全自動超飽和增氧機的實驗與特點

潘志剛　俞德宏

摘 要：介紹了全自動超飽和增氧機的實驗和檢測方法，證明了其能快速實現水中超飽和溶氧，特別是還具有向水體底部增氧和長時間保持的特點，并探討了相關應用的前景。

關鍵詞：全自動超飽和增氧機；超飽和溶氧；水底增氧；技術參數

中圖分類號：TP23 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.07.005

全自動超飽和增氧機經過國家級專業測試，證明了其在正常開放空間的水中可以實現超常規的快速超飽和溶氧，并且具有向水體（包括底部）快速擴散的性能，特別是其還具有長時間保持的能力。

目前，全自動超飽和增氧機已經取得了國家發明專利和實用新型專利授權，獲全國“星火杯”創造發明競賽二等獎，第二屆上海發明創新大賽發明創新獎。

1 超飽和溶氧

在開放的水體中，在一定溫度下，氧氣在水中的溶解度的物理極限值被稱為飽和溶氧量。檢驗測試方法的國家標準有《GB 7489—89水質溶解氧的測定碘量法》和《GB 11913—89水質溶解氧的測定電化學探頭法》。在標準水質、氣壓的條件下，飽和溶氧量的曲線如圖1所示。

根據傳統理論可知，水中溶進的氧氣是不會超過飽和溶氧量的。

超飽和增氧就是在同樣開放的水體中，讓氧氣溶解在水中，使其超過飽和溶氧量，這就需要利用特殊的方法和設備來實現。超飽和增氧機改變了氧氣在水中的溶解方式，利用高效率氣液混合處理系統將自然空氣中的氧轉變成質量分數較高的氧，在特定條件下，使其與裝置中的水相溶解，然后再一起送出。這樣，在較短的時間內就會使輸出水體的增氧量超過飽和度，并在開放水體中（包括底部）快速擴散和長時間保持，進而實現超飽和溶解氧的特殊功能。高效率溶氧能大幅度降低功耗，并且節能效果顯著，可以有效地降低日常綜合運行成本，而設備運行過程也可以自動控制運行。

2 結構組成

全自動超飽和增氧機主要由空氣前處理裝置、水源前處理裝置、氣液混合處理復合系統、自動控制系統、操作與顯示面板、電源、進水接口和出水接口組成的。該設備可以直接從水池中取水，經過設備的超飽和增氧處理后，再將其回送到水池進行連續循環運行。另外，它可以一鍵啟動、停機，連續自動調節工作運行狀態，可固定，也可靈活移動，在使用、維護和管理方面都很方便。

設備各部分的主要構成和功能如下。

2.1 空氣前處理裝置

這一部分采用的是現場空氣預處理，取出提純的氧氣，將其作為增氧機的高質量分數氧源，并將其送入氣液混合處理復合系統。這樣做，不僅取材便利，而且成本低，又衛生、安全。

2.2 水源前處理裝置

該裝置帶有自吸取水的功能，經過基本凈化等預處理后，將水送入氣液混合處理復合系統。這種裝置適合多種場合、定點或者移動使用。

2.3 氣液混合處理復合系統

該裝置可以按照指定要求，將高質量分數的氧氣和凈化水在自動控制中執行氣液混合相溶處理。這樣做，能夠快速實現高質量分數的超飽和水中溶氧。

2.4 自動控制系統

該系統能夠自動調整、控制整機的高效、安全運行。由于超飽和增氧機的出口溶解氧相當高，擴散快、保持時間長，所以，在實際應用過程中，基本上都采用階段間歇的運行方式。該系統按照預定的運行方式和范圍設定后，就能實現自動化運行了。

2.5 操作與顯示面板

操作與顯示面板的功能是一鍵啟動和停機操作方便實用，可設置控制運行模式，顯示運行狀態——內置和外置。內置式安放在可鎖住的電控箱內，一般情況下，設置好后不可隨便變更調節；外置式安放在機箱面板上，可以隨時操作，按需調節。

2.6 電源

對于電源，采用小功率、普通的220 V/50 Hz交流電供電，這樣方便使用。如果采用大功率380 V/50 Hz的三相交流電供電，其運行負荷平穩。因為電源內部設置多級保護裝置，所以，能夠有效地保障現場的使用安全。

2.7 進水接口、出水接口

進水接口、出水接口采用的是通用的標準規格，既要適合定點使用，又要方便移動使用，還要保證接入管網，使用、操作、檢查和維護都比較方便。

全自動超飽和增氧機的技術路線流程如圖2所示。

3 主要技術參數

全自動超飽和增氧機試驗機型技術參數如下：型號為HY-J1；出水接口為G1；進水接口為G3/4；電壓為AC200 V/50 Hz；功率為1 000 W；流量0.5～1 m3/h；出口溶氧≥12 mg/L；體積為長850×寬270×高1 410（mm）。全自動超飽和增氧機有自動循環運行控制設置，能夠顯示電源、功率、流量數顯和運行狀態，具有自動/手動控制切換功能。圖3為檢測現場照片。

4 測試結果

全自動超飽和增氧機在國家漁業機械儀器質量監督檢驗中

心進行檢測，測試結果證明，溶解氧數量都達到了超飽和狀態，實現了超飽和溶氧量和氧在水體中較強保持特性。檢測報告實測數據曲線如圖4所示。

5 測試過程

在設定的開放容器內測試，第一階段，設備前期只運行5 min，整個水體的溶解氧就一下子超過了飽和值，再運行幾分鐘后，溶氧數值繼續上升（圖4中實測值的數據點部分是開機運行階段）。之后一直停機，保持4 h后，可見容器邊和底部密布細微氣泡，實測水體溶氧數值不僅沒下降，還有所上升（圖4中實測值的虛線部分是關機靜止階段）。據分析，由于檢測時采用的是電化學探頭法，所以，溶氧儀傳感器的膜和內部電極存在采樣和傳感延遲的問題。在測試過程中，并沒有將水體底部保持的高質量分數氧氣泡的數量全部算進去，實際上的超飽和溶氧量還要高得多。

在實驗室中，超飽和增氧機啟動幾十秒，就能進入正常的運行狀態，實現水體連續超飽和溶氧。停機后，在開放的水中和水下，超飽和溶氧會相互作用，逐漸從小到大聚成氣泡，并集聚在邊上和水體底部，有的直徑會達3 mm以上。另外，高質量分數的氧氣泡還能在自然開放狀態下在水體邊和底部保持4個月以上，如圖5、圖6、圖7所示。

6 設備特點

傳統的以機械攪動、充氣或壓縮空氣制造氣泡的增氧機，展現的是空氣與水接觸、氣泡上浮的過程。在這個過程中，空氣中的氧氣經過氣相和液相界面，逐漸溶入水中增氧。由于空氣中的氧含量只有1/5左右，如果空氣的氣泡大，就很容易上浮，跑出來，因此，溶氧效率很低。

超飽和增氧機就是將高質量分數的氧氣與水特殊溶合，突破了傳統飽和自然的極限，快速制造超飽和溶氧水，基本降低了氣體上浮造成的損失，使其能在開放的水體中向四周、特別是向下快速擴散，并長時間存儲于池底，具有鋪開水底的增氧效果。這是普通增氧技術無法做到的，所以，水體增氧效率很高。

超飽和溶氧水具有超強的擴散滲透性、吸附性和溶解性能，同時，還具有強大的水中氧化效果，能有效地降解、溶解在水體中的需氧物源，可發展非常有價值的應用。

經過多年、多種規格樣機的研制和改進，有3 kW大功率機組設備，100 W小功率機組設備。該設備完成了在上海金山蝦池一年期的實驗和蘇州太湖蟹塘一年期的實驗，取得了實際的應用經驗和效果。圖9為超飽和增氧機實驗現場照片。

其中，1 kW的中型機組設備完成了國家漁業機械儀器質量監督檢驗中心的檢測，驗證了設備的超飽和增氧，快速、全方向擴散，流向水底部并保持的特性。

7 應用領域

氧是一切生命的基礎，是細胞、生態最重要的、且每時每刻都必需消耗的能量物質。如果細胞缺氧，就無法延續生命，所以，氧不能少，更不能隨時停止。另外，氧也是工、農業，養殖業，環保等產業最重要的原材料和工藝完成的必須物。超飽和增氧機的氣液混合處理復合系統具備高質量分數氣液混合能力，因此，可以將其擴展、應用到很多領域。

7.1 高氧水醫用

超飽和高氧水的高氧療法、急救，短時間內可直接飲用高質量分數的溶氧水，比吸氧氣效果更快更好，也更方便，可用于一些慢性疾病和疼痛的輔助治療。

7.2 富氧水飲用

快速即時制造富氧水保健飲料，使氧氣快速飲用吸收，直接通過血液輸送到全身，具有迅速補氧、恢復運動體力、提神醒腦、提高抗病菌能力、促進新陳代謝，保持健康活力的作用。

7.3 高密度水產養殖

提供高效的高溶氧水處理，能夠滿足高密度水產養殖的持久生物耗氧高的需求，提高改善水體生態自然的能力，以保障養殖存活率，提升養殖品質。

7.4 農業種植富氧水灌溉

向植物根部提供可溶性高濃度溶氧水，可快速促進植物根毛的生長，提高肥料的吸收能力，增加作物的產量，提升農作物的質量。由此可見，這是一種現代農業安全增產的新興科技。

7.5 污水處理系統的高溶氧氣浮

該設備能高效取代大功率、低效率的空壓機氣浮，大大提高供氧處理效率，節省大量的日常運行能耗費用。

7.6 治理河流、景觀水

超飽和增氧機可以向水體底部天然增氧，并持久保持，有利于改善整體水質，特別是采用天然方式高效率地改善河底的氧生態環境，快速恢復天然生態水系，使河底天然富氧，河塘變清、水質變好。

7.7 工業

鑒于超飽和溶氧水具有超強的滲透性、吸附性和溶解性的特點，可將其應用于特種工業的各種氣液高效混合、廢水氧化處理等應用中。

綜合各方面的因素分析，以上幾方面的應用都有廣闊的市場前景。

參考文獻

[1]丁永良.高新物理漁業[M].上海：上海科學技術出版社，2011.

[2]Glen Gillard.神奇的富氧水[M].上海：第二軍醫大學出版社，2011.

〔編輯：白潔〕

Abstract： The automatic test and inspection methods supersaturated aerator proved that it can quickly achieve super water saturated with oxygen； especially at the bottom of the water body also has to keep oxygen and long features， and discusses the relevant application prospects.

Key words： automatic supersaturated oxygen machine； supersaturated dissolved oxygen； underwater oxygen； technical parameters