養(yǎng)殖土木工程學(xué)-生物過(guò)濾裝置的設(shè)計(jì)

水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境工程

生物過(guò)濾裝置的設(shè)計(jì)

綜述主要內(nèi)容

1.生物過(guò)濾裝置的設(shè)計(jì)過(guò)程

2.設(shè)計(jì)實(shí)例

3.設(shè)計(jì)影響因素環(huán)境因素魚(yú)的大小和品種系統(tǒng)構(gòu)成其它因素生物過(guò)濾裝置的設(shè)計(jì)合理運(yùn)用生物、化學(xué)、物理的數(shù)據(jù)量化的去描述魚(yú)類(lèi)和細(xì)菌代謝物質(zhì)在生物過(guò)濾裝置中被除去的過(guò)程；簡(jiǎn)單講，就是一定數(shù)量轉(zhuǎn)氨細(xì)菌轉(zhuǎn)化已知養(yǎng)殖對(duì)象排泄的含氮廢料的能力設(shè)計(jì)包括：實(shí)際數(shù)據(jù)（代謝廢物量）推測(cè)和設(shè)想設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)創(chuàng)造力設(shè)計(jì)的特殊要求（從未涉及的概念和裝置）生物過(guò)濾裝置的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)是固有的創(chuàng)造性的過(guò)程。設(shè)計(jì)不同于科學(xué)調(diào)查，在科學(xué)調(diào)查中最后結(jié)果通常是已知的或闡明一個(gè)自然界中已經(jīng)存在的道理或概念設(shè)計(jì)生物過(guò)濾裝置因此需要設(shè)計(jì)者的創(chuàng)新能力和對(duì)各個(gè)行業(yè)的了解

機(jī)械生物經(jīng)濟(jì)生物過(guò)濾裝置的設(shè)計(jì)方法

基于生物過(guò)濾過(guò)濾設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)，特別是在農(nóng)業(yè)應(yīng)用上的數(shù)據(jù)非常的有限。例如，對(duì)于特定魚(yú)類(lèi)排氨的數(shù)值就有十種或是更多換個(gè)方面說(shuō)，廢物中氨的含量隨著魚(yú)在不同的生長(zhǎng)狀態(tài)及生存環(huán)境中是不同的，如果沒(méi)有了這些數(shù)據(jù)那么設(shè)計(jì)者就只能用其它種的相關(guān)數(shù)據(jù)去盡可能準(zhǔn)確的估計(jì)和判斷。一些設(shè)計(jì)中的重大錯(cuò)誤也許就來(lái)自于對(duì)一些數(shù)據(jù)的判斷失誤一種不僅能判斷裝置能否正常工作，還能判斷裝置能夠經(jīng)濟(jì)，有效工作的能力,設(shè)計(jì)需要相當(dāng)強(qiáng)的機(jī)械判斷能力生物過(guò)濾裝置的設(shè)計(jì)方法影響設(shè)計(jì)的變量各種物理化學(xué)因素不同的過(guò)濾裝置構(gòu)造

生物過(guò)濾裝置的設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)步驟有哪些廢物產(chǎn)生了需要多大的過(guò)濾裝置能有效的進(jìn)行凈化裝置的制造廢物的產(chǎn)生率和凈化率隨著時(shí)間，投喂策略等變化,過(guò)濾裝置的設(shè)計(jì)并沒(méi)有想像的簡(jiǎn)單

生物過(guò)濾裝置的設(shè)計(jì)過(guò)程生物過(guò)濾裝置的設(shè)計(jì)不是一門(mén)精確的科學(xué)生物過(guò)濾裝置的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)是在變化的多種數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上的設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)充分考慮到設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)問(wèn)題，以使該裝置能滿足不同環(huán)境的需要，特別是在一些特殊條件下，需要大量的改進(jìn)以便能滿足需要生物過(guò)濾裝置的設(shè)計(jì)過(guò)程Ⅰ.確定污染物的數(shù)量代謝測(cè)定和實(shí)際數(shù)據(jù)Ⅱ.確定魚(yú)類(lèi)的耐受水平氨亞硝酸鹽硝酸鹽固體顆粒生物過(guò)濾裝置的設(shè)計(jì)步驟Ⅲ.計(jì)算魚(yú)類(lèi)的氧氣消耗量靜水法和流水法Ⅳ.計(jì)算養(yǎng)殖系統(tǒng)的承載能力系統(tǒng)能養(yǎng)殖的魚(yú)類(lèi)最大數(shù)量Ⅴ.計(jì)算系統(tǒng)的流速整個(gè)系統(tǒng)的水流量生物過(guò)濾裝置的設(shè)計(jì)步驟Ⅵ.計(jì)算水流一次通過(guò)后的氨氮濃度一次去除率Ⅶ.計(jì)算多次循環(huán)后的氨氮濃度每天的去除量Ⅷ.計(jì)算過(guò)濾裝置的氨氮凈化效率以百分比、單位體積或單比表面積表示Ⅸ.確定過(guò)濾裝置中總的氨氨負(fù)荷每天的氨氮負(fù)荷生物過(guò)濾裝置的設(shè)計(jì)步驟Ⅹ.計(jì)算需要過(guò)濾裝置工作的時(shí)間反沖、清理時(shí)間Ⅺ.確定過(guò)濾裝置的容量特別是它的表面積水利負(fù)荷率Ⅻ.確定裝置的尺寸ⅩⅢ.確定裝置的氧氣供給量ⅩⅣ.修改裝置以確保氧氣供給生物過(guò)濾裝置的設(shè)計(jì)步驟程序設(shè)計(jì)比較直接，只有很少的情況有充足的數(shù)據(jù)，而且，數(shù)據(jù)也許只適應(yīng)某些階段廢物的排泄與魚(yú)的大小，攝食的情況，溫度和其它因素有關(guān)。廢物的去除受溫度，流速和氨氮的負(fù)荷和其它一些因素的影響。設(shè)計(jì)者依據(jù)環(huán)境排污的最大值去設(shè)計(jì)過(guò)濾裝置需要知道過(guò)濾裝置的操作措施當(dāng)人們嘗試在一定水體中放養(yǎng)一定重量的魚(yú)時(shí)，如果個(gè)體是小魚(yú)就要充分考慮到魚(yú)對(duì)毒性物質(zhì)的耐受作用，其他情況下還應(yīng)當(dāng)計(jì)算魚(yú)體最大時(shí)的廢物量生物過(guò)濾裝置的設(shè)計(jì)步驟計(jì)算最大氨氮等負(fù)荷試驗(yàn)確定濾材的氨氮去除效率確定耗氧量確定生物濾池構(gòu)造生物過(guò)濾裝置的簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)步驟生物過(guò)濾裝置實(shí)例

浸沒(méi)式生物濾池系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息養(yǎng)殖量10000kg鮭魚(yú)（平均1kg重）養(yǎng)殖裝置是一個(gè)密閉的裝置，90%循環(huán)裝置溫度：12℃濾材數(shù)據(jù)：塑料環(huán)狀濾材直徑2.5cm

空隙率90%

比表面積160㎡/m3

密度18.5kg/m3投喂：每天體重的2%裝置排出水的最少氧氣含量5mg/l生物過(guò)濾裝置設(shè)計(jì)實(shí)例方法一1.氨氮產(chǎn)量（AP）

AP=0.0289（投喂量/天)AP=0.0289×10000×2%=5.8kg/天2.氨氮通過(guò)裝置的去除在12℃氨氮的去除(AR)是每天0.60g/㎡3.需要的表面積(一次通過(guò)時(shí)）

SSA=AP/AR=5800/0.60=9667m2生物過(guò)濾裝置設(shè)計(jì)實(shí)例方法二1.需氧量

Oc=K2TaWb

Oc,耗氧量

K2，速率常數(shù)

T，溫度

W，魚(yú)的大小

A,b，線性常數(shù)

Oc=3.05×10-4(56）1.885（2.2）-0.138

=0.478公斤氧氣/100公斤魚(yú)/天生物過(guò)濾裝置設(shè)計(jì)實(shí)例2.系統(tǒng)負(fù)荷

Lc=0.14(Ce-Cm)/Qc

Lc,系統(tǒng)負(fù)荷

Ce,溶解氧飽和度

Cm,最低需氧量假定

Ce為10，Cm為5

Lc=0.14(10-5)/0.478=1.46公斤魚(yú)/升/分鐘生物過(guò)濾裝置設(shè)計(jì)實(shí)例3.需要的水流速率

Q=10000公斤/1.46=6849升/分鐘4.初始排水端氨氮濃度

Ci=每天氨氮產(chǎn)量/水流速率

=5.8/6.849=0.59mg/L

允許最高氨氮濃度為0.75mg/L生物過(guò)濾裝置設(shè)計(jì)實(shí)例5.循環(huán)引起的允許最高氨氮濃度系數(shù)

C=C2/Ci=0.75/0.59=1.276.浸沒(méi)式生物濾池的效率

E=(1+CR-C)/CRR，循環(huán)百分比

E=(1+1.27×0.9-1.27)/1.27×0.9=0.76

生物濾池必須有76%的效率生物過(guò)濾裝置設(shè)計(jì)實(shí)例7.循環(huán)引起的生物濾池最大氨氮負(fù)荷

Wa=5.8×1.27=7.378.生物濾池內(nèi)的水力停留時(shí)間

tm=E/(9.8T-21.7)=0.48分鐘9.生物濾池容積

Vol=Qtm/空隙率=6849×0.48/0.9=3653升生物過(guò)濾裝置設(shè)計(jì)實(shí)例10.需要的比表面積總數(shù)

SSA=Vol×比表面積

=3.653×160=584m211.生物濾池濾料容積方法一，Vol=9667/160=60m3

Vol=584/160=3.65m3生物過(guò)濾裝置設(shè)計(jì)實(shí)例12.復(fù)查溶解氧濃度氨氮耗氧量=5.8/4.18=24.24公斤/天水流供氧量=6849（10-5）=49.3公斤/天供氧量充足兩種方法比較

1.比表面積差別很大

2.容積差別為6倍

3.很多經(jīng)驗(yàn)公式生物過(guò)濾裝置設(shè)計(jì)實(shí)例方法二借用了其他系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)公式，方法一沒(méi)有考慮循環(huán)和溶解氧的影響不同的濾材，濾池構(gòu)造也會(huì)產(chǎn)生不同的影響當(dāng)前的設(shè)計(jì)方法還有很大的誤差，沒(méi)有很貼切的實(shí)際數(shù)據(jù)最好借用試驗(yàn)規(guī)模的濾池?cái)?shù)據(jù)，但是系統(tǒng)規(guī)模的放大并不代表試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以同步擴(kuò)大，也有局限性生物過(guò)濾裝置實(shí)例討論膨脹性微珠生物過(guò)濾裝置膨脹性微珠生物過(guò)濾裝置（EGB）過(guò)濾裝置的過(guò)濾床是由微小顆粒德塑料珠組成，它可以通過(guò)膨脹和攪動(dòng)來(lái)清洗裝置本身

特征

1.必須充分考慮有機(jī)物的影響

2.空隙率可以較小，可以自動(dòng)清洗膨脹性粒狀生物過(guò)濾裝置上流式沙生物過(guò)濾器，有對(duì)固體顆粒良好的捕捉能力，又提供了較好的硝化反映空間。過(guò)濾層是由粗糙的沙礫組成，水是從下往上垂直穿過(guò)，易于用高壓水進(jìn)行沖洗。通過(guò)控制進(jìn)水口的進(jìn)水速度，該裝置一般是不會(huì)出現(xiàn)結(jié)塊現(xiàn)象

一般應(yīng)用在氨氮和有機(jī)物荷載較低的情況下，因?yàn)檠醯墓┙o較差上流式沙生物過(guò)濾裝置

1.需氧量

OCF=Q（Ci-Co）

OCF,生物濾池的需氧量

Ci,進(jìn)水中溶解氧的濃度

Co,出水中溶解氧的濃度

Q,流速假定，出水溶解氧濃度為2mg/L上流式沙生物過(guò)濾裝置設(shè)計(jì)上流式沙生物過(guò)濾裝置設(shè)計(jì)2.OFC和飼料投喂的關(guān)系

OLR=OLR,平均需氧量

Wj,第j天時(shí)的飼料量

n,觀察次數(shù)

一般來(lái)講，需氧量為350-500克氧氣/公斤飼料3.生物過(guò)濾裝置飼料負(fù)荷（公斤飼料/天）

FCC=OCF/(OLR+ZS)Z,平均系數(shù)

S,平均偏差4.生物濾池的水流量

Q=W(OLR+ZS)/(Ci-2)W,特定投喂量上流式沙生物過(guò)濾裝置設(shè)計(jì)5.濾池的表面積和深度一般深度(H)不超過(guò)1.5米表面積A=Q/H6.如果已知濾材的過(guò)濾能力可以依據(jù)上面的方法二設(shè)計(jì)上流式沙生物過(guò)濾裝置設(shè)計(jì)塑料珠生物過(guò)濾裝置的特點(diǎn)塑料珠比重比水稍小比表面積大易于反沖，但是反沖影響大

運(yùn)輸氧的能力提高微珠生物過(guò)濾裝置設(shè)計(jì)生物濾池容積(V)計(jì)算

V=LA/CAASLA,氨氮負(fù)荷

CA,單位比表面積氨氮去除率

AS,比表面積塑料珠生物過(guò)濾裝置設(shè)計(jì)比表面積

3-5毫米的塑料珠，980-1300m2/m3單位比表面積氨氮去除率（CA）范圍

受氨氮負(fù)荷、TSS、BOD的影響很大

TAN小于0.3mg/L,0.1-0.15g/m2/dayTAN小于0.7mg/L,0.2-0.25g/m2/dayTAN大于1.0mg/L,大于0.35g/m2/day塑料珠生物過(guò)濾裝置設(shè)計(jì)生物流化床特點(diǎn)

1.濾材全部懸浮于水中

2.效率高，不易堵塞

3.氨氮和氧的運(yùn)輸通暢設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1.濾材的選擇

2.最好應(yīng)用方法二設(shè)計(jì)生物流化床設(shè)計(jì)假定給定條件養(yǎng)殖量10000kg鮭魚(yú)（平均1kg重）。養(yǎng)殖裝置是一個(gè)密閉的裝置，100%循環(huán)，每星期換水20%裝置溫度：12℃投喂：2%魚(yú)體重最大密度：50公斤/m3

最大放養(yǎng)比率：150000公斤/m3/秒滴流式生物濾池設(shè)計(jì)濾材數(shù)據(jù)：塑料環(huán)狀濾材直徑2.5cm

空隙率92%

比表面積220㎡/m3

密度18.5kg/m3滴流式生物濾池設(shè)計(jì)滴流式生物濾池濾材特性參數(shù)指標(biāo)類(lèi)型塑料環(huán)直徑2.5cm空隙率0.92比表面積220m2/m3水質(zhì)要求水質(zhì)參數(shù)要求溶解氧大于5mg/LpH6.5-8堿度10-400mg/L溫度10-15度NH3-N0.0103mg/LNO2-N0.03mg/LCO2小于10mg/LN2小于110%飽和度濁度小于801.水量

Vw=10000/50=200m32.水流速度

Q=10000/150000=0.0667m3/S3.設(shè)定投喂比例為2%魚(yú)體重

Massfeed=10000×0.02=200公斤滴流式生物濾池設(shè)計(jì)計(jì)算4.廢物產(chǎn)生量

Oc=0.25kgO2/kgfeedCO2c=0.28kgCO2/kgfeed

固體顆粒=0.30kg/kgfeedTAN=0.03kg/kgfeed5.需氧量

Or=0.25×200=50公斤O2/天滴流式生物濾池設(shè)計(jì)計(jì)算滴流式生物濾池設(shè)計(jì)計(jì)算6.氨氮產(chǎn)量

TAN=0.03×200=6kg/天7.系統(tǒng)中氨氮濃度

TANc=6/200=1.25mg/LpH溶解氨氮濃度游離氨氮濃度6.01.24970.00036.51.24910.00097.01.24730.00277.51.24140.00868.01.22340.02668.比表面積需求

SA=6000/0.75=8000m29.濾池容積

Vf=8000/225=36.4m310.濾池尺寸濾池?cái)?shù)量水力負(fù)荷率滴流式生物濾池設(shè)計(jì)計(jì)算10.濾池尺寸和濾池?cái)?shù)量流量越大，氨氮去除率越高，水力負(fù)荷和流速以及濾池的橫截面積有關(guān)

1）濾池直徑

2）高度

3）濾池?cái)?shù)量

4）水流量滴流式生物濾池設(shè)計(jì)計(jì)算假設(shè)在當(dāng)前的設(shè)計(jì)中應(yīng)用8個(gè)濾池

1)每個(gè)濾池的流量

0.0667×60×60

×24/8=720.3m3/day2)每個(gè)濾池的容積

36.4/8=4.55m33）橫截面積

≥720.3/225=3.2m24）直徑

≥2×√3.2/3.1415=2.02m滴流式生物濾池設(shè)計(jì)計(jì)算5）高度

H=4.55/3.2=1.42m總結(jié)濾池高度：1.42米濾池直徑：2.02米濾池容積：4.56立方米濾池橫截面積：3.2平方米濾池?cái)?shù)量：8個(gè)滴流式生物濾池設(shè)計(jì)計(jì)算本設(shè)計(jì)中用到的濾材相對(duì)比表面積較大，比表面積小的濾材需要更大的濾池容積濾池設(shè)計(jì)要考慮到去除氨氮，亞硝酸和有機(jī)物的統(tǒng)一本設(shè)計(jì)方法簡(jiǎn)單，但是沒(méi)有考慮到其他的影響因素，實(shí)際應(yīng)用中會(huì)有誤差實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)該使用合適的策略補(bǔ)償設(shè)計(jì)中的誤差滴流式生物濾池設(shè)計(jì)討論應(yīng)用生物轉(zhuǎn)盤(pán)的優(yōu)勢(shì)

1.自我清洗，自我充氧

2.壓頭損失低

3.無(wú)阻塞，硝化反應(yīng)好

4.運(yùn)行穩(wěn)定生物轉(zhuǎn)盤(pán)的特殊結(jié)構(gòu)決定了它的設(shè)計(jì)生物轉(zhuǎn)盤(pán)的設(shè)計(jì)理論設(shè)計(jì)條件1.生物膜的生長(zhǎng)和脫落是平衡的2.脫落的生物膜是懸浮的3.附著和脫落的生物膜都可以去除基質(zhì)，但是懸浮生物膜的作用可以忽略不計(jì)4.氧氣和其它基質(zhì)沒(méi)有濃度上的限制作用5.生物膜的厚度是均勻的6.水流速度是均衡的生物轉(zhuǎn)盤(pán)的理論模型依據(jù)上面的假設(shè)，可以得到

Q(So-S)+rsAs=0Q,水流量

So，進(jìn)水的基質(zhì)濃度

S，出水的基質(zhì)濃度

rs，單位面積的基質(zhì)去除率

As，濾材的表面積生物轉(zhuǎn)盤(pán)的理論模型常用的經(jīng)驗(yàn)公式

F=(K/N)LaTbScBdAeDfQgF,去除的比例（%）

K,去除常數(shù)

N，生物轉(zhuǎn)盤(pán)的階段數(shù)

L，進(jìn)水的基質(zhì)濃度

S，水力停留時(shí)間

T，水溫

B，生物轉(zhuǎn)盤(pán)的轉(zhuǎn)速

A，有效的濾料表面積

D，生物轉(zhuǎn)盤(pán)的浸沒(méi)深度

Q，流速

a,b,c,d,e,f,g,回歸常數(shù)生物轉(zhuǎn)盤(pán)的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ屯ㄟ^(guò)測(cè)定三個(gè)生物轉(zhuǎn)盤(pán)的效率得到

1.基質(zhì)濃度較低時(shí)，去除效率和基質(zhì)濃度線性關(guān)系

2.試驗(yàn)規(guī)模生物轉(zhuǎn)盤(pán)的效率為商業(yè)生物轉(zhuǎn)盤(pán)的2.5倍左右

3.使用不同材質(zhì)濾材的情況下，經(jīng)驗(yàn)公式的應(yīng)用要注意生物轉(zhuǎn)盤(pán)的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮O(shè)計(jì)前提和過(guò)程

1.盡量采用商業(yè)生物轉(zhuǎn)盤(pán)的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)

2.必要時(shí)使用最好的預(yù)測(cè)值

3.假定生物轉(zhuǎn)盤(pán)可以處理掉每天系統(tǒng)中產(chǎn)生的所有氨氮

4.采用放養(yǎng)量最大時(shí)的數(shù)值

5.pH設(shè)定為7.5，并以此來(lái)計(jì)算游離氨氮的濃度

6.每天的投喂量為低于1%的魚(yú)體重生物轉(zhuǎn)盤(pán)的設(shè)計(jì)實(shí)例7.羅非魚(yú)氨氮產(chǎn)生量為每公斤飼料25克鱸魚(yú)氨氮產(chǎn)生量為每公斤飼料32克虹鱒魚(yú)氨氮產(chǎn)生量為每公斤飼料34克8.經(jīng)驗(yàn)上，生物轉(zhuǎn)盤(pán)每天氨氮的去除率為

Y=-16.6+163.3XY,氨氮去除率

X,進(jìn)水的氨氮濃度生物轉(zhuǎn)盤(pán)的設(shè)計(jì)實(shí)例9.溫度補(bǔ)償羅非魚(yú)，不用補(bǔ)償鱸魚(yú)，降低10%（溫度低了5度）虹鱒魚(yú)，降低30%（溫度低了15度）10.濾材的比表面積選擇為175m2/m311.生物轉(zhuǎn)盤(pán)的直徑為3.66米，接近于商業(yè)生物轉(zhuǎn)盤(pán)的直徑生物轉(zhuǎn)盤(pán)的設(shè)計(jì)實(shí)例生物轉(zhuǎn)盤(pán)的設(shè)計(jì)條件總結(jié)指標(biāo)羅非魚(yú)鱸魚(yú)虹鱒溫度３０２５１５pH7.57.57.5NH3最大值0.0600.0250.010TAN的最大值2.421.421.17最大投喂量（ｋｇ）200200200ｍｇTAN/kg飼料250003200034000ｍｇTAN/天500000064000006800000氨氮去除率379193122生物轉(zhuǎn)盤(pán)的表面積131983307655773比表面積175175175濾材體積（ｍ３）75189319生物轉(zhuǎn)盤(pán)的直徑（ｍ）3.663.663.66生物轉(zhuǎn)盤(pán)的長(zhǎng)度（ｍ）7.1717.9730.29確定養(yǎng)殖品種和規(guī)模確定最大污染物的產(chǎn)量確定養(yǎng)殖對(duì)象的耐受水平計(jì)算氧氣消耗量確定生物濾池的種類(lèi)和濾材種類(lèi)確定氨氮去除效率和生物濾池的體積復(fù)查溶解氧濃度生物濾池的設(shè)計(jì)總結(jié)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)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/LmmHg

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)?/p>

溶解氣體標(biāo)準(zhǔn)

溶解氣體的良性作用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*=BiKi1000[Xi(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β將氣體在水中的飽和濃度（C*）從潔凈水(Cw)中轉(zhuǎn)換到渾濁(Fw)的狀態(tài)

β=(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）20°C(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α表示：

α=（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）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=0mg/L,溫度=20°C,BP=760mmHg,α=1,β=1

標(biāo)準(zhǔn)氧氣滲透速率（SOTR)SOTR=（KLa）20°C（C*）20°C

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[(βC*O2-DO)/9.07](1.024t-20)αAAE=SAE[(βC*O2-DO)/9.07](1.024t-20)α增氧系統(tǒng)性能指標(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：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?。從溶液中脫離出來(lái)的氮?dú)猓瑫?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)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1.8-3m/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(2-3m)

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?。低速氣泡接觸器的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)水口壓力?。?m）

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190-860kpa

，水流速為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)100mg/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)制氧性價(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，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)?/p>

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?/p>

(△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是由幾個(gè)不同的應(yīng)用環(huán)境因素決定的，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)α可知時(shí)），氣體種類(lèi)Φ來(lái)修正：（G）t,i=Φα（G）20℃1.024t-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/BO2KO21000)ABPPN2=(C*N2/BN2KN21000)AB

（BiKi1000由表6.1種的溫度公式給出）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6.1給出）

CP=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),XO2=（C*O2）AB/（(CP-VP)/760）(BO2KO21000)XN2=1-XO2第六步：塔內(nèi)氧的摩爾流速度(QM)O2:(QM)O2=(XO2/XN2)〔|(△DN)AB|QL/MWN2〕+(△DO)ABQL/MWO2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（