封闭循环水养殖中曝气系统设计及曝气器的选择

封闭循环水养殖中曝气系统设计及曝气器的选择

宋奔奔　吴　凡　倪　琦　张宇雷

（中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所，农业部渔业工程与装备重点实验室，上海，200092）

摘　要　随着水产养殖业逐渐向高密度、集约化方向的发展，对养殖水体溶解氧的要求越来越高。目前对循环水高密度养殖水体中溶解氧的收支平衡的基础研究较少，如何提高氧气的溶解效率、减少氧气的逸出、合理控制溶解氧水平等技术难关的突破对循环水养殖技术的提高具有重大的意义。本文旨在通过阐述曝气技术的设计理论基础以及曝气设备的发展现状，比较各式曝气器的性能参数，从而为封闭循环水养殖曝气系统的设计和曝气器的选择提供理论支持，推动封闭式循环水向精准化的环保节能方向发展。

关键词　封闭循环水养殖　溶解氧　曝气器　能耗

溶解氧是经过水体与大气的氧气交换或经过生物化学等反应后溶解于水中的分子态氧。自然界中，水体溶解氧的浓度与空气中氧分压、水温、水深、风速、光照、盐度和藻类的含量、生物和非生物耗氧等各种因素相关。

水体溶解氧是水产动物赖以生存的必要条件，是水产养殖水质参数的重要指标之一。溶解氧在水产养殖中的作用：提供养殖动物生命活动所需的氧气，促进好养性微生物生长繁殖并促进有机物分解，氧化还原性的有毒有害物质，抑制有害的厌氧微生物活动，增强养殖动物的免疫力。尤其是溶解氧对水体氧化还原状态具有重要的影响，从而对N、P、S等元素的化学价态具有重要的影响。

在封闭循环水养殖中，水体溶解氧的浓度主要受曝气方式、曝气量、养殖密度、循环量、生物滤器生物量以及非生物的氧化分解等因素的影响。池塘养殖中，“水柱”耗氧是一个综合的耗氧过程，包括浮游细菌、浮游植物、浮游动物的呼吸以及细菌对溶解氧和悬浮有机物的分解。在池塘养殖中，水柱耗氧可占总耗氧的70%左右，是主要的耗氧因子［1］。

工厂化养殖是一个复杂的生态系统，COD、TAN、NO₂—N与溶解氧之间不存在线性关系［2］。水体中溶解氧的收入和支出决定着溶解氧的平衡和波动情况。循环水养殖中，水体溶解氧的主要收入是通过曝气增氧和空气中氧气溶解提供。水体溶解氧的支出主要是鱼体消耗、生物滤器微生物的消耗、有机物的氧化分解以及氧气逸出等。养殖动物的呼吸耗氧与种类、个体大小、水温以及溶解氧水平等因素有关。

溶解氧通常是封闭循环水养殖容量的第一限制因子。由于氧气浓度差的提高，纯氧曝气的氧气转移效率非常高。通过空气曝气方式增氧，最高只能养殖40kg·m－3的养殖密度；若是通过纯氧曝气以及使用高效氧转移设备增氧，养殖密度可达到120kg·m－3。在20℃水温下，纯氧的饱和溶解度可达到49mg·L－1，而空气曝气时氧气的饱和溶解氧只能达到10mg·L－1，这是由于氧气分压的不同造成的。在循环水养殖中，由于放养密度的提高，基本上都使用纯氧曝气来实现增氧的目的。如何减少纯氧的消耗，合理地控制溶解氧浓度显得更为重要。

目前对循环水高密度养殖水体中溶解氧的收支平衡的基础研究较少，如何提高氧气的溶解效率、减少氧气的逸出、合理控制溶解氧水平等技术难关的突破对循环水养殖技术的提高具有重大的意义。系统的研究养殖水体溶解氧的变化规律及收支平衡情况，对改善养殖水体环境、提高循环水养殖技术都有重要意义［3］。