专利名称：养殖水二氧化碳去除装置的制作方法
技术领域：
本发明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
本发明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。本发明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间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。
根据本发明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。
图1是根据本发明的养殖水二氧化碳去除装置的结构示意图；图2A和2B分别是根据本发明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分别是根据本发明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。
具体实施例方式图1所示为根据本发明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的气液分布均勻。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之间设有一间阀33以及一流量计34，用于测量和控制水体的流量。 本发明的特别之处还在于，该进水装置32包括多个喷淋口分布设置在塔体10的顶部，使水均勻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，进一步使液体均勻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被设置在本发明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。
根据本发明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。本发明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上的间阀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的布液孔均勻地淋洒在填料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。为使本发明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发明的原理。实例
将本发明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°C，室外的空气密度Pa= 1.3082Kg/m3，室内温度为16°C，室内的空气密度P 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 hs2+hg2+hd2 = hs3+hg3+hd3+hL2_3 (1)其中，hs2为拔风筒60的底部截面2-2位置的气体静压头；hg2为拔风筒60的底部截面2-2位置的气体位压头；hd2为拔风筒60的底部截面2-2位置的气体动压头；hs3为拔风筒60的顶部截面3-3出风口位置的气体静压头；hg3为拔风筒60的顶部截面3-3出风口位置的气体位压头；hd3为拔风筒60的顶部截面3-3出风口位置的气体动压头；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 hs3 = 0;hg3 = 0;pj,/Zd3=P^32/2；
整理可得 Λ2 + (A -PMh + Y^22 =Y+ V3⑵
实际抽力 hv Λ = -Pm. = (A - P)gH -令(F32 - F22) - hL2_,
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) ；Pm2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)，P a为_3°C时的空气密度(kg/m3) ； P g为16°C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
得
权利要求
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00)的上表面一定高度的位置。
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(3 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)，且在该闸阀(3 的一侧设有一流量计(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00)的每一层包括一支撑板以及填料(22)，且填料层00)的整体高度为1米至1.5米，其中所述填料0 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0 的直径之比D/d大于8。
全文摘要
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。本发明结构简单安装方便，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。
文档编号C02F1/20GK102249360SQ20111012641
公开日2011年11月23日 申请日期2011年5月16日 优先权日2011年5月16日
发明者倪琦, 吴凡, 张宇雷, 胡咏梅 申请人:上海海洋大学, 中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所