摘要 為探究氣液混合泵能否滿足在高密度養(yǎng)殖條件下養(yǎng)殖對象對水體溶氧的需求，基于氣液（氧氣-水）混合泵搭建溶氧試驗平臺，在不同水溫、不同出水壓力和不同氣水體積比的條件下，測試氣液混合泵溶氧性能，并在池塘圈養(yǎng)桶（直徑4 m，高2 m，養(yǎng)殖水體體積20 m3）內(nèi)進行增氧試驗。溶氧性能測試結(jié)果顯示：當(dāng)出水壓力為0.25 MPa、氣水體積比為0.01～0.05 時，在不同水溫（5.6、13.5、30.3）條件下出水溶解氧與水溫成反比，溶解氧在47.93～20.60 mg/L 變化；氧氣吸收效率與氣水體積比呈反比，氧氣吸收效率在91%～33.7% 變化；動力效率與氣水體積比成正比，動力效率在22.32～55.12 kg/（kW·h）變化。基于圈養(yǎng)桶的增氧試驗結(jié)果顯示，在有魚耗氧的條件下（黃顙魚，單個桶內(nèi)養(yǎng)殖密度為13.19～16.49 kg/m3），使用功率3 kW 的氣液混合泵為4 個圈養(yǎng)桶增氧時，每個桶內(nèi)水體溶解氧在光照時間內(nèi)可達11 mg/L，夜間穩(wěn)定保持在8 mg/L 以上。試驗結(jié)果表明氣液混合泵可應(yīng)用于高密度的水產(chǎn)養(yǎng)殖，并能有效應(yīng)對夏季高溫供氧難題。

關(guān)鍵詞 水產(chǎn)養(yǎng)殖； 溶氧； 氣液混合； 純氧增氧； 池塘圈養(yǎng)

中圖分類號 S969.32 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 1000-2421（2024）02-0040-07

中國是世界上最大的水產(chǎn)品消費國，水產(chǎn)品的供給越來越依靠于水產(chǎn)養(yǎng)殖［1］。而我國池塘養(yǎng)殖約占淡水養(yǎng)殖的74%，是淡水養(yǎng)殖的主要形式［2］。近年來，隨著我國水產(chǎn)養(yǎng)殖規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化水平的不斷提高，高密度養(yǎng)殖模式已成為水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的主要發(fā)展方向。池塘圈養(yǎng)模式由于能夠及時清除圈養(yǎng)桶內(nèi)養(yǎng)殖廢棄物，具有較高的清污效率［3］，養(yǎng)殖容量可達50～100 kg/m3 ［4］，但高密度養(yǎng)殖也導(dǎo)致耗氧加劇，因而圈養(yǎng)桶內(nèi)水體的溶解氧濃度也成為了養(yǎng)殖戶關(guān)心的重要問題。

在傳統(tǒng)的池塘養(yǎng)殖中主要采用葉輪式［5］、水車式［6］、射流式［7］、微孔曝氣式［8］等增氧機來增加養(yǎng)殖水體中的溶解氧含量。但在池塘圈養(yǎng)模式中每個圈養(yǎng)桶內(nèi)的養(yǎng)殖密度較大，當(dāng)夏季水溫較高時，利用空氣增氧效率低、效果差，溶解到水里的氧氣很快通過空氣-水界面散失，采用空氣曝氣的增氧方式已不能很好地滿足養(yǎng)殖要求，需要探索新的增氧方式。氣液混合泵目前主要在污水處理中作為生產(chǎn)氣泡的主要設(shè)備，工作時以空氣為介質(zhì)，經(jīng)腔體內(nèi)葉輪的切割、分散和泵體內(nèi)的高壓力作用，使空氣和水充分混合產(chǎn)生納米氣泡水，然后混合泵將產(chǎn)生的納米氣泡水排放到污水池中利用微小氣泡為載體吸附雜質(zhì)，同時又對污水進行增氧。本研究嘗試以氧氣為介質(zhì)，利用氣液混合泵為水產(chǎn)養(yǎng)殖水體增氧，探索可行性和工藝參數(shù)；探究氣液混合泵在不同氣水體積比、不同工作壓力和不同水溫條件下對養(yǎng)殖水體的溶氧效果、氧氣吸收效率和系統(tǒng)動力效率的影響；分析、優(yōu)化氣液混合泵在增氧時的工作效率，并在池塘圈養(yǎng)桶內(nèi)進行增氧試驗，以期為找到一種更好的適用于池塘圈養(yǎng)模式的增氧方式提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 氣液混合泵增氧的傳質(zhì)模型

相間傳質(zhì)涉及的領(lǐng)域非常廣泛，在工程和理論上應(yīng)用較多的是Whitman［9］提出的雙膜理論。根據(jù)雙膜理論和亨利定律可以推導(dǎo)出氧轉(zhuǎn)移公式［10］，在向水中增氧時想要增加液相中溶解氧濃度，可以適當(dāng)強化液相主體的紊流，提高氧轉(zhuǎn)移公式中氧傳質(zhì)系數(shù)的實際值［11］。