Komercinei akvakultūrai reikalingas nuolatinis deguonies perdavimas, nes žuvys ir krevetės sunaudoja ištirpusį deguonį, o biologinis filtravimas, organinis skaidymas ir kiti procesai taip pat sunaudoja deguonį. Deguonies poreikis kinta priklausomai nuo biomasės, gyvulių tankumo, vandens temperatūros, maitinimosi aktyvumo ir nakties sąlygų. APSA deguonies sistemapatenkina šį reikalavimą atskiriant deguonį nuo suspausto oro ir tiekiant deguonimi praturtintas dujas į tvenkinius, rezervuarus, deguonies kūgius arba recirkuliacines akvakultūros sistemas.
PSA deguoniskartoje naudojami adsorbcijos indai, užpildyti molekuliniu sietu. Kompresorius tiekia filtruotą ir išdžiovintą orą į adsorbcijos sluoksnius, kur molekulinis sietas pirmiausia adsorbuoja azotą. Deguonies turtingos dujos patenka į deguonies imtuvą ir tada patenka į vandens pusės deguonies sistemą. Adsorbcijos sluoksniai keičia slėgį ir regeneruoja, kad būtų palaikoma dujų gamyba.
Deguonies generavimas vietoje pakeičia tiekimo struktūrą
Komercinis ūkis, kuriame naudojami deguonies balionai arba skystas deguonis, priklauso nuo išorinės tiekimo grandinės: dujų gamybos, transportavimo, sandėliavimo ir pristatymo į ūkį. PSA įrenginys perkelia deguonies gamybos procesą į ūkį.
Pagrindinis procesas yra toks:
Aplinkos oras → kompresorius → oro apdorojimas → PSA adsorbcija → deguonies imtuvas → deguonies paskirstymas → vandens prisotinimas deguonimi
Todėl sistemai reikia daugiau nei adsorbcijos įrenginio. Kompresorius turi užtikrinti reikiamą tiekiamo oro srautą, filtrai ir džiovyklės turi pašalinti teršalus ir drėgmę, o deguonies imtuvas turi buferuoti dujas, kol jos pasiekia skirstomąjį tinklą.
Ūkiams, dirbantiems atokiose vietovėse ar reikalaujantiems nuolatinio deguonies tiekimo, į pirkimo apskaičiavimą turėtų būti įtrauktas elektros suvartojimas, priežiūra, atsarginės dalys ir iš išorės tiekiamo deguonies transportavimo išlaidos.
Didesnė deguonies koncentracija sumažina deguonies perdavimui reikalingą dujų tūrį
Atmosferos ore yra apie 21% deguonies. Įprasta aeravimo įranga turi pernešti didelį oro kiekį per vandenį, kad būtų perduotas reikiamas deguonies kiekis.
PSA generatorius atskiria azotą nuo suspausto oro ir gamina deguonimi praturtintas dujas. NEWTEK paskelbtose akvakultūros konfigūracijose deguonies grynumas yra nuo maždaug 90% iki 99,5%, priklausomai nuo konfigūracijos, naudojant standartąPSA deguonissistemose paprastai nurodoma apie 93 % ± 3 %.
Didesnė deguonies koncentracija keičia vandens perdavimo procesą. Užuot perdavęs deguonį iš didelio atmosferos oro kiekio, difuzorius arba deguonies kūgis gauna dujų srautą su didesne deguonies koncentracija.
Faktinis perkėlimas priklauso nuo:
- Dujų srauto greitis
- Vandens gylis
- Burbulo skersmuo
- Vandens temperatūra
- Susisiekimo laikas
- Darbinis slėgis
- Difuzoriaus arba deguonies kūgio struktūra
Todėl PSA išeiga turėtų būti vertinama kartu su deguonies pernešimo įranga, o ne kaip atskira dujų specifikacija.
PSA deguonis gali tiekti didelio tankio akvakultūros sistemas
Didėjant gyvulių tankumui, deguonies poreikis vandens tūrio vienetui taip pat tampa kritiniu projektavimo parametru. Žuvys ir krevetės nuolat vartoja deguonį, o deguonies prieinamumas gali greitai mažėti, kai aeracijos pajėgumas neatitinka biologinio poreikio.
PSA sistema gali tiekti deguonį į:
- Intensyvūs žuvų tvenkiniai
- Krevečių tvenkiniai
- Peryklos rezervuarai
- Recirkuliacinės akvakultūros sistemos
- Vidaus kultūros rezervuarai
- Gyvų žuvų laikymo rezervuarai
Pavyzdžiui, RAS įrenginyje vanduo praeina per mechaninį filtravimą ir biologinį apdorojimą prieš grįžtant atgal į kultūros baką. Deguonis gali būti įpurškiamas pasroviui per deguonies kūgį arba difuzorių, kol išvalytas vanduo grįžta į žuvų rezervuarus.
Taigi deguonies generatorius tampa vandens valymo ciklo dalimi:
Kultūros bakas → filtravimas → biologinis apdorojimas → prisotinimas deguonimi → kultūros bakas
Deguonies gamyba gali būti suderinta su faktine ūkio paklausa
PSA pajėgumas turėtų būti apskaičiuojamas pagal deguonies poreikį, o ne vien tvenkinio plotą.
Pagrindiniai įėjimai apima:
| Dizaino parametras | Inžinerinė funkcija |
|---|---|
| Biomasė | Nustato biologinį deguonies suvartojimą |
| Gyvūnų tankumas | Nustato deguonies poreikį vandens tūrio vienetui |
| Vandens temperatūra | Keičia deguonies tirpumą ir medžiagų apykaitos poreikį |
| Tikslas DO | Apibrėžia reikiamą ištirpusio deguonies būklę |
| Didžiausia paklausa | Nustato didžiausią generatoriaus galią |
| Deguonies perdavimo efektyvumas | Nustato, kiek susidariusio deguonies patenka į vandenį |
| Darbo valandos | Nustato paros deguonies gamybą |
| Ateities biomasė | Nustato išplėtimo reikalavimus |
Pavyzdžiui, jei ūkyje reikia 30 Nm³/h deguonies patekimo į vandenį, bet deguonies pernešimo sistema perneša tik 75 % tiekiamo deguonies, generatorius turi tiekti daugiau nei 30 Nm³/h.
Supaprastintas dizaino ryšys yra:
Reikalingas deguonies gamybos=reikalingas deguonies perdavimo ÷ perdavimo efektyvumas
Skaičiuojant reikia naudoti išmatuotą arba tiekėjo nurodytą perdavimo efektyvumą, o ne daryti prielaidą, kad visas iš PSA generatoriaus išeinantis deguonis patenka į vandenį.
Ištirpusio deguonies jutikliai gali valdyti deguonies tiekimą
PSA deguonisgamyba tampa naudingesnė, kai ji prijungiama prie ištirpusio deguonies stebėjimo.
Ištirpusio deguonies jutiklis matuoja faktinį DO lygį kultūriniame vandenyje. Signalas gali patekti į PLC, kuris valdo deguonies vožtuvą, deguonies srautą arba papildomą PSA pajėgumą pagal iš anksto nustatytas veikimo ribas.
Valdymo kilpa gali būti struktūrizuota taip:
DO jutiklis → PLC → deguonies srauto valdymas → difuzorius/deguonies kūgis → kultūrinis vanduo
Kai DO sumažėja žemiau sukonfigūruoto diapazono, valdymo sistema gali padidinti deguonies tiekimą. Kai DO grįžta į reikiamą diapazoną, sistema gali sumažinti deguonies srautą.
NEWTEK PSA sistemos apima deguonies jutiklius, slėgio jutiklius, automatinį valdymą ir pramoninio ryšio sąsajas, tokias kaip Modbus, Profibus ir Ethernet.
Šis išdėstymas leidžia deguonies sistemai reaguoti į išmatuojamas vandens sąlygas, o ne naudoti generatorių maksimalia galia per visą gamybos ciklą.
Deguonies buferio saugykla atskiria gamybą nuo paklausos svyravimų
PSA adsorbcijos ciklas ir ūkio deguonies poreikis nebūtinai kinta vienodai. Buferinis bakas gali atskirti šias dvi darbo sąlygas.
PSA generatorius užpildo deguonies imtuvą, o pasroviui esanti deguonies tiekimo sistema siurbia dujas pagal vandens poreikį. Todėl imtuvas sugeria trumpalaikius deguonies gamybos ir suvartojimo skirtumus.
Reikalingas bako tūris priklauso nuo:
- PSA deguonies gamyba
- Deguonies poreikis
- Darbinis slėgis
- Didžiausias srautas
- Slėgio diapazonas
- Privalomas rezervo laikas
Per mažo dydžio imtuvas gali sukelti greitus slėgio pokyčius, kai vienu metu kelioms kultūros talpykloms reikia deguonies. Negabaritinis imtuvas padidina įrangos apimtį ir kapitalo sąnaudas nepadidindamas deguonies gamybos pajėgumų.
PSA deguonis gali veikti kartu su mechanine aeracija
PSA deguonis nebūtinai pakeičia mechaninius aeratorius.
Mechaniniai aeratoriai judina vandenį ir atmosferos orą, o PSA įranga tiekia deguonimi praturtintas dujas. Abi sistemos gali atlikti skirtingas funkcijas tame pačiame tvenkinyje ar rezervuare.
Kombinuotame susitarime gali būti naudojami:
Mechaninis aeratorius → vandens cirkuliacija
PSA deguonis → koncentruotas deguonies tiekimas
DO jutiklis → valdymo signalas
Ši konfigūracija leidžia mechaninei įrangai palaikyti vandens judėjimą, o PSA sistema tiekia papildomą deguonį, kai biologinis poreikis viršija įprastos aeracijos deguonies kiekį.
Tinkamas išdėstymas priklauso nuo tvenkinio gylio, vandens cirkuliacijos modelio, biomasės, difuzoriaus vietos ir reikalingo DO.
PSA deguonis palaiko RAS deguonies tiekimą
RAS įrenginiai nuolat cirkuliuoja vandenį per filtravimą ir biologinį valymą. Nitrifikuojančios bakterijos biofiltruose sunaudoja deguonį, o virsdamos amoniaku ir nitritu, todėl deguonies poreikis egzistuoja už pačių žuvų rezervuarų.
Įprastas RAS prisotinimo deguonimi procesas gali apimti:
- Kultūrinis vanduo palieka rezervuarą.
- Mechaninis filtravimas pašalina suspenduotas kietąsias medžiagas.
- Biofiltracija paverčia azoto junginius.
- Deguonis įpurškiamas per difuzorių arba deguonies kūgį.
- Vanduo, prisotintas deguonimi, grįžta į kultūros talpyklas.
Todėl PSA generatorius turi tiekti pakankamai deguonies tiek biologiniam, tiek vandens deguonies suvartojimui.
Deguonies įpurškimo taškas turi būti parenkamas pagal vandens slėgį, srautą, sąlyčio laiką ir deguonies perdavimo įrangą. Paprasčiausias PSA dujų išeigos padidinimas negarantuoja proporcingo ištirpusio deguonies padidėjimo, jei vandens pusės perdavimo įtaisas pasiekia perdavimo ribą.
Automatinis stebėjimas gali nustatyti deguonies sistemos gedimus
Komercinė akvakultūros deguonies sistema turėtų stebėti ir dujų, ir vandens pusės sąlygas.
| Parametras | Ką tai rodo |
|---|---|
| Ištirpęs deguonis | Faktinė deguonies būklė kultūriniame vandenyje |
| Deguonies grynumas | PSA atskyrimo sąlyga |
| Deguonies srautas | Dujų tiekimas į vandenį |
| PSA slėgis | Adsorbcijos sistemos veikimo būklė |
| Kompresoriaus slėgis | Tiekiamo oro prieinamumas |
| Vandens temperatūra | Deguonies tirpumo ir biologinio poreikio pokyčiai |
| Signalizacijos būsena | Įrangos arba jutiklio anomalija |
Pavyzdžiui, mažėjantis deguonies grynumas gali reikšti molekulinio sieto užteršimą, vožtuvų perjungimo problemas, per didelę paklausą arba tiekiamo oro problemas. Mažėjantis deguonies slėgis gali rodyti kompresoriaus galios apribojimus, filtro užsikimšimą, vožtuvo problemas arba per didelį srautą pasroviui.
Valdymo sistema turėtų naudoti šiuos signalus pavojaus signalams generuoti ir neįprastai įrangai izoliuoti, o ne pasikliauti tik rankiniu patikrinimu.
PSA deguonis ir įprastinė aeracija: struktūrinis skirtumas
Įprasta aeracija atmosferos orą patenka tiesiai į vandenį. Todėl deguonies tiekimą riboja deguonies koncentracija atmosferos ore ir aeratoriaus perdavimo efektyvumas.
PSA deguonis atskiria deguonį nuo oro, kol dujos patenka į vandens sistemą.
| veiksnys | Įprasta aeracija | PSA deguonies sistema |
|---|---|---|
| Dujos tiekiamos | Atmosferos oras | Deguonimi praturtintos dujos |
| Pagrindinė atskyrimo įranga | Nėra | Molekulinio sieto adsorbcijos indai |
| Oro padavimas | Pūstuvas/aeratorius | Oro kompresorius |
| Deguonies kontrolė | Oro srauto ir aeratoriaus veikimas | Deguonies srautas, grynumas ir DO kontrolė |
| Vandens pusės įranga | Irklas, pūstuvas arba difuzorius | Deguonies difuzorius, deguonies kūgis ar panaši įranga |
| Pagrindinė priežiūra | Aeratorius, variklis, guoliai, difuzorius | Kompresorius, filtrai, vožtuvai, analizatorius, molekulinis sietas |
| Sistemos integravimas | Tiesioginis oro-vandens maišymas | PSA + imtuvas + deguonies paskirstymas + vandens prisotinimas deguonimi |
Didelio tankio akvakultūroje PSA deguonis gali papildyti mechaninę aeraciją, kai deguonies poreikis viršija tai, ką gali perduoti atmosferos ir oro aeracija. Tinkama konfigūracija priklauso nuo biomasės, vandens tūrio, temperatūros, DO tikslo, deguonies perdavimo efektyvumo ir veikimo grafiko.
Apie NEWTEK
NEWTEKvystosi vietojePSA deguonisir azoto generavimo sistemos. Jo PSA deguonies procese naudojama ceolito molekulinio sieto adsorbcija, kai suslėgtas ir išgrynintas oras patenka į adsorbcijos indus, pirmiausia adsorbuojamas azotas, o iš adsorbcijos sluoksnio išeina deguonies turtingos dujos.
Sistemos konfigūracija apima oro valymą, adsorbcijos indus, slėgio jutiklius, deguonies jutiklius, automatinį valdymą, dujų vamzdynus ir ryšio sąsajas. NEWTEK paskelbtos PSA deguonies specifikacijos apima 1–300 Nm³/h gamybos pajėgumus, 93 % ± 3 % deguonies grynumą ir 0,01–0,5 MPa deguonies išėjimo slėgį, priklausomai nuo konfigūracijos.
Komercinėje akvakultūroje PSA sistema gali būti prijungta prie deguonies imtuvų, deguonies kūgių, difuzorių, ištirpusio deguonies jutiklių ir vandens valymo įrangos. Galutinis pajėgumas turėtų būti apskaičiuojamas pagal biomasę, vandens temperatūrą, tikslinį DO, didžiausią deguonies poreikį, deguonies perdavimo efektyvumą ir planuojamą gamybos išplėtimą, o ne tik pagal tvenkinio plotą.
