Komerciālajai akvakultūrai nepieciešama nepārtraukta skābekļa pārnešana, jo zivis un garneles patērē izšķīdušo skābekli, savukārt bioloģiskā filtrēšana, organiskā sadalīšanās un citi procesi patērē arī skābekli. Skābekļa pieprasījums mainās atkarībā no biomasas, ganāmpulka blīvuma, ūdens temperatūras, barošanās aktivitātes un nakts apstākļiem. APSA skābekļa sistēmaapmierina šo prasību, atdalot skābekli no saspiestā gaisa un piegādājot ar skābekli bagātinātu gāzi dīķiem, tvertnēm, skābekļa konusiem vai recirkulācijas akvakultūras sistēmām.
PSA skābeklispaaudze izmanto adsorbcijas traukus, kas piepildīti ar molekulāro sietu. Kompresors piegādā filtrētu un žāvētu gaisu adsorbcijas gultām, kur molekulārais siets galvenokārt adsorbē slāpekli. Ar skābekli bagāta gāze nonāk skābekļa uztvērējā un pēc tam nonāk ūdens puses skābekļa sistēmā. Adsorbcijas slāņos pārmaiņus tiek radīts spiediens un reģenerācija, lai uzturētu gāzes ražošanu.
Skābekļa ražošana uz vietas maina piegādes struktūru
Komerciāla saimniecība, kurā izmanto skābekļa balonus vai šķidro skābekli, ir atkarīga no ārējās piegādes ķēdes: gāzes ražošanas, transportēšanas, uzglabāšanas un piegādes fermai. PSA iekārta pārvieto skābekļa ražošanas procesu uz fermu.
Pamatprocess ir:
Apkārtējais gaiss → kompresors → gaisa apstrāde → PSA adsorbcija → skābekļa uztvērējs → skābekļa sadale → ūdens oksigenācija
Tāpēc sistēmai ir nepieciešams vairāk nekā tikai adsorbcijas vienība. Kompresoram jānodrošina nepieciešamā padeves gaisa plūsma, filtriem un žāvētājiem ir jānoņem piesārņotāji un mitrums, un skābekļa uztvērējam ir jābuferē gāze, pirms tā nonāk sadales tīklā.
Saimniecībām, kas darbojas attālos apgabalos vai kurām nepieciešama nepārtraukta skābekļa padeve, iepirkuma aprēķinā jāiekļauj elektroenerģijas patēriņš, apkope, rezerves daļas un ārēji piegādātā skābekļa transportēšanas izmaksas.
Augstāka skābekļa koncentrācija samazina skābekļa pārnešanai nepieciešamo gāzes daudzumu
Atmosfēras gaiss satur aptuveni 21% skābekļa. Parastajām aerācijas iekārtām caur ūdeni jāpārvieto liels gaisa daudzums, lai pārnestu nepieciešamo skābekļa daudzumu.
PSA ģenerators atdala slāpekli no saspiestā gaisa un ražo ar skābekli bagātinātu gāzi. NEWTEK publicētās akvakultūras konfigurācijas ietver skābekļa tīrības diapazonu no aptuveni 90% līdz 99,5% atkarībā no konfigurācijas ar standartuPSA skābeklissistēmas parasti nosaka aptuveni 93% ± 3%.
Augstāka skābekļa koncentrācija maina pārnešanas procesu no ūdens puses. Tā vietā, lai pārnestu skābekli no liela daudzuma atmosfēras gaisa, difuzors vai skābekļa konuss saņem gāzes plūsmu ar augstāku skābekļa koncentrāciju.
Faktiskā pārsūtīšana ir atkarīga no:
- Gāzes plūsmas ātrums
- Ūdens dziļums
- Burbuļa diametrs
- Ūdens temperatūra
- Saziņas laiks
- Darba spiediens
- Difuzors vai skābekļa konusa struktūra
Tāpēc PSA izvade ir jānovērtē kopā ar skābekļa pārvades aprīkojumu, nevis kā izolētu gāzes specifikāciju.
PSA skābeklis var nodrošināt augsta blīvuma akvakultūras sistēmas
Palielinoties ganāmpulka blīvumam, skābekļa nepieciešamība uz ūdens tilpuma vienību arī kļūst par kritisku dizaina parametru. Zivis un garneles nepārtraukti patērē skābekli, savukārt skābekļa pieejamība var strauji samazināties, ja aerācijas jauda neatbilst bioloģiskajam pieprasījumam.
PSA sistēma var ievadīt skābekli:
- Intensīvi zivju dīķi
- Garneļu dīķi
- Inkubatoru tvertnes
- Recirkulācijas akvakultūras sistēmas
- Iekštelpu kultūras tvertnes
- Tvertnes dzīvu zivju turēšanai
Piemēram, RAS iekārtā ūdens pirms atgriešanās kultivēšanas tvertnē iziet cauri mehāniskai filtrēšanai un bioloģiskai apstrādei. Skābekli var ievadīt lejup pa straumi caur skābekļa konusu vai difuzoru, pirms apstrādātais ūdens atgriežas zivju tvertnēs.
Tādējādi skābekļa ģenerators kļūst par daļu no ūdens attīrīšanas cilpas:
Kultūras tvertne → filtrēšana → bioloģiskā attīrīšana → skābekļa padeve → kultūras tvertne
Skābekļa ražošanu var pielāgot faktiskajam saimniecības pieprasījumam
PSA jauda jāaprēķina, ņemot vērā skābekļa patēriņu, nevis tikai dīķa platību.
Galvenās ievades ietver:
| Dizaina parametrs | Inženiertehniskā funkcija |
|---|---|
| Biomasa | Nosaka bioloģiskā skābekļa patēriņu |
| Ganāmpulka blīvums | Nosaka skābekļa patēriņu uz ūdens tilpuma vienību |
| Ūdens temperatūra | Maina skābekļa šķīdību un vielmaiņas pieprasījumu |
| Mērķis DO | Nosaka nepieciešamo izšķīdušā skābekļa stāvokli |
| Maksimālais pieprasījums | Nosaka maksimālo ģeneratora jaudu |
| Skābekļa pārneses efektivitāte | Nosaka, cik daudz radītā skābekļa nonāk ūdenī |
| Darba laiks | Nosaka ikdienas skābekļa ražošanu |
| Nākotnes biomasa | Nosaka paplašināšanas prasības |
Piemēram, ja fermai ir nepieciešami 30 Nm³/h skābekļa, kas nonāk ūdenī, bet skābekļa pārvades sistēma pārnes tikai 75% no piegādātā skābekļa, ģeneratoram ir jānodrošina vairāk nekā 30 Nm³/h.
Vienkāršota dizaina attiecība ir:
Nepieciešamā skābekļa ražošana=nepieciešamā skābekļa pārnešana ÷ pārneses efektivitāte
Aprēķinos jāizmanto izmērīta vai piegādātāja noteikta pārsūtīšanas veiktspēja, nevis jāpieņem, ka viss skābeklis, kas iziet no PSA ģeneratora, nonāk ūdenī.
Izšķīdušā skābekļa sensori var kontrolēt skābekļa padevi
PSA skābeklisražošana kļūst noderīgāka, ja to savieno ar izšķīdušā skābekļa monitoringu.
Izšķīdušā skābekļa sensors mēra faktisko DO līmeni kultūras ūdenī. Signāls var nonākt PLC, kas kontrolē skābekļa vārstu, skābekļa plūsmas ātrumu vai papildu PSA jaudu saskaņā ar iepriekš noteiktiem darbības ierobežojumiem.
Vadības cilpu var strukturēt šādi:
DO sensors → PLC → skābekļa plūsmas kontrole → difuzors/skābekļa konuss → kultūras ūdens
Kad DO samazinās zem konfigurētā diapazona, vadības sistēma var palielināt skābekļa piegādi. Kad DO atgriežas vajadzīgajā diapazonā, sistēma var samazināt skābekļa plūsmu.
NEWTEK PSA sistēmās ietilpst skābekļa sensori, spiediena sensori, automātiskā vadība un rūpnieciskās komunikācijas saskarnes, piemēram, Modbus, Profibus un Ethernet.
Šis izkārtojums ļauj skābekļa sistēmai reaģēt uz izmērāmiem ūdens apstākļiem, nevis darbināt ģeneratoru ar maksimālo jaudu visā ražošanas ciklā.
Skābekļa bufera krātuve atdala ģenerāciju no pieprasījuma svārstībām
PSA adsorbcijas cikls un saimniecības skābekļa patēriņš ne vienmēr mainās vienādi. Bufera tvertne var atdalīt šos divus darbības apstākļus.
PSA ģenerators piepilda skābekļa uztvērēju, bet pakārtotā skābekļa padeves sistēma ņem gāzi atbilstoši ūdens pieprasījumam. Tāpēc uztvērējs absorbē īstermiņa atšķirības starp skābekļa ražošanu un patēriņu.
Nepieciešamais tvertnes tilpums ir atkarīgs no:
- PSA skābekļa ražošana
- Skābekļa pieprasījums
- Darba spiediens
- Maksimālā plūsma
- Spiediena diapazons
- Nepieciešamais rezerves laiks
Nepietiekama izmēra uztvērējs var izraisīt straujas spiediena izmaiņas, ja vairākas kultūras tvertnes vienlaikus prasa skābekli. Liela izmēra uztvērējs palielina aprīkojuma apjomu un kapitāla izmaksas, nepalielinot skābekļa ražošanas jaudu.
PSA skābeklis var darboties kopā ar mehānisko aerāciju
PSA skābeklis ne vienmēr aizstāj mehāniskos aeratorus.
Mehāniskie aeratori pārvieto ūdeni un atmosfēras gaisu, savukārt PSA iekārtas piegādā ar skābekli bagātinātu gāzi. Abas sistēmas vienā dīķī vai tvertnē var veikt dažādas funkcijas.
Kombinētajā izkārtojumā var izmantot:
Mehāniskais aerators → ūdens cirkulācija
PSA skābeklis → koncentrēta skābekļa padeve
DO sensors → vadības signāls
Šī konfigurācija ļauj mehāniskajām iekārtām uzturēt ūdens kustību, kamēr PSA sistēma piegādā papildu skābekli, ja bioloģiskais pieprasījums pārsniedz skābekļa devu no normālas aerācijas.
Atbilstošais izvietojums ir atkarīgs no dīķa dziļuma, ūdens cirkulācijas modeļa, biomasas, difuzora atrašanās vietas un nepieciešamās DO.
PSA skābeklis atbalsta RAS skābekli
RAS iekārtas nepārtraukti cirkulē ūdeni, filtrējot un bioloģiski attīrot. Nitrificējošās baktērijas biofiltros patērē skābekli, vienlaikus pārveidojot amonjaku un nitrītu, tāpēc skābekļa pieprasījums pastāv ārpus pašām zivju tvertnēm.
Tipisks RAS oksigenācijas process var ietvert:
- Kultūras ūdens atstāj tvertni.
- Mehāniskā filtrēšana noņem suspendētās daļiņas.
- Biofiltrācija pārvērš slāpekļa savienojumus.
- Skābeklis tiek ievadīts caur difuzoru vai skābekļa konusu.
- Ar skābekli bagātināts ūdens atgriežas kultūras tvertnēs.
Tāpēc PSA ģeneratoram ir jānodrošina pietiekami daudz skābekļa gan bioloģiskajam, gan ūdens skābekļa patēriņam.
Skābekļa iesmidzināšanas punkts jāizvēlas atbilstoši ūdens spiedienam, plūsmas ātrumam, kontakta laikam un skābekļa pārvades aprīkojumam. Vienkārša PSA gāzes izlaides palielināšana negarantē proporcionālu izšķīdušā skābekļa pieaugumu, ja ūdens puses pārvades ierīce ir sasniegusi savu pārneses robežu.
Automātiskā uzraudzība var identificēt skābekļa sistēmas kļūmes
Komerciālai akvakultūras skābekļa sistēmai jāuzrauga gan gāzes, gan ūdens puses apstākļi.
| Parametrs | Ko Tas norāda |
|---|---|
| Izšķīdināts skābeklis | Faktiskais skābekļa stāvoklis kultūras ūdenī |
| Skābekļa tīrība | PSA atdalīšanas nosacījums |
| Skābekļa plūsma | Gāzes piegāde ūdenī |
| PSA spiediens | Adsorbcijas sistēmas darbības stāvoklis |
| Kompresora spiediens | Padeves gaisa pieejamība |
| Ūdens temperatūra | Skābekļa šķīdības un bioloģiskā pieprasījuma izmaiņas |
| Trauksmes statuss | Iekārtas vai sensora anomālija |
Piemēram, skābekļa tīrības samazināšanās var norādīt uz molekulārā sieta piesārņojumu, vārstu pārslēgšanas problēmām, pārmērīgu pieprasījumu vai padeves gaisa problēmām. Krītošs skābekļa spiediens var norādīt uz kompresora jaudas ierobežojumiem, filtra bloķēšanu, vārstu problēmām vai pārmērīgu pakārtoto plūsmu.
Vadības sistēmai vajadzētu izmantot šos signālus, lai radītu trauksmes signālus un izolētu neparastu aprīkojumu, nevis paļauties tikai uz manuālu pārbaudi.
PSA skābeklis un parastā aerācija: strukturālās atšķirības
Parastā aerācija atmosfēras gaisu ievada tieši ūdenī. Tāpēc skābekļa padevi ierobežo skābekļa koncentrācija atmosfēras gaisā un aeratora pārneses efektivitāte.
PSA skābeklis atdala skābekli no gaisa, pirms gāze nonāk ūdens pusē.
| Faktors | Parastā aerācija | PSA skābekļa sistēma |
|---|---|---|
| Gāze piegādāta | Atmosfēras gaiss | Ar skābekli bagātināta gāze |
| Galvenās atdalīšanas iekārtas | Nav | Molekulārā sieta adsorbcijas trauki |
| Gaisa padeve | Pūtējs/aerators | Gaisa kompresors |
| Skābekļa kontrole | Gaisa plūsmas un aeratora darbība | Skābekļa plūsma, tīrība un DO kontrole |
| Ūdens puses aprīkojums | Lentritenis, pūtējs vai difuzors | Skābekļa difuzors, skābekļa konuss vai līdzīga iekārta |
| Galvenā apkope | Aerators, motors, gultņi, difuzors | Kompresors, filtri, vārsti, analizators, molekulārais siets |
| Sistēmas integrācija | Tieša gaisa-ūdens sajaukšana | PSA + uztvērējs + skābekļa sadale + ūdens oksigenācija |
Augsta blīvuma akvakultūrā PSA skābeklis var papildināt mehānisko aerāciju, ja skābekļa nepieciešamība pārsniedz to, ko var pārnest atmosfēras gaisa aerācija. Atbilstošā konfigurācija ir atkarīga no biomasas, ūdens tilpuma, temperatūras, DO mērķa, skābekļa pārneses efektivitātes un darbības grafika.
Par NEWTEK
NEWTEKizstrādā uz vietasPSA skābeklisun slāpekļa ražošanas sistēmas. Tā PSA skābekļa procesā tiek izmantota ceolīta molekulārā sieta adsorbcija, ar saspiestu un attīrītu gaisu, kas ieplūst adsorbcijas traukos, slāpeklis tiek galvenokārt adsorbēts, un ar skābekli bagāta gāze atstāj adsorbcijas slāni.
Sistēmas konfigurācijā ietilpst gaisa attīrīšana, adsorbcijas tvertnes, spiediena sensori, skābekļa sensori, automātiskā vadība, gāzes cauruļvadi un sakaru saskarnes. NEWTEK publicētās PSA skābekļa specifikācijas ietver ražošanas jaudu no 1–300 Nm³/h, skābekļa tīrību 93% ± 3% un skābekļa izplūdes spiedienu 0,01–0,5 MPa atkarībā no konfigurācijas.
Komerciālajai akvakultūrai PSA sistēmu var savienot ar skābekļa uztvērējiem, skābekļa konusiem, difuzoriem, izšķīdušā skābekļa sensoriem un ūdens attīrīšanas iekārtām. Galīgā jauda jāaprēķina no biomasas, ūdens temperatūras, mērķa DO, maksimālā skābekļa patēriņa, skābekļa pārneses efektivitātes un plānotās ražošanas paplašināšanas, nevis tikai no dīķa platības.
