水产养殖环境工程学课件 生物滤池的设计4

第八章生物过滤装置的设计

水处理的生物过滤器主要分为两大类：有机物硝化菌类和氨氮转化菌类。按细菌生长的形式，生物过滤器又可分为：

悬浮生长式与固定膜式两类。养殖系统中常用的是固定膜式氨氮转化菌类过滤器。特点:氨氮转化菌群依附在某种固体表面上生长，氨氮通过扩散的方式传递到固定生物膜内并被转化掉。与工业污水处理不同，工厂化养殖生物滤池的设计主要考虑的是氨氮去除，通过细菌的作用，将氨氮转化为毒性较小的硝态氮。当然生物过滤器也有分解有机物的作用。养殖污水的主要成分是鱼类鱼排泄的氨氮，它对鱼的毒性很大，一般要求总氨氮量不高于1mg/L或非离子态氨小于0.025mg／L。

生物滤池的设计还没有非常严格科学的方法，特别是在水产养殖系统的设计中，因为水体中的氨氮浓度常常低于1mg/L。合理运用生物、化学、物理的数据量化地去描述鱼类代谢物质在生物过滤装置中被除去的过程。简单讲，就是一定数量转氨细菌转化已知养殖对象排泄的含氮废料的能力。生物过滤装置设计考虑的因素基于生物过滤设计的数据，特别是养殖的数据非常的有限。废物中氨的含量随着鱼在不同的生长状态及生存环境中有差异，如果没有这些数据那么设计者就只能用其它种的相关数据去尽可能准确的估计和判断，准确性差。废物的产生率和净化率随着时间，投喂策略等变化。不同的过滤装置构造。生物过滤装置的设计数据是变化的，设计时应当充分考虑到细节问题，以使该装置能满足不同环境的需要，特别是一些特殊条件，需要大量的改进以便能满足需要。保证装置经济、可靠、有效的工作能力。程序设计比较直接，只有很少的情况有充足的数据，而且，数据也许只适应某些阶段废物的排泄与鱼的大小、摄食情况、温度等因素有关。废物的去除受温度、流速、氨氮的负荷等因素影响。依据环境排污的最大值去设计过滤装置在一定水体中放养一定重量的鱼时，如果个体是小鱼就要充分考虑到鱼对毒性物质的耐受作用，其他情况下还应当计算鱼体最大时的废物量生物过滤装置的设计步骤Ⅰ.确定污染物的数量代谢测定和实际数据Ⅱ.确定鱼类的耐受水平氨、亚硝酸盐、硝酸盐、固体颗粒Ⅲ.计算鱼类的氧气消耗量静水法和流水法Ⅳ.计算养殖系统的承载能力系统能养殖鱼类的最大数量Ⅴ.计算系统的流速整个系统的水流量生物过滤装置的设计步骤Ⅵ.计算水流一次通过后的氨氮浓度

一次去除率Ⅶ.计算多次循环后的氨氮浓度

每天的去除量Ⅷ.计算过滤装置的氨氮净化效率

以百分比、单位体积或单位比表面积表示Ⅸ.确定过滤装置中总的氨氨负荷每天的氨氮负荷生物过滤装置的设计步骤Ⅹ.计算需要过滤装置工作的时间反冲洗、清理时间Ⅺ.确定过滤装置的容量，特别是它的表面积

水力负荷率Ⅻ.确定装置的尺寸ⅩⅢ.确定装置的氧气供给量ⅩⅣ.修改装置以确保氧气供给生物过滤装置的设计步骤计算最大氨氮等负荷试验确定滤材的氨氮去除效率确定耗氧量确定生物滤池构造生物过滤装置的简单设计步骤①鱼类代谢参数：代谢参数是水产养殖用生物滤器的设计的基础。Liao和Mayo（1974）得到的关于鲑鳟鱼新陈代谢过程方程。NA=0.0289FNN=0.024FP=0.0162FSS=0.52FBOD=0.60FCOD=1.89F

生物过滤装置的设计方法式中：NA——氨的生成率（kgNH4-N/100kg鱼•天）NN——硝酸盐的生成率（kgNO3-N/100kg鱼•天）P——磷酸盐的生成率（kgPO-P/100kg鱼•天）SS——固体悬浮物生成率（kgSS/100kg鱼•天）BOD——BOD生成率（kgBOD/100kg鱼•天）COD——BOD生成率（kgCOD/100kg鱼•天）F——投饵率（kg饵料/100kg鱼•天）以上方程是在水温10～15℃，放养密度为28.4kg/m3的养殖系统所得出来的结果。②鱼的耗氧量：耗氧量是生物滤器设计第二个必须了解的参数，Liao(1972)给出了鳟鱼耗氧率的计算方程如下：Oc=K2TaWb式中：Oc——耗氧率（lbO2/100lb鱼•天）

K2——速度常数

T——温度（℉）

a、b——斜率

W——每条鱼的体重（lb）鱼类T温度（℉）K2ab鲑鱼≤50>507.2×10-74.9×10-53.2002.120-0.194-0.194鳟鱼≤50>501.90×10-63.05×10-43.1301.855-0.138-0.138表8.1耗氧率计算中常数注：表中的常数是按照公式8-7中重量单位为磅表示的(1lb=0.45359kg)③系统负载能力Lc（养殖容量）按下式进行估算（Liao等，1972）Lc=

式中：

Lc——系统负载（kg鱼/L•min）

Ce——要求的溶解氧浓度（mg/L）

Cm——养殖池中容许的最低溶解氧浓度（mg/L）

Oc——耗氧率（kgO2/100kg鱼•天）④总水流量

Q=

式中：

W——养殖系统鱼的总容纳量(kg)

Lc——系统负载（kg鱼/L•min）⑤氨浓度系数C的计算

式中：Cz——系统允许氨氮的浓度（mg/L）Ci——氨氮的初始浓度（mg/L）⑥生物过滤器的氨氮去除效率

E=

式中：

R——水循环率

C——系统进出口氨氮浓度的比值

E——生物滤池的硝化效率⑦硝化效率与水力停留时间的关系

E=(9.8T-21.7)tm

式中：tm——水力停留时间（h）T——水温（℃）

E——生物滤池的硝化效率⑧生物滤池的容积Vm:

式中：

Q——流量

tm——水力停留时间

ε——滤材的孔隙率⑨滤材的总表面积As：As=（Vm）（Au）

式中：Au为滤材的比表面积（m2/m3）简化设计方法根据前面的内容：将每将1g的NH4+氧化成NO3-需要消耗4.18g氧气和7.14g的碳酸离子（如CaCO3）并生成8.59g碳酸和0.17g细胞。按照下表列出了氨氮硝化生物滤池主要设计参数参考值进行简化设计。设计参数设计参考值鱼的总氨氮产出率鱼的非离子态氨氮浓度最高容许量鱼的总氨氮浓度最高容许量生物滤器的氨氮去除率溶氧需要量与总氨氮的比值日投喂率的3%0.025mg/L1.0mg/L0.2~0.6g/(m2•天)4.18～4.57表8.2氨氮硝化生物滤池主要设计参数参考值生物过滤装置实例

浸没式生物滤池系统数据信息某养殖场养殖规模10000kg鳟鱼（平均体重1kg），要求采用一个密闭的装置，90%循环，系统温度12℃，滤材采用塑料环状滤材：直径2.5cm

空隙率90%

比表面积160㎡/m3

密度18.5kg/m3每天按体重的2%投喂饵料，装置排出水的最少氧气含量5mg/l。方法一1.氨氮产量（AP）

AP=0.0289（投喂量/天)AP=0.0289×10000×2%=5.8kg/天2.氨氮通过装置的去除在12℃氨氮的去除(AR)是每天0.60g/㎡3.需要的表面积(一次通过时）

SSA=AP/AR=5800/0.60=9667m2生物过滤装置设计实例方法二1.需氧量

Oc=K2TaWb

Oc,耗氧量

K2，速率常数

T，温度

W，鱼的大小

A,b，线性常数

Oc=3.05×10-4(56）1.885（2.2）-0.138

=0.478公斤氧气/100公斤鱼/天生物过滤装置设计实例2.系统负荷

Lc=0.14(Ce-Cm)/Qc

Lc,系统负荷

Ce,溶解氧饱和度

Cm,最低需氧量假定

Ce为10，Cm为5Lc=0.14(10-5)/0.478=1.46公斤鱼/升/分钟生物过滤装置设计实例3.需要的水流速率

Q==6849升/分钟4.初始排水端氨氮浓度

Ci=每天氨氮产量/水流速率

=0.59mg/L

允许最高氨氮浓度为0.75mg/L生物过滤装置设计实例5.循环引起的允许最高氨氮浓度系数

C=C2/Ci=0.75/0.59=1.276.浸没式生物滤池的效率

E=(1+CR-C)/CRR，循环百分比

E=(1+1.27×0.9-1.27)/1.27×0.9=0.76

生物滤池必须有76%的效率生物过滤装置设计实例7.循环引起的生物滤池最大氨氮负荷

Wa=5.8×1.27=7.378.生物滤池内的水力停留时间

tm=E/(9.8T-21.7)=0.48分钟9.生物滤池容积

Vol=Qtm/空隙率=6849×0.48/0.9=3653升10.需要的比表面积总数

SSA=Vol×比表面积

=3.653×160=584m211.生物滤池滤料容积方法一，Vol=9667/160=60m3

方法二，

Vol=584/160=3.65m312.复查溶解氧浓度氨氮耗氧量=5.8/4.18=24.24公斤/天水流供氧量=6849×（10-5）=49.3公斤/天供氧量充足两种方法比较

1.比表面积差别很大

2.容积差别为6倍

3.很多经验公式方法二借用了其他系统的经验公式，方法一没有考虑循环和溶解氧的影响不同的滤材，滤池构造也会产生不同的影响当前的设计方法还有很大的误差，没有很确切的实际数据最好借用试验滤池数据，但是系统规模的放大并不代表试验数据可以同步扩大，也有局限性讨论滴流式生物过滤装置有许多型式，并且滤料的种类繁多，传统的滴流式生物滤池采用碎石做滤料，滤池为圆筒状，高度低、直径大。水产养殖生物滤池主要采用圆筒状，高度大于直径，滤料采用比重较小的塑料材质。滤料可采用随意堆积和固定两种方式。滴流式生物滤池设计假定给定条件养殖量10000kg鲑鱼（平均1kg重）。养殖装置是一个密闭的装置，100%循环，每星期换水20%装置温度：12℃投喂：2%鱼体重最大密度：50公斤/m3

最大放养比率：150000公斤/m3/秒生物滤材：塑料环，直径2.5cm；空隙率，0.92；比表面积，220m2/m3

水质要求：见表8.3。水质参数指标DO＞5pH6.5-8.0碱度10-400mg/L温度10-15.6ºCNH3-N0.0103mg/LNO2-N0.03mg/LCO2<10mg/LN2<110总饱和浓度浊度<80mg/L表8.3要求水质参数

设计过程1.水体体积（VW）：

VW=10000kgfish/50kg=200m32.总水流量（Q）

Q==0.0667m3/s3.饲料投喂量（Mf）该数值由鱼体的密度和个体大小决定，在鱼生长的早期一般控制在鱼体重的6%或者更高一点，当鱼即将销售时控制在体重的0.75%到3%，设计中这个值假设为2%，即：

Mf=10000×0.02=200kg/day4.代谢废物的产量根据已知数据：（每公斤饲料）消耗：0.21kgO2

产生：0.28kgCO20.30kg固体颗粒

0.03kgTAN5.需氧量（Or）

在已知需氧量0.21kgO2/kgfeed的基础上增加20%的安全系数，为0.25kgO2/kgfeed，

Or=0.25×200=50kgO2/day6.总氨氮的排泄量（TAN）在本例中，总氨氮的排泄量按投饵量的3%计算。

TAN=200kgfeed/day×0.03kgTAN/kgfeed=6kg/day7.系统中氨氮浓度（TANs）

TANs==1.25mg/L

pH溶解氨氮浓度游离氨氮浓度6.01.24970.00036.51.24910.00097.01.24730.00277.51.24140.00868.01.22340.0266

由于水中的氨分子是有毒的成分，氨分子的浓度受温度和pH值的影响。温度和pH值升高，NH3的浓度增加，pH值为6时，NH3的浓度接近0。假定系统中温度为12℃保持不变。根据鲑鱼的需要（看水质需求而定），NH3的浓度应保证不超过0.0103mg/L

。8.生物滤池表面积（AF）已知单位面积的氨氮去除率为0.75g/m2/day,

AF==8000m29.生物滤池的容积（VF）

VF==36.4m3整个过滤系统假定有8个生物滤池，每个生物滤池大小的推导如下：每个生物滤池的水流速率(Ff)为：Ff==720.3m3/day每个生物滤池的容积（Vu）：

Vu=36.4/8=4.55m3生物滤池横截面积（Ac）利用最大水力负荷(225m3/m2/d)计算：

Ac==3.2m2单个生物滤池的横截面积最小为3.2m2。10.生物滤池的尺寸和数量流量越大，氨氮去除率越高，氨氮的去除率与水力负荷、流速以及滤池的横截面积等因素有关

1）滤池直径

2）高度

3）滤池数量

4）水流量假定生物滤池为圆柱形，则圆柱形的直径（Df）为：Df=2.2m则高度（Hf）为，Hf=1.2m这样设计出来的生物滤池的尺寸如下：高度：1.2米直径：2.2米容积：4.56立方米横截面积：3.2平方米生物滤池的数量：8个本设计中用到的滤材相对比表面积较大，比表面积小的滤材需要更大的滤池容积滤池设计要考虑到去除氨氮，亚硝酸和有机物的统一本设计方法简单，但是没有考虑到其他的影响因素，实际应用中会有误差实际应用中，应该使用合适的策略补偿设计中的误差讨论膨胀性微珠生物过滤装置膨胀性微珠生物过滤装置（EGB）过滤装置的过滤床是由微小颗粒的塑料珠组成，它可以通过膨胀和搅动来清洗装置本身

应用生物转盘的优势

1.自我清洗，自我充氧

2.压头损失低

3.无阻塞，硝化反应好

4.运行稳定生物转盘的特殊结构决定了它的设计生物转盘的设计理论设计条件1.生物膜的生长和脱落是平衡的2.脱落的生物膜是悬浮的3.附着和脱落的生物膜都可以去除基质，但是悬浮生物膜的作用可以忽略不计4.氧气和其它基质没有浓度上的限制作用5.生物膜的厚度是均匀的6.水流速度是均衡的生物转盘的理论模型依据上面的假设，可以得到

Q(So-S)+rsAs=0Q,水流量

So，进水的基质浓度

S，出水的基质浓度

rs，单位面积的基质去除率

As，滤材的表面积常用的经验公式

F=(K/N)LaTbScBdAeDfQgF,去除的比例（%）

K,去除常数

N，生物转盘的阶段数

L，进水的基质浓度

S，水力停留时间

T，水温

B，生物转盘的转速

A，有效的滤料表面积

D，生物转盘的浸没深度

Q，流速

a,b,c,d,e,f,g,回归常数生物转盘的经验模型

1.基质浓度较低时，去除效率和基质浓度线性关系

2.试验规模生物转盘的效率为商业生物转盘的2.5倍左右

3.使用不同材质滤材，经验公式需要修正设计前提和过程

1.尽量采用商业生物转盘的经验参数

2.必要时使用最好的预测值

3.假定生物转盘可以处理掉每天系统中产生的所有氨氮

4.采用放养量最大时的数值

5.pH设定为7.5，并以此来计算游离氨氮的浓度

6.每天的投喂量为低于1%的鱼体重生物转盘的设计实例7.罗非鱼氨氮产生量为每公斤饲料25克鲈鱼氨氮产生量为每公斤饲料32克虹鳟鱼氨氮产生量为每公斤饲料34克8.经验公式，生物转盘每天氨氮的去除率为

Y=-16.6+163.3XY,氨氮去除率

X,进水的氨氮浓度9.温度补偿罗非鱼：不用补偿，以上公式30℃所得鲈鱼，降低10%（温度25℃，低了5℃）虹鳟鱼，降低30%（温度15℃，低了15℃）10.滤材的比表面积选择为175m2/m311.生物转盘的直径为3.66米，接近于商业生物转盘的直径生物转盘的设计条件总结指标罗非鱼鲈鱼虹鳟温度３０２５１５pH7.57.57.5NH3最大值0.0600.0250.010TAN的最大值2.421.421.17最大投喂量（ｋｇ）200200200ｍｇTAN/kg饲料250003200034000ｍｇTAN/天500000064000006800000氨氮去除率379193122生物转盘的表面积131983307655773比表面积175175175滤材体积（ｍ３）75189319生物转盘的直径（ｍ）3.663.663.66生物转盘的长度（ｍ）7.1717.9730.29确定养殖品种和规模确定最大污染物的产量确定养殖对象的耐受水平计算氧气消耗量确定生物滤池的种类和滤材种类确定氨氮去除效率和生物滤池的体积复查溶解氧浓度生物滤池的设计总结生物流化床的设计提高生物滤池水处理效率的关键有两个方面，一是提高单位体积内的生物量，特别是活性的生物量，另一方面是强化传质作用，强化有机底物从污水中详细均传质的过程。第一个方面采取的措施是扩大微生物栖息的表面积，增加生物膜量，并相应提高充氧能力。第二方面采取的措施是扩大生物体与污水的接触面积，加强污水与生物膜之间的相对运动。20世纪70年代出现了生物流化床，把生物膜技术推向了一个新的高度。它是以石英砂、焦炭、活性炭等细小的材料（比表面积达2000～3000m3）为载体，水流由下向上流动，使载体处于流化状态，载体的表面生长、附着生物膜。污水从其下部和左右侧流过，不断和载体上的生物膜相接触，从而强化了传质过程，并能有效地防止生物膜的堵塞。设计实例：试设计一个砂粒流化床生物过滤器，用于5

000公斤规模的罗非鱼越冬循环水系统。设日饵率为3％

，砂粒的比表面积为3000m2/m3，要求水体离开过滤器时的溶氧浓度不低于3毫克／升。

设计计算：

（1）氨氮排泄量(P)：根据表8.2，以日投饵率的3％计算，则：（2）过滤器的氨氮去除率（R）由表8.2，取R=0.4克氨氮/(m2•天)（3）所需生物膜面积，即砂粒总面积（A）（4）所需砂粒总体积（V）

（5）过滤器正常运行的需氧量（D）根据表8.2，取需氧量与氨氮量的比值为4.3，则：D=4500克氨氮/天×4.3克氧/克氨氮=19350克氧/天（6）水流量设进、出水的溶解氧浓度分别为7mg/L和3mg/L，则过滤器所需水流量为：

Q==4837.5m3/天=3.4m3/min目前水产养殖用生物过滤器的设计往往比较保守，主要是因为许多数据的可变化性很大，并且许多模型的建立依靠的实验数据准确性存在一定的问题。已经有很多关于生物过滤器的设计和配置可应用于水产养殖。当然，不同的生物过滤器的设计方法都有它们的优点，同时也存在一定的不足。充气和充氧充气和充氧部分综述第一部分充氧和曝气原理第二部分各种充氧和曝气设备第三部分充氧和曝气设备设计简介溶解氧是高密度养殖系统的第一个水质限制指标水中氧的饱和度低缺少光合作用缺少水交换提高的方法

增加水和空气或者氧气的接触面积

高密度养殖条件下溶解气体范围充气设备简介重力曝气机风动抽水泵立式泵充气机喷水式充气装置真空叶轮泵式充气机叶轮式曝气机（俗称水车）填充塔充气机多层滴流式充气设备风动抽水泵工作原理和应用立式泵充气机喷水式充气装置

真空叶轮泵式充气机叶轮式曝气机（水车）气泵和气石充气系统填充塔充气机多层滴流式充气设备纯氧接触系统密封填充塔多阶段低压头纯氧接触器喷射塔测流氧气喷射器U型管纯氧系统低速气泡接触器封闭立式泵充氧机密封填充塔多阶段低压头纯氧接触器喷射塔测流氧气喷射器U型管纯氧系统低速气泡接触器封闭立式泵充氧机溶解气体标准

溶解气体的表示单位

mg/LmmHg

饱和百分比气体压力：Fi=Ti/Ci

总气体压力：TGP=∑Ti

TGP和当地的大气压力（BP）之间的差为溶解气体的饱和度的指标

△P=TGP-BP

气体的饱和度，TGP和当地的BP的百分比：

%饱和=(TGP/BP)*100

在养殖系统中，涉及到的可溶性的气体氧气二氧化碳氮气

溶解气体标准

溶解气体的良性作用充足的溶解氧可以提高活力，增进生长二氧化碳可能抑制细菌的生长平衡的溶解气体浓度可以维持生态平衡溶解气体的危害作用溶解的二氧化碳在一个临界浓度之上时会使磷酸钙的饱和度增大，从而影响肾脏的活动当二氧化碳的浓度较高时会降低血液携带氧的能力较低的溶解氧浓度在可允许的最低值之下时，会降低氧的携带能力较高的溶氧浓度会促进细胞酶的氧化作用，导致呼吸链的失效溶解氧和溶解氮的浓度达到饱和时会引起气泡病（GBD）气泡病的症状：组织中的气泡增加；血管阻塞；生长和饲养转变系数的降低；导致死亡溶解气体的危害作用溶解气体标准可以接受的△P的范围变化鱼种规格饲养条件溶解气体的部分相关压力的变化良好的充气设备的使用不仅仅是基于氧气的供给率，而且和溶解氮（DN），△P以及溶解二氧化碳的极限有关气体渗透原理一种气体在水中的饱和浓度（C*）将会影响气液界面的气体渗透的方向以及速率一种气体在水中的饱和浓度（C*）是由气体阶段的局部压力，水温以及Henry法则讲到的水的成分决定的：

C*=BiKi1000[Xi(TP-VP)/760]

Vp,蒸汽压力

BiKi,,气体溶解系数气体蒸汽压力随温度增加而增加，溶解系数随温度增加而减少，饱和浓度随温度增加而减少温度的影响水中的溶解固体及悬浮物的浓度也会降低气体在水中的饱和浓度(C*）。我们采用β将气体在水中的饱和浓度（C*）从洁净水(Cw)中转换到浑浊(Fw)的状态

β=(C*)FW/(C*)CW一种气体在水中的饱和浓度(C*)随着时间或者在一个特殊的接触器中的位置的改变而改变。当空气在水面以下被打散，总压力（TP）将会从流体静压力和此地的大气压力的总和下降到水泡上升到水表面时的大气压力（BP）气体渗透原理气体渗透速率使氧气溶入水中的推动力是水中的主要溶解气体的不足。氧气分子首先从大量的气体状态转移到气液界面。氧气和氮气转移的主要阻力来自于液体交界扩散阶段

气体吸收或者释放的净比率是由渗透系数和溶解气体浓度和饱和浓度(C*)差的乘积所决定的。这个关系可以用微分的形式表述：

dC/dt=KLa(C*-C)影响渗透系数的重要的条件包括气体液体接触面，气体液体的紊乱，该系统的几何形状，以及液体的特性温度影响到渗透系数KLa。KLa的值可以通过温度的影响得以纠正：（KLa）t=（KLa）20°C(1.024)t-20公式表明水温变化在10-30摄氏度将引起转移系数（KLa）60.7%的增长气体渗透速率水面上的活性物质通过改变液体界面扩散阻力来增加或降低渗透系数（KLa）。在自然条件下得到的KLa值可通过纯净水条件下得以校正，反之亦然，校正系数用α表示：

α=（KLa）FW/（KLa）CW进一步来说，在气体的分子直径已知的情况下,一种气体的KLa值可以被用于定义相关的一种气体的KLa值（KLa）N2/（KLa）O2=dO2/dN2气体渗透速率增氧系统的性能比较标准标准条件：DO=0mg/L,温度=20°C,BP=760mmHg,α=1,β=1

标准氧气渗透速率（SOTR)SOTR=（KLa）20°C（C*）20°C

增氧系统性能指标标准的充氧效率（SAE），表示相关能量消耗的指标，可以通过SOTR除以功率（PW）的方法得到：

SAE=SOTR/PW

由于采用了不标准的温度，溶解氧的浓度，大气压力，以及水的组成，需校对SOTR和SAE：

AOTR=SOTR[(βC*O2-DO)/9.07](1.024t-20)αAAE=SAE[(βC*O2-DO)/9.07](1.024t-20)α增氧系统性能指标周围的溶氧浓度达到饱和时，实际的AOTR和实际的充氧AAE将会趋于零，会限制增氧系统的有效使用当评估充氧设备的性能时，公式中的KLa很少被接受。一般用通过该系统中的溶解氧的改变来表示设备的性能，用溶解的气体的不足的分数来表示：

E=[（DOout-DOin）/（C*O2-DOin）]当设备的效率已知，上面的公式可以重新排列为：

DOout=E（C*O2-DOin）+DOin增氧系统性能指标综述对于纯氧接触系统，氧气的渗透速率可以用下面的公式计算

OTR=(△DO)ABQL

标准的渗透效率（TE）：

TE=OTR/PW充氧效率可以表示为

AE=[(△DO)ABQL]/（MW）O2QM增氧系统性能指标吸收氧气和释放氮气的相关比率可以通过△DODN的比率来表示：△DODN=（DOout-DOin）/（DNout-DNin）这个比率是相当重要的，它表示是出水的TGP（溶解气体的总压力）高于或者低于进水。一个执行中的△DODN大约为-2.2，这个值被定义为临界的曝气比率，表示进出水之间没有TGP的变化增氧系统性能指标充氧成本，在比较相对的性能时是很有用的指标，它包括设备的分期偿付(AC)，能量消耗(EC)，以及氧气的成本(OC)TC=（AC+EC+OC）/OTR把设备的维护和投资风险考虑进来十分必要增氧系统性能指标吸收效率纯氧接触系统将纯净的氧气转移至水中的系统包含：氧气的发生装置控制氧气的流速的控制组件推动氧气和水接触的设备纯氧系统应该：使用最少的能源和资金达到较高的氧气利用率增加进入吸收装置中的氧气用于提升氧气在气体状态下的摩尔分数，从而增加溶解氧的饱和浓度。使流出水中的溶解氧的浓度高于空气中的饱和浓度。在15摄氏度时，饱和浓度为10.17mg/L

纯氧的环境中，饱和浓度达到48.1mg/L将水暴露在富含氧气的环境中，除了可以加速氧气的渗透，还能够降低氮气的饱和浓度。从溶液中脱离出来的氮气，会在接触器中进入气体阶段，降低氮气的转移比率会有利于创造一个纯氧的环境

纯氧吸收装置

水中气体成分的改变范围主要由氧气供给比率决定，水中的溶解气体的浓度、温度、压力和设备的特性决定氮气以气体形式的积累会导致较高的操作成本，必须有排气孔。由于泄出的气体中含有较高含量的氧气，因此也有一定的利用价值。由于二氧化碳在水中的溶解率很高，所以在氧气的吸收装置中使二氧化碳曝气的可能不大

纯氧吸收装置

纯氧接触装置的选择取决于标准的性能指标是以当地资源条件操作条件固体颗粒的存在会抑制填充塔的使用，由于额外的污染会堵塞用于提供气体-液体接触区域的通道在进水和饲养池之间的水压梯度的存在有利于U型管或者其它的低压头接触器的使用纯氧吸收装置的选择

一个纯净的氧气的U型管系统包括2-3个部分：一个气体扩散装置，一个U型的垂直管道，提供一个接触环路，一个泄出气体的收集装置在应用过程中，氧气及泄出气体在进水口以一个混合比率分散。气液混合物从一端进入另一端排出。水流的速度保持在气泡的上升速度之上。当气体-液体混合物移动通过接触环路的同时，流体静力压升高带来溶解氧的增加，促进了氧气的吸收U型管影响U型管纯氧接触系统效率的因素氧气接触管的深度进气速度水的流速气泡分散器的深度进入水中的溶解气体的浓度排出气体的循环利用比率当氧气接触管的深度在25-60米、进水速度在1.8-3m/s，操作成本最低U型管U型管的优点可以在较低的水压下操作(2-3m)

可以处理水中携带的微粒物质当气液的比率超过25%时，存在断流的可能基础的投资过于庞大。U型管低速气泡接触器气泡可以较长时间的保留在接触装置中。但是当溶解氮排出时，有些气体必须被排出气泡接触器的充氧和曝气效率主要决定于水和空气的流动比率相应的溶解气体的浓度气体的排放率锥体的几何形状操作压头操作压力是由锥体的深度决定的。采用较深的或没入水中的锥体可以增大氧气的吸收比率，降低氮气的排放。低速气泡接触器的优点进水口压力小（1m）

结构简单可以处理水中的固体颗粒低速气泡接触器测流氧气喷射器影响效率的主要因素包括：负压腔构造气体和水流速率接触管长度压力喷射器构造一般来讲，工作压力为190-860kpa

，水流速为3.5-4.5m/s，接触时间6-12s，系统中的溶解氧浓度可以超过100mg/L封闭填料塔纯氧接触器构造和优点为气体有效地交换降低水层的厚度影响充氧和曝气因素：喷射管的几何形状分散装置、入水中的溶解气体的浓度气体液体的流动速率内部压力塔的直径封闭填充塔影响填充塔效率的影响因素包括液体分散装置的设计填料的选择塔的深度入水中气体的浓度操作时的压力可以增加水中的溶解氧，同时去除溶解氮。该装置多用于洁净的水体

封闭立式泵充氧机影响气体交换的因素：

入水中的溶解气体浓度入水中的氧-水比率装置的几何形状推进器的设计转动速操作的深度多阶段低压头纯氧接触器结合了喷射塔和填充塔的优点，重复的接触扩大了氧气和氮气的溶解比率，促进了气体交换。由于不需要泵，降低了能源成本和系统瘫痪的风险这一装置的效率由很多因素决定：水和气体的流动比率进入的溶解气体浓度工作的接触室的数量接触室中是否存在填充物氧源氧源

1.气态纯氧

2.液态纯氧

3.制氧机制氧性价比

1.方便，便宜，基础投资高

2.方便，较贵，基础投资少

3.最为方便，投资高，配套设施多充氧量检控监控策略和方法

1.控制气液混合比通过测定水流量，测定和调节气流量

2.自动化控制系统首先测定养殖池出水溶氧浓度，反馈给中央控制器，根据设定的溶解氧浓度，通过电磁阀，自动控制供气阀开启的大小。纯氧接触系统设计流程基本设计流程

1.确定养殖场基本环境因素水温，水流，入流溶解气体浓度，气压。

2.确定养殖品种对溶解气体的要求氧气，二氧化碳和氮气

3.根据养殖量和养殖场条件估算需氧量

4.确定适合供氧量的充氧机类型设计依据设定一个养殖池为单位，耗氧量为ECOC,平衡式为，

(△DO)AB=ECOC+(DOout)RV-(DO)AB相应的溶解氮气的平衡方程式为，

(△DN)=[BP+(△Pout)-(DOout)(FO2)-VP]/FN2-DNin纯氧接触系统设计流程纯氧系统选择依据依据纯氧系统的性能和养殖场的特点,(△DO)AB是由几个不同的应用环境因素决定的，包括气压，氧气输送速率，渗透系数

设计原则通盘考虑以上因素，减少费用设计方法设计软件利用分压率纯氧接触系统设计流程纯氧接触装置主要的操作特性设计目标深度填充类型横截面积使用压力氧气输送速率假定条件

1.所有气体在填充塔内是均匀混合的

2.(△DO)AB是正值，(△DN)AB是负值填充塔设计流程第一步：选择初始层深度和填充类型并计算气体相应的渗透系数（G）20℃。（G）20℃用温度t，表面活性剂（当α可知时），气体种类Φ来修正：（G）t,i=Φα（G）20℃1.024t-20第二步：应用公式中的(△DO)AB

和(△DN)AB，并用步骤一中修正后的（G）t,i值来分别计算塔内溶解氧和溶解氮的饱和浓度：（C*O2）AB=(△DO)AB/(1-e-(G)t,i)+（DOin）AB

（C*N2）AB=(△DN)AB/(1-e-(G)t,i)+（DNin）AB填充塔设计流程填充塔设计流程第三步：用亨利定律并结合步骤二得出的气体饱和浓度，计算氧气和氮气相位的局部分压PP：

PPO2=(C*O2/BO2KO21000)ABPPN2=(C*N2/BN2KN21000)AB

（BiKi1000由表6.1种的温度公式给出）第四步：现在，塔内的总压力可用PPO2，PPN2计算得出（水蒸气的压力VP由表6.1给出）

CP=760(PPO2+PPN2)