Тест программы для вычисления оксигенатора

Для проверки точности расчета программы мы выбрали самый большой в Латвии рыбный завод “TOME”. На этом заводе выращивают лосося, форель и осетров.

Наша задача: снять размеры оксигенаторов и сравнить предсказанные данные с экспериментальными. Здесь используют наш тип оксигенатора.

Работы продолжались примерно месяц. Были обнаружены незначительные ошибки в программе (в строке 94, 104 и соответственно все, что ниже).

Параметры оксигенатора:
1. Диаметр – 50 см.
2. Высота – 150 см.
3. Температура воды – 18 С.
4. О₂ на входе – 6,5 мг/л.
5. О₂ на выходе – 9,5 мг/л.
6. Водообмен – 900 л/мин.
7. Избыточное давление составляет 5% от атмосферного (798 мм ртутного столба).
8. Необходимо добавлять 2,5 л/мин кислорода в оксигенатор.

Как и следовало ожидать, после обработки результатов, предсказанные значения и экспериментальные совпали в пределах погрешности опытов. При заданных параметрах с пункта 1 по пункт 7 программа выдала значение 2,43 л/мин!

Программу доработали,  добавили побольше вычисляемых параметров для облегчения понимания работы прибора. Ввели изменяемое давление в оксигенаторе, но предупреждаем, что нельзя сильно увеличивать давление в оксигенаторе (у рыб может возникнуть газо-пузырьковая болезнь).

 – копия новой доработанной версии программы

Предлагаем Вашему вниманию нашу новую, исправленную программу. Будем признательны, если вы ее испытаете на своем рыбном производстве и пришлете нам отчет!

Что такое газо-пузырьковая болезнь у рыб или, как она еще называется, кессонная болезнь водолазов.

В иностранной литературе пишут, что основной виновник этой болезни Азот.

Если в воде находится перенасыщенная концентрация газа под давлением и когда этот газ попадает в кровь, то он начинает выделятся из крови, превращаясь в пузырьки газа. Это похоже на то, когда вы открываете бутылку с газировкой. Эти пузырьки закупоривают сосуды, что и приводит к болезни или гибели рыбы. См. фото внизу.

Концентрация N2 в воде 102-103% от насыщения атмосферным воздухом при нормальных условиях, может у мальков лосося вызвать это заболевание.

Так же отмечается, что 300% концентрация О2, может также вызвать газо-пузырьковую болезнь у рыб. Это соответствует примерно >25 мг/л О2 в воде.

Но нигде не пишут, про Аргон. Сколько % аргона вызовет пузырьковую болезнь?

Основные симптомы этой болезни:

1. Рыба плавает внизу.
2. Есть пузыри в глазах, или на коже, или на плавниках, или на кончиках жабр.
3. При внимательном рассмотрении воды в бассейне, видны маленькие, подымающиеся из воды, пузырьки воздуха.

3. При внимательном рассмотрении воды в бассейне, видны маленькие, подымающиеся из воды, пузырьки воздуха.

Почему это важно знать:
В рыбоводстве, содержание кислорода в воде подымают используя чистый кислород (95%), произведенный генератор кислорода. Иногда надо его поднять в подающих трубах до 25 мг/л. Это примерно чуть ниже 300% насыщения. Насыщение, например, 8,5 мг/л.
Так, вот, 95% составляет кислород, а 4,5% примерно Аргон. Из-за него невозможно получить из воздуха чистоту кислорода больше 95,5%. См. ссылку:
http://www.provita.ru/school.html#1

Теоретически мы подсчитали, что содержание Аргона в воде будет тоже около 300% (1,5 мг/л) от насыщения атмосферным воздухом (0,5мг/л). Его трудно померить, т.к. очень дорогой прибор нужен для этого.
Аргон, он как и азот, биологически инертен. Так значит такой же опасный!
В Израиле, в кибуцах, где есть УЗВ для выращивания рыб, используют концентрации О₂, как раз такие (25 мг/л). Так значит концентрации аргона около 1,5 мг/л (300% от насыщения).

Вы скажете, а зачем надо насыщать воду кислородом то таких больших значений. Остановимся на этом по подробнее.

В УЗВ создается высокая плотность посадки рыбы.
Есть железное правило:
Если вы работаете на плотностях посадки до 10-15 кг/м3, то нет необходимости воду, которая подается в бассейны с рыбой насыщать чистым кислородом. Например аквариум.
Т.е. если у меня водообмен 1 объем бассейна в час. Содержание кислорода 100% от насыщение, т.е. 8,5 мг/л, а живет осетр (надо >5 мг/л, пусть будет 6 мг/л), то с каждого 1 л воды в час поступающей в бассейн, рыбе доступно только 8,5-6=2,5 мг О2. Это по дыханию соответствует указанной выше плотности посадки рыбы.

Теперь, мы хотим поднять плотность посадки до 50-80 кг/м3. Нам надо или увеличить водообмен в бассейне, или поднять содержание О₂ в поступающей воде. Увеличение водообмена в бассейне приведет к повышению затрат на электричество, пропускной способности механического фильтра. Это дорого. Поэтому рыбоводы еще в 70 годы придумали выход из этой ситуации. Они стали воду насыщать чистым кислородом.
Теперь в подающей трубе содержание О₂ =25 мг/л. Т.е. с каждого литра поступающей воды в час в бассейн, доступно 25-6=19 мг О₂. 19/2,5=7,6 раз больше рыбы можно содержать (при условии, что система механической и биологической фильтрации и дегазации справиться).

Например почитайте про интенсивное рыбоводство:
http://www.ars.usda.gov/research/projects/projects.htm?ACCN_NO=404509&showpars=true&fy=2003
culture tanks stocked at fish densities of 90-98 kg/m3!!!

Но насытить воду до таких концентраций не просто.
Придумали специальный узел, называется оксигенатор. Такой герметичный сосуд в который подается вода и О2. Насос качает воду под давлением. Подает ее на фильтры и в бассейны. Поэтому присутствует небольшое давление в подающих трубах (2-5 м водяного столба). Дома в кране гораздо больше!!!

Такая вода попадает в бассейн с рыбой. О₂ потребляется ею и в бассейне тем самым удерживается 6 мг/л кислорода. Обычно делают впрыск такой воды в нескольких точках бассейна (под водой обязательно, чтобы О₂ не улетучился в атмосферу). Надо как можно быстрее перемешать воду с бассейновой водой.

Короче, все это работает, не только в Израиле. Это знает любой рыбовод, даже Советский!
Но мы уже практически построили математическую модель поведения газов (в модели 4 газов: О₂, N2, CО₂, Ar) в оксигенаторе.
Мы думаем, что все до нас игнорировали присутствие аргона в оксигенаторе! Т.к. его концентрация около 5%.
Много исследователей экспериментировали с перенасыщенными газами кислородом, углекислым газом и азотом.
Например: http://fishpatholog.amillo.net/Bolezni/Glava9/sreda/gazopuz.htm
В иностранном интернете таких данных еще больше. Но мы не нашли информации про аргон.

Рыба может проплывать мимо впрыска такой воды и подышать, получить 300% насыщение О₂.
Используются генераторы О₂, которые дают 95% О₂ и 4,24% аргона.
По нашим расчет получилось, что аргона будет тоже около 300%.
Вот нас и заинтересовали критические границы насыщения Аргоном.

Если вы будите использовать источник кислорода с чистотой, например 90% О₂, то у вас будет примерно 4,3% Аргона и 5,7% Азота. К проблеме аргона добавиться еще более опасная проблема азота! Поэтому важно иметь как можно более чистый источник кислорода!

Мы понимаем, если используют концентрации О₂ 25 мг/л в УЗВ, значит 300% концентрация аргона не вредна для рыб. Интересно почему?!

Максимальные концентрации газов в воде при их насыщении 100% чистым газом, при нормальном давлении:
Азот – 18,6 мг/л
О₂ – 42 мг/л
Аргон – 57,6 мг/л
СО₂ – 1500 мг/л

А атмосферным воздухом:
Азот – 14,1 мг/л
О₂ – 8,5 мг/л
Аргон – 0,52 мг/л
СО₂ – 0,49 мг/л

Обратите внимание на азот. Он практически находится у максимума растворимости! Наверное поэтому его относят к главному виновнику газо-пузырьковой болезни. Разница составляет 32%. А это значит, что если я повышу давление больше чем на 32% (>3,2 м глубина воды), и буду давать сжатый воздух, то концентрация азота в крови будет выше 18,6 мг/л, то стоит мне всплыть на поверхность, то у меня сразу азот, тот что выше 18,6 мг/л превратиться в газ и, в зависимости от того на сколько глубоко я погрузился закупорит полностью или не нет кровеносные сосуды.
Отсюда совсем не понятно, почему для рыб, азот в пресыщении 102-103% уже вызывает эту болезнь? Это же давление всего 20-30 см водяного столба!

Еще один интересный факт! Водолазы погружаются на воздушной смеси до 30 метров. На этой глубине как раз концентрация О₂ 300%. Нет ли тут связи с рыбами, тоже 300% максимальный предел насыщения О₂.
У нас есть такая мысли, что эти 300% процентов не связаны с кислородом, а связаны с аргоном, у которого тоже 300% насыщение от атмосферного в этом случае.

Ждем от вас комментарии и предложения. Пишите на мыло!

Formats: .xls (155 k). Ссылка отключена, стоимость скачивания 50 евро!

оксигенератор