Kaubanduslik vesiviljelus nõuab pidevat hapniku ülekandmist, sest kalad ja krevetid tarbivad lahustunud hapnikku, samas kui bioloogiline filtreerimine, orgaaniline lagunemine ja muud protsessid tarbivad samuti hapnikku. Hapnikuvajadus muutub sõltuvalt biomassist, loomkoormusest, vee temperatuurist, toitumisaktiivsusest ja öistest tingimustest. APSA hapnikusüsteemkäsitleb seda nõuet, eraldades hapniku suruõhust ja varustades hapnikuga rikastatud gaasi tiikidesse, mahutitesse, hapnikukoonustesse või tsirkuleerivatesse vesiviljelussüsteemidesse.
PSA hapnikgeneratsioon kasutab molekulaarsõelaga täidetud adsorptsioonianumaid. Kompressor suunab filtreeritud ja kuivatatud õhu adsorptsioonikihtidesse, kus molekulaarsõel adsorbeerib eelistatavalt lämmastikku. Hapnikurikas gaas liigub hapniku vastuvõtjasse ja siseneb seejärel veepoolsesse hapnikuga varustamise süsteemi. Adsorptsioonikihid vahelduvad survestamise ja regenereerimise vahel, et säilitada gaasi tootmine.
Kohapealne hapniku tootmine muudab tarnestruktuuri
Hapnikuballoone või vedelat hapnikku kasutav kaubanduslik farm sõltub välisest tarneahelast: gaasi tootmine, transport, ladustamine ja tarnimine farmi. PSA-seade viib hapniku tootmise protsessi farmi.
Põhiprotsess on järgmine:
Ümbritsev õhk → kompressor → õhutöötlus → PSA adsorptsioon → hapniku vastuvõtja → hapniku jaotus → vee hapnikuga varustamine
Seetõttu vajab süsteem enamat kui adsorptsiooniseadet. Kompressor peab tagama vajaliku toiteõhuvoolu, filtrid ja kuivatid peavad eemaldama saasteained ja niiskuse ning hapniku vastuvõtja peab gaasi puhverdama enne jaotusvõrku jõudmist.
Kõrvalpiirkondades tegutsevate või pidevat hapnikuvarustust vajavate farmide puhul peaks hankearvestus sisaldama elektritarbimist, hooldust, varuosasid ja väljastpoolt tarnitava hapniku transpordikulusid.
Kõrgem hapniku kontsentratsioon vähendab hapniku ülekandmiseks vajalikku gaasi mahtu
Atmosfääriõhk sisaldab ligikaudu 21% hapnikku. Tavalised õhutusseadmed peavad vajaliku hapnikukoguse ülekandmiseks vees liikuma suure hulga õhku.
PSA generaator eraldab lämmastiku suruõhust ja toodab hapnikuga rikastatud gaasi. NEWTEKi avaldatud vesiviljeluskonfiguratsioonid hõlmavad hapniku puhtuse vahemikku ligikaudu 90% kuni 99,5%, olenevalt konfiguratsioonist.PSA hapniksüsteemid, mida tavaliselt kasutatakse umbes 93% ± 3%.
Suurem hapnikukontsentratsioon muudab veepoolset ülekandeprotsessi. Selle asemel, et viia hapnikku suurest kogusest atmosfääriõhust, saab difuusor või hapnikukoonus suurema hapnikukontsentratsiooniga gaasivoo.
Tegelik ülekanne sõltub:
- Gaasi voolukiirus
- Vee sügavus
- Mulli läbimõõt
- Vee temperatuur
- Kontakti aeg
- Töörõhk
- Hajuti ehk hapnikukoonuse struktuur
Seetõttu tuleks PSA väljundit hinnata koos hapnikuülekandeseadmetega, mitte eraldatud gaasi spetsifikatsioonina.
PSA hapnik võib tarnida suure tihedusega vesiviljelussüsteeme
Kui asustustihedus suureneb, muutub kriitiliseks konstruktsiooniparameetriks ka hapnikuvajadus veemahuühiku kohta. Kalad ja krevetid tarbivad hapnikku pidevalt, samas kui hapniku kättesaadavus võib kiiresti väheneda, kui õhutusvõime ei vasta bioloogilisele nõudlusele.
PSA-süsteem võib toita hapnikku:
- Intensiivsed kalatiigid
- Krevettide tiigid
- Haudejaamade mahutid
- Tsirkuleerivad vesiviljelussüsteemid
- Sisekultuuri mahutid
- Eluskalade hoidmispaagid
Näiteks RAS-paigaldises läbib vesi enne kultiveerimismahutisse naasmist mehaanilise filtreerimise ja bioloogilise töötluse. Hapnikku saab süstida allavoolu läbi hapnikukoonuse või difuusori, enne kui töödeldud vesi naaseb kalapaakidesse.
Seetõttu saab hapnikugeneraator osaks veepuhastusringist:
Kultuuripaak → filtreerimine → bioloogiline töötlemine → hapnikuga varustamine → kultuuripaak
Hapniku tootmist saab kohandada talu tegeliku nõudlusega
PSA võimsus tuleks arvutada hapnikuvajaduse, mitte ainult tiigi pindala järgi.
Peamised sisendid hõlmavad järgmist:
| Disaini parameeter | Tehniline funktsioon |
|---|---|
| Biomass | Määrab bioloogilise hapnikutarbimise |
| Asustustihedus | Määrab hapnikuvajaduse veemahuühiku kohta |
| Vee temperatuur | Muudab hapniku lahustuvust ja metaboolset vajadust |
| Eesmärk TEHA | Määrab vajaliku lahustunud hapniku seisukorra |
| Tippnõudlus | Määrab generaatori maksimaalse võimsuse |
| Hapniku ülekande efektiivsus | Määrab, kui palju tekkinud hapnikku vette siseneb |
| Tööaeg | Määrab igapäevase hapnikutoodangu |
| Tuleviku biomass | Määrab laiendusnõuded |
Näiteks kui talu vajab vette sisenevat hapnikku 30 Nm³/h, kuid hapnikuülekandesüsteem kannab üle vaid 75% tarnitavast hapnikust, peab generaator andma rohkem kui 30 Nm³/h.
Lihtsustatud disainisuhe on järgmine:
Nõutav hapniku tootmine=nõutav hapniku ülekande ÷ ülekande efektiivsus
Arvutamisel tuleks kasutada mõõdetud või tarnija määratud ülekandejõudlust, mitte eeldada, et kogu PSA generaatorist väljuv hapnik siseneb vette.
Lahustunud hapnikuandurid võivad juhtida hapnikuvarustust
PSA hapniktootmine muutub kasulikumaks, kui see on ühendatud lahustunud hapniku seirega.
Lahustunud hapnikuandur mõõdab tegelikku DO taset kultiveerimisvees. Signaal võib siseneda PLC-sse, mis juhib hapnikuklappi, hapniku voolukiirust või täiendavat PSA võimsust vastavalt eelnevalt määratletud tööpiiridele.
Juhtkontuuri saab üles ehitada järgmiselt:
DO andur → PLC → hapnikuvoolu juhtimine → difuusor/hapnikukoonus → kultiveerimisvesi
Kui DO langeb alla konfigureeritud vahemiku, võib juhtimissüsteem suurendada hapniku tarnimist. Kui DO naaseb nõutavasse vahemikku, võib süsteem hapnikuvoolu vähendada.
NEWTEKi PSA-süsteemid hõlmavad hapnikuandureid, rõhuandureid, automaatjuhtimist ja tööstuslikke sideliideseid, nagu Modbus, Profibus ja Ethernet.
See paigutus võimaldab hapnikusüsteemil reageerida mõõdetavatele veetingimustele, selle asemel, et generaatorit kogu tootmistsükli jooksul maksimaalse võimsusega töötada.
Hapnikupuhvri ladustamine eraldab tootmise nõudluse kõikumisest
PSA adsorptsioonitsükkel ja farmi hapnikutarve ei pruugi muutuda sama kiirusega. Puhverpaak võib need kaks töötingimust eraldada.
PSA generaator täidab hapniku vastuvõtja, samal ajal kui allavoolu hapnikuga varustamise süsteem tõmbab gaasi vastavalt veepoolsele nõudlusele. Seetõttu neelab vastuvõtja lühiajalised erinevused hapniku tootmise ja tarbimise vahel.
Nõutav paagi maht sõltub:
- PSA hapniku tootmine
- Hapnikuvajadus
- Töörõhk
- Tippvool
- Rõhuvahemik
- Nõutav reservaeg
Alamõõduline vastuvõtja võib põhjustada kiireid rõhumuutusi, kui mitu kultuuripaaki nõuavad samaaegselt hapnikku. Liiga suur vastuvõtja suurendab seadmete mahtu ja kapitalikulusid, suurendamata hapniku tootmisvõimsust.
PSA hapnik võib töötada koos mehaanilise aeratsiooniga
PSA hapnik ei pruugi asendada mehaanilisi aeraatoreid.
Mehaanilised aeraatorid liigutavad vett ja atmosfääriõhku, PSA-seadmed aga varustavad hapnikuga rikastatud gaasi. Need kaks süsteemi võivad samas tiigis või paagis täita erinevaid funktsioone.
Kombineeritud korraldus võib kasutada:
Mehaaniline aeraator → veeringlus
PSA hapnik → kontsentreeritud hapnikuvarustus
DO andur → juhtsignaal
See konfiguratsioon võimaldab mehaanilistel seadmetel säilitada vee liikumist, samal ajal kui PSA-süsteem varustab täiendavat hapnikku, kui bioloogiline vajadus ületab normaalse aeratsiooni hapnikusisalduse.
Sobiv paigutus sõltub tiigi sügavusest, veeringlusmustrist, biomassist, difuusori asukohast ja nõutavast DO-st.
PSA hapnik toetab RAS-i hapnikuga varustamist
RAS-i rajatised tsirkuleerivad vett pidevalt läbi filtreerimise ja bioloogilise töötlemise. Nitrifitseerivad bakterid biofiltrites tarbivad hapnikku, muutes samal ajal ammoniaaki ja nitritit, nii et hapnikuvajadus eksisteerib väljaspool kalapaake.
Tüüpiline RAS-i hapnikuga varustamise protsess võib hõlmata järgmist:
- Kultuurivesi väljub mahutist.
- Mehaaniline filtreerimine eemaldab hõljuvad tahked ained.
- Biofiltratsioon muudab lämmastikuühendid.
- Hapnikku süstitakse difuusori või hapnikukoonuse kaudu.
- Hapnikuga varustatud vesi naaseb kultuuripaakidesse.
Seetõttu peab PSA generaator varustama piisavalt hapnikku nii bioloogilise kui ka vee hapnikutarbimise jaoks.
Hapniku sissepritse punkt tuleks valida vastavalt vee rõhule, voolukiirusele, kokkupuuteajale ja hapniku ülekandeseadmetele. Lihtsalt PSA gaasi väljundi suurendamine ei taga lahustunud hapniku proportsionaalset suurenemist, kui veepoolne ülekandeseade on jõudnud oma ülekandepiirini.
Automaatne jälgimine võib tuvastada hapnikusüsteemi tõrked
Kaubanduslik vesiviljeluse hapnikusüsteem peaks jälgima nii gaasi- kui ka veepoolseid tingimusi.
| Parameeter | Mida see näitab |
|---|---|
| Lahustatud hapnik | Tegelik hapnikuseisund kultuurivees |
| Hapniku puhtus | PSA eraldamise tingimus |
| Hapniku vool | Gaasi tarnimine vette |
| PSA rõhk | Adsorptsioonisüsteemi töötingimus |
| Kompressori rõhk | Toiteõhu kättesaadavus |
| Vee temperatuur | Muutused hapniku lahustuvuses ja bioloogilises vajaduses |
| Häire olek | Seadme või anduri kõrvalekalle |
Näiteks hapniku puhtuse langus võib viidata molekulaarsõela saastumisele, klapi lülitusprobleemidele, liigsele nõudlusele või toiteõhu probleemidele. Hapniku rõhu langus võib viidata kompressori võimsuse piirangutele, filtri ummistumisele, klapiprobleemidele või liigsele allavooluvoolule.
Juhtsüsteem peaks kasutama neid signaale häirete tekitamiseks ja ebatavaliste seadmete isoleerimiseks, selle asemel, et toetuda ainult käsitsi kontrollimisele.
PSA hapnik ja tavaline õhutamine: struktuursed erinevused
Tavaline aeratsioon juhib atmosfääriõhku otse vette. Hapnikuvarustust piirab seetõttu hapniku kontsentratsioon atmosfääriõhus ja aeraatori ülekandeefektiivsus.
PSA hapnik eraldab hapniku õhust enne gaasi sisenemist veepoolsesse süsteemi.
| tegur | Tavaline õhutamine | PSA hapnikusüsteem |
|---|---|---|
| Gaas tarnitud | Atmosfääriõhk | Hapnikuga rikastatud gaas |
| Peamised eraldusseadmed | Mitte ühtegi | Molekulaarsõela adsorptsioonianumad |
| Õhuvarustus | Puhur/aeraator | Õhukompressor |
| Hapniku kontroll | Õhuvoolu ja aeraatori töö | Hapniku vool, puhtus ja DO juhtimine |
| Veepoolne varustus | Aeruratas, puhur või hajuti | Hapniku difuusor, hapnikukoonus või sarnane varustus |
| Peamine hooldus | Aeraator, mootor, laagrid, difuusor | Kompressor, filtrid, ventiilid, analüsaator, molekulaarsõel |
| Süsteemi integreerimine | Otsene õhu-vee segamine | PSA + vastuvõtja + hapnikujaotus + vee hapnikuga varustamine |
Suure tihedusega vesiviljeluses võib PSA hapnik täiendada mehaanilist aeratsiooni, kui hapnikuvajadus ületab atmosfääri-õhu aeratsiooni ülekandumise. Sobiv konfiguratsioon sõltub biomassist, vee mahust, temperatuurist, DO sihtmärgist, hapnikuülekande efektiivsusest ja töögraafikust.
NEWTEKi kohta
NEWTEKareneb kohapealPSA hapnikja lämmastiku tootmise süsteemid. Selle PSA hapnikuprotsess kasutab tseoliidi molekulaarsõela adsorptsiooni, suru- ja puhastatud õhk siseneb adsorptsioonianumatesse, eelistatavalt adsorbeeritakse lämmastik ja adsorptsioonikihist väljub hapnikurikas gaas.
Süsteemi konfiguratsioon sisaldab õhupuhastust, adsorptsioonianumaid, rõhuandureid, hapnikuandureid, automaatjuhtimist, gaasitorustikku ja sideliideseid. NEWTEKi avaldatud PSA hapniku spetsifikatsioonid hõlmavad tootmisvõimsusi 1–300 Nm³/h, hapniku puhtust 93% ± 3% ja hapniku väljalaskerõhku 0,01–0,5 MPa, olenevalt konfiguratsioonist.
Kaubandusliku vesiviljeluse jaoks saab PSA-süsteemi ühendada hapniku vastuvõtjate, hapnikukoonuste, difuusorite, lahustunud hapniku andurite ja veepuhastusseadmetega. Lõplik võimsus tuleks arvutada biomassi, veetemperatuuri, DO sihtväärtuse, maksimaalse hapnikuvajaduse, hapnikuülekande efektiivsuse ja kavandatud tootmise laiendamise põhjal, mitte ainult tiigi pindala põhjal.
