Коммерческая аквакультура требует непрерывной подачи кислорода, поскольку рыбы и креветки потребляют растворенный кислород, в то время как биологическая фильтрация, органическое разложение и другие процессы также потребляют кислород. Потребность в кислороде меняется в зависимости от биомассы, плотности посадки, температуры воды, активности кормления и ночных условий. Акислородная система PSAудовлетворяет это требование путем отделения кислорода от сжатого воздуха и подачи обогащенного кислородом газа в пруды, резервуары, кислородные конусы или рециркуляционные системы аквакультуры.
ПСА кислородВ генерации используются адсорбционные сосуды, заполненные молекулярными ситами. Компрессор подает отфильтрованный и осушенный воздух к адсорбционным слоям, где молекулярное сито преимущественно адсорбирует азот. Обогащенный кислородом газ поступает в ресивер кислорода, а затем поступает в систему оксигенации на водной стороне. Адсорбционные слои попеременно работают над созданием давления и регенерацией для поддержания добычи газа.
Производство кислорода на месте меняет структуру поставок
Коммерческая ферма, использующая кислородные баллоны или жидкий кислород, зависит от внешней цепочки поставок: производство газа, его транспортировка, хранение и доставка на ферму. Установка PSA переносит процесс производства кислорода на ферму.
Основной процесс:
Окружающий воздух → компрессор → обработка воздуха → адсорбция PSA → ресивер кислорода → распределение кислорода → оксигенация воды
Поэтому для системы требуется нечто большее, чем просто адсорбционная установка. Компрессор должен обеспечивать необходимый поток питательного воздуха, фильтры и осушители должны удалять загрязнения и влагу, а ресивер кислорода должен буферизовать газ до того, как он попадет в распределительную сеть.
Для ферм, работающих в отдаленных районах или требующих постоянной подачи кислорода, расчет закупок должен включать потребление электроэнергии, техническое обслуживание, запасные части и стоимость транспортировки кислорода, поставляемого извне.
Более высокая концентрация кислорода снижает объем газа, необходимый для переноса кислорода.
Атмосферный воздух содержит около 21% кислорода. Обычное аэрационное оборудование должно перемещать через воду большой объем воздуха, чтобы передать необходимое количество кислорода.
Генератор PSA отделяет азот от сжатого воздуха и производит газ, обогащенный кислородом. Опубликованные NEWTEK конфигурации для аквакультуры включают диапазон чистоты кислорода примерно от 90% до 99,5%, в зависимости от конфигурации, со стандартнымиПСА кислородсистемах обычно указывается около 93% ± 3%.
Более высокая концентрация кислорода изменяет процесс переноса в водную сторону. Вместо переноса кислорода из большого количества атмосферного воздуха в диффузор или кислородный конус поступает газовый поток с более высокой концентрацией кислорода.
Фактическая передача зависит от:
- Расход газа
- Глубина воды
- Диаметр пузырька
- Температура воды
- Время контакта
- Рабочее давление
- Диффузор или кислородно-конусная структура
Следовательно, выход PSA следует оценивать вместе с оборудованием для перекачки кислорода, а не как характеристику изолированного газа.
Кислород PSA может поставляться в системы аквакультуры высокой плотности
По мере увеличения плотности посадки потребность в кислороде на единицу объема воды также становится критическим параметром проектирования. Рыбы и креветки постоянно потребляют кислород, в то время как доступность кислорода может быстро снижаться, если мощность аэрации не соответствует биологической потребности.
Система PSA может подавать кислород в:
- Интенсивные рыбные пруды
- Пруды с креветками
- Инкубаторные резервуары
- Рециркуляционные системы аквакультуры
- Внутренние резервуары для культуры
- Резервуары для содержания живой рыбы
Например, в установке УЗВ вода проходит механическую фильтрацию и биологическую очистку, прежде чем вернуться в культуральный резервуар. Кислород можно впрыскивать вниз по течению через кислородный конус или диффузор, прежде чем очищенная вода вернется в аквариумы.
Таким образом, генератор кислорода становится частью контура водоподготовки:
Культуральный резервуар → фильтрация → биологическая очистка → оксигенация → культуральный резервуар
Производство кислорода может быть адаптировано к фактической потребности фермы
Производительность PSA следует рассчитывать исходя из потребности в кислороде, а не только по площади пруда.
Основные входные данные включают в себя:
| Проектный параметр | Инженерная функция |
|---|---|
| Биомасса | Определяет биологическое потребление кислорода |
| Плотность посадки | Определяет потребность в кислороде на единицу объема воды |
| Температура воды | Изменяет растворимость кислорода и метаболические потребности. |
| Целевой DO | Определяет необходимое состояние растворенного кислорода |
| Пиковый спрос | Определяет максимальную мощность генератора |
| Эффективность переноса кислорода | Определяет, сколько образовавшегося кислорода поступает в воду |
| Часы работы | Определяет суточную выработку кислорода |
| Будущая биомасса | Определяет требования к расширению |
Например, если ферме требуется 30 Нм³/ч кислорода, поступающего в воду, но система передачи кислорода передает только 75% подаваемого кислорода, генератор должен обеспечить более 30 Нм³/ч.
Упрощенная взаимосвязь проектирования:
Требуемое производство кислорода=требуемый перенос кислорода ÷ эффективность переноса
В расчетах следует использовать измеренные или указанные поставщиком характеристики переноса, а не предполагать, что весь кислород, выходящий из генератора PSA, попадает в воду.
Датчики растворенного кислорода могут контролировать подачу кислорода
ПСА кислородПроизводство становится более полезным, когда оно связано с мониторингом растворенного кислорода.
Датчик растворенного кислорода измеряет фактический уровень растворенного кислорода в культуральной воде. Сигнал может поступать в ПЛК, который управляет кислородным клапаном, расходом кислорода или дополнительной производительностью PSA в соответствии с заранее заданными рабочими пределами.
Контур управления может быть структурирован следующим образом:
Датчик DO → ПЛК → контроль потока кислорода → диффузор/кислородный конус → культуральная вода
Когда DO снижается ниже настроенного диапазона, система управления может увеличить подачу кислорода. Когда DO возвращается в необходимый диапазон, система может уменьшить поток кислорода.
Системы PSA NEWTEK включают датчики кислорода, датчики давления, средства автоматического управления и промышленные коммуникационные интерфейсы, такие как Modbus, Profibus и Ethernet.
Такое расположение позволяет кислородной системе реагировать на измеримые параметры воды вместо того, чтобы эксплуатировать генератор на максимальной мощности на протяжении всего производственного цикла.
Буферное хранилище кислорода отделяет выработку энергии от колебаний спроса
Цикл адсорбции ПСА и потребность фермы в кислороде не обязательно изменяются с одинаковой скоростью. Буферный бак может разделить эти два рабочих состояния.
Генератор PSA заполняет кислородный ресивер, а система оксигенации, расположенная ниже по потоку, забирает газ в соответствии с потребностями воды. Таким образом, приемник поглощает кратковременные разницы между выработкой и потреблением кислорода.
Требуемый объем бака зависит от:
- Производство кислорода PSA
- Потребность в кислороде
- Рабочее давление
- Пиковый поток
- Диапазон давления
- Требуемый резерв времени
Ресивер меньшего размера может вызвать быстрые изменения давления, когда нескольким культуральным резервуарам одновременно требуется кислород. Ресивер увеличенного размера увеличивает объем оборудования и капитальные затраты без увеличения мощности по выработке кислорода.
Кислород PSA может работать вместе с механической аэрацией
Кислород PSA не обязательно заменяет механические аэраторы.
Механические аэраторы перемещают воду и атмосферный воздух, а оборудование PSA подает газ, обогащенный кислородом. Две системы могут выполнять разные функции в одном пруду или резервуаре.
В комбинированной договоренности могут использоваться:
Механический аэратор → циркуляция воды
Кислород PSA → подача концентрированного кислорода
Датчик DO → сигнал управления
Такая конфигурация позволяет механическому оборудованию поддерживать движение воды, в то время как система PSA подает дополнительный кислород, когда биологическая потребность превышает вклад кислорода от нормальной аэрации.
Соответствующее расположение зависит от глубины пруда, схемы циркуляции воды, биомассы, расположения диффузора и требуемого DO.
PSA Oxygen поддерживает оксигенацию RAS
На объектах УЗВ осуществляется непрерывная циркуляция воды посредством фильтрации и биологической очистки. Нитрифицирующие бактерии в биофильтрах потребляют кислород при преобразовании аммиака и нитрита, поэтому потребность в кислороде существует за пределами самих аквариумов.
Типичный процесс оксигенации RAS может включать:
- Культуральная вода покидает резервуар.
- Механическая фильтрация удаляет взвешенные вещества.
- Биофильтрация преобразует соединения азота.
- Кислород подается через диффузор или кислородный конус.
- Окисленная вода возвращается в культуральные резервуары.
Поэтому генератор PSA должен поставлять достаточное количество кислорода как для биологического, так и для водного потребления кислорода.
Точку введения кислорода следует выбирать в зависимости от давления воды, скорости потока, времени контакта и оборудования для передачи кислорода. Простое увеличение выхода газа PSA не гарантирует пропорционального увеличения растворенного кислорода, если устройство передачи на стороне воды достигло своего предела передачи.
Автоматический мониторинг может выявить неисправности кислородной системы
Коммерческая кислородная система для аквакультуры должна контролировать условия как на стороне газа, так и на стороне воды.
| Параметр | Что это означает |
|---|---|
| Растворенный кислород | Фактическое содержание кислорода в культуральной воде |
| Чистота кислорода | Условия разделения ПСА |
| Поток кислорода | Доставка газа на воду |
| давление ПСА | Рабочее состояние адсорбционной системы |
| Давление компрессора | Наличие приточного воздуха |
| Температура воды | Изменения растворимости кислорода и биологической потребности |
| Статус тревоги | Неисправность оборудования или датчика |
Например, падение чистоты кислорода может указывать на загрязнение молекулярных сит, проблемы с переключением клапанов, чрезмерную потребность или проблемы с подаваемым воздухом. Падение давления кислорода может указывать на ограничение производительности компрессора, засорение фильтра, проблемы с клапанами или чрезмерный поток на выходе.
Система управления должна использовать эти сигналы для генерации сигналов тревоги и изоляции аномального оборудования, а не полагаться исключительно на ручную проверку.
Кислород PSA и обычная аэрация: структурная разница
Обычная аэрация вводит атмосферный воздух непосредственно в воду. Таким образом, подача кислорода ограничивается концентрацией кислорода в атмосферном воздухе и эффективностью переноса аэратора.
Кислород PSA отделяет кислород от воздуха до того, как газ попадает в водную систему.
| Фактор | Обычная аэрация | Кислородная система PSA |
|---|---|---|
| Газ подан | Атмосферный воздух | Газ, обогащенный кислородом |
| Основное сепарационное оборудование | Никто | Адсорбционные сосуды с молекулярными ситами |
| Подача воздуха | Воздуходувка/аэратор | Воздушный компрессор |
| Контроль кислорода | Воздушный поток и работа аэратора | Поток кислорода, чистота и контроль растворенного кислорода |
| Водное оборудование | Лопастное колесо, воздуходувка или диффузор | Кислородный диффузор, кислородный конус или подобное оборудование |
| Основное обслуживание | Аэратор, двигатель, подшипники, диффузор | Компрессор, фильтры, клапаны, анализатор, молекулярное сито |
| Системная интеграция | Прямое смешивание воздуха и воды | PSA + ресивер + распределение кислорода + оксигенация воды |
Для аквакультуры с высокой плотностью населения кислород PSA может дополнять механическую аэрацию, когда потребность в кислороде превышает то, что может переносить аэрация атмосферного воздуха. Соответствующая конфигурация зависит от биомассы, объема воды, температуры, целевого содержания растворенного кислорода, эффективности переноса кислорода и режима работы.
О НЬЮТЕК
НЬЮТЕКразвивается на местеПСА кислороди системы генерации азота. В кислородном процессе PSA используется адсорбция на молекулярных ситах цеолита, при этом сжатый и очищенный воздух поступает в адсорбционные резервуары, при этом преимущественно адсорбируется азот, а газ, богатый кислородом, выходит из адсорбционного слоя.
В состав системы входят очистка воздуха, адсорбционные емкости, датчики давления, датчики кислорода, автоматическое управление, газопроводы и интерфейсы связи. Опубликованные компанией NEWTEK спецификации кислорода PSA включают производительность от 1 до 300 Нм³/ч, чистоту кислорода 93% ± 3% и давление кислорода на выходе 0,01–0,5 МПа, в зависимости от конфигурации.
Для коммерческой аквакультуры система PSA может быть подключена к ресиверам кислорода, кислородным конусам, диффузорам, датчикам растворенного кислорода и оборудованию для очистки воды. Конечная мощность должна рассчитываться на основе биомассы, температуры воды, целевого содержания кислорода, пиковой потребности в кислороде, эффективности переноса кислорода и планируемого расширения производства, а не только на основе площади пруда.
