養殖水體增氧機理與水底微孔曝氣增氧技術

2015年04月14日

pt电子网络老虎机 www.opzfe.icu 水體溶解氧是好氧水生生物賴以生存的必要條件。水體溶氧多少,對水質、水產養殖業非常重要。有人測算,因缺氧而死亡的魚類占總死亡數的60%,草魚在5.5毫克/升溶氧的水體生長比2.7毫克/升增肉率提高9.88倍,飼料系數降低5.5倍。為了提高養殖水體增氧效果,推廣好增氧技術,促進水產業的發展,本文就微孔水下曝氣增氧的特點和優點、水體增氧的機理及對水質的影響、微孔管器水下曝氣增氧技術進行粗略的研究與介紹,供參考。
    一、微孔管器水下增氧的特點和優點
    為了減少養殖對象的死亡,增加產量,提高效益,人們常常采用生物、化學、物理的方法向水體增氧。近年來,應用優質合成橡膠和配料制成的啟閉式微孔曝氣增氧管器是一種較好的增氧方式。
    這種啟閉式微孔管器與其它幾種常見的增氧機比較,主要特點是能啟閉、孔小、氣泡??;主要優點有以下三條:
    (一)、與葉輪式水面增氧的各種增氧機比較,其主要優點是:微孔管器水下曝氣增氧能使缺氧的水體下層較多的得到氧的補充,能使充入水體的空氣均勻擴散到各個水層,能使底層在缺氧條件下產生的有毒氣體加速向空氣中擴散,能減少噪音對魚類正?;疃母扇?。
    (二)、與氣石等小、中、大曝氣器或曝氣管相比,微孔管器產生的氣泡要小得多。氣泡越小,氣液接觸面越大,在水中滯留的時間越長,增氧的效果越好。
    (三)、與只能開不能閉的陶瓷、鈦板等微孔曝氣管器及穿孔管相比較,其主要優點是防堵性好,水反滲入管器內少,氣體運行阻力小,能提高氧利用率1-3倍,并能節能、省本。二、水體增氧的機理及增氧對水質的影響
    (一) 養殖水體為什么要曝氣增氧
    空氣中氧氣量一般在210ml/L,而淡水中溶解氧的飽和含量僅8~10ml/L,不足空氣氧含量的1/20。海水中溶氧更少。水體特別是池塘則常常缺氧,其主要原因是物理、化學、生物作用產生不同大小的耗氧量,其中逸散于空氣的為1.5%左右,養魚耗損為5~15%,其它生物呼吸和有機分解為80~90%。因缺氧致死的魚類較多,因而需要曝氣增氧。
    (二)為什么水體曝氣能增氧
    按照雙膜理論,在氣——液界面,有兩個膜,一個氣膜和一個液膜,當氣體分子穿過氣相主體和液相主體間的氣膜和液膜時,就產生了傳遞阻力。對于氣體由氣相向液相傳遞時,難溶氣體傳遞時所遇到的阻力主要來自液膜,易溶氣體所遇到的阻力則主要來自氣膜,而中等溶解度的氣體所遇到的阻力則來自氣膜和液膜兩者。(見圖)。

 



    雙膜理論認為,氧的傳遞速率正比于氧在液膜中的濃度梯度。要提高氧轉移速率,可以從兩方 面考慮。
    1、因為氧總轉移系數KLa值與液膜厚度、氣液接觸面積有關,所以可以通過加強液相主體的紊流程度,降低液膜厚度,加速氣液界面的更新,增大氣液接觸面積等措施來提高KLa值。
    2、可以通過提高氣相中的氧分壓,增大液相中的ρs值(氧在液體中的飽和度。kg/m3),提高氧轉移速率。
    (三)為什么要進行水下增氧
    因為養殖水體內表層水中溶氧較多,有時飽和度高達200%以上,底層水中溶氧較少,飽和度約為4080%,如水體中有穩定的溫躍層,底層溶氧會更低,甚至為零。在中層水溶解氧隨水深增加而相應減少,因而中下層水易缺氧,對養殖底層魚類多的水體,進行水下增氧尤為必要。
    (四)為什么提倡微孔管器水下曝氣增氧
    鼓風曝氣擴散管器孔可分成微、小、中、大四種,其氣泡直徑分別為0.1mm 、1.5mm以下、23mm15mm。微孔管器擴出的氣泡比小、中、大小得多,而微氣泡上浮速度低,水越深接觸水體時間越長,汽液面越大,傳遞速率越高;大氣泡則相反。根據氧在水中溶解傳遞速率可擴散理論,氧的傳遞速率與擴散管器產生的氣泡直徑成反比,所以提倡微孔管水下曝氣增氧。
    (五)為什么溶氧動態能影響水質
    氧的電負性為3.5,對電導有較強的親和力,在反應中表現為強氧化劑。在酸、堿溶液中,氧的電對反應如式:
O24H+4e2H2O
O22H2O4e4OH
    標準氧化還原電位分別為+1.23伏與0.41伏,和天然水中其他電對比較,O2濃度較大,電位較高,是水中最強有力的氧化劑,也是生物氧化反應中重要的氧化劑,對變價元素動態影響大,它作為受氫體,使有機物質能進行有氧呼吸,脫氫氧化,釋放出生命必須的能量,這是好氣性生物絕不可少的。
    O2的這些性質、動態對水的化學及生物學性質有重要影響。
    1、決定水質及底質氧化還原條件
    溶氧含量高時,則水質底質呈氧化狀態,氧化還原電位高,變價元素多以高價態存在;如天然水中常見的氧化態物質:O2、So4-2、No3-、PO43-以及Fe3+、Mn4+、Cu2+、Zn2+等金屬離子;溶氧低時,則相反。天然水中常見處于還原狀態的無機物質:CL—、Br-、F-、N2、NH3、 No2-、H2S、CH4等。如水中嚴重缺氧時,有機分解的最終還原物為:NH3、H2S、CH4等。有些元素常以多種形態在水中同時存在,如氮元素常有四種存在形式:NO3-、NO2-、N2、NH3。在未受污染溶氧豐富的水中,氮元素則主要以高價的No3-存在。所以,在溶氧從高變低時,水質、底質也從氧化狀態變為還原狀態,變價元素發生氧化還原反應。
    對破壞大的有機分子,電子槽的沖擊基團從分子構架中吸取,有機物被氧化分裂成較小的碎片,沖擊基團被還原。氧是最普通、最強的電子槽。
    2、水體氧化分解狀況對產生有益和有害物質的影響
    在氧氣豐富的水體中,有機物氧化則較完全,最終產物為CO2、H2O、NO3-、SO42-等無毒物質;反之,在缺氧條件下,有機物氧化則不完全,會有有機酸及胺類等有毒有害物質產生。
    3、對好氣嫌氣性微生物活動的影響
    溶氧多時,生物有足夠O2作為受氫體,則進行有氧呼吸。好氣生物可以順利活動,它們對有機物的氧化分解較迅速徹底,最終產物對生物無害。相反,若水中溶氧不足,生物只好用一些無機物(NO3-、SO42-、CO32-等)或有機物代替O2作為受氫體,進行無氧呼吸。這時只有嫌氣性或兼性嫌氣性微生物才能正?;疃?。它們分解有機物速率較慢,能量效率較低,產物多為還原態(如H2S、NH4、CH4等)對魚類及其餌料生物有毒害作用或不良影響。
    三、微孔管水下曝氣增氧技術
    (一)、根據水體溶氧分布變化的規律增氧,
    怎么樣使微孔管器增氧的效果更好,首先要了解水體溶氧分布變化的規律,并按照規律來增氧。
    甲、溶氧分布變化的規律
    1、溶解氧的日變化與日較差
    (1)上層水溶氧量晝夜變化大
    溶氧日出之前出現極小值,日落之前出現極大值,也就是說,從日出到日落溶氧逐漸增高至最大值。而日落后的整個黑夜,溶氧則從最大值不斷降低,到早晨日出前又達到最小值,如此循環不已,變化不息。
    溶氧最大值和最小值出現的具體時間與光照、溫度有關。寒季,溶氧最大值?;崽崆?SPAN style="font-family: times new roman;">24小時出現,最小值則往往會推遲12小時出現。
    (2)溶氧日較差
    溶氧日變化的最大值與最小值之差稱為晝夜變化幅度,簡稱日較差。日較差的大小,主要與水體的生產性能有關。一般規律為:A.其它條件相同或相近時,水體越肥,水中浮游植物密度越大,溶氧日較差就越大;B.生物與肥料條件相同或相似時,水溫高,光照強度大,光合作用大,溶氧與日較差值也大。一年之中,以夏季的日較差最大,最高溶氧可達飽和度的120%以上,最低溶氧在飽和度20%以下,嚴重時引起魚、貝類大量死亡。
    (3)底層水溶氧日變化
    底層水是陽光不足,透明度較小的水體,其光合作用白天也不能正常進行,溶氧主要靠水團運動,分子擴散,從表層向底層增補溶氧,底層溶氧量比表層少得多,而耗氧作用則日夜照樣進行,強度變化不大。飽和度較低,溶氧量變化同前。
    2、溶氧的垂直分布
    以池塘為例來分析一下:
    (1)中、下午
    中、下午溶氧垂直分布情況:表層水溶氧多,飽和度高達200%以上,底層水溶氧少,飽和度多為4080%,有時更低。在中層水中,溶氧隨深度增大急劇減少,形成一個躍變層。常常是中午12時溶氧最大值不出現在表水層,而出現在次表水層。這是因為:表層氧要逸散出部分氧到空氣中;最表層光過強,會抑制浮游植物的光合作用,產O2減少,此時次表層水光強合適,產O2就多,所以,溶氧最大值出現在該水層;同時,表層水吸收太陽光能,水溫上升,比熱大,導熱小,因此在表、底層之間出現躍溫層。如無外力打破這種分層狀態,表層O2就難以流至底層,靠向下自然擴散,則太慢、太少,加之表層水沉落下來的浮游生物殘骸、有機碎屑等進入并大量滯留躍溫層,細菌大量繁殖,分解有機物,耗O2量大,則溶氧進入中下層的量就更少,速度更慢。
    (2)水層差
    溶氧垂直分布極大值與極小值之差稱為水層差,其值大小決定于水體生產性能與分層流轉情況,在夏季水體初級生產力越高,水層差就越大,底層水往往缺氧,水的垂直對流則使水層差減少以至消除。
    (3)天黑以后的溶氧變化
    夜里,特別是下半夜,由于表層水溶氧濃度不斷下降,密度增大,表、底層水密度差消失,甚至上重下輕,發生垂直對流或在風力吹動下,循環流轉,混合均勻,使溶氧垂直分布均化。水體過深或地形復雜,即使有風,底層水也常為缺O2狀態。
    3、溶氧水平分布
    池塘中溶氧水平分布,主要取決于風向風力。
    無風時,垂直分布不均一,水平分布則大體均勻;有風時,由于風力作用,下風處的浮游生物密度比上風處大,同時風力引起的波浪也是下風處大,因此白天下風處浮游植物光合作用產生的氧和從空氣中溶入的氧都比上風處高,上、下水層都是這樣。如果底層水中溶氧極少,那么,在上風沿岸水中的魚、貝類,就有缺氧死亡的危險。
    清晨溶氧的水平變化恰恰與中午相反,是上風處溶氧高于下風處。這是由于下風處浮游生物和有機物比上風處多,因此夜間下風處耗氧比上風處高。所以清晨魚浮頭時,一般總是趨向上風面。大水面網箱養魚,當水流通不好時,箱內因放養魚密度過大,盡管箱外水中溶氧很多,但箱內溶氧含量仍會很低,魚會因缺氧窒息,而大批死亡。
     4、深氧季節變化
    池水溶氧的季節變化,夏、秋季溶氧高低的差別比較大,白天池塘上層溶氧往往超過飽和度,而下層溶氧很低,上、下水層氧差很大;夜間特別黎明前池塘溶氧很低,故容易發生魚類浮頭現象。在水溫較低的季節,由于池中浮游植物少,光照強度低,不會常出現溶氧的過飽和現象,氧量高低差也較小。
    乙、根據溶氧分布變化的規律增氧
    1、要科學確定開機增氧的時間和時段,如水體上層溶氧在日出之前出現極小值,應在此之前12小時開機增氧至早上日出后;日落之前溶氧出現極大值,晴天下午就可停止增氧;
    2、根據天氣情況增氧,晴天中午、陰天清晨、連綿陰雨半夜都要增氧,傍晚不增;天氣悶熱開機時間長,天氣涼爽開機時間要短;
    3、視溶氧分布狀況增氧,如無風時,注意在水體下層增氧;白天有風陽光普照時,注意在上風處增氧,清晨則相反,應在下風處增氧,等等。
    4、視魚類活動情況增氧,如魚浮頭,蝦、蟹上草上岸,經測定,溶氧過低,應及時開機增氧;經常保持魚塘溶氧在5毫克/升以上。
    (二)微孔管器水下曝氣增氧技術
     目前增氧的方法較多,能節能、省本,效果較佳的是優質合成橡膠自沉式微孔曝氣增氧管水下曝氣增氧。

煙臺順應和機械獨家技術采用純橡膠和長效抗菌劑為原料,利用浮力學原理和比重關系,將曝氣管比重和浮力學原理科學結合,使得自沉管不需要任何固定安裝直接投入水里即可沉底,但又不會貼近淤泥,曝氣增氧時會自動離開泥底十公分左右,采用分段式曝氣,每畝水面多達十幾到幾個曝氣點,使得曝氣分布更均勻,溶氧更高水體對流更順暢,由于大量減少連接軟管的使用,大幅降低了設備投入成本安裝成本,安裝更為簡單方便,如果配合水面機械增氧機形成立體式增氧效果更加增強,是高密度精養高產的最佳增氧方案,產品為橡膠原料使用壽命長,自沉式沒有任何固定物體安裝收起簡單方便,對于平時水面作業和拉網捕撈時沒有任何影響,此項技術和產品的應用無疑是微孔增氧產業技術的升華,通過實際應用得到廣大養殖戶的充分認可,產品上市以來供不應求。

來源:煙臺順應和機械設備科技有限公司