Kommersiell akvakultur krever kontinuerlig oksygenoverføring fordi fisk og reker forbruker oppløst oksygen mens biologisk filtrering, organisk nedbrytning og andre prosesser også forbruker oksygen. Oksygenbehovet endres med biomasse, besetningstetthet, vanntemperatur, fôringsaktivitet og natteforhold. ENPSA oksygensystemløser dette kravet ved å separere oksygen fra trykkluft og tilføre oksygenanriket gass til dammer, tanker, oksygenkjegler eller resirkulerende akvakultursystemer.
PSA oksygengenerasjon bruker adsorpsjonskar fylt med molekylsikt. En kompressor tilfører filtrert og tørket luft til adsorpsjonslagene, hvor molekylsilen fortrinnsvis adsorberer nitrogen. Oksygenrik gass passerer til en oksygenmottaker og går deretter inn i oksygeneringssystemet på vannsiden. Adsorpsjonslagene veksler mellom trykksetting og regenerering for å opprettholde gassproduksjonen.
Oksygengenerering på stedet endrer forsyningsstrukturen
En kommersiell gård som bruker oksygenflasker eller flytende oksygen er avhengig av en ekstern forsyningskjede: gassproduksjon, transport, lagring og levering til gården. En PSA-installasjon flytter oksygengenereringsprosessen inn på gården.
Den grunnleggende prosessen er:
Omgivelsesluft → kompressor → luftbehandling → PSA-adsorpsjon → oksygenmottaker → oksygenfordeling → oksygenering av vann
Systemet krever derfor mer enn en adsorpsjonsenhet. Kompressoren må gi den nødvendige tilførselsluftstrømmen, filtre og tørkere må fjerne forurensninger og fuktighet, og oksygenmottakeren må buffere gassen før den når distribusjonsnettet.
For gårder som opererer i avsidesliggende områder eller som krever kontinuerlig oksygentilførsel, bør anskaffelsesberegningen inkludere strømforbruk, vedlikehold, reservedeler og kostnadene ved transport av eksternt tilført oksygen.
Høyere oksygenkonsentrasjon reduserer gassvolumet som kreves for oksygenoverføring
Atmosfærisk luft inneholder omtrent 21 % oksygen. Konvensjonelt lufteutstyr må flytte et stort volum luft gjennom vannet for å overføre den nødvendige oksygenmengden.
En PSA-generator skiller nitrogen fra trykkluft og produserer oksygenanriket gass. NEWTEKs publiserte akvakulturkonfigurasjoner inkluderer oksygenrenhet fra omtrent 90 % til 99,5 %, avhengig av konfigurasjon, med standardPSA oksygensystemer vanligvis spesifisert rundt 93 % ± 3 %.
Den høyere oksygenkonsentrasjonen endrer overføringsprosessen på vannsiden. I stedet for å overføre oksygen fra en stor mengde atmosfærisk luft, mottar diffusoren eller oksygenkjeglen en gasstrøm med høyere oksygenkonsentrasjon.
Faktisk overføring avhenger av:
- Gassstrømningshastighet
- Vanndybde
- Boble diameter
- Vanntemperatur
- Kontakttid
- Driftstrykk
- Diffusor eller oksygenkjeglestruktur
Derfor bør PSA-utgang evalueres sammen med oksygenoverføringsutstyret i stedet for som en isolert gassspesifikasjon.
PSA oksygen kan levere akvakultursystemer med høy tetthet
Ettersom lagertettheten øker, blir også oksygenbehovet per enhet vannvolum en kritisk designparameter. Fisk og reker bruker oksygen kontinuerlig, mens oksygentilgjengeligheten kan reduseres raskt når luftekapasiteten ikke samsvarer med biologisk behov.
Et PSA-system kan mate oksygen til:
- Intensive fiskedammer
- Rekedammer
- Klekkeritanker
- Resirkulerende akvakultursystemer
- Innendørs kulturtanker
- Oppbevaringstanker for levende fisk
I en RAS-installasjon går vann for eksempel gjennom mekanisk filtrering og biologisk behandling før det returneres til kulturtanken. Oksygen kan injiseres nedstrøms gjennom en oksygenkjegle eller diffusor før det behandlede vannet returnerer til fisketankene.
Oksygengeneratoren blir derfor en del av vannbehandlingssløyfen:
Kulturtank → filtrering → biologisk behandling → oksygenering → kulturtank
Oksygenproduksjonen kan tilpasses den faktiske etterspørselen på gården
PSA-kapasiteten bør beregnes fra oksygenbehovet i stedet for damareal alene.
Hovedinngangene inkluderer:
| Design parameter | Ingeniørfunksjon |
|---|---|
| Biomasse | Bestemmer biologisk oksygenforbruk |
| Besetningstetthet | Bestemmer oksygenbehov per enhet vannvolum |
| Vanntemperatur | Endrer oksygenløselighet og metabolsk behov |
| Mål DO | Definerer den nødvendige tilstanden for oppløst oksygen |
| Topp etterspørsel | Bestemmer maksimal generatorkapasitet |
| Oksygenoverføringseffektivitet | Bestemmer hvor mye generert oksygen som kommer inn i vannet |
| Driftstider | Bestemmer daglig oksygenproduksjon |
| Fremtidig biomasse | Bestemmer utvidelseskrav |
For eksempel, hvis en gård krever 30 Nm³/t oksygen inn i vannet, men oksygenoverføringssystemet overfører bare 75 % av det tilførte oksygenet, må generatoren gi mer enn 30 Nm³/t.
Et forenklet designforhold er:
Nødvendig oksygenproduksjon=nødvendig oksygenoverføring ÷ overføringseffektivitet
Beregningen bør bruke målt eller leverandørspesifisert overføringsytelse i stedet for å anta at alt oksygen som forlater PSA-generatoren kommer i vannet.
Sensorer for oppløst oksygen kan kontrollere oksygentilførsel
PSA oksygenproduksjonen blir mer nyttig når den er koblet til overvåking av oppløst oksygen.
En sensor for oppløst oksygen måler det faktiske DO-nivået i kulturvannet. Signalet kan gå inn i en PLS, som styrer en oksygenventil, oksygenstrømningshastighet eller ekstra PSA-kapasitet i henhold til forhåndsdefinerte driftsgrenser.
Kontrollsløyfen kan struktureres som:
DO-sensor → PLS → oksygenstrømkontroll → diffusor/oksygenkjegle → kulturvann
Når DO synker under det konfigurerte området, kan kontrollsystemet øke oksygentilførselen. Når DO går tilbake til det nødvendige området, kan systemet redusere oksygenstrømmen.
NEWTEKs PSA-systemer inkluderer oksygensensorer, trykksensorer, automatisk kontroll og industrielle kommunikasjonsgrensesnitt som Modbus, Profibus og Ethernet.
Dette arrangementet lar oksygensystemet reagere på målbare vannforhold i stedet for å drive generatoren med maksimal effekt gjennom hele produksjonssyklusen.
Oksygenbufferlagring skiller generasjon fra etterspørselsfluktuasjoner
PSA-adsorpsjonssyklusen og gårdens oksygenbehov endres ikke nødvendigvis i samme takt. En buffertank kan skille disse to driftsforholdene.
PSA-generatoren fyller oksygenmottakeren, mens nedstrøms oksygeneringssystemet trekker gass i henhold til vannsidens behov. Mottakeren absorberer derfor kortsiktige forskjeller mellom oksygenproduksjon og forbruk.
Nødvendig tankvolum avhenger av:
- PSA oksygenproduksjon
- Oksygenbehov
- Driftstrykk
- Toppflyt
- Trykkområde
- Nødvendig reservetid
En underdimensjonert mottaker kan forårsake raske trykkendringer når flere kulturtanker krever oksygen samtidig. En overdimensjonert mottaker øker utstyrsvolumet og kapitalkostnadene uten å øke oksygengenereringskapasiteten.
PSA oksygen kan fungere sammen med mekanisk lufting
PSA oksygen erstatter ikke nødvendigvis mekaniske luftere.
Mekaniske luftere flytter vann og atmosfærisk luft, mens PSA-utstyr leverer oksygenanriket gass. De to systemene kan utføre forskjellige funksjoner i samme dam eller tank.
Et kombinert arrangement kan bruke:
Mekanisk lufter → vannsirkulasjon
PSA oksygen → konsentrert oksygentilførsel
GJØR sensor → styresignal
Denne konfigurasjonen lar det mekaniske utstyret opprettholde vannbevegelsen mens PSA-systemet tilfører ekstra oksygen når det biologiske behovet overstiger oksygenbidraget fra normal lufting.
Det riktige arrangementet avhenger av dammens dybde, vannsirkulasjonsmønsteret, biomassen, diffusorens plassering og nødvendig DO.
PSA oksygen støtter RAS oksygenering
RAS-anlegg sirkulerer vann kontinuerlig gjennom filtrering og biologisk behandling. Nitrifiserende bakterier i biofiltre forbruker oksygen mens de omdanner ammoniakk og nitritt, så oksygenbehovet eksisterer utenfor selve fisketankene.
En typisk RAS-oksygeneringsprosess kan omfatte:
- Kulturvann forlater tanken.
- Mekanisk filtrering fjerner suspenderte faste stoffer.
- Biofiltrering omdanner nitrogenforbindelser.
- Oksygen injiseres gjennom en diffusor eller oksygenkjegle.
- Oksygenert vann går tilbake til kulturtankene.
PSA-generatoren må derfor levere tilstrekkelig oksygen til både biologisk og akvatisk oksygenforbruk.
Oksygeninjeksjonspunktet bør velges i henhold til vanntrykk, strømningshastighet, kontakttid og oksygenoverføringsutstyr. Bare å øke PSA-gasseffekten garanterer ikke proporsjonal økning i oppløst oksygen hvis overføringsenheten på vannsiden har nådd overføringsgrensen.
Automatisk overvåking kan identifisere oksygensystemfeil
Et kommersielt oksygensystem for akvakultur bør overvåke forhold på både gasssiden og vannsiden.
| Parameter | Hva det indikerer |
|---|---|
| Oppløst oksygen | Faktisk oksygentilstand i kulturvann |
| Oksygen renhet | PSA-separasjonstilstand |
| Oksygenstrøm | Gasslevering til vannet |
| PSA-trykk | Driftstilstand for adsorpsjonssystemet |
| Kompressortrykk | Mate-luft tilgjengelighet |
| Vanntemperatur | Endringer i oksygenløselighet og biologisk behov |
| Alarmstatus | Unormalt utstyr eller sensor |
For eksempel kan fallende oksygenrenhet indikere molekylsiktforurensning, ventilbytteproblemer, overdreven etterspørsel eller problemer med tilførselsluft. Fallende oksygentrykk kan indikere kompressorkapasitetsbegrensninger, filterblokkering, ventilproblemer eller for stor nedstrømsstrøm.
Kontrollsystemet bør bruke disse signalene til å generere alarmer og isolere unormalt utstyr i stedet for å stole utelukkende på manuell inspeksjon.
PSA oksygen og konvensjonell lufting: strukturell forskjell
Konvensjonell lufting introduserer atmosfærisk luft direkte inn i vannet. Oksygentilførselen er derfor begrenset av oksygenkonsentrasjonen i atmosfærisk luft og overføringseffektiviteten til lufteren.
PSA oksygen skiller oksygen fra luft før gassen kommer inn i vannsidesystemet.
| Faktor | Konvensjonell lufting | PSA oksygensystem |
|---|---|---|
| Gass levert | Atmosfærisk luft | Oksygenanriket gass |
| Hovedseparasjonsutstyr | Ingen | Molekylær sikt adsorpsjonskar |
| Lufttilførsel | Blåser/lufter | Luftkompressor |
| Oksygenkontroll | Luftstrøm og luftedrift | Oksygenflyt, renhet og DO-kontroll |
| Vannsideutstyr | Skovlhjul, blåser eller diffuser | Oksygenspreder, oksygenkjegle eller lignende utstyr |
| Hovedvedlikehold | Lufter, motor, lagre, diffusor | Kompressor, filtre, ventiler, analysator, molekylsikt |
| Systemintegrasjon | Direkte luft-vann-blanding | PSA + mottaker + oksygenfordeling + vannoksygenering |
For akvakultur med høy tetthet kan PSA-oksygen supplere mekanisk lufting når oksygenbehovet overstiger det lufting med luft kan overføre. Den riktige konfigurasjonen avhenger av biomasse, vannvolum, temperatur, DO-mål, oksygenoverføringseffektivitet og driftsplan.
Om NEWTEK
NEWTEKutvikler seg på stedetPSA oksygenog nitrogengenereringssystemer. PSA-oksygenprosessen bruker zeolitt-molekylsiktadsorpsjon, med komprimert og renset luft som kommer inn i adsorpsjonskar, nitrogen adsorberes fortrinnsvis, og oksygenrik gass forlater adsorpsjonssjiktet.
Systemkonfigurasjonen inkluderer luftrensing, adsorpsjonsbeholdere, trykksensorer, oksygensensorer, automatisk kontroll, gassrør og kommunikasjonsgrensesnitt. NEWTEKs publiserte PSA oksygenspesifikasjoner inkluderer produksjonskapasiteter fra 1–300 Nm³/t, oksygenrenhet på 93 % ± 3 %, og oksygenutløpstrykk på 0,01–0,5 MPa, avhengig av konfigurasjon.
For kommersiell akvakultur kan PSA-systemet kobles til oksygenmottakere, oksygenkjegler, diffusorer, sensorer for oppløst oksygen og utstyr for vannbehandling. Den endelige kapasiteten bør beregnes fra biomasse, vanntemperatur, mål DO, topp oksygenbehov, oksygenoverføringseffektivitet og planlagt produksjonsutvidelse i stedet for fra dammen alene.
