水产养殖中传统增氧设备增氧能力差异分析.pdf
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1、第 51 卷第 1 期渔 业 现 代 化Vol.51 No.12024 年 2 月FISHERY MODERNIZATIONFeb.2024DOI:10.3969/j.issn.1007-9580.2024.01.005收稿日期:2023-06-09基金项目:国家海水鱼产业技术体系(CARS-47-G20)作者简介:钟伟(1990),男,助理研究员,研究方向:渔业装备检测与标准化研究,E-mail:zhongwei 通信作者:顾海涛(1967),男,研究员,研究方向:渔业装备质量检测与试验方法。E-mail:guhaitao 水产养殖中传统增氧设备增氧能力差异分析钟 伟1,吴姗姗1,韩梦遐1,
2、倪 琦1,2,顾海涛1(1 中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所,上海 200092;2 农业农村部渔业装备与工程技术重点实验室,上海 200092)摘要:为了解水产养殖中应用广泛的叶轮式增氧机、水车式增氧机、涌浪式增氧机和曝气式增氧机 4 种型式的增氧机的增氧性能水平,统计和分析了国内主要增氧设备生产企业 2020 年以来生产的 145 台不同型式增氧机的增氧能力试验数据。结果显示:1)部分企业生产的叶轮增氧机的增氧性能有所下降;2)水车式增氧机增氧性能有大幅提高,部分产品超过了 SC/T 60102018叶轮式增氧机通用技术条件中规定同规格叶轮式增氧机的要求;3)涌浪式增氧机增氧性能总体呈
3、上升趋势;4)曝气式增氧机具有较强的增氧性能,但配套风机形式不同、相同配套功率但曝气管不同的配置,其增氧性能存在较大差异。本研究为养殖用户在水产养殖系统增氧设备的配置时提供技术参考。关键词:水产养殖;增氧设备;增氧能力;差异分析中图分类号:S951;S969 文献标志码:A 文章编号:1007-9580-(2024)01-0039-009 自 1972 年,随着第一台叶轮式增氧机的诞生1,传统的水产自然养殖方式也随着各类池塘增氧机械的不断推出和广泛使用得到了根本性的改变。氧是养殖池塘生态系统中绝大多数生物群落生存的必要条件,空气扩散、光合作用是养殖水体溶氧主要来源。如果供氧不足,养殖生物、浮游
4、动物、浮游植物难以呼吸,更多厌氧微生物分解有机质的水化学反应,产生有害物质,产生不利甚至是致命的影响2-5。中国水产养殖逐渐向高密度、高产量的集约、工厂化发展,溶氧是影响水产养殖产量的重要因素之一6-7。自然养殖水体中溶氧来源主要分为空气中氧的溶入和水体中浮游植物和藻类光合作用释放的氧,前者约占 10%,后者约占 90%8-9。但自然增氧的效率较低,通常采用机械增氧10-13。利用增氧机,整体单产超过 700 kg/667 m2(1 亩=667 m2),最高单产达 2 500 kg/667 m2,甚至更高14。目前水产养殖中常用增氧机有叶轮式、水车式、涌浪式、曝气式、喷水式等型式。叶轮式增氧机
5、、涌浪式增氧机主要应用于较深水体的池塘,且需急性增氧环境;水车式增氧机、曝气增氧机主要应用于水体较浅,需要良好的水流环境的养殖场所。由于结构型式不同,其增氧性能也存在差异。因此,通过试验数据对传统增氧设备不同机型的增氧能力差异进行比较,为养殖用户在水产养殖系统增氧机的配置时提供技术参考。1 材料和方法1.1 材料国家渔业机械仪器质量检验检测中心 2020年以来受理的委托检验样机,4 种型式增氧机共145 台;其中叶轮式增氧机 59 台,水车式增氧机55 台,涌浪式增氧机 23 台,曝气式增氧机 8 台。1.2 方法1.2.1 试验设施 采用 SC/T 60091999增氧机增氧能力试验方法15
6、标准的规定,不同配套功率的增氧机按照标准规定分别在直径 6.3 m、8 m 和 10 m 的标准水池进行试验。1.2.2 仪器与试剂仪器:溶氧测试设备为 YSI-58 型溶氧仪 3 台及计算机自动数据采集系统;功率测试设备为渔 业 现 代 化2024 年3169-20 型电能质量分析仪;气压测定仪为DYM3 型空盒气压表。试剂:消氧剂采用亚硫酸钠 Na2SO3(工业纯),催化剂采用氯化钴 CoCl26H2O(分析纯)。1.2.3 数据处理增氧能力的测定及计算依据 SC/T 60091999增氧机增氧能力试验方法15。氧质量转移系数 kLa(T)计算,按式(1)15:kLa(T)=In(cs-c
7、1)/(cs-c2)t2-t1 60(1)式中:kLa(T)任意水温下的氧质量转移系数,h-1;c1、c2t1、t2时的溶氧值,mg/L;t1、t2c1、c2的读数时间,min;cs为试验用水饱和溶解氧值,见附录 C,mg/L;T 为试验用水水温,。20 水温时的氧质量转移系数 kLa(20)计算,按式(2)15:kLa(20)=kLa(T)1.024(T-20)(2)式中:kLa(20)为 20 水温时的氧质量转移系数,h-1。增氧能力 QS 的计算,按式(3)15:QS=kLa(20)V Cs(20)10-3(3)式中:QS为增氧能力,kg/h;V 为试验用水体积,m3;CS(20)为水温
8、 20 时的饱和溶解氧值,推荐采用 9.09 mg/L。2 数据统计和分析2.1 叶轮式增氧机叶轮式增氧机配套功率主要有 1.1 kW、1.5 kW、2.2 kW 和 3.0 kW 四种,目前应用最多的是1.5 kW 和 3.0 kW 两种机型。本次共统计了 64台叶轮式增氧机的增氧能力检测数据,其中,配套功率 1.1 kW 叶轮式增氧机 1 台,1.5 kW 叶轮式增氧机 31 台,2.2 kW 叶轮式增氧机 12 台,3.0 kW 叶轮式增氧机 16 台。2.1.1 1.5 kW 叶轮式增氧机31 台 1.5 kW 叶轮式增氧机的增氧能力在2.082.86 kg/h 之间,平均 2.57
9、kg/h(图 1)。L H I 图 1 1.5 kW 叶轮式增氧机Fig.1 1.5 kW impeller aerator 其中,有 13 台增氧机配套电机采用永磁同步电机,增氧能力在 2.08 2.63 kg/h 之间,平均2.43 kg/h,其平均输入功率为 1.43 kW;有 18 台增氧机配套电机采用异步电机,增氧能力在 2.342.86 kg/h 之间,平均 2.66 kg/h,其平均输入功率为 1.66 kW。从统计的检测数据分析,1.5 kW 叶轮式增氧机的平均增氧能力为 2.57 kg/h,比 SC/T 60102018叶轮式增氧机通用技术条件16行业标准规定的 2.3 kg
10、/h 的要求高了 11.7%;配套永磁同步电机的增氧机的平均增氧能力为 2.43 kg/h,较1.5 kW 叶轮式增氧机的平均 2.57 kg/h 低5.4%。配套传统异步电机的平均增氧能力为2.66 kg/h,配套永磁同步电机的增氧机的平均增氧能力比配套传统异步电机的增氧机低 8.6%。2.1.2 2.2 kW 叶轮式增氧机统计了 12 台 2.2 kW 叶轮式增氧机,12 台增氧机的增氧能力在 2.66 4.29 kg/h 之间,平均3.50 kg/h(图 2)。04第 1 期钟伟等:水产养殖中传统增氧设备增氧能力差异分析 L H I 图 2 2.2 kW 叶轮式增氧机Fig.2 2.2
11、kW impeller aerator 从统计的检测数据分析,2.2 kW 叶轮式增氧机的平均增氧能力 3.50 kg/h,比 SC/T 60102018叶轮式增氧机通用技术条件行业标准规定的 3.4 kg/h 的要求高 2.9%。配套永磁同步电机的增氧机的平均增氧能力为 3.43 kg/h,配套传统异步电机的平均增氧能力为 3.84 kg/h,配套永磁同步电机的增氧机的平均增氧能力比配套传统异步电机的增氧机低 10.7%;配套异步电机的增氧 机 的 平 均 增 氧 能 力 比 行 业 标 准 规 定 的3.4 kg/h 的要求高了 12.9%。2.1.3 3.0 kW 叶轮式增氧机统计 16
12、 台 3.0 kW 叶轮式增氧机,16 台增氧机的增氧能力在 3.31 4.96 kg/h 之间,平均4.40 kg/h(图 3)。L H I 图 3 3 kW 叶轮式增氧机Fig.3 3 kW impeller aerator 从统计的检测数据分析,3.0 kW 叶轮式增氧机的平均增氧能力 4.40 kg/h,低于 SC/T 60102018 叶轮式增氧机通用技术条件行业标准规定的 4.5 kg/h 的要求 2%。其中 3 台样机配套永磁电 机。平 均 增 氧 能 力 4.18 kg/h,较 SC/T 60102018 叶轮式增氧机通用技术条件行业标准规定的 4.5 kg/h 要求低 7.1
13、%。2.2 水车式增氧机水车式增氧机配套功率有0.75 kW、1.1 kW、1.5 kW、2.2 kW 和 3.0 kW 5 种,目前应用最多的是 1.5 kW 和 2.2 kW 两种机型。本次研究共统计了 55 台水车式增氧机的增氧能力检测数据。其中,配套功率 1.5 kW 水车式增氧机 31 台,2.2 kW 水车式增氧机 19 台,3.0 kW 水车式增氧机5 台。2.2.1 1.5 kW 水车式增氧机统计了31 台1.5 kW 水车式增氧机,增氧能力在 1.952.97 kg/h 之间,平均 2.39 kg/h(图 4)。14渔 业 现 代 化2024 年 L H I 图 4 1.5
14、kW 水车式增氧机Fig.4 1.5 kW paddle wheel aerator 从统计的检测数据分析,31 台 1.5 kW 水车式增氧机的增氧能力平均 2.39 kg/h,相比 SC/T 60172019 水车式增氧机17行业标准规定的2.20 kg/h 的要求高了 8.6%。其中 3 台配套永磁电机的水车式增氧机增氧能力在 2.12 2.61 kg/h,平均 2.35 kg/h。2.2.2 2.2 kW 水车式增氧机统计 19 台 2.2 kW 水车式增氧机,19 台增氧机的增氧能力在 2.66 5.24 kg/h 之间,平均4.15 kg/h(图 5)。L H I 图 5 2.2
15、kW 水车式增氧机Fig.5 2.2 kW paddle wheel aerator 2.2 kW 水车式增氧机是近几年新推出的型号,SC/T 60172019 水车式增氧机行业标准中没有该型号技术要求的规定,19 台增氧机的增氧能力平均 4.15 kg/h,达到了 2.2 kW 叶轮式增氧机增氧能力的水平,甚至超过了 22%。2.2.3 3.0 kW 水车式增氧机统计 5 台 3.0 kW 水车式增氧机,5 台增氧机的增氧能力在 6.958.48 kg/h 之间,平均 7.87 kg/h(图 6)。3.0 kW 水车式增氧机是近几年新推出的型号,主要针对外贸机型,电压和频率为440 V、60
16、 Hz,主要销售出口东南亚和南美地区。SC/T 60172019 水车式增氧机行业标准中没有该型号技术要求的规定,5 台 3.0 kW 水车增氧机的增氧能力平均 7.87 kg/h,远超 SC/T 60102018 叶轮式增氧机通用技术条件行业标准规定的 3.0 kW 叶轮式增氧机 4.50 kg/h 的水平,超过了 80%。24第 1 期钟伟等:水产养殖中传统增氧设备增氧能力差异分析 L H I 图 6 3.0 kW 水车式增氧机Fig.6 3.0 kW paddle wheel aerator2.3 涌浪式增氧机涌浪式增氧机配套功率有 1.1 kW 和 1.5 kW两种。本次共统计了 23
17、 台涌浪式增氧机的增氧能力检测数据,其中,配套功率 1.1 kW 涌浪式增氧机 5 台,1.5 kW 涌浪式增氧机 18 台。2.3.1 1.1 kW 涌浪式增氧机统计了 5 台 1.1 kW 涌浪式增氧机,增氧能力在 1.361.56 kg/h 之间,平均 1.42 kg/h(图7)。L H I 图 7 1.1 kW 涌浪式增氧机Fig.7 1.1 kW surge aerator从统计 的 检 测 数 据 分 析,5 台 配 套 功 率1.1 kW 涌浪式增氧机的平均增氧能力为 1.42 kg/h,相比 SC/T 60922016涌浪式增氧机18行业标准规定的 1.30 kg/h 的要求高
18、了 9.2%。2.3.2 1.5 kW 涌浪式增氧机统计了 18 台 1.5 kW 涌浪式增氧机,增氧能力在 1.382.51 kg/h 之间,平均 2.13 kg/h(图8)。L H I 图 8 1.5 kW 涌浪式增氧机Fig.8 1.5 kW surge aerator 从统计的检测数据分析 18 台配套功率 1.5 kW 涌浪式增氧机的平均增氧能力为 2.13 kg/h,相比 SC/T 60922016涌浪式增氧机行业标准规定的 1.85 kg/h 的要求高了 15.1%。2.4 曝气式增氧机曝气式增氧机配套功率有 1.1 kW、1.5 kW、2.2 kW、3.0 kW 和 5.5 k
19、W 等多种规格。本次共统计了 1 台配套 2.2 kW 的曝气式增氧机,增氧能力 4.97 kg/h;5 台配套功率 5.5 kW 的曝气式增氧机(配套漩涡风机),增氧能力检测数据在3.876.70 kg/h 之间,平均5.75kg/h(图9);1 台配套功率 7.5 kW 曝气式增氧机(配套永磁高速风机),增氧能力 64.9 kg/h;1 台配套功率 11 kW曝气 式 增 氧 机(配 套 罗 茨 风 机),增 氧 能 力23.5 kg/h。从统计的检测数据分析 5 台配套功率 5.5 kW 曝气式增氧机的平均增氧能力为 5.75 kg/h,相比 JB/T 138532020 微孔曝气增氧设
20、备19行业标准规定的 5.5 kg/h(配套漩涡风机)的要求高了 4.5%。样机 5 的增氧能力比样机 1 低 40%。34渔 业 现 代 化2024 年 L H I 图 9 曝气式增氧机Fig.9 Micropore aerator2.5 四种型式的增氧机增氧能力汇总分析统计汇总分析了国内主要增氧设备生产企业 2020 年以来生产的 145 台不同型式增氧机的增氧能力试验数据(表 1)。其中 1.5 kW 叶轮式增氧机增氧能力范围 2.08 2.86 kg/h,平均值2.57 kg/h。叶轮式 2.2 kW 增氧能力范围 2.664.29 kg/h,平均值 3.50 kg/h,叶轮式 3.0
21、 kW 增氧能力范围 3.314.96 kg/h,平均值 4.40 kg/h。在叶轮式 2.2 kW 和叶轮式 3.0 kW 样本中,个别企业生产的增氧机增氧能力水平低于标准值。水车式 1.5 kW 增氧机增氧能力范围 1.95 2.97 kg/h,平均值 2.39 kg/h,最低值低于标准要求,但整体平均水平远高于标准水平。表 1 统计的 20202022 年 4 种型式的增氧机增氧能力汇总Tab.1 Summary of oxygen transfer rate of four types of aerators from 2020 to 2022增氧机型式配套功率(配套风机)增氧能力范围
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