A kereskedelmi akvakultúra folyamatos oxigénszállítást igényel, mivel a halak és a garnélarák oldott oxigént fogyasztanak, míg a biológiai szűrés, a szerves lebontás és más folyamatok szintén oxigént fogyasztanak. Az oxigénigény változik a biomasszával, az állománysűrűséggel, a víz hőmérsékletével, a táplálkozási aktivitással és az éjszakai körülményekkel. APSA oxigén rendszermegfelel ennek a követelménynek azáltal, hogy elválasztja az oxigént a sűrített levegőtől, és oxigénnel dúsított gázt szállít tavakhoz, tartályokhoz, oxigénkúpokhoz vagy recirkulációs akvakultúra-rendszerekhez.
PSA oxigéngenerációja molekulaszitával töltött adszorpciós edényeket használ. Egy kompresszor szűrt és szárított levegőt juttat az adszorpciós ágyakhoz, ahol a molekulaszita elsősorban a nitrogént adszorbeálja. Az oxigénben gazdag gáz egy oxigénfogadóba kerül, majd belép a vízoldali oxigénellátó rendszerbe. Az adszorpciós ágyak felváltva nyomás alá helyezik és regenerálják, hogy fenntartsák a gáztermelést.
A helyszíni oxigéntermelés megváltoztatja az ellátási struktúrát
Az oxigénpalackokat vagy folyékony oxigént használó kereskedelmi gazdaság egy külső ellátási lánctól függ: a gáztermeléstől, a szállítástól, a tárolástól és a gazdaságba történő szállítástól. A PSA-berendezés az oxigéntermelési folyamatot a gazdaságba helyezi át.
Az alapfolyamat a következő:
Környezeti levegő → kompresszor → levegőkezelés → PSA adszorpció → oxigén vevő → oxigénelosztás → víz oxigenizálás
A rendszer ezért többet igényel, mint egy adszorpciós egység. A kompresszornak biztosítania kell a szükséges betáplált levegő áramlást, a szűrőknek és szárítóknak el kell távolítaniuk a szennyeződéseket és a nedvességet, az oxigéngyűjtőnek pedig pufferelnie kell a gázt, mielőtt az elosztó hálózatba kerül.
A távoli területeken működő vagy folyamatos oxigénellátást igénylő gazdaságok esetében a beszerzési kalkulációnak tartalmaznia kell az áramfogyasztást, a karbantartást, a pótalkatrészeket, valamint a kívülről szállított oxigén szállításának költségét.
A magasabb oxigénkoncentráció csökkenti az oxigénszállításhoz szükséges gázmennyiséget
A légköri levegő körülbelül 21% oxigént tartalmaz. A hagyományos levegőztető berendezéseknek nagy mennyiségű levegőt kell átvezetniük a vízen a szükséges oxigénmennyiség átviteléhez.
A PSA generátor elválasztja a nitrogént a sűrített levegőtől, és oxigénnel dúsított gázt termel. A NEWTEK közzétett akvakultúra-konfigurációi a konfigurációtól függően körülbelül 90% és 99,5% közötti oxigéntisztasági tartományt tartalmaznak.PSA oxigénrendszerek általában 93% ± 3% körüliek.
A magasabb oxigénkoncentráció megváltoztatja a vízoldali transzfer folyamatát. Ahelyett, hogy nagy mennyiségű légköri levegőből oxigént továbbítana, a diffúzor vagy oxigénkúp magasabb oxigénkoncentrációjú gázáramot kap.
A tényleges átvitel a következőktől függ:
- A gáz áramlási sebessége
- Vízmélység
- Buborék átmérője
- Víz hőmérséklete
- Kapcsolattartási idő
- Üzemi nyomás
- Diffúzor vagy oxigénkúp szerkezet
Ezért a PSA-kibocsátást az oxigénátvivő berendezéssel együtt kell értékelni, nem pedig izolált gázspecifikációként.
A PSA Oxigén nagy sűrűségű akvakultúra rendszereket képes ellátni
Az állománysűrűség növekedésével az egységnyi víztérfogat oxigénigénye is kritikus tervezési paraméterré válik. A halak és a garnélarák folyamatosan fogyasztanak oxigént, miközben az oxigén rendelkezésre állása gyorsan csökkenhet, ha a levegőztetési kapacitás nem felel meg a biológiai igénynek.
A PSA rendszer oxigént táplálhat be:
- Intenzív halastavak
- Garnélarák tavak
- Keltető tartályok
- Recirkulációs akvakultúra-rendszerek
- Beltéri kultúrtartályok
- Élőhal-tartó tartályok
Például egy RAS-rendszerben a víz mechanikus szűrésen és biológiai kezelésen megy keresztül, mielőtt visszakerül a tenyésztőtartályba. Oxigént lehet fecskendezni lefelé egy oxigénkúpon vagy diffúzoron keresztül, mielőtt a kezelt víz visszatérne a tartályokba.
Az oxigéngenerátor ezért a vízkezelő kör részévé válik:
Tenyésztartály → szűrés → biológiai kezelés → oxigenizáció → tenyésztartály
Az oxigéntermelés a tényleges mezőgazdasági kereslethez igazítható
A PSA-kapacitást inkább az oxigénigény alapján kell kiszámítani, nem csak a tó területéből.
A fő bemenetek a következők:
| Tervezési paraméter | Mérnöki funkció |
|---|---|
| Biomassza | Meghatározza a biológiai oxigénfogyasztást |
| Állománysűrűség | Meghatározza az egységnyi víztérfogat oxigénigényét |
| Víz hőmérséklete | Megváltoztatja az oxigén oldhatóságát és az anyagcsere igényt |
| Cél DO | Meghatározza a szükséges oldott oxigén állapotot |
| Csúcskereslet | Meghatározza a generátor maximális kapacitását |
| Oxigéntranszfer hatékonyság | Meghatározza, hogy mennyi keletkezett oxigén kerül a vízbe |
| Üzemidő | Meghatározza a napi oxigéntermelést |
| A jövő biomassza | Meghatározza a bővítési követelményeket |
Például, ha egy gazdaság 30 Nm³/h oxigént igényel a vízbe, de az oxigénszállító rendszer csak a betáplált oxigén 75%-át szállítja, akkor a generátornak 30 Nm³/h-nál többet kell biztosítania.
Az egyszerűsített tervezési kapcsolat a következő:
Szükséges oxigéntermelés=szükséges oxigénátvitel ÷ átviteli hatékonyság
A számítás során mért vagy a szállító által meghatározott átviteli teljesítményt kell használni, nem pedig azt feltételezni, hogy a PSA generátorból távozó összes oxigén a vízbe kerül.
Az oldott oxigén érzékelők szabályozhatják az oxigénellátást
PSA oxigénA termelés hasznosabbá válik, ha összekapcsoljuk az oldott oxigén monitorozásával.
Egy oldott oxigén érzékelő méri a tenyészvíz tényleges DO szintjét. A jel bejuthat egy PLC-be, amely egy oxigénszelepet, oxigénáramlási sebességet vagy további PSA-kapacitást vezérel az előre meghatározott működési határok szerint.
A vezérlőkör a következőképpen strukturálható:
DO érzékelő → PLC → oxigénáramlás szabályozás → diffúzor/oxigénkúp → tenyészvíz
Ha a DO a beállított tartomány alá csökken, a vezérlőrendszer növelheti az oxigénszállítást. Amikor a DO visszatér a kívánt tartományba, a rendszer csökkentheti az oxigénáramlást.
A NEWTEK PSA-rendszerei oxigénérzékelőket, nyomásérzékelőket, automatikus vezérlést és ipari kommunikációs interfészeket tartalmaznak, mint például a Modbus, a Profibus és az Ethernet.
Ez az elrendezés lehetővé teszi, hogy az oxigénrendszer a mérhető vízviszonyokra reagáljon ahelyett, hogy a generátort a teljes gyártási ciklus során maximális teljesítményen működtetné.
Az oxigén puffertárolás elválasztja a termelést a kereslet ingadozásától
A PSA adszorpciós ciklusa és a gazdaság oxigénigénye nem feltétlenül változik egyforma mértékben. Egy puffertartály elválaszthatja ezt a két működési körülményt.
A PSA generátor tölti meg az oxigén vevőt, míg az alsó oxigenizációs rendszer a vízoldali igény szerint szívja fel a gázt. A vevő tehát elnyeli az oxigéntermelés és -fogyasztás közötti rövid távú különbségeket.
A szükséges tartálytérfogat a következőktől függ:
- PSA oxigéntermelés
- Oxigénigény
- Üzemi nyomás
- Csúcsáramlás
- Nyomástartomány
- Kötelező tartalék idő
Egy alulméretezett tartály gyors nyomásváltozásokat okozhat, ha több tenyésztőtartály egyszerre igényel oxigént. A túlméretezett vevő növeli a berendezés mennyiségét és a tőkeköltséget anélkül, hogy növelné az oxigéntermelő kapacitást.
A PSA oxigén együtt tud működni mechanikus levegőztetéssel
A PSA oxigén nem feltétlenül helyettesíti a mechanikus levegőztetőket.
Mechanikus levegőztetők mozgatják a vizet és a légköri levegőt, míg a PSA berendezések oxigénnel dúsított gázt szállítanak. A két rendszer különböző funkciókat tud ellátni ugyanazon a tóban vagy tartályon belül.
A kombinált elrendezés a következőket használhatja:
Mechanikus levegőztető → vízkeringtetés
PSA oxigén → koncentrált oxigénellátás
DO érzékelő → vezérlőjel
Ez a konfiguráció lehetővé teszi, hogy a mechanikus berendezés fenntartsa a víz mozgását, miközben a PSA rendszer további oxigént biztosít, ha a biológiai szükséglet meghaladja a normál levegőztetésből származó oxigénhozzájárulást.
A megfelelő elrendezés a tómélységtől, a vízkeringtetési mintától, a biomasszától, a diffúzor helyétől és a szükséges DO-tól függ.
A PSA oxigén támogatja a RAS oxigénellátását
A RAS létesítményei folyamatosan keringetik a vizet szűréssel és biológiai kezeléssel. A bioszűrőkben található nitrifikáló baktériumok oxigént fogyasztanak, miközben ammóniát és nitriteket alakítanak át, így az oxigénigény a tartályokon kívül is fennáll.
Egy tipikus RAS oxigenizációs folyamat a következőket foglalhatja magában:
- A kultúrvíz elhagyja a tartályt.
- A mechanikus szűrés eltávolítja a lebegő szilárd anyagokat.
- A bioszűrés nitrogénvegyületeket alakít át.
- Az oxigént diffúzoron vagy oxigénkúpon keresztül fecskendezik be.
- Az oxigénnel dúsított víz visszatér a tenyésztőtartályokba.
A PSA generátornak ezért elegendő oxigént kell szolgáltatnia mind a biológiai, mind a vízi oxigénfogyasztáshoz.
Az oxigén befecskendezési pontot a víznyomás, az áramlási sebesség, az érintkezési idő és az oxigénátvivő berendezés szerint kell kiválasztani. A PSA gázkibocsátás pusztán növelése nem garantálja az oldott oxigén arányos növekedését, ha a vízoldali átviteli eszköz elérte az átviteli határt.
Az automatikus felügyelet képes azonosítani az oxigénrendszer hibáit
Egy kereskedelmi akvakultúra-oxigénrendszernek mind a gáz-, mind a vízoldali állapotokat figyelnie kell.
| Paraméter | Mit jelez |
|---|---|
| Oldott oxigén | A kultúrvíz tényleges oxigénállapota |
| Oxigén tisztaság | PSA elválasztási feltétel |
| Oxigén áramlás | Gázszállítás a vízhez |
| PSA nyomás | Adszorpciós rendszer működési feltétele |
| Kompresszor nyomás | Betáplált levegő elérhetősége |
| Víz hőmérséklete | Az oxigén oldhatóságának és biológiai szükségletének változása |
| Riasztás állapota | Berendezés vagy érzékelő rendellenesség |
Például a csökkenő oxigéntisztaság jelezheti a molekulaszita szennyeződését, a szelepkapcsolási problémákat, a túlzott igényt vagy a betáplált levegő problémákat. A csökkenő oxigénnyomás jelezheti a kompresszor kapacitásának korlátait, a szűrő eltömődését, a szelepproblémákat vagy a túlzott áramlást.
A vezérlőrendszernek ezeket a jeleket fel kell használnia riasztások generálására és a rendellenes berendezések elkülönítésére, ahelyett, hogy kizárólag a kézi ellenőrzésre hagyatkozna.
PSA oxigén és hagyományos levegőztetés: szerkezeti különbségek
A hagyományos levegőztetés közvetlenül a vízbe juttatja a légköri levegőt. Az oxigénellátást ezért korlátozza a légköri levegő oxigénkoncentrációja és a levegőztető átviteli hatékonysága.
A PSA oxigén elválasztja az oxigént a levegőtől, mielőtt a gáz belépne a vízoldali rendszerbe.
| Tényező | Hagyományos levegőztetés | PSA oxigénrendszer |
|---|---|---|
| Gáz biztosított | Légköri levegő | Oxigénnel dúsított gáz |
| Fő elválasztó berendezés | Egyik sem | Molekulaszűrő adszorpciós edények |
| Levegőellátás | Légfúvó/szellőztető | Légkompresszor |
| Oxigén szabályozás | Légáramlás és levegőztető működés | Oxigénáramlás, tisztaság és DO szabályozás |
| Vízparti felszerelés | Lapátkerék, fúvó vagy diffúzor | Oxigéndiffúzor, oxigénkúp vagy hasonló berendezés |
| Fő karbantartás | Levegőztető, motor, csapágyak, diffúzor | Kompresszor, szűrők, szelepek, analizátor, molekulaszita |
| Rendszerintegráció | Közvetlen levegő-víz keverés | PSA + vevő + oxigénelosztás + víz oxigenizáció |
A nagy sűrűségű akvakultúra esetében a PSA oxigén kiegészítheti a mechanikai levegőztetést, ha az oxigénigény meghaladja azt, amit a légköri levegőztetés át tud szállítani. A megfelelő konfiguráció a biomasszától, a víztérfogattól, a hőmérséklettől, a DO-céltól, az oxigéntranszfer hatékonyságától és a működési ütemtervtől függ.
A NEWTEK-ről
NEWTEKa helyszínen fejlesztikPSA oxigénés nitrogéntermelő rendszerek. A PSA oxigéneljárása zeolit molekulaszita adszorpciót alkalmaz, sűrített és tisztított levegő belép az adszorpciós edényekbe, a nitrogén előnyösen adszorbeálódik, és oxigénben gazdag gáz távozik az adszorpciós ágyból.
A rendszer konfigurációja levegőtisztítást, adszorpciós tartályokat, nyomásérzékelőket, oxigénérzékelőket, automatikus vezérlést, gázcsöveket és kommunikációs interfészeket tartalmaz. A NEWTEK közzétett PSA oxigénspecifikációi 1–300 Nm³/h termelési kapacitást, 93% ± 3%-os oxigéntisztaságot és 0,01–0,5 MPa oxigénkimeneti nyomást tartalmaznak, konfigurációtól függően.
Kereskedelmi akvakultúra esetén a PSA rendszer oxigénfogadókhoz, oxigénkúpokhoz, diffúzorokhoz, oldott oxigén érzékelőkhöz és vízkezelő berendezésekhez csatlakoztatható. A végső kapacitást a biomasszából, a vízhőmérsékletből, a cél DO-ból, a csúcs oxigénigényből, az oxigéntranszfer hatékonyságából és a tervezett termelésbővítésből kell kiszámítani, nem pedig a tó területéből.
