黃盛杰，鄭 巍，陳 智

（江蘇省農業(yè)機械試驗鑒定站，江蘇 南京 210000）

1 機械增氧設備的發(fā)展現(xiàn)狀

1976 年，第一臺國產葉輪增氧機研發(fā)成功，通過機械方式攪動水體實現(xiàn)水層的對流，提高下層的貧氧區(qū)的溶解氧濃度，大大提高底層養(yǎng)殖水體的利用效率，增加水產放養(yǎng)密度，提高魚類攝食能力，提升單位體積上的水產養(yǎng)殖性能。經(jīng)過不斷發(fā)展開發(fā)并廣泛使用了具有不同性能和效率的不同類型的增氧設備，極大地促進了現(xiàn)代設施漁業(yè)的發(fā)展。

近年來，在主要的水產養(yǎng)殖模式中，利用增氧設備已成為主流，同時設備類型也變得多樣化。在傳統(tǒng)的葉輪式、水車式、噴射式、注氣式增氧機的基礎上，出現(xiàn)了新型的增氧機設備，如微孔增氧機和主動水機等。增氧設備具有較強的發(fā)展?jié)摿?，其適用范圍和使用性能逐年擴大和提高。

2 增氧方法

2.1 化學增氧

優(yōu)點：一般情況下，在通電困難和出現(xiàn)急性浮頭時的塘口中使用。化學增氧劑能迅速減少應激，提高藥效，快速增氧。

缺點：不宜在魚苗培育的塘口使用，以防止魚苗氣泡病的發(fā)生。

2.2 機械增氧

優(yōu)點：增氧機除了增加氧氣外，還具有攪拌水和曝氣的作用，促進浮游生物的繁殖和生長，提高池塘的初級生產率。

缺點：增氧區(qū)域僅限于某一區(qū)域，屬于單點增氧。池塘底層溶解氧含量低，機械操作噪音大。

2.3 生物增氧

優(yōu)點：植物通過光合作用，吸收水中的二氧化碳，釋放氧氣，而植物的生長需要吸收水中的一些營養(yǎng)物質，同時也起到改善水質和基質的作用。

缺點：水草容易瘋長，影響池塘的光照強度，水草腐爛漂浮，導致池水變質。

3 增氧設備工作原理和主要類型

增氧機的作用是增加水中的溶解氧，主要影響因素有氧氣的溶解度和溶解速率。溶解度受多方面因素的影響，比如水溫、含鹽量、氧分壓等。溶解速率主要受水氣界面接觸面積和方式、水體運動方式的影響。因此，如果要增加水體中溶解氧含量，需要提高氧氣的溶解度和溶解速率，即改變氧分壓、水氣界面接觸面積和接觸方式?？紤]到這些因素，在增氧機的設計階段可以考慮改進方式：①使用機械部件攪動水體，加快對流交換和界面更新。②水在噴入氣相前要分解，以增加水氣界面接觸面積；③將氣體以負壓吸氣的方式分解為微小氣泡后壓入水中。增氧機類型有很多，但都是按照上述的基本原理設計制造的。有的采用單一的方式增大溶氧量，有的采用兩種以上的方式增加溶氧量。

3.1 葉輪式增氧機

3.1.1 葉輪式增氧機的工作原理

葉輪式增氧機是目前應用最廣泛的增氧機，主要由電動機、減速箱、葉輪、支撐桿、浮球和電機罩等組成，具有攪水、增氧、混合、曝氣的作用，機器運轉的同時完成上述作用[1]。啟動機器后，葉輪將機筒下部的貧氧水先吸進，再壓出，這個過程可以將死水變?yōu)榛钏谌~輪下方的水受到葉片與管子的強烈攪動，在水體表面產生水躍及浪花，形成能裹入空氣的水幕，這個過程不但可以增大水氣界面接觸面積，還可以使氣液之間的雙層膜變薄，從而促進氧氣在空氣中的溶解[2]。

混合時，水體中的污染物（例如硫化氫，氨，甲烷和二氧化硫）在曝氣作用下從水中解吸后釋放到空氣中，攪水管的背面在葉輪旋轉的同時產生負壓，在負壓作用下，空氣吸入水中并立即攪拌成微氣泡，以進入葉輪的壓力區(qū)域，從而還有助于改善空氣中的氧氣溶解度并提高氧氣效率。

由于下層中的水不斷上升并與地表水混合，地表水不斷更新，地表水由于重力而不斷補充到下層。這一功能具有非常重要的意義，因為這樣可以打破水體中溶解氧的垂直均勻性，而且能夠充分利用水體中各供氧生物的作用

3.1.2 葉輪式增氧機的優(yōu)缺點

3.1.2.1 優(yōu)點

（1）除增加氧氣外，還具有攪水、曝氣的功能，有助于浮游植物的生長繁殖，增加富有植物供養(yǎng)能力，提高池塘初級生產力。

（2）機械構造相對簡單，使用中機械故障少，維護更加方便，大大降低了了維修成本。

（3）增氧機運行過程中，形成的中上層水流可以使水體均勻溶氧，適用于池塘養(yǎng)殖和池塘急救設備。

3.1.2.2 缺點

（1）只能在平穩(wěn)通電的情況下使用。在停電的偏遠山區(qū)，安裝電線的成本很高。

（2）通常，增氧機必須固定在池塘中的某個位置，很難改變其位置，并且增氧區(qū)域僅限于特定區(qū)域。如果在大池塘中使用，則增氧機對下部水體的影響很差。

（3）增氧機的浮筒常年暴露在空氣中，它很容易被日光腐蝕和損壞，因此必須經(jīng)常更換。

（4）屬于單點增氧，并且機械操作噪音很大，很容易影響并傷害水生動物的生長。

（5）葉輪式增氧機易于泵送魚池底部的泥漿，不適合在水位較淺的池塘中使用。

3.2 水車式增氧機

3.2.1 水車式增氧機的工作原理

水車式增氧機由電動機、減速箱、機架、浮筒、葉輪等部分組成，工作時，電動機提供動力，減速器降低轉速。葉輪旋轉時，葉片高速擊打水面的同時激起水花，并將空氣攪入水中，產生強大的作用。一方面，把表層的水壓入池底，另一方面將水推向后流動。使水中的過飽和氨、二氧化碳、甲烷、硫化氫和其他有害氣體逸出，以增加水中的氧氣含量，改善水質，創(chuàng)造蝦和鰻魚良好的生態(tài)環(huán)境，促進其生長發(fā)育，防止浮頭死亡，達到穩(wěn)定高產的目的[3]。

3.2.2 水車式增氧機的優(yōu)缺點

3.2.2.1 優(yōu)點

（1）使用水車式增氧機，可以使水面保持流動狀態(tài)，并且可以促進水體的水平和垂直方向均勻地溶解氧，特別適合于鰻魚池[4]。也會導致水流定向流動，并能誘使鰻魚上食臺攝食。

（2）由于其葉輪速度不高，對底層上提升力不大，因此不會“拱池底”，可在1 m 水深左右的淺池子增氧。

（3）整機質量較輕，在比較大的水面上可以多裝幾臺，并可進一步組織水流。

（4）結構較為簡單，造價低，淺水池塘增氧效果好，也適用于淤泥較深的池塘。

（5）水車式增氧機在上層和中層具有很強的推流能力和一定的混合能力，可以使氧液接觸面更好，增氧效率高。

3.2.2.2 缺點

（1）水車式增氧機對底層水上升提力不夠大，對深水區(qū)增氧效果不理想。

（2）在魚發(fā)生浮頭時，水車式增氧機不適合用作急救。

4 實測試驗與結果分析

4.1 試驗條件

試驗設備包括：YSI58 型數(shù)字式溶解氧測定儀、電子秒表、增氧機自動采樣測試分析軟件及計算機，試驗樣機采用3 kW 葉輪式增氧機、1.5 kW 水車式增氧機。試驗時間為2019 年9 月，試驗池塘選擇某養(yǎng)殖試驗基地1 號魚塘，水面面積667 m2，平均水深1.7 m，混養(yǎng)草魚、鰱魚等。分別放置上述兩種增氧機于池塘中部水面，在池塘對角線方向上離增氧機5、8、12 m 處選取3 個取樣點，開機前后在3 個取樣點上離水面0.9 m 深處采取水樣，采用化學碘量法測定溶氧量的變化，計算出溶氧平均值并計算動力效率。

4.2 試驗結果

溶解氧和動力效率是評價增氧機性能的主要指標，溶解氧指水體含氧量，動力效率指增氧機在使用1 度電的情況下，可以增加的水體含氧量，測定結果見圖1、表1、表2。

表1 池塘溶氧測試情況

表2 增氧機增氧效果對比

從圖1 和表1 可以直觀地看出，在整個試驗過程中，在不開啟增氧機的情況下，池塘中的溶解氧從2.16 mg/L 下降到1.89 mg/L。葉輪式增氧機運營了3 h 后, 池塘中的溶解氧含量從2.22 mg/L 提高到4.10 mg/L，1 h 溶解氧的增加值約為0.63 mg/(L·h)。3 h 操作后，池塘中的溶解氧含量從2.20 mg/(L·h)提高到3.98 mg/(L·h)，1 h 溶解氧增值約為0.59 mg/(L·h)，兩組增氧機的溶解氧含量均在不斷增加。通過對比不難發(fā)現(xiàn)，增氧機的增氧效果非常明顯。從表2 可以看出，葉輪式增氧機的效率高于水車式。

4.3 數(shù)據(jù)分析

查閱相關水產養(yǎng)殖文獻可知，常見飼養(yǎng)最為廣泛的青魚、草魚、鰱魚和鳙魚四種魚類養(yǎng)殖需氧量為140～220 mg/(kg·h)，水體中溶解氧要求在4.0～4.5 mg/L[5]。通常情況下，養(yǎng)殖魚池每667 m2產量在1 400 kg 左右，假設平均耗氧量為130 mg/(kg·h)，每667 m2總耗氧量約為1.80×106mg/h。養(yǎng)殖水深3 m，每667 m2水體體積約為1.334×106L，可以計算出單位時間內的單位體積水體中耗氧量為1.35 mg/(L·h)，葉輪式增氧機在每667 m2水體中增氧0.63 mg/(L·h)，水車式增氧機在每667 m2水體中增氧0.59 mg/(L·h)?？梢?，葉輪增氧機按水體平均增氧能力的理論計算值為四大家魚的耗氧需求量的47%左右，水車式增氧機約為43%。

4.4 試驗總結

在試驗過程中，池內溶解氧受多種因素影響，試驗條件不能完全準確地反映實際情況。為了盡可能接近理想條件，考慮了氣候、溫度和其他因素的影響，本試驗基本上是在類似影響因素的條件下進行的，所有試驗均在3：00～6：00 進行。此時，池塘中的浮游植物尚未進行光合作用，且池塘各深度層中溶解氧的差異相對較小。因此，水中溶解氧的增加基本上是增氧器中氧氣富集的結果。

水產養(yǎng)殖中，水體中的氧氣主要由浮游植物的光合作用、空氣中的氧氣溶解提供，一般條件下，浮游植物的光合作用對水體供氧所占比例最大，可以達到70%。葉輪式、水車式增氧機均以“點增氧”的工作方式來實現(xiàn)水體增氧。水體不同的缺氧狀態(tài)下，需要增氧機發(fā)揮不同的作用，當陽光充足時，增氧機主要通過攪拌功能讓水體溶解氧均勻；在夜晚或陰天，增氧機通過“點增氧”功能保證魚類基本的氧需求；在養(yǎng)殖水體出現(xiàn)污染情況時，增氧機通過曝氣功能凈化水體。