水-空气引射式冰下深水增氧机的设计与性能试验研究

根据水-空气引射原理设计了一种新型增氧机，可同时进行冰下和深水的增氧，以解决我国北方地区冬季鱼类供氧和鱼池水质净化问题。对其主要结构参数进行了设计计算和试验研究。结果显示，当喷嘴直径d_p1=25 mm、混合室直径d₃=48 mm、截面积比f₃/f_p1=3.69时，该装置的进气量最大，增氧动力效率最高；进气量与增氧动力效率之间呈正相关关系；增氧动力效率随深度的增加而提高，增加率为0.49 kg O₂·m^-1；喷嘴位置对动力效率和进气量并无影响。同时还建立了有关参数的回归方程式。     

根际增氧对水稻根系形态和生理影响的研究进展

根际氧是影响稻田土壤环境和水稻根系生理代谢的重要环境因子,已有的关于水稻根际氧的综述多从低氧或缺氧胁迫的角度展开,随着技术的进步,越来越多的学者在水稻栽培中实施了主动的根际增氧措施,取得了一定的研究成果。根际增氧显著影响了水培水稻根系形态和结构,使其呈现细而长的特征,增氧条件下水稻根系形态、结构及其功能需求间存在内在的一致性;根际增氧对不同生育时期水稻的根系活力均有明显的促进作用,其增幅从10%到150%不等,并存在明显的品种间差异;从水稻根系形态、生理活性以及根部氮素形态转化等多个方面来看,增氧处理有利于水稻根系吸收氮素,但其对水稻氮素积累量的影响则与增氧处理方式和程度有关,过度增氧抑制了水稻植株对氮的利用,从而限制了其生物量的增加,反过来抑制了对氮的吸收。水稻对根际增氧的响应规律并非其对低氧和缺氧胁迫响应规律的简单倒转,饱和氧处理下水稻生物量和产量的剧烈降低表明了水稻对富氧响应的复杂性。探索根际增氧对三叶期前水稻幼苗的影响,完善根际增氧对水稻氮代谢的影响研究,并量化水稻田间需氧量,探索简单易行的苗期增氧措施,对进一步完善水稻育秧理论,改进水稻育秧技术具有重要意义。     

小型活体水产运输箱电解水增氧装置设计与试验

水产长距离运输保证鲜活需要保持水产原生存环境的压力、水质、溶氧度等条件,其中溶氧度直接关系水产的存活,因此增氧装置的设计成为活体水产运输的关键技术之一。为了解决电解水增氧方式能耗大、难以小型化的问题,该研究设计了适用于小型水产运输箱的电解水增氧装置。首先根据计算流体力学软件仿真计算结果设计了装置中可在正负电极间产生恒稳均匀流场的整流结构参数;然后通过试验探索水溶氧规律和装置总能耗在电解电压与水交换流量影响下的关系。试验结果表明在容积为8×10-3 m3的箱体内,采用直流电解,当电解电压为37 V、水交换流量为6.97×10-5 m3/s时,总能耗最低为39.39 kJ。本文的装置设计和试验结果可为电解水增氧方法在水产运输和养殖中的实际应用提供了依据。     

转筒式增氧机增氧能力的试验研究

对转筒式增氧机的增氧机理进行了分析,通过室内多因素试验观察、分析找出了影响其增氧能力的主要因素及较优组合;提高转筒转速,可增加进入水体中的空气量,减小气泡直径,加速水体的紊动和对流循环,以提高增氧能力,为转筒式增氧机设计提供了基本依据。     

基于氧传质的池塘机械增氧节能技术

该文通过对不同形式池塘机械增氧试验与分析,基于氧传质理论,提出了通过改变运行控制状况和使用方法达到池塘机械增氧设备节能的方法,试验结果表明利用该方法可节省能耗平均达4%,配合采用水层交换机械代替增氧机运行部分时间后,与传统增氧机运行方式比较,总体节省能耗达29.2%。该方法对池塘机械增氧节能运用和开展池塘智能化增氧研究具有指导意义。     

微孔增氧技术在池塘养殖中的运用分析

在池塘养殖产业中,池塘中的溶氧量是在养殖过程中遇到的重大难题。目前,常规使用的增氧设备是机械式增氧,在使用过程中存在许多问题,如增氧能力不足、底层增氧量不够、增氧不均匀、消耗的能量较多、对整体水质改善效果不理想、池塘底层大量遗体残骸积累破坏水质等,而采用微孔增氧技术可以解决以上问题。基于此,介绍了微孔增氧技术的概念、研究现状、优点以及设备安装方法,分析了微孔增氧技术在池塘养殖中的应用情况。     

不同增氧方式对精养池塘溶氧的影响

当前对于在精养池塘中如何配制和合理使用不同机械增氧方式缺乏系统的比较研究。该文为了探讨高温季节晴好天气不同机械增氧方式对池塘溶氧全天调控的影响,试验设计如下：于夏天高温季节集中对精养池塘应用3种不同增氧方式,在晴好天气的白天和夜间进行增氧效果试验。结果发现：无论增氧机开启与否,池塘的溶氧都存在明显的昼夜起伏,且在午后出现峰值。增氧机的开启增强了上下水层交换,削减了氧差,减少了上层溶氧的逸出损失,提升了下层水体的低溶氧水平。池塘上层溶氧起伏程度大于下层,下层溶氧变化滞后于上层（下层溶氧出现峰值落后于上层约2～5 h）,且这种滞后性为增氧机运行所削弱。夜间增氧能向池塘补充溶氧,但仍不足以弥补鱼类和浮游生物的代谢、微生物的生长及有机物的氧化分解造成的溶氧损耗。单从机械增氧能力来看,叶轮式＞微孔式＞耕水机。综合分析节能和增氧效果,在精养池塘养殖环境下,白天开机增氧选择耕水机较为合适,而夜间应急增氧选择叶轮式更可取。试验通过对不同机械增氧方式增氧效果和能耗的系统比较,为合理选择和使用增氧方式提供了一定的参考价值。     

移动式太阳能增氧机的研制

为提高池塘养殖的机械增氧效率,应用Solidworks软件设计了移动式太阳能能增氧机,该设备由太阳能动力组件、水面行走机构、增氧装置和运动控制系统等组成。移动式太阳能增氧机可在水面自主行走,产生波浪和实现上下水层交换。性能测试表明,移动式太阳能增氧机的光照启动强度为17 000 lx,空载噪声为75.3 d B,水面行走机构的行走速度在0.027~0.041 m/s之间波动,无线遥控距离为44.2 m,在增氧装置位置的最大浪高为0.44 m。随着光照强度的增强,增氧装置增氧效率和扰动水体能力增强,最大机械增氧能力为1.24 kg/h,动力效率2.59 kg/(k W·h);最大扰动水体1 254.4 m3/h,扰水动力效率2 613.3 m3/(k W·h)。移动式太阳能增氧机利用太阳能作为能源,在池塘水体中运行面积大、运行时间长,强化了池塘自身的自净能力,具有生态调控的功能,有利于池塘物质循环和水质改善。     

几种机械增氧方式在池塘养殖中的增氧性能比较

为评价池塘养殖中主要机械增氧方式的性能优劣,该文通过增氧清水试验和水产养殖池塘中实地试验,研究了几种机械增氧方式在清水试验中的增氧能力,动力效率和实际池塘中的溶解氧变化。结果表明,在清水中,叶轮增氧机增氧能力分别高出水车和螺旋桨增氧机4%和264%,动力效率分别高出12.7%和259%;在池塘中,叶轮增氧机对池塘水层的混合均匀时间要比水车和螺旋桨增氧机快40%,对溶解氧的增加值分别高115%和293%。叶轮增氧机综合增氧性能要高于水车和螺旋桨增氧机,螺旋桨增氧机综合增氧性能最差。该研究为在池塘养殖中合理运用机械增氧方式提供了有益的借鉴。     

涌浪机在对虾养殖中的增氧作用

溶解氧是对虾正常代谢和生长中所必需的,为了探索对虾养殖增氧方式的新途径,该文进行了涌浪机在高位池凡纳滨对虾高密度养殖条件下增氧情况的研究,并进行了不同天气状况下与水车增氧机增氧效果的对比。试验表明:涌浪机在晴好天气下增氧能力远超同功率水车增氧机。在试验养殖密度约为10000kg/hm2时,0.75kW涌浪机在晴好天气白天时与同功率水车增氧机相比,使池中溶解氧质量浓度平均提高1.24mg/L,但在阴雨天和夜间涌浪机的增氧效果较差,增氧能力与同功率水车增氧机相近。因此,涌浪机在实际应用中需与其他增氧模式相结合使用,将会取得较好的增氧效果。     

夏季鱼池溶氧量的判定与调控

1养鱼池塘的溶氧量的判定 养鱼池塘的溶氧一般来源于3个方面：一是浮游植物的光合作用，二是来自大气中扩散溶于水中的氧，三是人工机械冲水或施药增氧，三者以光合作用增氧最多。同时，池塘生态溶氧消耗也主要表现在3个方面：一是物理作用向空中逸散消耗，二是水体有些物质的化学反应而消耗，     

营养液动态液位法的原理及其增氧效果

经过对国内外水培技术中各自独具特色的增氧技术和方法的总结和分析，提出了营养液深液流栽培的动态液位增氧法(DSS)。DSS利用了滴液法、液流法、露根法、湿气根法等几方面增氧的原理和方法，在由水泵向栽培槽中供给营养液时，在回液套管的作用下，营养液向栽培槽底面流动，这种流动方式，有利于向植株根系更好地供应养分和氧气；在水泵停止工作时，随着液面的不断下降，植株的上层根系便暴露在空气中，可以充分进行氧气的吸收，以弥补营养液中氧含量的亏缺。     

微孔曝气流量与曝气管长度对水体增氧性能的影响

为了探究曝气流量与曝气管长度对增氧性能的影响,在不同曝气流量、不同曝气管长度条件下进行了室内水体底部微孔曝气增氧试验。分析了曝气流量与曝气管长度对氧体积传质系数、增氧量和氧利用率的影响。研究结果表明,当曝气流量为0.27~0.55 m3/s、曝气管长为0.9~1.5 m时,所对应的氧体积传质系数在0.63~1.1 h-1变化,增氧量在6.8~12.9 g/h变化,氧利用率在6.87%~9.28%变化,且在一定的曝气管长度下,氧体积传质系数、增氧量均与曝气流量成正比,而氧利用率则与其成反比关系;在一定的曝气流量下,曝气管长度对氧体积传质系数产生的影响表现为先高后低再高的趋势;氧体积传质系数与修正的饱和溶解氧浓度是否作为增氧量的主要影响因子取决于曝气管长度;曝气流量对氧利用率较曝气管长度更为敏感。研究还发现,微孔曝气系统中存在着最优曝气管长度,使得增氧性能最佳,并建立了最优曝气管长度与曝气流量、水深、输入压力、最优初始气泡直径的相关关系式,为低碳经济下微孔曝气系统的设计和运行提供了理论依据。     

移动式太阳能增氧机的增氧性能评价

为改善池塘养殖环境,设计了一种移动式太阳能增氧机,由光伏供电装置和水面行走装置搭载涌浪机而成,能在水面沿钢丝绳移动并利用涌浪机的波浪增氧和水层交换作用,大范围扰动水体并为池塘增氧。该研究的目的是通过机械增氧效率检测、提水能力测定和池塘增氧能力测定3个试验,评估太阳能增氧机的机械增氧性能、水层交换性能和实际应用效果,以期全面了解移动增氧机增氧能力。结果表明,该移动式太阳能增氧机最大机械增氧能力为1.24 kg/h,动力效率2.59 kg/(k W·h);最大提水能力1 254.4 m3/h,提水动力效率2 613.3 m3/(k W·h);并在晴好天气白天(09:00—19:00),在对照组底层溶氧为3.1~3.8 mg/L时,大幅度提升池塘底层溶氧水平,最高时达7.8 mg/L,维持池塘上下溶氧均匀度72%~84%,极大改善了底层溶氧环境。数据表明移动式太阳能增氧机具有良好的机械增氧和水层交换性能,因而能有效改善池塘底层溶氧环境,提高上下水体溶氧均匀度。该研究结果可为太阳能增氧机的进一步推广应用提供数据支撑。     

自动增氧型垂直流人工湿地处理农村生活污水试验研究

针对人工湿地中溶解氧浓度不足的问题,采用自动增氧型垂直流人工湿地处理系统进行了农村生活污水脱氮除磷对比试验研究。结果表明,自动增氧型湿地内的DO浓度比非增氧型人工湿地高0.3 mg.L-1左右,TN、NH4＋-N去除率分别达到了67.41%、69.04%,比非增氧型湿地高14.57%、19.79%,但TP去除率与非增氧型湿地差异不显著。说明自动增氧措施对于增加人工湿地中的DO浓度,提高脱氮效率是有效的,但对于除磷效率无显著影响。     

增氧灌溉对棉花营养特征及土壤肥力的影响

以新陆早41号为材料,通过模拟试验和田间小区试验,研究增氧对灌溉水溶解氧的影响,以及增氧灌溉对棉田土壤养分、土壤微生物数量、棉花养分吸收和产量的影响。增氧灌溉模拟试验设计4个充氧浓度(CK-0%、O_2-21%、O_2-30%、O_2-50%),连续测定主管道和滴灌带不同监测点位灌溉水溶解氧浓度;田间试验设计3种增氧灌溉方式,物理增氧PO、化学增氧CO和常规滴灌CK。结果表明,增氧灌溉能够明显提高灌溉系统内灌溉水的溶解氧浓度,并且随着溶解氧浓度的增加衰变增加,灌溉水溶解氧浓度增加至12~14 mg L~(-1)较为适宜;增氧灌溉显著促进棉花增产,PO、CO棉花产量分别较对照增加11.39%、11.42%;增氧灌溉能促进棉花对土壤养分的吸收,从而降低土壤中养分含量,棉田土壤速效氮、有效磷、速效钾、有机质含量均有所降低,CO处理土壤速效氮、有机质含量与对照之间的差异达到显著水平,分别降低27.23%、9.61%,PO处理速效钾含量与对照之间的差异达到显著水平,较对照降低5.78%;增氧灌溉对棉田土壤细菌、真菌、微生物数量有促进作用,PO、CO处理细菌数分别较对照提高28.38%、21.05%,微生物总量分别提高27.86%、20.63%,处理间差异均达到显著水平。说明棉花根系对氧敏感,增氧灌溉能够进一步挖掘棉花生产潜能,不同增氧措施均能在一定程度上促进棉花生长和促进棉花对土壤养分的吸收,能加速土壤有机质分解和养分释放。     

增氧型复混肥提高土壤氧化还原电位促进水稻养分吸收

  【目的】   稻田长期淹水所导致的土壤通气性差妨碍水稻的生长。探索增氧型复混肥对改善土壤通气状况的作用,为水稻专用肥研发提供理论依据。   【方法】   在复混肥制造过程中,添加特制的粘结剂和3.6%、4.8%、6.1%的过氧化钙制成具有增氧功能的复混肥OCF1、OCF2、OCF3。以Q681 (全两优681) 和EK1 (鄂科1号) 两种常规中稻品种为试材进行盆栽试验。设淹水 (WL)、增氧灌溉 (MBWI) 和分次增施过氧化钙 (FCP) 为对照,一次性基施OCF1、OCF2、OCF3 3个处理,在水稻主要生育期,测定土壤氧化还原电位、无机氮含量和pH,测定水稻叶片光合作用、水稻产量及氮磷钾养分含量。   【结果】   增氧措施OCF2和OCF3处理均能不同程度地提高移栽期、分蘖期、齐穗期和乳熟期土壤的氧化还原电位。与WL、MBWI和FCP处理相比,OCF1、OCF2和OCF3处理的土壤在分蘖期和齐穗期保持较高的氧化还原电位,其中以OCF2和OCF3的作用最明显;整个生育期,对照和各处理的土壤pH没有显著差异,与WL处理相比增氧型复混肥还可提高齐穗期土壤过氧化氢酶的活性。所有增氧处理均能够保持或显著提高耕层土壤铵态氮含量,其中OCF2和OCF3表现最明显。与WL处理相比,各增氧处理均不同程度地提高水稻叶片的光合速率,其中OCF3处理增幅最大,提高了11%以上,高于或显著高于增氧灌溉和分次增施过氧化钙处理 (MBWI和FCP)。OCF3处理的有效穗数、千粒重和产量比淹水灌溉WL处理分别提高25%、38%和107%,比MBWI和FCP处理提高29%～58%。   【结论】   增氧型复混肥能较长时间提高土壤通气性和土壤的氧化还原电位,有利于水稻对土壤养分的吸收利用。与分次追施过氧化钙和增氧灌溉相比,肥料制作过程中添加过氧化钙制备增氧型复混肥提高水稻土通气性的效果更好,操作更加方便,是提高水稻专用肥效益的有效途径。     

增氧微咸水对小白菜光响应特征及产量的影响

为了探讨水培条件下微咸水溶解氧浓度对小白菜光响应特征及产量的影响,测定了5种增氧水平下小白菜的光合响应过程,并采用直角双曲线模型、非直角双曲线模型、直角双曲线修正模型和指数模型分别对小白菜光响应曲线进行拟合比较,筛选出最优模型并利用最优模型对小白菜的光合特征参数进行了计算。试验结果表明,经误差分析,不同增氧水平下4种模型的光响应曲线拟合结果存在差异,非直角双曲线模型对所有处理的模拟精度均最高,是分析增氧微咸水水培条件下小白菜光响应曲线的最优模型。光响应曲线参数显示,18.5 mg/L的微咸水溶解氧浓度处理下小白菜的暗呼吸速率、表观量子效率、最大净光合速率均显著高于其他微咸水增氧处理。此外,18.5 mg/L的微咸水溶解氧浓度处理下小白菜的净光合速率和地上部鲜质量也显著高于其他微咸水增氧处理。因此,利用微咸水培养小白菜较为适宜的溶解氧浓度约为18.5 mg/L,该增氧处理有利于增强小白菜的耐荫性和忍受高光强的能力,增大小白菜叶片的可利用光强范围,提高叶片的生理活性,并促进小白菜叶片光合作用的高效运行,进而实现小白菜高产。     

基于水质监测技术的水产养殖安全保障系统及应用

为解决水产养殖中的风险问题,设计了基于水质监测技术的水产养殖安全保障系统。系统由水质监测与信息处理系统、电路控制系统、增氧和投饲设备组成,系统根据养殖水体的溶氧变化调控增氧、水层交换和投饲。常规淡水鱼池塘养殖情况下,安全增氧时间不低于6.2 h/W·d·kg,机械增氧下限为3 mg/L,上限为5 mg/L,上限运行时滞为0.5～1 h,水层交换时滞为1～2 h。应用表明,系统比传统增氧方式节约运行时间33.4%,平均降低饲料系数21.6%,系统具有节能、节饲和保障养殖安全的效果。     

曝气增氧微气泡-水界面和水体表面的氧传质的计算分析

在水产养殖池塘中微孔曝气充氧系统日益受到关注,为了探究微气泡-水界面与水表面湍动对氧传质的贡献,在不同曝气流量、不同淹没水深条件下进行了水体底部微孔曝气增氧试验。基于氧体积传质理论,采用美国土木工程协会推荐的计算模型和两区氧传质模型进行耦合求解,计算得到了水体底部微孔曝气增氧过程中气泡-水界面和水表面湍动扩散氧体积传质速率。对温度修正后的体积传质速率进行分析,结果表明,在一定的淹没水深下,气泡-水界面和水表面湍动扩散氧体积传质速率均与曝气流量成正比;而在一定的流量下,气泡-水界面和水表面湍动扩散氧体积传质速率与水深成反比。针对于浅型养殖池塘,随着曝气管淹没水深的增加,虽然水表面传质的贡献率有所下降,但是其贡献仍然很大,占到了80%以上。结合微孔曝气式增氧系统具有能耗较低、安装简单等优点,采用微孔曝气式增氧系统对浅型水域增氧和湍动混合具有较大优势,值得推广采用。