Nasycení vody kyslíkem se provádí pomocí technických prostředků přiváděním vzduchu pod tlakem. Další možností je odstranění překážek ve formě filmu olejových kapalin, ledu a dalších látek. Zvýšením koncentrace kyslíku je možné kapalinu dezinfikovat a zabránit rozvoji škodlivých bakterií a mikroorganismů.
Když je potřeba okysličení vody
Proces provzdušňování přirozeně zahrnuje nasycení kapaliny kyslíkem v důsledku dobíjení z atmosféry, fotosyntézu vodní vegetace a vydatné srážky ve formě sněhu a deště. Takové provzdušňování se nepoužívá uměle z důvodu náročnosti realizace a nízké účinnosti.
Hlavní účely nasycení kapaliny molekulami kyslíku jsou:
- Při nízkém obsahu kyslíku je ve vodě hodně železa, což činí tekutinu nevhodnou k pití. Sytost umožňuje obnovit optimální množství kovu.
- Pro použití ve výrobních zařízeních je také zapotřebí kapalina s optimálním obsahem kyslíku. Jinak se zvyšuje rychlost opotřebení součástí a sestav.
- Vývoj patogenů ve vodě s nízkým obsahem kyslíku je mnohem rychlejší. Pro zpomalení a úplné odstranění tohoto procesu se používají různé možnosti obohacování kapalin.
Technologie pro nasycení vody kyslíkem
Nejlevnějším způsobem nasycení kapaliny je její usazení. K tomu se používají speciální nádrže a samotný proces vyžaduje spoustu času. Tato metoda se používá zřídka, hlavně ve vodárenských věžích s nízkým průtokem kapaliny.
Moderní metody uvedení kapaliny do stavu vhodného k pití a použití pro technické účely jsou:
- Tlaková technologie, při které je kyslík přiváděn do nádoby s vodou pod tlakem. Tato metoda je hojně využívaná a v praxi je vidět při provzdušňování akvárií.
- Alternativou k tlakové metodě je beztlaková technologie. Trysky s minimálním výstupním průměrem jsou osazeny ve speciální provzdušňovací koloně. Tryskami je přiváděna tlaková voda, která je na výstupu nasycena kyslíkem. Pro velké objemy obohacení je tato technologie optimální.
- Nasycení kapalinou se také provádí pomocí zjednodušené metody. K tomu se používá speciální filtrační systém. Při průchodu zrnitou vrstvou získává kapalina potřebnou alkalickou rovnováhu a zbavuje se přebytečného železa.
- V průmyslovém množství se voda obohacuje kyslíkem pomocí elektrochemických zařízení. K provzdušňování dochází v důsledku přeměny chemické a elektrické energie. Zařízení vykazuje vysokou ekonomickou účinnost a je instalováno téměř ve všech podnicích, jejichž výrobní cyklus vyžaduje velký objem kapaliny obohacené kyslíkem.
Zjistěte cenu vybavení
V mnoha případech lze vizuálně pochopit, že voda obsahuje málo kyslíku. Přítomnost červených pruhů v místech úniku kapaliny nebo korozivních usazenin na výrobcích svědčí o vysokém obsahu železa. Někdy poznáte nedostatek kyslíku podle chuti a vůně tekutiny.
Nasycení vody kyslíkem je nedílnou součástí technologických procesů mnoha malých i velkých průmyslových podniků. Jednotky různého výkonu a výkonu můžete zakoupit od společnosti Oksimat. Zařízení je dodáváno kompletně kompletní a připravené k použití. Dostupné ceny a vysoká kvalita odlišují produkty společnosti od produktů konkurence.
Dostupnost rozpuštěného kyslíku (DO) je obvykle hlavním faktorem, který omezuje schopnost zvýšit hustotu osazení v uzavřeném vodním systému. Jeho koncentrace se měří různými metodami (podrobněji). Použití pouze provzdušňování pro zajištění kyslíku umožňuje udržovat hustotu výsadby na 40 kg/m 3 . Zavádění čistého kyslíku pomocí účinného zařízení na dodávku plynu však zvyšuje hustotu výsadby na 120 kg/m 3 . Je zohledněn rozdíl v koncentraci rozpuštěného kyslíku na vstupu do kultivační nádrže (10 mg/l s provzdušňováním nebo 18 mg/l přívodu čistého kyslíku) a na výstupu ze systému. Například při koncentraci rozpuštěného kyslíku na výstupu 6 mg/l jsou pro dýchání ryb během provzdušňování k dispozici pouze 4 mg/l (10 mg/l – 6 mg/l) a 12 mg/l při přívodu čistého kyslíku. (18 mg/l – 6 mg/l). Hustota výsadby se tak může zvýšit ze 40 kg/m3 na 120 kg/m3. Zajímavé je, že se zvyšující se hustotou osazení se zvyšuje i koncentrace vedlejších produktů (pevný sediment). Proto je nutné efektivnější odstraňování, například použití mikrosíťového filtru.
Požadavky vodních organismů na koncentraci kyslíku závisí na mnoha faktorech, včetně hustoty osazení, množství dodávané potravy, úrovně stresu, teploty vody a několika dalších. Studenovodní druhy vyžadují 0,3-0,5 kg kyslíku na 1 kg potravy. Při vysokých teplotách a přítomnosti potřeby kyslíku z biofiltru a dalších bakterií se potřeba kyslíku zvyšuje na 1 kg kyslíku na 1 kg krmiva. Minimální hodnoty rozpuštěného kyslíku závisí také na potřebách konkrétního druhu ryb a podmínkách chovu. Tilapie může přežít hladiny rozpuštěného kyslíku, které by během několika minut zabily pstruha duhového nebo lososa. Stojí za zmínku, že koncentrace O2 méně než 4-6 mg/l snižuje rychlost růstu.
Hustotu osazení lze zvýšit zvýšením množství aplikovaného krmiva, když se vyřeší problém dostupnosti kyslíku a sníží se omezující faktory, jako je celková hladina produktů obsahujících dusík, CO2, objem kultivační nádoby. Zvýšení hustoty osazení musí být ekonomicky zdůvodněno.
Koncentrace rozpuštěného kyslíku je tedy jedním z nejvýznamnějších limitujících faktorů určujících množství vyprodukovaných ryb.
Zintenzivnění dodávky čistého kyslíku do vody, stejně jako provzdušňování, je však omezené, protože na každých 10 mg/l spotřebovaného O2 1,0-1,4 mg/l TAN (celková hladina dusíku), 13-14 mg/l produkovaného CO2 a 10-20 mg/l pevných částic v sedimentu. Když je spotřeba kyslíku v systému vyšší než 10-22 mg/l (v závislosti na zásaditosti, pH, teplotě, druhu ryb), limitujícím faktorem se stává koncentrace rozpuštěného oxidu uhličitého (bez odstraňování a kontroly pH).
Přenos plynů
Provzdušňování je proces kontaktu plynů s vodou.
Když se vzduch dostane do kontaktu s vodou, dosáhnou rozpuštěné plyny ve vodě rovnovážné fáze, podle parciálního tlaku plynů v atmosféře. Rozpouštění plynů ovlivňují dva faktory, povrch rozhraní vzduch-voda a rozdíl v parciálních tlacích (koncentracích) plynů při nasycení a ve vodě. Například, pokud voda není nasycena plynem, ten se rozpustí. V opačném případě, když se voda přesytí, plyn začne vodu opouštět. V nejjednodušší kapkové koloně lze z vody odstranit přesycený dusík, zatímco kyslík, který tohoto stavu nedosáhl, se naopak začne rozpouštět. Rychlost přenosu plynů závisí na jejich nedostatku (nebo přebytku) v roztoku. Je úměrný konstantě známé jako koeficient přestupu plynu. Celkový koeficient přestupu plynu je určen podmínkami vytvořenými v konkrétním systému dodávky plynu. Jedná se o kompozitní indikátor, který zahrnuje faktory, jako je koeficient difúze plynu, tloušťka filmu kapaliny a plocha rozhraní vzduch-voda. Uvedené faktory také naznačují možnosti zvýšení celkového množství přepravovaného plynu. Například je možné zmenšit tloušťku kapalného filmu mícháním a vytvářením turbulentních toků; zmenšením velikosti bublin zvětšete povrch rozhraní fáze vzduch-voda; nebo zvýšit koncentrační gradient.
Koncentrační gradient lze zvýšit zavedením čistého kyslíku, instalací vysokotlakých systémů a omezením parciálního tlaku plynu v atmosféře před náhlými změnami, když proudí přes přenosový systém (zvětšením plochy rozhraní).
Čistý kyslík přichází do styku s vodou, kde se dostává do přesyceného stavu. V tomto případě roztok opouští malý podíl dusíku. Za normálních podmínek provzdušňování zůstává hustota výsadby relativně nízká (méně než 40 kg/m 3 ), ale je zajištěn kontakt vody s atmosférickým vzduchem, což zabraňuje hromadění toxických koncentrací oxidu uhličitého.
Směs kyslíku zvyšuje rozpustnost kyslíku ve vodě 5x ve srovnání s provzdušňováním běžným vzduchem (48,1 mg/l versus 10,1 mg/l při 15 °C). Zvýšení tlaku z 1 na 2 atmosféry vede ke zdvojnásobení rozpustnosti kyslíku (97 mg/l oproti 48 mg/l při 15 °C).
V chovu ryb se nejčastěji používají tři zdroje kyslíku: vysokotlaký smíšený kyslík, zkapalněný kyslík a tvorba kyslíku na místě. Aby byla zaručena přítomnost kyslíku, mnoho farem má alespoň dva zdroje kyslíku. Kyslíková směs pod vysokým tlakem obsahuje 3 až 7 m 3 plynu pod tlakem 170 atmosfér. Pro zvýšení kapacity lze spojit několik válců dohromady. Kvůli vysoké ceně a omezené kapacitě se kyslíkové lahve používají pouze jako záloha v případě nouze.
Kyslík lze také generovat na místě pomocí adsorpce s kolísáním tlaku (PSA) nebo adsorpce vakuové separace (VSA). V obou případech se používá molekulární mikrofiltr k selektivní adsorbci nebo absorpci dusíku ze vzduchu za vzniku směsi obohacené kyslíkem. Na trhu jsou modely s kapacitou 0,5-14 kg kyslíku za hodinu při 0,7-3,3 atmosfér. K výrobě směsi obsahující 85 až 95 % kyslíku je zapotřebí zdroj suchého filtrovaného vzduchu přiváděného pod tlakem 6,0 až 10,0 atmosfér. Provozní jednotky PSA a VSA pracují periodicky a jsou aktivovány pouze v případě potřeby. Jsou velmi spolehlivé a nevyžadují velkou údržbu. Toto zařízení je však velmi nákladné, stejně jako jeho provoz, z důvodu nutnosti přívodu vysokotlakého vzduchu. Navíc, protože jednotky PSA a VSA vyžadují k provozu elektřinu (1,1 kW na 1 kg O2), v případě jeho odstavení je nutný rezervní zdroj čistého kyslíku.
Velmi často je možné získat kapalný kyslík o čistotě 98-99 %, který lze přepravovat a skladovat v nádobách, jako je Dewarova baňka. Při 1 atmosféře vře kapalný kyslík při -182.96 °C, takže je zapotřebí speciální kryogenní skladovací nádoba. Může mít různou velikost od 0,11 m 3 do 38 m 3 a obvykle se pronajímá nebo pronajímá od dodavatelů, i když lze prodat i menší kontejnery. Čtyři a půl litru kapalného kyslíku odpovídá 3,26 m 3 plynného kyslíku. Maximální tlak v nádobě se pohybuje od 8,775 do 11,7 atmosfér. Před použitím se kapalný kyslík odpařuje přímo přes výměníky tepla. Systém skladování kapalného kyslíku se skládá ze zásobníku, tepelného výměníku-zplyňovače a regulátoru tlaku. Použití tohoto zařízení závisí na nákladech na dopravu a snižuje náklady na údržbu a nákup PSA systémů. Zařízení pro skladování a dodávku kapalného kyslíku je velmi spolehlivé a funguje i při výpadku proudu. Problémy jsou pozorovány při jeho použití jako záložní možnosti pro případ výpadku proudu, kdy skladovaný objem plynu nestačí. Je nutné pečlivě zvážit možná rizika a vybrat nádoby dostatečného objemu. Kyslíku by měl být dostatek na minimálně 30 dnů provozu. Při prvním náznaku zhoršujících se povětrnostních podmínek a použití zkapalněné směsi je rozumné snížit množství zaváděného krmiva, čímž se sníží nároky ryb na kyslík během následujících 24 hodin.
Okysličovací zařízení
V kontinuální kapalné fázi (bubliny ve vodě): trubky ve tvaru U, kyslíkové kužely (nasycení při sestupném proudu vody), kyslíková odsávačka, nebulizéry.
K přenosu kyslíku se používá spojitá plynná fáze (voda kapající ve vzduchu): víceúrovňové nízkotlaké oxygenátory, balené nebo atomizační kolony, tlakové kolony, uzavřené mechanické povrchové mísiče.
Víceúrovňové nízkotlaké oxygenátory se nejčastěji používají, protože jsou určeny pro vysokorychlostní proudění s minimální hydrostatickou výškou. Tradiční nízkotlaký oxygenátor byl vyvinut společností Wotten v roce 1989. V současné době byla vytvořena různá schémata tohoto zařízení, která však mají stejný princip fungování. Okysličovač se skládá z distribuční desky umístěné nad několika (5-10) obdélníkovými komorami. Voda protéká bariérovými deskami na konec kanálu nebo je čerpána nahoru z akvária přes distribuční desku a poté padá obdélníkovými komorami. Komory poskytují mezifázový povrch nezbytný pro míchání a přenos plynu. Sestupný tok se shromažďuje na dně každé komory a opouští je. Veškerý čistý kyslík je přiváděn do vnější nebo první obdélníkové komory. Směs plynů v první komoře se postupně šíří do všech komor. Jak plynná směs prochází z komory do komory, postupně ztrácí kyslík, který se rozpouští ve vodě. Nakonec zbývající směs opustí poslední komoru. Každá z obdélníkových komor je propustná pro plyn. Otvory mezi nimi jsou provedeny tak, aby zabránily zpětnému promíchání vody.
| Přísun kyslíku | Objem plynu/kapaliny | Účinnost přenosu kyslíku |
| > 8 mg/l | 60 90-% | |
| 15 mg / l | 0,02:1 | 50% |
Pro snížení akumulace sedimentu mohou být nízkotlaké oxygenátory navrženy s kónickým dnem. Díky řadě komor a snížené krátké cirkulaci plynu vám víceúrovňový systém umožňuje maximalizovat absorpci O22. Při zavádění kyslíku (objem zavádění je 0,5-2% objemu průtoku vody) se z vody uvolňuje dusík. Hydraulický tlak je 50-100 g*min/ft2.
Prezentovaný model oxygenátoru se používá k demonstraci vlivu počtu komor a povrchové plochy rozhraní plyn/kapalina na účinnost absorpce kyslíku. Jak vidíte, i model se 4-5 kamerami je již velmi efektivní. Je to dáno existencí komerčních modelů s počtem kamer rovným sedmi. Z grafu je patrné, že při poměru G/L = 2 % účinnost přenosu plynu mírně klesá. Zvyšování poměru G/L tedy není ekonomicky oprávněné.
Tento graf ukazuje, že poměr plynu ke kapalině 1,4 % představuje nejvyšší objem dodávky kyslíku, když je pozorována minimální účinnost absorpce kyslíku 70 %; je to způsobeno zvýšením uvolňování rozpuštěného kyslíku z vody při dodávaném objemu 12 mg/l oproti 6 mg/l. To vede k pravidlu, že delta rozpuštěného kyslíku při 10-12 mg/l je cílová hodnota při navrhování víceúrovňových nízkotlakých oxygenátorů. Rychlý pokles účinnosti absorpce se zvyšujícím se poměrem plynu a kapaliny vytváří nebezpečí pro chovatele ryb, kteří se snaží zvýšit poměr G/L a tím pouze zvýšit ztráty kyslíku z roztoku.
CO je často umístěn přímo nad víceúrovňovým nízkotlakým oxygenátorem.2– odplyňovací kolona.
Potrubí ve tvaru U pro provzdušňování funguje na principu zvyšování tlaku plynu, což vede ke zvýšení rozpouštění kyslíku. Skládá se ze dvou soustředných tubusů, nebo dvou tubusů ve vertikální šachtě hluboké 9-45 metrů. Kyslík je přiváděn na horní konec trubky ve tvaru obráceného U, kterou proudí směs vody a plynu dolů do ohybu. Účinnost rozpouštění kyslíku je určena výškou U-trubice, průtokem plynu, průtokem vody, hloubkou difuzoru a koncentrací přiváděného kyslíku. Koncentrace rozpuštěného kyslíku se pohybuje od 20 do 40 mg/l, ale jeho přenosová účinnost je pouze 30-50 %. Instalace jednotky pro recyklaci odpadních plynů zvyšuje účinnost přenosu na 55-80%. U-trubice má dvě výhody, jednou z nich je nízká hydraulická hlava, která při dostatečné výšce kapaliny eliminuje potřebu externího zdroje energie. Tento typ oxygenátoru může používat vodu obsahující velké množství kontaminantů. Jeho jedinou nevýhodou je špatná těžba oxidu uhličitého a dusíku a vysoké stavební náklady, zvláště v přítomnosti horninového podloží.
Voda se pohybuje rychlostí 1,8-3 m/s a nese s sebou bublinky kyslíku, jejichž vztlak je 0,3 m/s. Rozpouštění kyslíku se zvyšuje, když je dosaženo hloubky 10-45 metrů. Jedním z problémů při provozu U-trubky může být ucpání kanálu příliš velkým množstvím bublin kyslíku, které narušují průtok vody (s poměrem plynu a kapaliny vyšším než 25 %). Pro provoz oxygenátoru je nutná hydraulická výška 1-6 metrů. Velké potrubí s vysokým průtokem vyžaduje nízký sloupec vody, zatímco malé potrubí vyžaduje vysoký sloupec.
Kyslíkové kužely
Kyslíkové nebo okysličovací kužely se skládají z kuželového válce nebo řady trubek s postupně se zvětšujícím průměrem. Voda a kyslík vstupují do horní části kužele a směřují dolů do výstupní trubky. S rostoucím průměrem kužele směrem dolů se rychlost vody snižuje až do okamžiku, kdy se rovná rychlosti stoupání kyslíkových bublin. Tím se bublinky suspendují a postupně se rozpouštějí ve vodě. Účinnost tohoto procesu je dána rychlostí dodávky vody a kyslíku, koncentrací přiváděného kyslíku, geometrií kužele a vytvořeným tlakem. Účinnost absorpce se pohybuje od 95 do 100 % s výstupními koncentracemi 30-90 mg/l. Komerční modely jsou navrženy tak, aby rozpustily 0,2-4,9 kg kyslíku na litr při průtoku vody 170-2300 l/min. Stojí za zmínku, že kyslíkové kužely příliš dobře neodstraňují dusík z vody.
Ovládání O2 a CO2
Oxid uhličitý je nutné z vody odstranit poté, co dosáhne maximální úrovně, než dojde k přesycení vody kyslíkem. Tento proces se provádí po biofiltraci.
Voda musí být před vstupem do okysličovacího zařízení očištěna od těkavých složek. Předfiltrace plynných produktů zvyšuje koncentraci rozpuštěného kyslíku na 90% úroveň nasycení. Do přesycení by měl být dodáván pouze čistý kyslík.
Stavu přesycení rozpuštěným kyslíkem musí být dosaženo bezprostředně před vstupem vody do kultivační nádoby. V tomto případě musí být voda izolována od atmosférického vzduchu.
–
[Návod]
Brian Vinci, Ph.D. Steven Summerfelt, Ph.D. okysličení. The Freshwater Institute, Shepherdstown, WV
[/uživatel]
