CN202139079U - 养殖水二氧化碳去除装置 - Google Patents

Abstract

一种养殖水二氧化碳去除装置，包括塔体、至少一层填料层、连通塔体上部的进水管路、连通塔体下部的出水管路、设在塔体顶部的出风口、设在塔体侧壁略高于出水口的进气口、负压吸风装置、和设在塔体内距填料层上表面一定高度位置的液体分布器。其中，每一填料层包括支撑板和填料；进水管路在塔体顶部设有一包括多个分布的喷淋口的进水装置，于该进水管路接近其进水口位置设有闸阀和流量计以控制进水流量；负压吸风装置为呈锥台形的拔风筒，其顶部可选地设有风帽以利用气流来增进负压，另外还可选地设有蝶阀和气体流量计来控制排风量。本实用新型结构简单安装方便，充分利用负压来实现无动力吸风，有效去除循环养殖水体中含有的二氧化碳，既节能又环保。

Description

养殖水二氧化碳去除装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于去除水产养殖水体中的二氧化碳的养殖水二氧化碳去除装置。

背景技术

在循环水养殖系统中，为了节约利用水资源，一般采用循环系统来净化养殖水体，而且每天的换水率通常很低，大约为10％左右。在另一方面，鱼类的养殖密度随着其生长而不断增加，此时鱼类呼吸以及生物过滤硝化反应会产生大量的二氧化碳积累，造成溶解于水中的二氧化碳剧增。

在高密度养殖系统中，二氧化碳的浓度通常达到环境饱和浓度的20-100倍以上。众所周知的是，二氧化碳对鱼是有害的，因为它降低了鱼体血液的输氧能力，严重时会造成鱼类窒息死亡；同时明显降低养殖水体的pH值，影响生物净化效果。鱼类对二氧化碳的耐受水平根据鱼类的种类、发育的阶段以及整体的水质状况而不同。对于罗非鱼和鲈鱼，二氧化碳的安全浓度最高为60mg/L，对于敏感鱼类，二氧化碳的安全浓度最高为20mg/L。一般推荐，养殖水体的二氧化碳的浓度应小于10mg/L。

当养殖密度小于30kg/m³-60kg/m³时，常规的鼓风曝气增氧通常可以通过气泡石散气和水表面的搅动，以及水花下落的过程来排除二氧化碳。当养殖密度向现代技术的60kg/m³-100kg/m³发展时，普遍采用纯氧方法供氧，此时想要用传统的通过鼓风曝气方式把大量的二氧化碳从高密度养殖水体中快速排除已经行不通。

因此，在采用纯氧增氧的高密度循环水养殖水体中，迫切需要一种既能有效去除二氧化碳，同时又能节约能耗的养殖水二氧化碳去除装置。

发明内容

本实用新型的目的在于提供了一种适用于纯氧增氧的高密度循环养殖水体的二氧化碳去除装置，既能有效去除养殖水中的二氧化碳，又能节约能耗。

本实用新型所提供的养殖水二氧化碳去除装置，包括一塔体、至少一层设在塔体内部的填料层、一连通塔体上部的进水管路、一连通塔体下部的出水管路、一设在塔体顶部的出风口、一设在塔体侧壁略高于出水口的进风口、一负压吸风装置、以及一设在塔体内部距填料层的上表面一定高度位置的液体分布器。其中，所述填料层的每一层包括一支撑板和填料；所述填料可以为规整填料或散装填料；所述进水管路在塔体顶部设有一包括多个分布的喷淋口的进水装置，于该进水管路接近其进水口位置还设有一闸阀以及一流量计以控制进水流量；所述负压吸风装置为呈锥台形的拔风筒，其下端配合于塔体顶部的出风口，其顶部可选地设有一风帽以利用气流来增进负压，另外，所述拔风筒还可选地设有蝶阀和气体流量计来控制排风量。进一步地，所述液体分布器为盘式孔流型，其开孔率与布液孔的直径被设计为使液体分布器上保留的液位高度不少于5毫米，优选地，其开孔率不高于10％，布液孔直径为不小于5毫米。

根据本实用新型上述技术方案的养殖水二氧化碳去除装置具有结构简单，安装方便，充分利用负压实现无动力吸风，有效去除循环养殖水体中含有的二氧化碳，既节能又环保的优势，可广泛应用于纯氧增氧的高密度循环水养殖水体中的新型二氧化碳去除装置。

附图说明

图1是根据本实用新型的养殖水二氧化碳去除装置的结构示意图；

图2A和2B分别是根据本实用新型的养殖水二氧化碳去除装置中的液体分布器的俯视图和剖视图；

图3A和3B分别是根据本实用新型的养殖水二氧化碳去除装置中的拔风筒的结构示意图和原理图。

具体实施方式

图1所示为根据本实用新型的原理设计的一种养殖水二氧化碳去除装置的具体实施例，该养殖水二氧化碳去除装置主要包括一塔体10，设在塔体10内部的多层填料层20，一连通塔体10上部的进水管路30，一连通塔体10下部的出水管路40，一设在塔体10侧壁靠近填料层20下方的进风口50，一穿设于塔体10的顶部中央的出风口(图中未标识参号)中的拔风筒60，以及一液体分布器70。

塔体10内部的填料层20由多层支撑板21和堆在该支撑板21上的填料22构成，所述填料22可以为规整填料或散装填料。若为散装填料，应当保证塔体10的内径D与填料22的直径d之比D/d＞8，以便使流经填料22的气液分布均匀。所述填料层20的整体高度可以为1～1.5m。填料层20的支撑板21应具有足够强度和刚度来支撑填料22的重量。支撑板21的开孔率较大，使气液可以顺利通过，一般可采用孔板型、栅板型、栅梁型、气液分流型等形式。

进水管路30的前端包括一水泵31，用于将水通过管路输送至设在塔体10顶部的进水装置32，并通过该进水装置32向塔体10内部输送需要去除二氧化碳的养殖水。在该水泵31与进水装置32之间设有一闸阀33以及一流量计34，用于测量和控制水体的流量。本实用新型的特别之处还在于，该进水装置32包括多个喷淋口分布设置在塔体10的顶部，使水均匀地分布在液体分布器70上。

优选的是，液体分布器70被设置在该进水装置32的喷淋口下方，进一步使液体均匀分散地淋洒于填料层20上。所述液体分布器70的一种具体实施例呈图2A和图2B所示的结构，如图所示，所述液体分布器70为盘式孔流型，其开孔率设计为10％左右，一般不高于10％，为防止布液孔堵塞，布液孔直径一般大于5mm，孔径的大小一般根据循环养殖水的流量而不同，流量较大，则要求将孔径设计得较大，而液位高度也随孔径的大小和流量而确定。为保证液位高度至少在5mm以上，开孔率和布液孔的直径需要根据所适用的流量范围来设计。在安装位置上，所述盘式液体分布器70需要有足够的气体释放空间，一般安置在距填料上表面150-300mm处；通过自攻螺丝与塔体10相连接，其周围可用硅胶与塔体10的侧壁密封。

拔风筒60被设置在本实用新型养殖水二氧化碳去除装置的塔体10顶部，按照养殖水体系统的运行设计要求，其具有一定的预设高度H，形状呈锥台形状，直径较大的底端与液体分布器70的中心通孔相配合，直径较小的顶端向上延伸或可通到屋顶以外。当室内外气压差达到使塔体10内部形成负压时，该拔风筒60可作为负压吸风装置，通过进风口50吸入周围空气，在塔体10内部形成负压吸力。为了调节和控制拔风筒60的负压吸力，还可以在拔风筒60的中部设一蝶阀61以及一气体流量计62，以便对吸风量进行自动调节。根据本实用新型另一个的较佳实施例，在该拔风筒60的顶部还可以设置一风帽63，不但可用于进一步增强拔风作用，还可以用来防止由于外部气流的干扰而形成的气流倒灌，并且起到防雨防雪的功效。

本实用新型的养殖水二氧化碳去除装置的运行原理如下：首先，富有二氧化碳的养殖水通过进水管路30进入去除装置。进水管路30上的水泵31将循环的养殖水通过管路抽送到延伸到塔体10上部的进水装置32，经进水装置32分布的喷淋口喷射在液体分布器70的上面。循环养殖水的流量可以通过进水管路30上的闸阀33和流量计34予以调节，使进入塔体10上部的液体在液体分布器70上面达到约20mm以上的液位高度。随后，循环养殖水体再透过液体分布器70的布液孔均匀地淋洒在填料22的表面，在填料22的表面分散形成薄膜，经填料22之间的缝隙流下，亦可能成液滴落下。由于拔风筒60和风帽63的共同作用，进风口50周围的空气被吸入塔体10内，使得填料层20的表面成为气液两相接触的传质面，令空气与水在填料层20充分接触，二氧化碳就会从养殖水中逸出，从而实现二氧化碳的去除。最后，经二氧化碳去除的养殖水通过出水口40排出。如图1所示，靠近塔体10的底部设置的出水口可设计为溢流型，当水位达到出水口的上端高度，水会自动从出水口溢出，经出水管路40向外排出，同时防止外部气体从该出水口进入或内部气体漏出。

为使本实用新型的技术方案与效果更为易于明白和了解，下面结合具体实例进一步阐述本实用新型的原理。

实例：

将本实用新型的养殖水二氧化碳去除装置应用于北方鲆鲽类高密度循环水养殖系统中，拔风筒60(见图3A)作为其负压吸风装置的简化的结构图如图3B所示。假设拔风筒60高度为H，室外温度为-3℃，室外的空气密度ρ_a＝1.3082Kg/m³，室内温度为16℃，室内的空气密度ρ_g＝1.2177Kg/m³，出风口的速度V₃为2m/s，截面3-3处于拔风筒60的出风口位置，截面2-2处于拔风筒60的底部，可列截面2-2到截面3-3的气体伯努利方程式如下：

h_s2+h_g2+h_d2＝h_s3+h_g3+h_d3+h_L2-3            (1)

其中，h_s2为拔风筒60的底部截面2-2位置的气体静压头；h_g2为拔风筒60的底部截面2-2位置的气体位压头；h_d2为拔风筒60的底部截面2-2位置的气体动压头；h_s3为拔风筒60的顶部截面3-3出风口位置的气体静压头；h_g3为拔风筒60的顶部截面3-3出风口位置的气体位压头；h_d3为拔风筒60的顶部截面3-3出风口位置的气体动压头；h_L2-3为气体从拔风筒60的底部截面2-2位置上升到拔风筒60的顶部截面3-3位置的阻力损失，单位均为Pa。

取拔风筒60的顶部截面3-3为基准面，即：

h_s3＝0；h_g3＝0；则， $h_{d3}={\mathrm{\ρ}}_g{V}_3^2/2;$

整理可得： $P_{M2}+({\mathrm{\ρ}}_a-{\mathrm{\ρ}}_g)\mathrm{gH}+\frac{{\mathrm{\ρ}}_g}{2}{V}_2^2=\frac{{\mathrm{\ρ}}_g}{2}{V}_3^2+h_{L2-3}---\left(2\right)$

实际抽力h_v： $h_v=-P_{M2}=({\mathrm{\ρ}}_a-{\mathrm{\ρ}}_g)\mathrm{gH}-\frac{{\mathrm{\ρ}}_g}{2}(V_3^2-V_2^2)-h_{L2-3}$

其中，V₃为拔风筒60的顶部截面3-3的出风口位置处的气体速度(m/s)；P_M2为拔风筒的底部截面2-2位置处的气体静压能(Pa)；V₂为拔风筒的底部截面2-2位置处的气体速度(m/s)，ρ_a为-3℃时的空气密度(kg/m³)；ρ_g为16℃时的空气密度(kg/m³)。

然后，参考烟囱的设计，d₂＝(1.3～1.5)*d₃，这里取d₂＝1.5d₃；其中，d₂为拔风筒的底部直径(m)；d₃为拔风筒60的出风口直径(m)。已知V₃＝2m/s，拔风筒60各截面处流量相等，则：

$Q=\frac{{\mathrm{\πd}}_3^2}{4}\×V_3=\frac{{\mathrm{\πd}}_2^2}{4}\×V_2$

得：                            V₂＝0.89m/s

拔风筒的内阻损： $h_{L2-3}=\mathrm{\ϵ}\frac{H}{d_{\mathrm{cp}}}\×\frac{V_{\mathrm{cp}}^2}{2}{\mathrm{\ρ}}_g(1+\frac{t_{\mathrm{cp}}}{273})---\left(3\right)$

拔风筒的平均直径： $d_{\mathrm{cp}}=\frac{d_2+d_3}{2}=1.25d_3$

拔风筒空气的平均速度： $V_{\mathrm{cp}}=\frac{4Q}{\mathrm{\π}{d}_{\mathrm{cp}}^2}=1.28m/s$

如果，拔风筒内空气的底部温度t₂＝16℃，拔风筒每米温降系数α＝1.5℃/m，则出口温度为：

t₃＝t₂-α×H＝16-1.5H

$t_{\mathrm{cp}}=\frac{t_2+t_3}{2}=16-0.75H$

查“空气运动粘度”表可得，16℃时空气运动粘度为

空气在拔风筒的流动状态为层流，则阻力系数：

$\mathrm{\ϵ}=\frac{64}{\mathrm{Re}}=\frac{64}{101911d_3}$

代入(3)式得：

$h_{L2-3}=\frac{64}{101911d_3}\×\frac{H}{1.25d_3}\×\frac{{1.28}^2}{2}\×1.2177\×(1+\frac{16-0.75H}{273})$

$=5.01\×{10}^{-4}\frac{H}{d_3^2}\×(1+\frac{16-0.75H}{273})$

参考烟囱的设计要求，拔风筒的实际抽力h_v＝1.3h_L2-3

由公式(2)可得：

$1.3h_{L2-3}=({\mathrm{\ρ}}_a-{\mathrm{\ρ}}_g)\mathrm{gH}-\frac{{\mathrm{\ρ}}_g}{2}(V_3^2-V_2^2)-h_{L2-3}$

$({\mathrm{\ρ}}_a-{\mathrm{\ρ}}_g)\mathrm{gH}-\frac{{\mathrm{\ρ}}_g}{2}(V_3^2-V_2^2)-2.3h_{L2-3}=0$

$(1.3082-1.2177)\×9.8\×H-\frac{1.2177}{2}(2^2-{0.89}^2)-2.3\×5.01\×{10}^{-4}\frac{H}{d_3^2}\×(1+\frac{16-0.75H}{273})=0$

整理得出H与d₃关系：

$\frac{H^2}{d_3^2}-406.6\frac{H}{d_3^2}+2.956\×{10}^{5}H-6.5\×{10}^5=0---\left(4\right)$

若H＝5m，代入公式(4)得：d₃＝49mm

最后可得出流量：

$Q=\frac{\mathrm{\π}{d}_3^2}{4}=13.6m^3/h$

透过以上推导，从试验获得数据可知，此拔风流量完全可以满足二氧化碳去除装置的气流量需求，实现本实用新型所要达到的技术目的。考虑到拔风筒60的顶部安装风帽63或者其他增大抽力的装置，可进一步增大拔气量，当吸风气流量大于一定阈值时，气流量的大小可通过气体流量计62和蝶阀61进一步得以调节。

综上所述，本实用新型的养殖水二氧化碳去除装置的优势在于，通过其负压吸风装置即拔风筒的“拔风作用”可代替风机给系统送风，实现令整个系统更加节能的目的，安装在拔风筒上部的风帽可借助风力在拔风筒的顶部形成更大的负压抽力，进一步加强所述拔风筒的“拔风作用”，增大拔风量，从而充分满足系统需要的拔风流量。

尽管上面通过举例说明，已经描述了本实用新型较佳的具体实施方式，本实用新型的保护范围并不仅限于上述说明，而是由所附的权利要求给出的所有技术特征及其等同技术特征来定义。本领域一般技术人员可以理解的是，在不背离本实用新型所教导的实质和精髓前提下，任何修改和变化可能仍落在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种养殖水二氧化碳去除装置，包括一塔体（10），至少一层设在所述塔体（10）内部的填料层（20），一连通所述塔体（10）上部的进水管路（30），一连通所述塔体（10）下部的出水管路（40），一设在所述塔体（10）顶部中央的出风口，以及一设在所述塔体（10）侧壁略高于塔体壁的出水口的进风口（50），其特征在于还包括

一负压吸风装置（60），所述负压吸风装置（60）的下端配合于所述塔体（10）顶部的出风口中。

2.根据权利要求1所述的养殖水二氧化碳去除装置，其特征在于还包括：

一液体分布器（70），设在所述塔体（10）内部距离填料层（20）的上表面150-300mm的位置。

3.根据权利要求2所述的养殖水二氧化碳去除装置，其特征在于所述液体分布器（70）为盘式孔流型，其开孔率与布液孔的直径被设计为使液体分布器（70）上保留的液位高度不少于5毫米，开孔率不高于10%，布液孔直径为不小于5毫米。

4.根据权利要求1所述的养殖水二氧化碳去除装置，其特征在于所述进水管路（30）在所述塔体（10）顶部设有一进水装置（32），且所述进水装置（32）包括多个分布的喷淋口。

5.根据权利要求1所述的养殖水二氧化碳去除装置，其特征在于所述养殖水二氧化碳去除装置的进水管路（30）在接近其进水口的位置设有一闸阀（33）以及一流量计（34）。

6.根据权利要求1所述的养殖水二氧化碳去除装置，其特征在于所述负压吸风装置（60）为呈锥台形的拔风筒。

7.根据权利要求1所述的养殖水二氧化碳去除装置，其特征在于所述负压吸风装置（60）上还设有一蝶阀（61）和气体流量计（62）。

8.根据权利要求1所述的养殖水二氧化碳去除装置，其特征在于所述负压吸风装置（60）的顶部还设有一风帽（63）。

9.根据权利要求1所述的养殖水二氧化碳去除装置，其特征在于所述填料层（20）的每一层包括一支撑板（21）以及填料（22），且填料层（20）的整体高度为1米至1.5米，其中所述填料（22）可以为规整填料或散装填料。

10.根据权利要求9所述的养殖水二氧化碳去除装置，其特征在于所述塔体（10）的内径与散装填料（22）的直径之比D/d大于8。

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