全自動(dòng)增氧機(jī)水質(zhì)凈化效果研究與改進(jìn)試驗(yàn)

劉昊一, 趙三琴， 丁為民， 趙思琪

(南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 江蘇省現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)技術(shù)與裝備工程實(shí)驗(yàn)室， 江蘇 南京 210031)

全自動(dòng)增氧機(jī)水質(zhì)凈化效果研究與改進(jìn)試驗(yàn)

劉昊一, 趙三琴， 丁為民， 趙思琪

(南京農(nóng)業(yè)大學(xué) 江蘇省現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)技術(shù)與裝備工程實(shí)驗(yàn)室， 江蘇 南京 210031)

【目的】解決鱖魚(yú)養(yǎng)殖過(guò)程中全自動(dòng)增氧機(jī)的密封、安裝不便等問(wèn)題。【方法】2014年7月至11月，在鱖魚(yú)養(yǎng)殖的整個(gè)周期中，對(duì)該機(jī)具的清洗周期、測(cè)量精度、控制可靠性展開(kāi)魚(yú)塘試驗(yàn)，研究長(zhǎng)期使用該機(jī)具對(duì)養(yǎng)殖水質(zhì)和用電量的影響。通過(guò)改變O形密封圈與三角溝槽的尺寸提高溶解氧傳感器的密封性和安裝便利性，通過(guò)改變上、下蓋的倒角尺寸提升溶解氧傳感器的安裝便利性。【結(jié)果】在整個(gè)養(yǎng)殖過(guò)程中，與丹麥OxyGuard溶解氧測(cè)控儀相比，全自動(dòng)增氧機(jī)平均清洗周期相差不大，溫度測(cè)量誤差為±0.8℃，溶解氧含量測(cè)量誤差為±0.6 mg·L-1，調(diào)控的魚(yú)塘溶解氧含量均大于設(shè)定的溶解氧含量下限值(4 mg·L-1)。同時(shí)，與手動(dòng)控制增氧機(jī)的魚(yú)塘相比，使用全自動(dòng)增氧機(jī)的魚(yú)塘溶解氧含量較高，最高達(dá) 7 mg·L-1，且水質(zhì)參數(shù)中平均氨氮含量低35.9%，平均亞硝酸鹽含量低50.7%，節(jié)約用電29.5%?！窘Y(jié)論】該機(jī)具長(zhǎng)期使用時(shí)，具有抗污性強(qiáng)、清洗方便、改善水質(zhì)、節(jié)能省工的優(yōu)點(diǎn)，可滿足魚(yú)塘養(yǎng)殖的實(shí)際要求，且密封好、安裝方便，具有大面積推廣的實(shí)用價(jià)值。

鱖魚(yú)養(yǎng)殖； 全自動(dòng)增氧機(jī)； 水質(zhì)； 溶解氧； 密封性； 改進(jìn)試驗(yàn)

近30年里，中國(guó)水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)量占世界水產(chǎn)品總產(chǎn)量的比重從29%升至71%[1-2]。據(jù)中國(guó)漁業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒，2013年江蘇省水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)量占全國(guó)水產(chǎn)品總產(chǎn)量的9.2%，淡水養(yǎng)殖產(chǎn)量占全國(guó)淡水養(yǎng)殖總產(chǎn)量的11.6%，其中魚(yú)塘養(yǎng)殖產(chǎn)量占全國(guó)淡水養(yǎng)殖總產(chǎn)量的71%[3]，在水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)中占有極其重要的地位。

魚(yú)塘水質(zhì)決定著養(yǎng)殖魚(yú)類(lèi)的質(zhì)量和產(chǎn)量[4-6]，其中溶解氧是最重要的水質(zhì)指標(biāo)[7]。人工控制增氧機(jī)的養(yǎng)殖模式解決了魚(yú)塘高密度養(yǎng)殖的缺氧問(wèn)題，但該控制模式存在費(fèi)時(shí)費(fèi)工、盲目增氧等問(wèn)題，尤其是夜間不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)斷電、氣壓降低等突發(fā)狀況，在一定程度上影響?zhàn)B殖魚(yú)類(lèi)的生長(zhǎng)[8-10]。國(guó)外的溶氧測(cè)控儀價(jià)格昂貴、采購(gòu)周期長(zhǎng)，國(guó)內(nèi)的清洗周期、測(cè)控精度和穩(wěn)定性與國(guó)外的相比還有一定的差距[11]。江蘇省現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)技術(shù)與裝備工程實(shí)驗(yàn)室研制了一套低成本、強(qiáng)抗污、滿足不同水層測(cè)量的魚(yú)塘溶解氧傳感器及與其配套的在線控制器[12]，并已對(duì)測(cè)試設(shè)備進(jìn)行了初步試驗(yàn)。然而，該溶解氧傳感器、控制器與增氧機(jī)配合下組成的系統(tǒng)(以下稱(chēng)為全自動(dòng)增氧機(jī))，在長(zhǎng)期使用后，對(duì)養(yǎng)殖水質(zhì)和用電量的影響，需要進(jìn)一步進(jìn)行魚(yú)塘試驗(yàn)。為此，本研究在該全自動(dòng)增氧機(jī)的基礎(chǔ)上，以鱖魚(yú)為養(yǎng)殖對(duì)象，進(jìn)行一個(gè)養(yǎng)殖周期的魚(yú)塘試驗(yàn)，對(duì)全自動(dòng)增氧機(jī)溶解氧傳感器及與其配套的在線控制器的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)價(jià)，并考核全自動(dòng)增氧機(jī)對(duì)養(yǎng)殖水質(zhì)和用電量的影響。根據(jù)該機(jī)具在長(zhǎng)期試驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化以及驗(yàn)證試驗(yàn)。

1 材料與方法

1.1 材料

全自動(dòng)增氧機(jī)接線原理如圖1所示，全自動(dòng)增氧機(jī)主要部件有空氣開(kāi)關(guān)、交流接觸器、溶解氧在線控制器、溶解氧傳感器、增氧機(jī)。其工作原理為：溶解氧在線控制器在初期使用時(shí)根據(jù)養(yǎng)殖對(duì)象設(shè)定溶解氧含量的下限值，當(dāng)所測(cè)溶解氧含量低于下限值時(shí)，繼電器工作，交流接觸器線圈得電，交流接觸器吸合，增氧機(jī)開(kāi)啟，直至所測(cè)溶解氧含量高于上限值時(shí)，繼電器斷開(kāi)，交流接觸器線圈失電，交流接觸器復(fù)位，增氧機(jī)關(guān)閉。為方便養(yǎng)殖戶(hù)及時(shí)應(yīng)對(duì)魚(yú)塘現(xiàn)場(chǎng)情況,溶解氧在線控制器還設(shè)置了手動(dòng)操作,實(shí)現(xiàn)手動(dòng)操作與自動(dòng)控制的結(jié)合。

圖1 全自動(dòng)增氧機(jī)接線原理圖

1.2 方法

魚(yú)塘試驗(yàn)于2014年7月7日至11月7日在江蘇省鹽城市亭湖區(qū)永豐鎮(zhèn)原果林場(chǎng)進(jìn)行。試驗(yàn)魚(yú)塘為長(zhǎng)50 m、寬40 m東西走向的高位池，每畝放養(yǎng)鱖魚(yú)1 600～1 700尾，水深為1.2～1.6 m，選擇3口魚(yú)塘，分別為試驗(yàn)塘1(全自動(dòng)增氧機(jī)1臺(tái))、對(duì)照塘2、對(duì)照塘3(全自動(dòng)增氧機(jī)1臺(tái)+丹麥OxyGuard溶解氧測(cè)控儀1臺(tái))，其中試驗(yàn)塘1的增氧機(jī)為自動(dòng)控制，對(duì)照塘3的增氧機(jī)為手動(dòng)控制。該機(jī)具溶解氧測(cè)量范圍為0～20 mg·L-1，溫度測(cè)量范圍為0～40 ℃[12]，溶解氧傳感器安裝在魚(yú)塘中與增氧機(jī)水平位置相距約20 m，與水面垂直位置相距約0.8 m，均安裝1臺(tái)1.1 kW曝氣式增氧機(jī)和2臺(tái)1.5 kW水車(chē)式增氧機(jī)。

全自動(dòng)增氧機(jī)對(duì)養(yǎng)殖水質(zhì)以及用電量的影響試驗(yàn)在試驗(yàn)塘1和對(duì)照塘2中同時(shí)進(jìn)行。全自動(dòng)增氧機(jī)溶解氧傳感器評(píng)價(jià)指標(biāo)包括清洗周期、測(cè)量準(zhǔn)確性、控制穩(wěn)定性，由于試驗(yàn)受外界因素的影響，清洗周期和測(cè)量準(zhǔn)確性試驗(yàn)在對(duì)照塘3進(jìn)行，控制穩(wěn)定性試驗(yàn)在試驗(yàn)塘1進(jìn)行。

1.2.1 對(duì)養(yǎng)殖水質(zhì)以及用電量的影響 采用檢測(cè)工具箱水質(zhì)檢測(cè)器測(cè)試試驗(yàn)塘1和對(duì)照塘2的pH、氨氮含量、亞硝酸鹽含量及總?cè)芙庑怨腆w(Total dissolved solid，TDS)；對(duì)用電量的影響是通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)塘1和對(duì)照塘2的用電量來(lái)確定的。

1.2.2 全自動(dòng)增氧機(jī)溶解氧傳感器測(cè)試 清洗周期的測(cè)試是通過(guò)記錄全自動(dòng)增氧機(jī)溶解氧傳感器和丹麥OxyGuard溶解氧測(cè)控儀溶解氧傳感器的清洗次數(shù)及時(shí)間；長(zhǎng)期測(cè)試的準(zhǔn)確性主要是在整個(gè)養(yǎng)殖過(guò)程中與丹麥OxyGuard溶解氧測(cè)控儀對(duì)比，記錄溫度和溶解氧含量數(shù)據(jù)，記錄時(shí)間為8:00～17:00，每隔1.5 h記錄1次；長(zhǎng)期控制的穩(wěn)定性主要是通過(guò)考察增氧機(jī)開(kāi)啟條件是否低于設(shè)定的溶解氧下限值。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)均采用Excel和SPSS軟件進(jìn)行分析。

1.2.3 全自動(dòng)增氧機(jī)溶解氧傳感器的改進(jìn) 密封是溶解氧傳感器長(zhǎng)期、安全、穩(wěn)定運(yùn)行的保證，其透氣膜在不同介質(zhì)中的受力情況不同。介質(zhì)為空氣時(shí)，改進(jìn)前、后結(jié)構(gòu)剖面分別如圖2a、2c所示，與改進(jìn)前相比，改進(jìn)后透氧膜受到透氧膜膜蓋對(duì)透氧膜的壓力和O形密封圈對(duì)透氧膜的支持力，以及三角溝槽斜面對(duì)透氧膜的壓力和墊圈的支持力，縱向和橫向受力均平衡；介質(zhì)為水時(shí)，改進(jìn)前、后結(jié)構(gòu)剖面分別如圖2b、2d所示，受水壓的作用透氧膜向內(nèi)凸起變形，橫向摩擦力分為2部分：平面上的透氧膜膜蓋、外殼體和透氧膜之間的摩擦力；三角溝槽的斜面上透氧膜膜蓋、O形密封圈和透氧膜之間的摩擦力。橫向的摩擦力增大，密封性增強(qiáng)。其中O形密封圈以及密封槽的尺寸是保證密封的關(guān)鍵之處。改進(jìn)后的O形密封圈被安裝在三角溝槽和透氧膜膜蓋密封面之間，由兩者壓縮產(chǎn)生的彈性壓力實(shí)現(xiàn)密封。

1：陰電極；2：電解液；3：透氧膜膜蓋；4：透氧膜；5：外殼體；6：O形密封圈。

圖2 改進(jìn)前、后透氧膜膜蓋內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

Fig.2 Oxygen-permeable membrane cover internal structure before and after improvement

根據(jù)現(xiàn)使用的O形密封圈等條件可知，密封圈內(nèi)徑D0=18 mm，密封圈截面直徑d0=1 mm，密封圈外徑D=20 mm。根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[13]可知，平面靜密封的壓縮率為15%～30%；孔徑小于30 mm時(shí)，靜密封狀態(tài)下的過(guò)盈量δ為0.3～0.4；密封圈體積溶脹率為0.15～0.20，靜密封取較大值。因此，為實(shí)現(xiàn)較好的密封，壓縮率取值30%，δ取值0.4，密封圈體積溶脹率取值0.20。

根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可知，該三角溝槽的槽深H為0.7 mm，槽寬B為1.29 mm。因此，該三角溝槽內(nèi)角應(yīng)為28.5°，由于加工工藝，一般加工為30°。

圖3為上蓋改進(jìn)前、后的結(jié)構(gòu)圖，由于軸頭的倒角屬于輔助工序，改進(jìn)前被忽視，導(dǎo)致上、下蓋安裝產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，甚至?xí)?dǎo)致陰電極和透氧膜之間的距離增大，影響測(cè)量；改進(jìn)后使該倒角與下蓋倒角相配合，方便溶解氧傳感器上、下蓋的安裝。

圖3 改進(jìn)前、后溶解氧傳感器上蓋內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

Fig.3 The internal structure of the top cover of the dissolved oxygen sensor before and after improvement

2 結(jié)果與分析

2.1 全自動(dòng)增氧機(jī)對(duì)鱖魚(yú)養(yǎng)殖水質(zhì)和用電量的影響

2.1.1 對(duì)溶解氧含量的影響 圖4為全自動(dòng)增氧機(jī)自動(dòng)控制和手動(dòng)控制下溶解氧含量的變化趨勢(shì)。全自動(dòng)增氧機(jī)控制的魚(yú)塘溶解氧含量較平穩(wěn)，且均高于鱖魚(yú)生長(zhǎng)所需溶解氧含量(5 mg·L-1)，而手動(dòng)控制的魚(yú)塘溶解氧含量比全自動(dòng)增氧機(jī)控制溶解氧含量平均低1.8 mg·L-1，最高達(dá)7 mg·L-1，且手動(dòng)控制的魚(yú)塘溶解氧含量低于5 mg·L-1的概率為20.1%。傳統(tǒng)養(yǎng)殖模式下養(yǎng)殖戶(hù)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)啟動(dòng)增氧機(jī)，會(huì)因?yàn)榄h(huán)境突變、經(jīng)驗(yàn)不足等因素導(dǎo)致增氧機(jī)開(kāi)啟不及時(shí)，魚(yú)塘中溶解氧含量低，從而影響鱖魚(yú)的生長(zhǎng)發(fā)育，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致鱖魚(yú)浮頭[14]，對(duì)養(yǎng)殖效益造成一定影響。

圖4 全自動(dòng)增氧機(jī)對(duì)魚(yú)塘溶解氧含量的影響

Fig.4 Effect of the automatic aerator on dissolved oxygen content in fishpond

2.1.2 對(duì)pH的影響 圖5所示為試驗(yàn)塘1和對(duì)照塘2在養(yǎng)殖期間測(cè)試的pH均值變化趨勢(shì)。從圖5可以看出，養(yǎng)殖期間，試驗(yàn)塘1的pH保持為8.0～8.4，較為穩(wěn)定；對(duì)照塘2 的pH為8.0～8.6，相對(duì)試驗(yàn)塘1的pH波動(dòng)較為劇烈，且一直高于試驗(yàn)塘1。pH異常易使水產(chǎn)品正常生理活動(dòng)受到影響，生長(zhǎng)速度緩慢甚至死亡。一般鱖魚(yú)養(yǎng)殖魚(yú)塘pH控制為6.5～8.5[14-15]，全自動(dòng)增氧機(jī)控制養(yǎng)殖模式可以為鱖魚(yú)養(yǎng)殖提供一個(gè)合適的pH環(huán)境。

2.1.3 對(duì)氨氮含量的影響 圖6所示為試驗(yàn)塘1和對(duì)照塘2氨氮含量變化曲線。從圖6中可知，養(yǎng)殖期間，試驗(yàn)塘1氨氮含量低于對(duì)照塘2，試驗(yàn)塘1氨氮含量養(yǎng)殖初期處于下降趨勢(shì)，隨后保持穩(wěn)定，而對(duì)照塘2氨氮含量先上升后下降，波動(dòng)較大。在高密度養(yǎng)殖水體中，由于廢料使用不當(dāng)、水產(chǎn)動(dòng)物排泄物的積累等易造成養(yǎng)殖水體中氨氮含量過(guò)高，從而引起水體缺氧、水質(zhì)惡化[16]，致使水產(chǎn)品出現(xiàn)中毒、死亡等現(xiàn)象。相比手動(dòng)控制增氧機(jī)，全自動(dòng)增氧機(jī)能夠較好地改善養(yǎng)殖水體環(huán)境，合理增氧的同時(shí)能夠促進(jìn)養(yǎng)殖水體上、下層交流，降低氨氮的含量。

Fig.6 Effect of the automatic aerator on ammonia nitrogen content in fishpond

2.1.4 對(duì)亞硝酸鹽含量的影響 圖7為試驗(yàn)塘1和對(duì)照塘2亞硝酸鹽含量變化曲線，結(jié)果表明：養(yǎng)殖初期，試驗(yàn)塘1和對(duì)照塘2的亞硝酸鹽均較低，原因可能是試驗(yàn)初期鱖魚(yú)苗較小，且天氣多為陰雨天，投餌次數(shù)較少，飼料投喂較為合理；直至7月28日，試驗(yàn)塘1和對(duì)照塘2的亞硝酸鹽含量升高，分別達(dá)到0.19 和0.37 mg·L-1，隨后試驗(yàn)塘1亞硝酸鹽含量下降并穩(wěn)定在0.10～0.20 mg·L-1，而對(duì)照塘2亞硝酸鹽含量增加至0.40 mg·L-1，原因是鱖魚(yú)生長(zhǎng)期飼料投喂過(guò)量使得水體中動(dòng)物糞便增多，氨氮含量增加，致使亞硝酸鹽也增加，造成水質(zhì)污染。使用全自動(dòng)增氧機(jī)能有效降低養(yǎng)殖環(huán)境中亞硝酸鹽含量，避免過(guò)高濃度的亞硝酸鹽對(duì)鱖魚(yú)的毒害作用及對(duì)其生長(zhǎng)發(fā)育造成的負(fù)面影響[17]。

圖7 全自動(dòng)增氧機(jī)對(duì)魚(yú)塘亞硝酸鹽含量的影響

Fig.7 Effect of the automatic aerator on nitrite content in fishpond

2.1.5 對(duì)TDS的影響 總?cè)芙庑怨腆wTDS，又稱(chēng)為總含鹽量，TDS值越高，表示水中的雜質(zhì)含量越多。圖8為全自動(dòng)增氧機(jī)控制的試驗(yàn)塘1和手動(dòng)控制的對(duì)照塘2在養(yǎng)殖期間測(cè)試的TDS值變化圖。在換水周期相同的情況下，對(duì)照塘2的TDS值總體高于試驗(yàn)塘1。試驗(yàn)結(jié)果表明，全自動(dòng)增氧機(jī)養(yǎng)殖模式下的魚(yú)塘水體中的雜質(zhì)較少，但是總體的變化趨勢(shì)不明顯。

圖8 全自動(dòng)增氧機(jī)對(duì)魚(yú)塘TDS的影響

Fig.8 Effect of the automatic aerator on total dissolved solid value in fishpond

2.1.6 對(duì)用電量的影響 在用電量上，試驗(yàn)塘1共耗電1 122.15 kW·h，對(duì)照塘2共耗電1 591.1 kW·h，試驗(yàn)塘1比對(duì)照塘2節(jié)約用電29.5%，這是因?yàn)槿詣?dòng)增氧機(jī)控制的養(yǎng)殖模式下是依據(jù)魚(yú)塘當(dāng)下的環(huán)境來(lái)啟動(dòng)增氧機(jī)，手動(dòng)養(yǎng)殖則根據(jù)養(yǎng)殖經(jīng)驗(yàn)啟動(dòng)增氧機(jī)，會(huì)造成盲目開(kāi)啟增氧機(jī)、開(kāi)啟時(shí)間過(guò)長(zhǎng)等問(wèn)題，從而形成資源的浪費(fèi)。試驗(yàn)結(jié)果表明，全自動(dòng)增氧機(jī)能夠節(jié)約用電。

2.2 全自動(dòng)增氧機(jī)傳感器測(cè)試試驗(yàn)

2.2.1 清洗周期 在鱖魚(yú)整個(gè)養(yǎng)殖周期中，全自動(dòng)增氧機(jī)的溶解氧傳感器清洗統(tǒng)計(jì)次數(shù)見(jiàn)表1。從表1可以看出，溶解氧傳感器在不同的養(yǎng)殖月份，清洗次數(shù)是不同的。水溫升高時(shí)，魚(yú)塘耗氧率加快，養(yǎng)殖魚(yú)類(lèi)的排泄物增加，浮游植物生長(zhǎng)速率加快，從而可在一定程度上增加全自動(dòng)增氧機(jī)的溶解氧傳感器清洗次數(shù)。與丹麥OxyGuard溶解氧測(cè)控儀的溶解氧傳感器相比，全自動(dòng)增氧機(jī)的溶解氧傳感器在7—8月水溫升高時(shí)清洗次數(shù)多2次，9—11月水溫降低時(shí)的清洗周期基本一致。說(shuō)明全自動(dòng)增氧機(jī)的溶解氧傳感器的清洗周期與丹麥OxyGuard溶解氧測(cè)控儀的溶解氧傳感器相差不大；與國(guó)內(nèi)浮筒式溶解氧傳感器(清洗周期7 d)[18]相比，清洗周期較長(zhǎng)，而且清洗方便，直接拿抹布擦洗即可，不需要拆裝浮筒，維護(hù)方便。但是在清洗溶解氧傳感器時(shí)，存在溶解氧傳感器內(nèi)部電解液的滲漏。

表1 溶解氧傳感器清洗次數(shù)

2.2.2 測(cè)量準(zhǔn)確性 根據(jù)獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)分析得出全自動(dòng)增氧機(jī)氧傳感器測(cè)量的平均溶解氧含量為5.44 mg·L-1、平均溫度為25.93 ℃，丹麥OxyGuard溶解氧測(cè)控儀測(cè)量的平均溶解氧含量為5.65 mg·L-1、平均溫度為26.11 ℃，2組數(shù)據(jù)的方差齊性檢驗(yàn)結(jié)果均是不顯著的，2組數(shù)據(jù)的差異也不顯著。圖9為全自動(dòng)增氧機(jī)與丹麥OxyGuard溶解氧測(cè)控儀每日平均溶解氧含量變化以及溫度變化趨勢(shì)圖(限于篇幅，只選用了8月12日至8月20日時(shí)間段的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析)。在長(zhǎng)期使用中，全自動(dòng)增氧機(jī)與丹麥OxyGuard溶解氧測(cè)控儀每日平均溶解氧含量變化趨勢(shì)一致，所測(cè)溶解氧含量相差±0.6 mg·L-1；全自動(dòng)增氧機(jī)與丹麥OxyGuard溶解氧測(cè)控儀的每日平均溫度變化差異不大，所測(cè)溫度相差±0.8 ℃。因此，在長(zhǎng)時(shí)間使用過(guò)程中，全自動(dòng)增氧機(jī)測(cè)量的溶解氧含量、溫度較準(zhǔn)確。

2.2.3 控制穩(wěn)定性 全自動(dòng)增氧機(jī)的最終目的是長(zhǎng)期、可靠、穩(wěn)定的控制增氧機(jī)的開(kāi)啟關(guān)閉。圖10給出的是每隔10 min采集1次溶解氧含量數(shù)據(jù)的連續(xù)1個(gè)月的趨勢(shì)變化圖。初期設(shè)定的溶解氧的上限值為5 mg·L-1，下限值為4 mg·L-1，在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，可以看出溶解氧含量始終高于4 mg·L-1，表明全自動(dòng)增氧機(jī)能夠長(zhǎng)期、可靠、穩(wěn)定地運(yùn)行。

圖9 魚(yú)塘中溶解氧含量和溫度變化

圖10 全自動(dòng)增氧機(jī)溶解氧含量連續(xù)變化

Fig.10 Continual change in the dissolved oxygen content controlled by the automatic aerator

2.3 全自動(dòng)增氧機(jī)溶解氧傳感器改進(jìn)試驗(yàn)

為了驗(yàn)證溶解氧傳感器結(jié)構(gòu)改進(jìn)前、后的區(qū)別，2016年5月13日至6月24日于魚(yú)塘內(nèi)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。改進(jìn)前的溶解氧傳感器的滲漏一般在10 d內(nèi)，而改進(jìn)后的溶解氧傳感器從圖11可以看出，在測(cè)試長(zhǎng)達(dá)43 d后，測(cè)試數(shù)據(jù)無(wú)異常，表明沒(méi)有發(fā)生滲漏現(xiàn)象。此外改進(jìn)后的溶解氧傳感器的透氧膜以及上、下蓋安裝方便，沒(méi)有出現(xiàn)因安裝而損壞透氧膜以及上、下蓋干涉導(dǎo)致測(cè)量電壓時(shí)有時(shí)無(wú)的現(xiàn)象。試驗(yàn)結(jié)果表明，改進(jìn)后的溶解氧傳感器密封性增強(qiáng)，安裝方便。

圖11 溶解氧傳感器改進(jìn)后魚(yú)塘中的溫度和溶解氧含量變化

Fig.11 Changes of temperature and dissolved oxygen content in fishpond after improving the dissolved oxygen sensor

3 結(jié)論

與手動(dòng)控制增氧機(jī)養(yǎng)殖模式相比，全自動(dòng)增氧機(jī)能夠有效地控制地養(yǎng)殖水體中溶解氧含量，使水體pH值穩(wěn)定在適合鱖魚(yú)養(yǎng)殖的范圍內(nèi)，降低水體中氨氮含量和亞硝酸鹽含量，能根據(jù)水中含氧量變化自動(dòng)開(kāi)啟或關(guān)閉增氧機(jī)，有效減少電能消耗。

在鱖魚(yú)的整個(gè)養(yǎng)殖周期中，全自動(dòng)增氧機(jī)的溶解氧傳感器平均清洗周期為9 d·次-1，與丹麥OxyGuard溶解氧測(cè)控儀的溶解氧傳感器平均清洗周期10 d·次-1相差不大；該溶解氧傳感器與丹麥OxyGuard溶解氧測(cè)控儀相比，所測(cè)溶解氧含量相差±0.6 mg·L-1，溫度相差±0.8℃，能達(dá)到魚(yú)塘養(yǎng)殖中的溶解氧與溫度的測(cè)量精度要求；設(shè)定限值后,全自動(dòng)增氧機(jī)控制器能穩(wěn)定控制增氧機(jī)的開(kāi)啟以滿足養(yǎng)殖魚(yú)類(lèi)所需溶解氧含量。

針對(duì)長(zhǎng)期測(cè)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的溶解氧傳感器密封性以及安裝問(wèn)題，進(jìn)行了結(jié)構(gòu)改進(jìn)，改進(jìn)后的溶解氧傳感器密封性較好，安裝方便。此外，傳感器與控制器價(jià)格僅為丹麥OxyGuard溶解氧測(cè)控儀1/4～1/3，在大面積推廣中具有優(yōu)勢(shì)。

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【責(zé)任編輯 霍 歡】

Water purification effects and improvement tests of automatic aerators

LIU Haoyi， ZHAO Sanqin， DING Weimin， ZHAO Siqi

( Engineering Laboratory of Modern Facility Agricultural Technology and Equipment inJiangsu Province，Nanjing Agricultural University，Nanjing 210031，China)

【Objective】 To provide solutions for sealing and installation inconvenience of the automatic aerator during breeding of mandarin fish. 【Method】Through the whole cycle of mandarin fish breeding starting from July to November in 2014, fishponds tests were performed to study the cleaning cycle, measuring accuracy and controlling reliability of the automatic aerator. The impacts on aquaculture water quality and electricity consumption were evaluated. The sizes of the O-shape sealing ring and the triangle slot were changed to improve the sealing and installation convenience of the dissolved oxygen (DO) sensor. The sizes of the upper and lower chamfers were also changed to improve the installation convenience of the DO sensor. 【Result】During the whole breeding cycle, the average cleaning cycle of the automatic aerator was not significantly different compared with the Denmark OxyGuard DO monitor. The error of measured temperature was ±0.8 ℃, the error of measured DO content was ±0.6 mg·L-1, and the DO content of the controlled fishpond was higher than the set lower limit of 4 mg·L-1. Compared with manual control, the DO content of the controlled fishpond using the automatic aerator was higher with a peak value of 7 mg·L-1, the average ammonia nitrogen content in water was 35.9% lower, the average nitrite content was 50.7% lower, and the electricity was saved by 29.5%.【Conclusion】The automatic aerator is highly resistant to stain, can be conveniently cleaned, improves water quality and saves electricity during long-term use, meeting the requirements of the fishpond management. The automatic aerator has good sealing and can be conveniently installed, thus it is recommended for large-scale popularization.

mandarin fish breeding; automatic aerator; water quality; dissolved oxygen; sealing performance; improvement experiment

2016- 07- 24 優(yōu)先出版時(shí)間：2017-04-12

劉昊一(1990—)，女，碩士，E-mail：Haoyi_Liu03@163.com；通信作者：丁為民(1957—)，男，教授，博士，E-mail：wmding@njau.edu.cn

江蘇省農(nóng)機(jī)三新工程項(xiàng)目( NJ2013-12)

S969

A

1001- 411X(2017)03- 0112- 06

優(yōu)先出版網(wǎng)址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/44.1110.s.20170412.1442.028.html

劉昊一, 趙三琴， 丁為民， 等.全自動(dòng)增氧機(jī)水質(zhì)凈化效果研究與改進(jìn)試驗(yàn)[J].華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2017,38(3):112- 117.