率和相對(duì)高的水體交換或曝氣率。 現(xiàn)在水體再利用技術(shù)的發(fā)展是水交換的速度明顯減少，于是二氧化碳可能積累到產(chǎn)生脅迫的水平或不安全水平。另外，伴隨著傳統(tǒng)充氣方法的使用減少，純氧的使用作為工廠化養(yǎng)殖系統(tǒng)中溶解氧的一個(gè)來(lái)源，一個(gè)副作用就是別的氣體的濃度可能會(huì)高于飽和濃度。所以，必須提供一些手段來(lái)排除二氧化碳，防止它積累到一定水平而導(dǎo)致魚(yú)類(lèi)中毒或

26、使PH值低到影響?hù)~(yú)類(lèi)生長(zhǎng)或生物過(guò)濾過(guò)程。,簡(jiǎn) 介,二氧化碳是魚(yú)類(lèi)進(jìn)行呼吸作用的一個(gè)產(chǎn)物。二氧化碳與其它溶解氣體如氧氣和氮?dú)庖粋€(gè)最重要的區(qū)別就是二氧化碳是一個(gè)化學(xué)平衡反應(yīng)系統(tǒng)的一部分，它在溶液中的濃度受PH值的影響。這種PH值依賴(lài)性的一個(gè)好處就是水體中二氧化碳的濃度能通過(guò)化學(xué)或物理的方法降低。 化學(xué)方法直接改變?nèi)芤褐械腜H值，導(dǎo)致碳的無(wú)機(jī)物（有可能轉(zhuǎn)化為二氧化碳的）的相對(duì)比例發(fā)生改變。通過(guò)PH來(lái)預(yù)測(cè)化學(xué)效果需要知道二氧化碳濃度以及水體的屬性如：堿度、初始PH值和溫度。 物理排除法是將二氧化碳從水中轉(zhuǎn)移到空氣中。隨著二氧化碳的排除，水體的PH值發(fā)生變化，即二氧化碳形式存在的無(wú)機(jī)碳比例也發(fā)生變化。物

27、理方法的排除效果計(jì)算是復(fù)雜的，是氣態(tài)轉(zhuǎn)移的物理過(guò)程和酸堿反應(yīng)的化學(xué)過(guò)程的相互作用。,簡(jiǎn) 介,排除二氧化碳的粗略估計(jì)可通過(guò)忽略氣體成分變化和化學(xué)反應(yīng)過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)。另一方面，排除二氧化碳的精確估計(jì)要求考慮氣體轉(zhuǎn)移過(guò)程和碳酸鹽系統(tǒng)的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。 本部分首先集中討論了在填充塔內(nèi)二氧化碳的排除，提到了估計(jì)在填充塔內(nèi)二氧化碳的濃度的一個(gè)四步驟的方法。這個(gè)多步驟方法每一步都是以前一個(gè)步驟為基礎(chǔ)，逐漸增加最后二氧化碳濃度的準(zhǔn)確度。,曝氣基礎(chǔ),在工廠化養(yǎng)殖系統(tǒng)中，產(chǎn)生的二氧化碳的數(shù)量是與被消耗的氧氣的數(shù)量成比例的。一個(gè)簡(jiǎn)化的呼吸作用的化學(xué)方程式： nO2 + (CH2O)n = nCO2 + nH2O 在這個(gè)簡(jiǎn)

28、化的方程式里，每消耗1mole的氧氣就會(huì)產(chǎn)生1mole二氧化碳。換算成質(zhì)量就是每消耗1.00克氧氣，就會(huì)產(chǎn)生1.27克二氧化碳。,曝氣基礎(chǔ),隨著水的回收再利用，特別是氧氣的需求是通過(guò)純氧來(lái)滿(mǎn)足的,系統(tǒng)中二氧化碳的產(chǎn)生和排除的平衡關(guān)系被修改，濃度不斷上升, 即可能達(dá)到二氧化碳的不安全水平。它取決于水體的質(zhì)量參數(shù)像：溫度、堿度，還有生物的和管理的參數(shù)像投餌率和被養(yǎng)殖魚(yú)類(lèi)的具體的忍受能力。,二氧化碳的影響 1. 二氧化碳已被證實(shí)阻礙了魚(yú)類(lèi)的呼吸，原因是它減少了血液運(yùn)輸氧氣的能力，隨著水中二氧化碳濃度的增加，血液中二氧化碳的濃度也增加。血液中二氧化碳的存在束縛了血色素運(yùn)輸氧分子的能力。在許多情況下，即

29、使氧氣濃度保持在飽和濃度以上，高濃度的二氧化碳也會(huì)使魚(yú)類(lèi)窒息。 2. 二氧化碳降低了PH值可能同樣也會(huì)影響到水產(chǎn)動(dòng)物和細(xì)菌。二氧化碳加入水中能夠往往會(huì)降低PH值。低PH值的水體會(huì)給養(yǎng)殖的動(dòng)物帶來(lái)額外的脅迫，也可能包括寄居的細(xì)菌，特別是那些硝化過(guò)程中的細(xì)菌，亞硝化單胞菌和硝化細(xì)菌的新陳代謝率已被證實(shí)對(duì)PH值非常敏感。,曝氣基礎(chǔ),3.水產(chǎn)環(huán)境中二氧化碳富集的影響并不都是負(fù)面的?？偘绷繉?duì)魚(yú)的毒性受PH值的影響,低PH值使氨變得“毒性較小”，因?yàn)橐杂卸拘问絅H3存在的氨氮的比例較少。所以二氧化碳的富集及其導(dǎo)致的PH值的降低，增加了系統(tǒng)中可存留的氨的總濃度。 4.在對(duì)魚(yú)的直接影響方面。從某些角度上講，低

30、PH值的好處大于脅迫和給用于氧氣運(yùn)輸?shù)难貛?lái)的負(fù)面影響大。顯然，在循環(huán)水養(yǎng)殖養(yǎng)殖里二氧化碳的管理必須進(jìn)行討論研究。,曝氣基礎(chǔ),曝氣基礎(chǔ),在沒(méi)有水體交換的水體中二氧化碳和非離子氨的濃度變化。 水體的條件如下：溫度：25;非離子氨的流入：0mg/L；初始PH值:7.5;堿度：4.0meq/L；投餌率：每天體重的2%。,碳酸鹽的平衡和利用PH值來(lái)控制二氧化碳,通過(guò)控制PH值來(lái)排除二氧化碳是通過(guò)移動(dòng)幾種碳酸鹽之間的平衡濃度來(lái)實(shí)現(xiàn)的。碳酸物質(zhì)中碳的平衡是根據(jù)PH值來(lái)決定CO2，H2CO3，HCO3- 和CO3-2離子之間的關(guān)系 CO2(gas) CO2(aq) CO2(aq)+H2O H2CO3 H

31、2CO3 HCO3- + H+ HCO3 CO3-2 + H+ 總碳酸碳（CtCO3）是指水中CO2，H2CO3，HCO3- 和CO3-2的總量。,pH和堿度的關(guān)系 1.PH值的變化會(huì)引起二氧化碳濃度的變化。固定的PH值變化引起的二氧化碳濃度的變化量主要取決于水體的堿度。堿度是指水體中和酸的能力。在大多數(shù)自然水體中，HCO3-，CO3-2和OH-離子濃度減去H+離子濃度就大體上等于堿度 2.注意到二氧化碳并不是堿度的組成部分。雖然排除二氧化碳的過(guò)程中HCO3-和CO3-2也在減少，但是堿度組成部分的摩爾數(shù)保持不變，所以，堿度不隨著二氧化碳的增加或減少而發(fā)生改變,碳酸鹽的平衡和利用PH值來(lái)控制二

32、氧化碳,減少二氧化碳可通過(guò)添加一定濃度的強(qiáng)堿溶液如NaOH、石灰來(lái)實(shí)現(xiàn)。堿度增加將導(dǎo)致PH值上升，從而引發(fā)幾種碳的化合物的重新平衡，其結(jié)果是二氧化碳濃度降低，HCO3-和CO3-2離子的濃度相應(yīng)的升高。但是總的碳酸碳量并沒(méi)有改變。 另一種化學(xué)控制方法是使用其它材料。材料像Ca(OH)2， Na2CO3，CaMg(CO3)2或CaO都可以使用。其它材料的添加，結(jié)果是增加了堿度。預(yù)測(cè)由于添加上面提到的任何物質(zhì)而引起的二氧化碳濃度的變化可通過(guò)使用碳酸鹽系統(tǒng)的化學(xué)方程來(lái)實(shí)現(xiàn)。,碳酸鹽的平衡和利用PH值來(lái)控制二氧化碳,在25不同的堿度（0.25到4.0meq/L）和總碳酸碳（0.25到4.0mmole/L）下，水體中的二氧化碳濃度和PH值的關(guān)系圖,在15不同的堿度（0.25到4.0meq/L）和總碳酸碳（0.25到4.0mmole/L）下，水體中的二氧化碳濃度和PH值的關(guān)系圖,二氧