Производство азота и кислорода

Кислородные генераторы CANGAS серии CAVO для рыборазведения.

Почему надо использовать чистый кислород для насыщения воды при разведении рыбы

Допустим, вы собрались выращивать осетра. Если вы воду, перед тем как подать в бассейны, аэрировали воздухом, например, с помощью воздуходувки, то при температуре воды 24 С и высоты над уровнем моря 30 м, вы получите максимальное насыщение 8,4 мг/л О2. Осетру надо, что бы минимум содержание кислорода было 5 мл/л, значит ему с каждого литра поступающей воды в бассейн будет доступно 8,4-5=3,4 мг. Отсюда, при водообмене в бассейнах 1 час, мы получаем плотность посадки осетра примерно 20 кг/м3. Т.е. если вы используете воздух для насыщения воды кислородом, то вы не сможете превысить эту плотность посадки. Вам придется или увеличить водообмен (а это приведет к увеличению затрат на электричество и увеличению размеров механического фильтра), или воздух подавать в бассейны, но тогда там будет "большая болтанка", осетр будет постоянно в стрессе, а отсюда потеря в скорости роста.

Поэтому используют чистый кислород для насыщения воды. Для этого используются кислородные генераторы CANGAS серии CAVO, которые позволят Вам получать на месте кислород из воздуха.

- Доказано, что при использовании кислорода в инкубационных цехах для выращивания малька удается:

1. увеличить выход мальков до 2–2,5 раз;

2. увеличить выживаемость мальков до 98%;

3. увеличить привес мальков в 1,5–1,8 раз;

4. сократить срок инкубации в 2–2,5 раза.

- Обогащая кислородом воду, при выращивании рыбы можно снизить кормовой коэффициент в 1,3–1,5 раз, повысить привес рыбы в 1,4–1,6 раз.

- Чистый кислород позволяет значительно снизить расход воды, увеличить в несколько раз плотность посадки рыбы и снизить риск гибели рыбы.

Кислород в аквакультуре

Кислород жизненно важен для рыбы. Он используется для усваивания пищи, которая дает необходимую для всех видов деятельности энергию (плавание, размножение, рост…). Рыба, в основном, получает кислород из окружающей среды при помощи жабр (некоторый обмен через кожу, действительно, существует, но значимость его варьирует в зависимости от вида рыбы). В природных водоемах содержится в 25-50 раз меньше кислорода, чем в воздухе. Рыбе необходима огромная поверхность для обмена (около 0,8 м² / кг веса тела для форели). Например, форель нуждается в 6-8 мг/л для поддержания максимального роста. Таким образом, насыщение кислородом является слабым местом на многих предприятиях по выращиванию рыбы.

Небольшая справка о дыхательной системе рыбы

У рыбы кровь, выходя из сердца, сразу проходит через систему жабр. Затем насыщенная кислородом кровь распределяется по всем органам. У рыбы есть 8 жаберных дуг (по 4 на каждой стороне), состоящих из многочисленных красных параллельных нитей, видимых невооруженным глазом. Каждая нить сделана из побочных жабр. Газообмен между рыбой и водной средой происходит благодаря встречному круговому движению между кровью и водой. Гемоглобин (молекула, содержащаяся в крови и схожая с кислородом) перемещает кислород по всей ткани.

Потребности рыбы в кислороде

Эти потребности зависят от многих параметров, например:
- Вид рыбы: потребности форели выше, чем у карпа.
- Температура: чем выше температура, тем больше потребность.
- Вес рыбы: молодое поколение потребляет больше кислорода, чем взрослое с той же биомассой.
- Наличие кислорода в воде: его потребление уменьшается в случае разреженности.
- Мускульная активность: активной рыбе необходимо большее количество кислорода.
- Пищеварение: после приема пищи рыба потребляет больше кислорода.

	Смертельный уровень	Критический уровень	Уровень максимального роста
Морской окунь	<2	3-4	6
Морской лещ	<2	3-4	6
Тилапия	<0,3	1	5
Форель	2-3	5	6-8
Калкан	1	3,5	6

Приблизительная оценка потребления:
Обычно утверждают, что растущая рыба потребляет 250-500 мг кислорода на кг веса тела в час.

Итак, для тонны форели, помещенной в насыщенную воду при температуре 15 ^оС (атмосферное давление = 760 мм рт.ст.), необходимо течение в 30 л/с, чтобы получить 7 мг/л кислорода на выходе. Эти подсчеты не учитывают кормление, вентилирование или оборудование для насыщения кислородом.

Другой подход позволил оценить, что форель использует 200-220 г кислорода, чтобы усвоить 1 кг рыбного корма, в то время как морскому окуню потребовалось бы 350 г. Отсутствие точности этих цифр объясняется следующими причинами:
- Уровень действительно усваиваемой пищи в сравнении с потерями еды.
- Энергетическая ценность питания.
- Сложно оценить дополнительное потребление из-за бактерий, обитающих в водной среде.
Для оценки потребления кислорода выращенной рыбы, было разработано несколько моделей, учитывающих следующие параметры: вид, вес и температура.

Форель: модель Мюллера-Фьюга (1978)

МО2 = с x вес^а х 10^b
Где МО2 выражается в мг/кг/ч, вес рыбы в граммах.
- Температура ниже или равна 11 ^оС: с = 75, а = -0,196 и b = 0,055 х Т
- Температура выше 11 ^оС: с = 249, а = -0,142 и b = 0,024 х Т

Примечание: условия кислородной недостаточности снижают рост форели, но это отрицательное воздействие можно частично компенсировать благодаря высокой дозе витамина С в пище.

Морской окунь: модель Ифремера (1992)

МО2 = с х вес^а х Т^b
Где вес рыбы измеряется в килограммах, Т в ^оС, а МО2 в мг/кг/ч,.
Параметры а, b и с следующие:

Условия	Температура	a	b	c
Голодный окунь	10-30^оС	7,5232	-0,23	0,8129
Сытый окунь	10-20^оС	0,9883	-0,2209	1,6867
Сытый окунь	20-30^оС	9,4276	-0,2311	0,8803
Вынужденное плавание	10-20^оС	5,177731	-0,2256	1,2453
Вынужденное плавание	20-30^оС	6,7983	-0,2433	1,0951

Морской лещ: модель Ифремера (1992)

МО2 = с х вес^а х 10^b
Вес выражается в граммах, а температура (в параметре b) в ^оС.
Параметры а, b и с следующие:

Условия	Температура	c	a	b
Голодный морской лещ	10-26^оС	155,56	-0,2869	0,024хТ
Сытый морской лещ	22-28^оС	300,81	-0,2829	0,0232хТ
Вынужденное плавание	14-28^оС	346,74	-0,2479	0,0263хТ

Тилапия

Для базового обмена веществ необходимо около 100 мг кислорода /кг веса/ ч, но во время роста – потребление увеличивается в три раза.

Показатели потребления кислорода также зависят от местности. Разница между действительным значением и полученным возникает из-за формы искусственного водоема, способа распределения корма, течения, но прежде всего – из-за микроорганизмов.

Кислород в воде: параметры, изменяющие состояние насыщения

При смешивании воздуха и воды количество кислорода достигает максимума: это то, что представляет из себя состояние насыщения. Эта величина зависит от нескольких параметров: атмосферного давления, температуры и солености воды.
Например, пресная вода при давлении на уровне моря и при температуре в 10 ^оС содержит 11,28 мг/л кислорода.

С_нас = состояние насыщения в мг/л при атмосферном давлении в 760 мм рт.ст.
С: соленость воды в тысячных долях.
Т ^оС: Температура воды в градусах Цельсия.

С_нас = (475 – 2,65 х С) / (33,5 + Т ^оС)

Чем выше температура, тем ниже состояние насыщения.
Чем выше соленость вода, тем ниже состояние насыщения.
И наконец, состояние насыщения уменьшается со снижением атмосферного давления.

Есть принять во внимание последний параметр, предыдущая формула должна быть умножена на коэффициент между измеренным давлением и давлением на уровне моря, т.е. 760 мм рт.ст.

Процентное отношение насыщения

Состояние насыщения кислородом воды может быть описано как концентрация (обычно выражается в мг/л или в промилле). Показатель концентрации кислорода в воде получают при помощи химического измерения или более практическим способом: на месте оксиметром. Этот прибор показывает концентрацию кислорода в воде в данное время (К_т).

Процентное отношение насыщенности = К_т / С_нас х 100

Эта величина используется по назначению, потому что она определяет, когда нужно включить или выключить аэрацию или устройство по насыщению кислородом.

Функционирование оксиметра:

До недавнего времени оксиметр функционировал на основе электрохимического принципа и измерял активность кислорода* в воде благодаря электродам, электролиту и мембране, пропускающей кислород. В наши дни некоторые оксиметры действуют посредством свечения. Они по-прежнему снабжены мембраной, пропускающей кислород, но обладают и дополнительной чертой: они покрыты на внутренней стороне люминесцентным материалом. Итак, электроды замещены светодиодами, которые направляют лучи света на мембрану. Эти светодиоды устанавливаются так, чтобы посланные лучи проходили через зону попадания молекул кислорода, подвергающихся измерению.
Затем лучи отражаются на люминесцентной мембране и в итоге попадают на измерительный диод. Существует красный и голубой светодиоды. Голубой свет стимулирует люминесцентный материал, который позже отражает красный свет, возвращаясь в исходное состояние. Разница во времени, пока голубой свет отражается и красный свет принимается, пропорциональна количеству содержащегося кислорода. Итак, мы получаем измерение количества кислорода.

* активность соответствует давлению, оказываемому кислородом на воду (в мм рт.ст.). Активность объясняется способностью реагировать на это вещество.

Концентрация кислорода при входе на предприятие по выращиванию рыбы

Место выхода подземных потоков на поверхность:
Подводные потоки обычно обладают низкими концентрациями кислорода. С момента всасывания воды в землю, возможность взаимообмена с атмосферой исчезает. С другой стороны, вода может столкнуться с подземным выделением газа. В таком случае, практически обязательно контролирование концентрации кислорода и установление оборудования для насыщения воды кислородом и освобождения (от двуокиси азота и углерода).

Водоем на предприятии по выращиванию рыбы:
Рыба потребляет кислород для осуществления своих основных функций (обмен веществ, размножение, плавание, рост…). Поэтому существует разница в концентрации кислорода при поступлении и на выходе из водоема.
Прогнозируемые подсчеты, касающиеся уменьшения уровня кислорода в искусственном водоеме, довольно сложны по нескольким причинам:
- различные концентрации при поступлении;
- сложно подсчитать потребление рыбой и окружающей средой;
- эффективность систем по аэрации и обогащению кислородом ограничена;
- распределение рыбы в водоеме разнородно.

Для искусственных каналов оценка насыщения кислородом более проста:
Потребление рыбой (и бактериями) = поток х (поступление СО2 – выделение СО2).
Таким образом, если уменьшение концентрации кислорода линейно, можно измерить ее в данном месте искусственного канала:
СА = поступление СО2 – А х (поступление СО2 – выделение СО2) / Д
А: расстояние до поступления
Д: Длина искусственного канала

Это уравнение дает нам возможность выбрать место, куда поместить аэратор, когда концентрация кислорода на выходе становится ниже рекомендуемого уровня.

Для садков:
Садок – это такая система, где вода проходит через сети в соответствии с течением. Можно измерить восстановленный поток при помощи измерения скорости воды на каждой стороне садка. К сожалению, эти величины неустойчивы (из-за ветра, приливов и отливов, течений). Более того, это все может снизить проходимость садка (поэтому сети нужно регулярно очищать). Тем не менее, только оксиметр позволяет проверить, как потребление кислорода компенсируется внешними поставками.

Как подсчитать эффективность аэрации и оборудования для насыщения кислородом:
Подсчеты можно провести при измерении концентрации кислорода на выходе, при выделении (полученный О2/ введенный О2).
Выход = (концентрация выделения О2 – концентрация поступления О2) х очищенный поток / введенный О2

Несколько примеров таких оборудований:
• Гидроплатформы: около 25 промилле при выделении с 80% выходом.
Максимальный поток, который можно очищать при помощи этого оборудования, различается из-за используемого материала (100 л/с из смолы, 200 л/с из нержавеющей стали и около 5 м3/с из бетона).
• Биконические устройства: около 40 промилле при выделении с 100% выходом.
Максимальный поток, который можно очищать: около 80 л/с.
• U-образные трубы: около 40 промилле при выделении с 85% выходом.
Максимальный поток, который можно очищать, различается из-за ограничителя оборудования (несколько м³/с).
• Для поверхностных аэраторов очищаемый поток различается из-за мощности
двигателя. Значение выхода зависит от производительности оборудования, а также от формы водоема и способа установления.

Мощность (В)	0,25	0,5	1	2
Очищаемый поток, л/с	20	37,5	62,5	105
Общий запас кислорода, кг/ч	0,42	0,64	1,12	2,2

Вывод

Как видно, понятие кислорода в аквакультуре связано со многими областями (биология, физика, химия, механика). Это самая важная тема в рыбном производстве, если принять во внимание, что выживаемость рыбы (смертельный уровень), зоотехнические характеристики (уровень потребления корма и скорость роста) и состояние здоровья зависят от кислорода. Поэтому необходимо четко следить за его содержанием, чтобы улучшить результаты рыбопроизводства. Важно регулярно обращать внимание и на такие параметры, как температура и выделения.

Dominique Corlay, для журнала "Le Gouessant"

ГЕНЕРАТОРЫ АЗОТА | ГЕНЕРАТОРЫ КИСЛОРОДА Производство азота, производство кислорода из сжатого воздуха.