黃盛杰，鄭 巍，陳 智

（江蘇省農(nóng)業(yè)機(jī)械試驗(yàn)鑒定站，江蘇 南京 210000）

1 機(jī)械增氧設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀

1976 年，第一臺(tái)國(guó)產(chǎn)葉輪增氧機(jī)研發(fā)成功，通過(guò)機(jī)械方式攪動(dòng)水體實(shí)現(xiàn)水層的對(duì)流，提高下層的貧氧區(qū)的溶解氧濃度，大大提高底層養(yǎng)殖水體的利用效率，增加水產(chǎn)放養(yǎng)密度，提高魚(yú)類(lèi)攝食能力，提升單位體積上的水產(chǎn)養(yǎng)殖性能。經(jīng)過(guò)不斷發(fā)展開(kāi)發(fā)并廣泛使用了具有不同性能和效率的不同類(lèi)型的增氧設(shè)備，極大地促進(jìn)了現(xiàn)代設(shè)施漁業(yè)的發(fā)展。

近年來(lái)，在主要的水產(chǎn)養(yǎng)殖模式中，利用增氧設(shè)備已成為主流，同時(shí)設(shè)備類(lèi)型也變得多樣化。在傳統(tǒng)的葉輪式、水車(chē)式、噴射式、注氣式增氧機(jī)的基礎(chǔ)上，出現(xiàn)了新型的增氧機(jī)設(shè)備，如微孔增氧機(jī)和主動(dòng)水機(jī)等。增氧設(shè)備具有較強(qiáng)的發(fā)展?jié)摿?，其適用范圍和使用性能逐年擴(kuò)大和提高。

2 增氧方法

2.1 化學(xué)增氧

優(yōu)點(diǎn)：一般情況下，在通電困難和出現(xiàn)急性浮頭時(shí)的塘口中使用。化學(xué)增氧劑能迅速減少應(yīng)激，提高藥效，快速增氧。

缺點(diǎn)：不宜在魚(yú)苗培育的塘口使用，以防止魚(yú)苗氣泡病的發(fā)生。

2.2 機(jī)械增氧

優(yōu)點(diǎn)：增氧機(jī)除了增加氧氣外，還具有攪拌水和曝氣的作用，促進(jìn)浮游生物的繁殖和生長(zhǎng)，提高池塘的初級(jí)生產(chǎn)率。

缺點(diǎn)：增氧區(qū)域僅限于某一區(qū)域，屬于單點(diǎn)增氧。池塘底層溶解氧含量低，機(jī)械操作噪音大。

2.3 生物增氧

優(yōu)點(diǎn)：植物通過(guò)光合作用，吸收水中的二氧化碳，釋放氧氣，而植物的生長(zhǎng)需要吸收水中的一些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，同時(shí)也起到改善水質(zhì)和基質(zhì)的作用。

缺點(diǎn)：水草容易瘋長(zhǎng)，影響池塘的光照強(qiáng)度，水草腐爛漂浮，導(dǎo)致池水變質(zhì)。

3 增氧設(shè)備工作原理和主要類(lèi)型

增氧機(jī)的作用是增加水中的溶解氧，主要影響因素有氧氣的溶解度和溶解速率。溶解度受多方面因素的影響，比如水溫、含鹽量、氧分壓等。溶解速率主要受水氣界面接觸面積和方式、水體運(yùn)動(dòng)方式的影響。因此，如果要增加水體中溶解氧含量，需要提高氧氣的溶解度和溶解速率，即改變氧分壓、水氣界面接觸面積和接觸方式。考慮到這些因素，在增氧機(jī)的設(shè)計(jì)階段可以考慮改進(jìn)方式：①使用機(jī)械部件攪動(dòng)水體，加快對(duì)流交換和界面更新。②水在噴入氣相前要分解，以增加水氣界面接觸面積；③將氣體以負(fù)壓吸氣的方式分解為微小氣泡后壓入水中。增氧機(jī)類(lèi)型有很多，但都是按照上述的基本原理設(shè)計(jì)制造的。有的采用單一的方式增大溶氧量，有的采用兩種以上的方式增加溶氧量。

3.1 葉輪式增氧機(jī)

3.1.1 葉輪式增氧機(jī)的工作原理

葉輪式增氧機(jī)是目前應(yīng)用最廣泛的增氧機(jī)，主要由電動(dòng)機(jī)、減速箱、葉輪、支撐桿、浮球和電機(jī)罩等組成，具有攪水、增氧、混合、曝氣的作用，機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)的同時(shí)完成上述作用[1]。啟動(dòng)機(jī)器后，葉輪將機(jī)筒下部的貧氧水先吸進(jìn)，再壓出，這個(gè)過(guò)程可以將死水變?yōu)榛钏谌~輪下方的水受到葉片與管子的強(qiáng)烈攪動(dòng)，在水體表面產(chǎn)生水躍及浪花，形成能裹入空氣的水幕，這個(gè)過(guò)程不但可以增大水氣界面接觸面積，還可以使氣液之間的雙層膜變薄，從而促進(jìn)氧氣在空氣中的溶解[2]。

混合時(shí)，水體中的污染物（例如硫化氫，氨，甲烷和二氧化硫）在曝氣作用下從水中解吸后釋放到空氣中，攪水管的背面在葉輪旋轉(zhuǎn)的同時(shí)產(chǎn)生負(fù)壓，在負(fù)壓作用下，空氣吸入水中并立即攪拌成微氣泡，以進(jìn)入葉輪的壓力區(qū)域，從而還有助于改善空氣中的氧氣溶解度并提高氧氣效率。

由于下層中的水不斷上升并與地表水混合，地表水不斷更新，地表水由于重力而不斷補(bǔ)充到下層。這一功能具有非常重要的意義，因?yàn)檫@樣可以打破水體中溶解氧的垂直均勻性，而且能夠充分利用水體中各供氧生物的作用

3.1.2 葉輪式增氧機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)

3.1.2.1 優(yōu)點(diǎn)

（1）除增加氧氣外，還具有攪水、曝氣的功能，有助于浮游植物的生長(zhǎng)繁殖，增加富有植物供養(yǎng)能力，提高池塘初級(jí)生產(chǎn)力。

（2）機(jī)械構(gòu)造相對(duì)簡(jiǎn)單，使用中機(jī)械故障少，維護(hù)更加方便，大大降低了了維修成本。

（3）增氧機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，形成的中上層水流可以使水體均勻溶氧，適用于池塘養(yǎng)殖和池塘急救設(shè)備。

3.1.2.2 缺點(diǎn)

（1）只能在平穩(wěn)通電的情況下使用。在停電的偏遠(yuǎn)山區(qū)，安裝電線的成本很高。

（2）通常，增氧機(jī)必須固定在池塘中的某個(gè)位置，很難改變其位置，并且增氧區(qū)域僅限于特定區(qū)域。如果在大池塘中使用，則增氧機(jī)對(duì)下部水體的影響很差。

（3）增氧機(jī)的浮筒常年暴露在空氣中，它很容易被日光腐蝕和損壞，因此必須經(jīng)常更換。

（4）屬于單點(diǎn)增氧，并且機(jī)械操作噪音很大，很容易影響并傷害水生動(dòng)物的生長(zhǎng)。

（5）葉輪式增氧機(jī)易于泵送魚(yú)池底部的泥漿，不適合在水位較淺的池塘中使用。

3.2 水車(chē)式增氧機(jī)

3.2.1 水車(chē)式增氧機(jī)的工作原理

水車(chē)式增氧機(jī)由電動(dòng)機(jī)、減速箱、機(jī)架、浮筒、葉輪等部分組成，工作時(shí)，電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，減速器降低轉(zhuǎn)速。葉輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，葉片高速擊打水面的同時(shí)激起水花，并將空氣攪入水中，產(chǎn)生強(qiáng)大的作用。一方面，把表層的水壓入池底，另一方面將水推向后流動(dòng)。使水中的過(guò)飽和氨、二氧化碳、甲烷、硫化氫和其他有害氣體逸出，以增加水中的氧氣含量，改善水質(zhì)，創(chuàng)造蝦和鰻魚(yú)良好的生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)其生長(zhǎng)發(fā)育，防止浮頭死亡，達(dá)到穩(wěn)定高產(chǎn)的目的[3]。

3.2.2 水車(chē)式增氧機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)

3.2.2.1 優(yōu)點(diǎn)

（1）使用水車(chē)式增氧機(jī)，可以使水面保持流動(dòng)狀態(tài)，并且可以促進(jìn)水體的水平和垂直方向均勻地溶解氧，特別適合于鰻魚(yú)池[4]。也會(huì)導(dǎo)致水流定向流動(dòng)，并能誘使鰻魚(yú)上食臺(tái)攝食。

（2）由于其葉輪速度不高，對(duì)底層上提升力不大，因此不會(huì)“拱池底”，可在1 m 水深左右的淺池子增氧。

（3）整機(jī)質(zhì)量較輕，在比較大的水面上可以多裝幾臺(tái)，并可進(jìn)一步組織水流。

（4）結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，造價(jià)低，淺水池塘增氧效果好，也適用于淤泥較深的池塘。

（5）水車(chē)式增氧機(jī)在上層和中層具有很強(qiáng)的推流能力和一定的混合能力，可以使氧液接觸面更好，增氧效率高。

3.2.2.2 缺點(diǎn)

（1）水車(chē)式增氧機(jī)對(duì)底層水上升提力不夠大，對(duì)深水區(qū)增氧效果不理想。

（2）在魚(yú)發(fā)生浮頭時(shí)，水車(chē)式增氧機(jī)不適合用作急救。

4 實(shí)測(cè)試驗(yàn)與結(jié)果分析

4.1 試驗(yàn)條件

試驗(yàn)設(shè)備包括：YSI58 型數(shù)字式溶解氧測(cè)定儀、電子秒表、增氧機(jī)自動(dòng)采樣測(cè)試分析軟件及計(jì)算機(jī)，試驗(yàn)樣機(jī)采用3 kW 葉輪式增氧機(jī)、1.5 kW 水車(chē)式增氧機(jī)。試驗(yàn)時(shí)間為2019 年9 月，試驗(yàn)池塘選擇某養(yǎng)殖試驗(yàn)基地1 號(hào)魚(yú)塘，水面面積667 m2，平均水深1.7 m，混養(yǎng)草魚(yú)、鰱魚(yú)等。分別放置上述兩種增氧機(jī)于池塘中部水面，在池塘對(duì)角線方向上離增氧機(jī)5、8、12 m 處選取3 個(gè)取樣點(diǎn)，開(kāi)機(jī)前后在3 個(gè)取樣點(diǎn)上離水面0.9 m 深處采取水樣，采用化學(xué)碘量法測(cè)定溶氧量的變化，計(jì)算出溶氧平均值并計(jì)算動(dòng)力效率。

4.2 試驗(yàn)結(jié)果

溶解氧和動(dòng)力效率是評(píng)價(jià)增氧機(jī)性能的主要指標(biāo)，溶解氧指水體含氧量，動(dòng)力效率指增氧機(jī)在使用1 度電的情況下，可以增加的水體含氧量，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)圖1、表1、表2。

表1 池塘溶氧測(cè)試情況

表2 增氧機(jī)增氧效果對(duì)比

從圖1 和表1 可以直觀地看出，在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中，在不開(kāi)啟增氧機(jī)的情況下，池塘中的溶解氧從2.16 mg/L 下降到1.89 mg/L。葉輪式增氧機(jī)運(yùn)營(yíng)了3 h 后, 池塘中的溶解氧含量從2.22 mg/L 提高到4.10 mg/L，1 h 溶解氧的增加值約為0.63 mg/(L·h)。3 h 操作后，池塘中的溶解氧含量從2.20 mg/(L·h)提高到3.98 mg/(L·h)，1 h 溶解氧增值約為0.59 mg/(L·h)，兩組增氧機(jī)的溶解氧含量均在不斷增加。通過(guò)對(duì)比不難發(fā)現(xiàn)，增氧機(jī)的增氧效果非常明顯。從表2 可以看出，葉輪式增氧機(jī)的效率高于水車(chē)式。

4.3 數(shù)據(jù)分析

查閱相關(guān)水產(chǎn)養(yǎng)殖文獻(xiàn)可知，常見(jiàn)飼養(yǎng)最為廣泛的青魚(yú)、草魚(yú)、鰱魚(yú)和鳙魚(yú)四種魚(yú)類(lèi)養(yǎng)殖需氧量為140～220 mg/(kg·h)，水體中溶解氧要求在4.0～4.5 mg/L[5]。通常情況下，養(yǎng)殖魚(yú)池每667 m2產(chǎn)量在1 400 kg 左右，假設(shè)平均耗氧量為130 mg/(kg·h)，每667 m2總耗氧量約為1.80×106mg/h。養(yǎng)殖水深3 m，每667 m2水體體積約為1.334×106L，可以計(jì)算出單位時(shí)間內(nèi)的單位體積水體中耗氧量為1.35 mg/(L·h)，葉輪式增氧機(jī)在每667 m2水體中增氧0.63 mg/(L·h)，水車(chē)式增氧機(jī)在每667 m2水體中增氧0.59 mg/(L·h)?？梢?jiàn)，葉輪增氧機(jī)按水體平均增氧能力的理論計(jì)算值為四大家魚(yú)的耗氧需求量的47%左右，水車(chē)式增氧機(jī)約為43%。

4.4 試驗(yàn)總結(jié)

在試驗(yàn)過(guò)程中，池內(nèi)溶解氧受多種因素影響，試驗(yàn)條件不能完全準(zhǔn)確地反映實(shí)際情況。為了盡可能接近理想條件，考慮了氣候、溫度和其他因素的影響，本試驗(yàn)基本上是在類(lèi)似影響因素的條件下進(jìn)行的，所有試驗(yàn)均在3：00～6：00 進(jìn)行。此時(shí)，池塘中的浮游植物尚未進(jìn)行光合作用，且池塘各深度層中溶解氧的差異相對(duì)較小。因此，水中溶解氧的增加基本上是增氧器中氧氣富集的結(jié)果。

水產(chǎn)養(yǎng)殖中，水體中的氧氣主要由浮游植物的光合作用、空氣中的氧氣溶解提供，一般條件下，浮游植物的光合作用對(duì)水體供氧所占比例最大，可以達(dá)到70%。葉輪式、水車(chē)式增氧機(jī)均以“點(diǎn)增氧”的工作方式來(lái)實(shí)現(xiàn)水體增氧。水體不同的缺氧狀態(tài)下，需要增氧機(jī)發(fā)揮不同的作用，當(dāng)陽(yáng)光充足時(shí)，增氧機(jī)主要通過(guò)攪拌功能讓水體溶解氧均勻；在夜晚或陰天，增氧機(jī)通過(guò)“點(diǎn)增氧”功能保證魚(yú)類(lèi)基本的氧需求；在養(yǎng)殖水體出現(xiàn)污染情況時(shí)，增氧機(jī)通過(guò)曝氣功能凈化水體。