Η εμπορική υδατοκαλλιέργεια απαιτεί συνεχή μεταφορά οξυγόνου επειδή τα ψάρια και οι γαρίδες καταναλώνουν διαλυμένο οξυγόνο ενώ το βιολογικό φιλτράρισμα, η οργανική αποσύνθεση και άλλες διαδικασίες καταναλώνουν επίσης οξυγόνο. Η ζήτηση οξυγόνου αλλάζει με τη βιομάζα, την πυκνότητα των αποθεμάτων, τη θερμοκρασία του νερού, τη δραστηριότητα σίτισης και τις νυχτερινές συνθήκες. ΕΝΑΣύστημα οξυγόνου PSAαντιμετωπίζει αυτή την απαίτηση διαχωρίζοντας το οξυγόνο από τον πεπιεσμένο αέρα και παρέχοντας αέριο εμπλουτισμένο με οξυγόνο σε λίμνες, δεξαμενές, κώνους οξυγόνου ή συστήματα υδατοκαλλιέργειας ανακυκλοφορίας.
Οξυγόνο PSAη παραγωγή χρησιμοποιεί δοχεία προσρόφησης γεμάτα με μοριακό κόσκινο. Ένας συμπιεστής παρέχει φιλτραρισμένο και ξηρό αέρα στις κλίνες προσρόφησης, όπου το μοριακό κόσκινο προσροφά κατά προτίμηση άζωτο. Αέριο πλούσιο σε οξυγόνο περνά σε έναν δέκτη οξυγόνου και στη συνέχεια εισέρχεται στο σύστημα οξυγόνωσης από την πλευρά του νερού. Οι κλίνες προσρόφησης εναλλάσσονται μεταξύ συμπίεσης και αναγέννησης για τη διατήρηση της παραγωγής αερίου.
Η επιτόπια παραγωγή οξυγόνου αλλάζει τη δομή παροχής
Ένα εμπορικό αγρόκτημα που χρησιμοποιεί φιάλες οξυγόνου ή υγρό οξυγόνο εξαρτάται από μια εξωτερική αλυσίδα εφοδιασμού: παραγωγή αερίου, μεταφορά, αποθήκευση και παράδοση στο αγρόκτημα. Μια εγκατάσταση PSA μετακινεί τη διαδικασία παραγωγής οξυγόνου στο αγρόκτημα.
Η βασική διαδικασία είναι:
Αέρας περιβάλλοντος → συμπιεστής → επεξεργασία αέρα → προσρόφηση PSA → δέκτης οξυγόνου → κατανομή οξυγόνου → οξυγόνωση νερού
Το σύστημα επομένως απαιτεί περισσότερα από μια μονάδα προσρόφησης. Ο συμπιεστής πρέπει να παρέχει την απαιτούμενη ροή αέρα τροφοδοσίας, τα φίλτρα και τα στεγνωτήρια πρέπει να απομακρύνουν τους ρύπους και την υγρασία και ο δέκτης οξυγόνου πρέπει να ρυθμίζει το αέριο πριν φτάσει στο δίκτυο διανομής.
Για εκμεταλλεύσεις που λειτουργούν σε απομακρυσμένες περιοχές ή απαιτούν συνεχή παροχή οξυγόνου, ο υπολογισμός της προμήθειας θα πρέπει να περιλαμβάνει την κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας, τη συντήρηση, τα ανταλλακτικά και το κόστος μεταφοράς οξυγόνου που παρέχεται από εξωτερικό.
Η υψηλότερη συγκέντρωση οξυγόνου μειώνει τον όγκο αερίου που απαιτείται για τη μεταφορά οξυγόνου
Ο ατμοσφαιρικός αέρας περιέχει περίπου 21% οξυγόνο. Ο συμβατικός εξοπλισμός αερισμού πρέπει να μετακινεί μεγάλο όγκο αέρα μέσω του νερού για να μεταφέρει την απαιτούμενη ποσότητα οξυγόνου.
Μια γεννήτρια PSA διαχωρίζει το άζωτο από τον πεπιεσμένο αέρα και παράγει αέριο εμπλουτισμένο με οξυγόνο. Οι δημοσιευμένες διαμορφώσεις υδατοκαλλιέργειας της NEWTEK περιλαμβάνουν εύρος καθαρότητας οξυγόνου από περίπου 90% έως 99,5%, ανάλογα με τη διαμόρφωση, με τυπικόΟξυγόνο PSAσυστήματα που προσδιορίζονται συνήθως γύρω στο 93% ± 3%.
Η υψηλότερη συγκέντρωση οξυγόνου αλλάζει τη διαδικασία μεταφοράς από την πλευρά του νερού. Αντί να μεταφέρει οξυγόνο από μεγάλη ποσότητα ατμοσφαιρικού αέρα, ο διαχύτης ή ο κώνος οξυγόνου δέχεται ένα ρεύμα αερίου με υψηλότερη συγκέντρωση οξυγόνου.
Η πραγματική μεταφορά εξαρτάται από:
- Ρυθμός ροής αερίου
- Βάθος νερού
- Διάμετρος φυσαλίδας
- Θερμοκρασία νερού
- Χρόνος επικοινωνίας
- Πίεση λειτουργίας
- Δομή διαχύτη ή κώνου οξυγόνου
Επομένως, η παραγωγή PSA θα πρέπει να αξιολογείται μαζί με τον εξοπλισμό μεταφοράς οξυγόνου και όχι ως μεμονωμένη προδιαγραφή αερίου.
Το PSA Oxygen μπορεί να παρέχει συστήματα υδατοκαλλιέργειας υψηλής πυκνότητας
Καθώς αυξάνεται η πυκνότητα του αποθέματος, η απαίτηση σε οξυγόνο ανά μονάδα όγκου νερού γίνεται επίσης μια κρίσιμη παράμετρος σχεδιασμού. Τα ψάρια και οι γαρίδες καταναλώνουν οξυγόνο συνεχώς, ενώ η διαθεσιμότητα οξυγόνου μπορεί να μειωθεί γρήγορα όταν η ικανότητα αερισμού δεν ταιριάζει με τη βιολογική ζήτηση.
Ένα σύστημα PSA μπορεί να τροφοδοτήσει οξυγόνο σε:
- Εντατικές ιχθυολίμνες
- Γαρίδες λιμνούλες
- Δεξαμενές εκκολαπτηρίου
- Συστήματα ανακυκλοφορίας υδατοκαλλιέργειας
- Εσωτερικές δεξαμενές καλλιέργειας
- Δεξαμενές που κρατούν ζωντανά ψάρια
Σε μια εγκατάσταση RAS, για παράδειγμα, το νερό διέρχεται μέσω μηχανικής διήθησης και βιολογικής επεξεργασίας πριν επιστρέψει στη δεξαμενή καλλιέργειας. Το οξυγόνο μπορεί να εγχυθεί κατάντη μέσω ενός κώνου οξυγόνου ή διαχύτη πριν το επεξεργασμένο νερό επιστρέψει στις δεξαμενές ψαριών.
Επομένως, η γεννήτρια οξυγόνου γίνεται μέρος του βρόχου επεξεργασίας νερού:
Δεξαμενή καλλιέργειας → διήθηση → βιολογική επεξεργασία → οξυγόνωση → δεξαμενή καλλιέργειας
Η παραγωγή οξυγόνου μπορεί να αντιστοιχιστεί στην πραγματική ζήτηση του αγροκτήματος
Η χωρητικότητα του PSA θα πρέπει να υπολογίζεται από τη ζήτηση οξυγόνου και όχι μόνο από την περιοχή της λίμνης.
Οι κύριες εισροές περιλαμβάνουν:
| Παράμετρος σχεδίασης | Μηχανική Λειτουργία |
|---|---|
| Βιομάζα | Καθορίζει τη βιολογική κατανάλωση οξυγόνου |
| Πυκνότητα κάλτσας | Προσδιορίζει τη ζήτηση οξυγόνου ανά μονάδα όγκου νερού |
| Θερμοκρασία νερού | Αλλάζει τη διαλυτότητα σε οξυγόνο και τη μεταβολική ζήτηση |
| Στόχος DO | Καθορίζει την απαιτούμενη κατάσταση διαλυμένου οξυγόνου |
| Μέγιστη ζήτηση | Καθορίζει τη μέγιστη χωρητικότητα της γεννήτριας |
| Αποδοτικότητα μεταφοράς οξυγόνου | Καθορίζει πόσο παραγόμενο οξυγόνο εισέρχεται στο νερό |
| Ώρες λειτουργίας | Καθορίζει την ημερήσια παραγωγή οξυγόνου |
| Μελλοντική βιομάζα | Καθορίζει τις απαιτήσεις επέκτασης |
Για παράδειγμα, εάν ένα αγρόκτημα απαιτεί 30 Nm³/h οξυγόνου να εισέλθει στο νερό, αλλά το σύστημα μεταφοράς οξυγόνου μεταφέρει μόνο το 75% του παρεχόμενου οξυγόνου, η γεννήτρια πρέπει να παρέχει περισσότερα από 30 Nm³/h.
Μια απλοποιημένη σχέση σχεδιασμού είναι:
Απαιτούμενη παραγωγή οξυγόνου=απαιτείται μεταφορά οξυγόνου ÷ απόδοση μεταφοράς
Ο υπολογισμός θα πρέπει να χρησιμοποιεί μετρημένη απόδοση μεταφοράς ή απόδοση μεταφοράς που καθορίζεται από τον προμηθευτή αντί να υποθέσει ότι όλο το οξυγόνο που φεύγει από τη γεννήτρια PSA εισέρχεται στο νερό.
Οι διαλυμένοι αισθητήρες οξυγόνου μπορούν να ελέγξουν την παροχή οξυγόνου
Οξυγόνο PSAη παραγωγή γίνεται πιο χρήσιμη όταν συνδέεται με παρακολούθηση διαλυμένου οξυγόνου.
Ένας αισθητήρας διαλυμένου οξυγόνου μετρά το πραγματικό επίπεδο DO στο νερό καλλιέργειας. Το σήμα μπορεί να εισέλθει σε ένα PLC, το οποίο ελέγχει μια βαλβίδα οξυγόνου, το ρυθμό ροής οξυγόνου ή πρόσθετη χωρητικότητα PSA σύμφωνα με προκαθορισμένα όρια λειτουργίας.
Ο βρόχος ελέγχου μπορεί να δομηθεί ως εξής:
Αισθητήρας DO → PLC → έλεγχος ροής οξυγόνου → διαχύτης/κώνος οξυγόνου → νερό καλλιέργειας
Όταν το DO μειώνεται κάτω από το ρυθμισμένο εύρος, το σύστημα ελέγχου μπορεί να αυξήσει την παροχή οξυγόνου. Όταν το DO επιστρέψει στο απαιτούμενο εύρος, το σύστημα μπορεί να μειώσει τη ροή οξυγόνου.
Τα συστήματα PSA της NEWTEK περιλαμβάνουν αισθητήρες οξυγόνου, αισθητήρες πίεσης, αυτόματο έλεγχο και βιομηχανικές διεπαφές επικοινωνίας όπως Modbus, Profibus και Ethernet.
Αυτή η διάταξη επιτρέπει στο σύστημα οξυγόνου να ανταποκρίνεται σε μετρήσιμες συνθήκες νερού αντί να λειτουργεί τη γεννήτρια στη μέγιστη απόδοση σε ολόκληρο τον κύκλο παραγωγής.
Η αποθήκευση ρυθμιστικού διαλύματος οξυγόνου διαχωρίζει τη δημιουργία από τη διακύμανση της ζήτησης
Ο κύκλος προσρόφησης PSA και η ζήτηση οξυγόνου του αγροκτήματος δεν αλλάζουν απαραίτητα με τον ίδιο ρυθμό. Μια δεξαμενή αποθήκευσης μπορεί να διαχωρίσει αυτές τις δύο συνθήκες λειτουργίας.
Η γεννήτρια PSA γεμίζει τον δέκτη οξυγόνου, ενώ το κατάντη σύστημα οξυγόνωσης αντλεί αέριο σύμφωνα με τη ζήτηση από την πλευρά του νερού. Επομένως, ο δέκτης απορροφά τις βραχυπρόθεσμες διαφορές μεταξύ παραγωγής και κατανάλωσης οξυγόνου.
Ο απαιτούμενος όγκος δεξαμενής εξαρτάται από:
- Παραγωγή οξυγόνου PSA
- Απαίτηση οξυγόνου
- Πίεση λειτουργίας
- Μέγιστη ροή
- Εύρος πίεσης
- Απαιτούμενος χρόνος κράτησης
Ένας μικρότερος δέκτης μπορεί να προκαλέσει γρήγορες αλλαγές πίεσης όταν πολλές δεξαμενές καλλιέργειας απαιτούν οξυγόνο ταυτόχρονα. Ένας υπερμεγέθης δέκτης αυξάνει τον όγκο του εξοπλισμού και το κόστος κεφαλαίου χωρίς να αυξάνει την ικανότητα παραγωγής οξυγόνου.
Το PSA Oxygen μπορεί να λειτουργήσει μαζί με μηχανικό αερισμό
Το οξυγόνο PSA δεν αντικαθιστά απαραίτητα τους μηχανικούς αεριστές.
Οι μηχανικοί αεριστές μετακινούν το νερό και τον ατμοσφαιρικό αέρα, ενώ ο εξοπλισμός PSA παρέχει αέριο εμπλουτισμένο με οξυγόνο. Τα δύο συστήματα μπορούν να εκτελούν διαφορετικές λειτουργίες μέσα στην ίδια λίμνη ή δεξαμενή.
Μια συνδυασμένη διάταξη μπορεί να χρησιμοποιεί:
Μηχανικός αεριστής → κυκλοφορία νερού
PSA οξυγόνο → παροχή συμπυκνωμένου οξυγόνου
DO αισθητήρας → σήμα ελέγχου
Αυτή η διαμόρφωση επιτρέπει στον μηχανικό εξοπλισμό να διατηρεί την κίνηση του νερού ενώ το σύστημα PSA παρέχει επιπλέον οξυγόνο όταν η βιολογική ζήτηση υπερβαίνει τη συνεισφορά οξυγόνου από τον κανονικό αερισμό.
Η κατάλληλη διάταξη εξαρτάται από το βάθος της λίμνης, το μοτίβο κυκλοφορίας του νερού, τη βιομάζα, τη θέση του διαχύτη και το απαιτούμενο DO.
Το PSA Oxygen υποστηρίζει την οξυγόνωση RAS
Οι εγκαταστάσεις RAS κυκλοφορούν συνεχώς νερό μέσω διήθησης και βιολογικού καθαρισμού. Τα νιτροποιητικά βακτήρια στα βιοφίλτρα καταναλώνουν οξυγόνο ενώ μετατρέπουν την αμμωνία και τα νιτρώδη, έτσι η ζήτηση οξυγόνου υπάρχει έξω από τις ίδιες τις δεξαμενές ψαριών.
Μια τυπική διαδικασία οξυγόνωσης RAS μπορεί να περιλαμβάνει:
- Το νερό καλλιέργειας φεύγει από τη δεξαμενή.
- Το μηχανικό φιλτράρισμα αφαιρεί τα αιωρούμενα στερεά.
- Η βιοδιήθηση μετατρέπει τις ενώσεις του αζώτου.
- Το οξυγόνο εγχέεται μέσω ενός διαχύτη ή κώνου οξυγόνου.
- Το οξυγονωμένο νερό επιστρέφει στις δεξαμενές καλλιέργειας.
Η γεννήτρια PSA πρέπει επομένως να παρέχει επαρκές οξυγόνο τόσο για βιολογική όσο και για υδάτινη κατανάλωση οξυγόνου.
Το σημείο έγχυσης οξυγόνου πρέπει να επιλέγεται σύμφωνα με την πίεση του νερού, τον ρυθμό ροής, τον χρόνο επαφής και τον εξοπλισμό μεταφοράς οξυγόνου. Η απλή αύξηση της παραγωγής αερίου PSA δεν εγγυάται αναλογικές αυξήσεις στο διαλυμένο οξυγόνο εάν η συσκευή μεταφοράς από την πλευρά του νερού έχει φτάσει στο όριο μεταφοράς.
Η αυτόματη παρακολούθηση μπορεί να εντοπίσει βλάβες του συστήματος οξυγόνου
Ένα εμπορικό σύστημα οξυγόνου υδατοκαλλιέργειας θα πρέπει να παρακολουθεί τις συνθήκες τόσο από την πλευρά του αερίου όσο και από την πλευρά του νερού.
| Παράμετρος | Τι Υποδεικνύει |
|---|---|
| Διαλυμένο οξυγόνο | Πραγματική κατάσταση οξυγόνου στο νερό καλλιέργειας |
| Καθαρότητα οξυγόνου | Συνθήκη διαχωρισμού PSA |
| Ροή οξυγόνου | Παράδοση φυσικού αερίου στο νερό |
| Πίεση PSA | Κατάσταση λειτουργίας του συστήματος προσρόφησης |
| Πίεση συμπιεστή | Διαθεσιμότητα τροφοδοσίας |
| Θερμοκρασία νερού | Αλλαγές στη διαλυτότητα σε οξυγόνο και στη βιολογική ζήτηση |
| Κατάσταση συναγερμού | Ανωμαλία εξοπλισμού ή αισθητήρα |
Για παράδειγμα, η πτώση της καθαρότητας του οξυγόνου μπορεί να υποδηλώνει μόλυνση από μοριακό κόσκινο, προβλήματα εναλλαγής βαλβίδων, υπερβολική ζήτηση ή προβλήματα τροφοδοσίας αέρα. Η πτώση της πίεσης οξυγόνου μπορεί να υποδηλώνει περιορισμούς ικανότητας συμπιεστή, απόφραξη φίλτρου, προβλήματα βαλβίδας ή υπερβολική ροή προς τα κάτω.
Το σύστημα ελέγχου θα πρέπει να χρησιμοποιεί αυτά τα σήματα για τη δημιουργία συναγερμών και την απομόνωση μη φυσιολογικού εξοπλισμού αντί να βασίζεται αποκλειστικά σε χειροκίνητη επιθεώρηση.
PSA Oxygen and Conventional Aeration: Structural Difference
Ο συμβατικός αερισμός εισάγει τον ατμοσφαιρικό αέρα απευθείας στο νερό. Επομένως, η παροχή οξυγόνου περιορίζεται από τη συγκέντρωση οξυγόνου στον ατμοσφαιρικό αέρα και την απόδοση μεταφοράς του αεριστή.
Το οξυγόνο PSA διαχωρίζει το οξυγόνο από τον αέρα πριν το αέριο εισέλθει στο σύστημα από την πλευρά του νερού.
| Παράγοντας | Συμβατικός Αερισμός | Σύστημα οξυγόνου PSA |
|---|---|---|
| Παρέχεται αέριο | Ατμοσφαιρικός αέρας | Αέριο εμπλουτισμένο με οξυγόνο |
| Κύριος εξοπλισμός διαχωρισμού | Κανένας | Δοχεία προσρόφησης μοριακού κόσκινου |
| Παροχή αέρα | Ανεμιστήρας/αεριστήρας | Αεροσυμπιεστής |
| Έλεγχος οξυγόνου | Ροή αέρα και λειτουργία αεριστή | Ροή οξυγόνου, καθαρότητα και έλεγχος DO |
| Εξοπλισμός από την πλευρά του νερού | Τροχός κουπιών, φυσητήρας ή διαχύτης | Διαχύτης οξυγόνου, κώνος οξυγόνου ή παρόμοιος εξοπλισμός |
| Κύρια συντήρηση | Αεριστήρας, κινητήρας, ρουλεμάν, διαχύτης | Συμπιεστής, φίλτρα, βαλβίδες, αναλυτής, μοριακό κόσκινο |
| Ενοποίηση συστήματος | Άμεση ανάμειξη αέρα-νερού | PSA + δέκτης + κατανομή οξυγόνου + οξυγόνωση νερού |
Για υδατοκαλλιέργειες υψηλής πυκνότητας, το οξυγόνο PSA μπορεί να συμπληρώσει τον μηχανικό αερισμό όταν η απαίτηση σε οξυγόνο υπερβαίνει αυτή που μπορεί να μεταφέρει ο αερισμός της ατμόσφαιρας. Η κατάλληλη διαμόρφωση εξαρτάται από τη βιομάζα, τον όγκο του νερού, τη θερμοκρασία, τον στόχο DO, την απόδοση μεταφοράς οξυγόνου και το πρόγραμμα λειτουργίας.
Σχετικά με τη NEWTEK
NEWTEKαναπτύσσεται επί τόπουΟξυγόνο PSAκαι συστήματα παραγωγής αζώτου. Η διεργασία οξυγόνου PSA χρησιμοποιεί προσρόφηση μοριακού κόσκινου ζεόλιθου, με συμπιεσμένο και καθαρό αέρα να εισέρχεται στα δοχεία προσρόφησης, το άζωτο να προσροφάται κατά προτίμηση και το πλούσιο σε οξυγόνο αέριο να φεύγει από την κλίνη προσρόφησης.
Η διαμόρφωση του συστήματος περιλαμβάνει καθαρισμό αέρα, δοχεία προσρόφησης, αισθητήρες πίεσης, αισθητήρες οξυγόνου, αυτόματο έλεγχο, σωληνώσεις αερίου και διεπαφές επικοινωνίας. Οι δημοσιευμένες προδιαγραφές οξυγόνου PSA της NEWTEK περιλαμβάνουν ικανότητα παραγωγής από 1–300 Nm³/h, καθαρότητα οξυγόνου 93% ± 3%, και πίεση εξόδου οξυγόνου 0,01–0,5 MPa, ανάλογα με τη διαμόρφωση.
Για την εμπορική υδατοκαλλιέργεια, το σύστημα PSA μπορεί να συνδεθεί με δέκτες οξυγόνου, κώνους οξυγόνου, διαχυτές, αισθητήρες διαλυμένου οξυγόνου και εξοπλισμό επεξεργασίας νερού. Η τελική χωρητικότητα θα πρέπει να υπολογίζεται από τη βιομάζα, τη θερμοκρασία του νερού, το στόχο DO, τη μέγιστη ζήτηση οξυγόνου, την απόδοση μεταφοράς οξυγόνου και την προγραμματισμένη επέκταση της παραγωγής και όχι μόνο από την περιοχή της λίμνης.
