全自動超飽和增氧機(jī)的實(shí)驗(yàn)與特點(diǎn)

潘志剛　俞德宏

摘 要：介紹了全自動超飽和增氧機(jī)的實(shí)驗(yàn)和檢測方法，證明了其能快速實(shí)現(xiàn)水中超飽和溶氧，特別是還具有向水體底部增氧和長時(shí)間保持的特點(diǎn)，并探討了相關(guān)應(yīng)用的前景。

關(guān)鍵詞：全自動超飽和增氧機(jī)；超飽和溶氧；水底增氧；技術(shù)參數(shù)

中圖分類號：TP23 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.07.005

全自動超飽和增氧機(jī)經(jīng)過國家級專業(yè)測試，證明了其在正常開放空間的水中可以實(shí)現(xiàn)超常規(guī)的快速超飽和溶氧，并且具有向水體（包括底部）快速擴(kuò)散的性能，特別是其還具有長時(shí)間保持的能力。

目前，全自動超飽和增氧機(jī)已經(jīng)取得了國家發(fā)明專利和實(shí)用新型專利授權(quán)，獲全國“星火杯”創(chuàng)造發(fā)明競賽二等獎(jiǎng)，第二屆上海發(fā)明創(chuàng)新大賽發(fā)明創(chuàng)新獎(jiǎng)。

1 超飽和溶氧

在開放的水體中，在一定溫度下，氧氣在水中的溶解度的物理極限值被稱為飽和溶氧量。檢驗(yàn)測試方法的國家標(biāo)準(zhǔn)有《GB 7489—89水質(zhì)溶解氧的測定碘量法》和《GB 11913—89水質(zhì)溶解氧的測定電化學(xué)探頭法》。在標(biāo)準(zhǔn)水質(zhì)、氣壓的條件下，飽和溶氧量的曲線如圖1所示。

根據(jù)傳統(tǒng)理論可知，水中溶進(jìn)的氧氣是不會超過飽和溶氧量的。

超飽和增氧就是在同樣開放的水體中，讓氧氣溶解在水中，使其超過飽和溶氧量，這就需要利用特殊的方法和設(shè)備來實(shí)現(xiàn)。超飽和增氧機(jī)改變了氧氣在水中的溶解方式，利用高效率氣液混合處理系統(tǒng)將自然空氣中的氧轉(zhuǎn)變成質(zhì)量分?jǐn)?shù)較高的氧，在特定條件下，使其與裝置中的水相溶解，然后再一起送出。這樣，在較短的時(shí)間內(nèi)就會使輸出水體的增氧量超過飽和度，并在開放水體中（包括底部）快速擴(kuò)散和長時(shí)間保持，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)超飽和溶解氧的特殊功能。高效率溶氧能大幅度降低功耗，并且節(jié)能效果顯著，可以有效地降低日常綜合運(yùn)行成本，而設(shè)備運(yùn)行過程也可以自動控制運(yùn)行。

2 結(jié)構(gòu)組成

全自動超飽和增氧機(jī)主要由空氣前處理裝置、水源前處理裝置、氣液混合處理復(fù)合系統(tǒng)、自動控制系統(tǒng)、操作與顯示面板、電源、進(jìn)水接口和出水接口組成的。該設(shè)備可以直接從水池中取水，經(jīng)過設(shè)備的超飽和增氧處理后，再將其回送到水池進(jìn)行連續(xù)循環(huán)運(yùn)行。另外，它可以一鍵啟動、停機(jī)，連續(xù)自動調(diào)節(jié)工作運(yùn)行狀態(tài)，可固定，也可靈活移動，在使用、維護(hù)和管理方面都很方便。

設(shè)備各部分的主要構(gòu)成和功能如下。

2.1 空氣前處理裝置

這一部分采用的是現(xiàn)場空氣預(yù)處理，取出提純的氧氣，將其作為增氧機(jī)的高質(zhì)量分?jǐn)?shù)氧源，并將其送入氣液混合處理復(fù)合系統(tǒng)。這樣做，不僅取材便利，而且成本低，又衛(wèi)生、安全。

2.2 水源前處理裝置

該裝置帶有自吸取水的功能，經(jīng)過基本凈化等預(yù)處理后，將水送入氣液混合處理復(fù)合系統(tǒng)。這種裝置適合多種場合、定點(diǎn)或者移動使用。

2.3 氣液混合處理復(fù)合系統(tǒng)

該裝置可以按照指定要求，將高質(zhì)量分?jǐn)?shù)的氧氣和凈化水在自動控制中執(zhí)行氣液混合相溶處理。這樣做，能夠快速實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量分?jǐn)?shù)的超飽和水中溶氧。

2.4 自動控制系統(tǒng)

該系統(tǒng)能夠自動調(diào)整、控制整機(jī)的高效、安全運(yùn)行。由于超飽和增氧機(jī)的出口溶解氧相當(dāng)高，擴(kuò)散快、保持時(shí)間長，所以，在實(shí)際應(yīng)用過程中，基本上都采用階段間歇的運(yùn)行方式。該系統(tǒng)按照預(yù)定的運(yùn)行方式和范圍設(shè)定后，就能實(shí)現(xiàn)自動化運(yùn)行了。

2.5 操作與顯示面板

操作與顯示面板的功能是一鍵啟動和停機(jī)操作方便實(shí)用，可設(shè)置控制運(yùn)行模式，顯示運(yùn)行狀態(tài)——內(nèi)置和外置。內(nèi)置式安放在可鎖住的電控箱內(nèi)，一般情況下，設(shè)置好后不可隨便變更調(diào)節(jié)；外置式安放在機(jī)箱面板上，可以隨時(shí)操作，按需調(diào)節(jié)。

2.6 電源

對于電源，采用小功率、普通的220 V/50 Hz交流電供電，這樣方便使用。如果采用大功率380 V/50 Hz的三相交流電供電，其運(yùn)行負(fù)荷平穩(wěn)。因?yàn)殡娫磧?nèi)部設(shè)置多級保護(hù)裝置，所以，能夠有效地保障現(xiàn)場的使用安全。

2.7 進(jìn)水接口、出水接口

進(jìn)水接口、出水接口采用的是通用的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，既要適合定點(diǎn)使用，又要方便移動使用，還要保證接入管網(wǎng)，使用、操作、檢查和維護(hù)都比較方便。

全自動超飽和增氧機(jī)的技術(shù)路線流程如圖2所示。

3 主要技術(shù)參數(shù)

全自動超飽和增氧機(jī)試驗(yàn)機(jī)型技術(shù)參數(shù)如下：型號為HY-J1；出水接口為G1；進(jìn)水接口為G3/4；電壓為AC200 V/50 Hz；功率為1 000 W；流量0.5～1 m3/h；出口溶氧≥12 mg/L；體積為長850×寬270×高1 410（mm）。全自動超飽和增氧機(jī)有自動循環(huán)運(yùn)行控制設(shè)置，能夠顯示電源、功率、流量數(shù)顯和運(yùn)行狀態(tài)，具有自動/手動控制切換功能。圖3為檢測現(xiàn)場照片。

4 測試結(jié)果

全自動超飽和增氧機(jī)在國家漁業(yè)機(jī)械儀器質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中

心進(jìn)行檢測，測試結(jié)果證明，溶解氧數(shù)量都達(dá)到了超飽和狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了超飽和溶氧量和氧在水體中較強(qiáng)保持特性。檢測報(bào)告實(shí)測數(shù)據(jù)曲線如圖4所示。

5 測試過程

在設(shè)定的開放容器內(nèi)測試，第一階段，設(shè)備前期只運(yùn)行5 min，整個(gè)水體的溶解氧就一下子超過了飽和值，再運(yùn)行幾分鐘后，溶氧數(shù)值繼續(xù)上升（圖4中實(shí)測值的數(shù)據(jù)點(diǎn)部分是開機(jī)運(yùn)行階段）。之后一直停機(jī)，保持4 h后，可見容器邊和底部密布細(xì)微氣泡，實(shí)測水體溶氧數(shù)值不僅沒下降，還有所上升（圖4中實(shí)測值的虛線部分是關(guān)機(jī)靜止階段）。據(jù)分析，由于檢測時(shí)采用的是電化學(xué)探頭法，所以，溶氧儀傳感器的膜和內(nèi)部電極存在采樣和傳感延遲的問題。在測試過程中，并沒有將水體底部保持的高質(zhì)量分?jǐn)?shù)氧氣泡的數(shù)量全部算進(jìn)去，實(shí)際上的超飽和溶氧量還要高得多。

在實(shí)驗(yàn)室中，超飽和增氧機(jī)啟動幾十秒，就能進(jìn)入正常的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)水體連續(xù)超飽和溶氧。停機(jī)后，在開放的水中和水下，超飽和溶氧會相互作用，逐漸從小到大聚成氣泡，并集聚在邊上和水體底部，有的直徑會達(dá)3 mm以上。另外，高質(zhì)量分?jǐn)?shù)的氧氣泡還能在自然開放狀態(tài)下在水體邊和底部保持4個(gè)月以上，如圖5、圖6、圖7所示。

6 設(shè)備特點(diǎn)

傳統(tǒng)的以機(jī)械攪動、充氣或壓縮空氣制造氣泡的增氧機(jī)，展現(xiàn)的是空氣與水接觸、氣泡上浮的過程。在這個(gè)過程中，空氣中的氧氣經(jīng)過氣相和液相界面，逐漸溶入水中增氧。由于空氣中的氧含量只有1/5左右，如果空氣的氣泡大，就很容易上浮，跑出來，因此，溶氧效率很低。

超飽和增氧機(jī)就是將高質(zhì)量分?jǐn)?shù)的氧氣與水特殊溶合，突破了傳統(tǒng)飽和自然的極限，快速制造超飽和溶氧水，基本降低了氣體上浮造成的損失，使其能在開放的水體中向四周、特別是向下快速擴(kuò)散，并長時(shí)間存儲于池底，具有鋪開水底的增氧效果。這是普通增氧技術(shù)無法做到的，所以，水體增氧效率很高。

超飽和溶氧水具有超強(qiáng)的擴(kuò)散滲透性、吸附性和溶解性能，同時(shí)，還具有強(qiáng)大的水中氧化效果，能有效地降解、溶解在水體中的需氧物源，可發(fā)展非常有價(jià)值的應(yīng)用。

經(jīng)過多年、多種規(guī)格樣機(jī)的研制和改進(jìn)，有3 kW大功率機(jī)組設(shè)備，100 W小功率機(jī)組設(shè)備。該設(shè)備完成了在上海金山蝦池一年期的實(shí)驗(yàn)和蘇州太湖蟹塘一年期的實(shí)驗(yàn)，取得了實(shí)際的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)和效果。圖9為超飽和增氧機(jī)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場照片。

其中，1 kW的中型機(jī)組設(shè)備完成了國家漁業(yè)機(jī)械儀器質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心的檢測，驗(yàn)證了設(shè)備的超飽和增氧，快速、全方向擴(kuò)散，流向水底部并保持的特性。

7 應(yīng)用領(lǐng)域

氧是一切生命的基礎(chǔ)，是細(xì)胞、生態(tài)最重要的、且每時(shí)每刻都必需消耗的能量物質(zhì)。如果細(xì)胞缺氧，就無法延續(xù)生命，所以，氧不能少，更不能隨時(shí)停止。另外，氧也是工、農(nóng)業(yè)，養(yǎng)殖業(yè)，環(huán)保等產(chǎn)業(yè)最重要的原材料和工藝完成的必須物。超飽和增氧機(jī)的氣液混合處理復(fù)合系統(tǒng)具備高質(zhì)量分?jǐn)?shù)氣液混合能力，因此，可以將其擴(kuò)展、應(yīng)用到很多領(lǐng)域。

7.1 高氧水醫(yī)用

超飽和高氧水的高氧療法、急救，短時(shí)間內(nèi)可直接飲用高質(zhì)量分?jǐn)?shù)的溶氧水，比吸氧氣效果更快更好，也更方便，可用于一些慢性疾病和疼痛的輔助治療。

7.2 富氧水飲用

快速即時(shí)制造富氧水保健飲料，使氧氣快速飲用吸收，直接通過血液輸送到全身，具有迅速補(bǔ)氧、恢復(fù)運(yùn)動體力、提神醒腦、提高抗病菌能力、促進(jìn)新陳代謝，保持健康活力的作用。

7.3 高密度水產(chǎn)養(yǎng)殖

提供高效的高溶氧水處理，能夠滿足高密度水產(chǎn)養(yǎng)殖的持久生物耗氧高的需求，提高改善水體生態(tài)自然的能力，以保障養(yǎng)殖存活率，提升養(yǎng)殖品質(zhì)。

7.4 農(nóng)業(yè)種植富氧水灌溉

向植物根部提供可溶性高濃度溶氧水，可快速促進(jìn)植物根毛的生長，提高肥料的吸收能力，增加作物的產(chǎn)量，提升農(nóng)作物的質(zhì)量。由此可見，這是一種現(xiàn)代農(nóng)業(yè)安全增產(chǎn)的新興科技。

7.5 污水處理系統(tǒng)的高溶氧氣浮

該設(shè)備能高效取代大功率、低效率的空壓機(jī)氣浮，大大提高供氧處理效率，節(jié)省大量的日常運(yùn)行能耗費(fèi)用。

7.6 治理河流、景觀水

超飽和增氧機(jī)可以向水體底部天然增氧，并持久保持，有利于改善整體水質(zhì)，特別是采用天然方式高效率地改善河底的氧生態(tài)環(huán)境，快速恢復(fù)天然生態(tài)水系，使河底天然富氧，河塘變清、水質(zhì)變好。

7.7 工業(yè)

鑒于超飽和溶氧水具有超強(qiáng)的滲透性、吸附性和溶解性的特點(diǎn)，可將其應(yīng)用于特種工業(yè)的各種氣液高效混合、廢水氧化處理等應(yīng)用中。

綜合各方面的因素分析，以上幾方面的應(yīng)用都有廣闊的市場前景。

參考文獻(xiàn)

[1]丁永良.高新物理漁業(yè)[M].上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，2011.

[2]Glen Gillard.神奇的富氧水[M].上海：第二軍醫(yī)大學(xué)出版社，2011.

〔編輯：白潔〕

Abstract： The automatic test and inspection methods supersaturated aerator proved that it can quickly achieve super water saturated with oxygen； especially at the bottom of the water body also has to keep oxygen and long features， and discusses the relevant application prospects.

Key words： automatic supersaturated oxygen machine； supersaturated dissolved oxygen； underwater oxygen； technical parameters