상업용 양식업에서는 물고기와 새우가 용존 산소를 소비하는 동시에 생물학적 여과, 유기 분해 및 기타 공정에서도 산소를 소비하기 때문에 지속적인 산소 전달이 필요합니다. 산소 요구량은 바이오매스, 사육 밀도, 수온, 먹이 활동, 야간 조건에 따라 달라집니다. 에이PSA 산소 시스템압축 공기에서 산소를 분리하고 연못, 탱크, 산소 콘 또는 재순환 양식 시스템에 산소가 풍부한 가스를 공급하여 이러한 요구 사항을 해결합니다.
PSA 산소생성은 분자체로 채워진 흡착 용기를 사용합니다. 압축기는 여과되고 건조된 공기를 흡착층에 공급하며, 여기서 분자체는 우선적으로 질소를 흡착합니다. 산소가 풍부한 가스는 산소 수용기를 통과한 다음 물측 산소화 시스템으로 들어갑니다. 흡착층은 가스 생산을 유지하기 위해 가압과 재생을 번갈아 가며 수행합니다.
현장 산소발생으로 공급구조 변화
산소 실린더나 액체 산소를 사용하는 상업용 농장은 가스 생산, 운송, 저장, 농장으로의 배송 등 외부 공급망에 의존합니다. PSA 설치는 산소 생성 과정을 농장으로 옮깁니다.
기본 프로세스는 다음과 같습니다.
주변 공기 → 압축기 → 공기 처리 → PSA 흡착 → 산소 수용기 → 산소 분배 → 물 산소화
따라서 시스템에는 흡착 장치 이상의 것이 필요합니다. 압축기는 필요한 공급 공기 흐름을 제공해야 하고, 필터와 건조기는 오염 물질과 습기를 제거해야 하며, 산소 수용기는 가스가 유통 네트워크에 도달하기 전에 가스를 완충해야 합니다.
외딴 지역에서 운영되거나 지속적인 산소 공급이 필요한 농장의 경우 조달 계산에는 전력 소비, 유지 관리, 예비 부품 및 외부에서 공급되는 산소 운송 비용이 포함되어야 합니다.
산소 농도가 높을수록 산소 전달에 필요한 가스량이 감소합니다.
대기에는 약 21%의 산소가 포함되어 있습니다. 기존 폭기 장비는 필요한 산소량을 전달하기 위해 물을 통해 많은 양의 공기를 이동시켜야 합니다.
PSA 발생기는 압축 공기에서 질소를 분리하여 산소가 풍부한 가스를 생성합니다. NEWTEK이 발표한 양식 구성에는 구성에 따라 약 90% ~ 99.5%의 산소 순도 범위가 포함되며 표준은 다음과 같습니다.PSA 산소시스템은 일반적으로 약 93% ± 3%로 지정됩니다.
산소 농도가 높을수록 물측 이동 과정이 변경됩니다. 다량의 대기로부터 산소를 전달하는 대신 디퓨저 또는 산소 콘은 산소 농도가 더 높은 가스 흐름을 받습니다.
실제 전송은 다음에 따라 달라집니다.
- 가스 유량
- 수심
- 기포 직경
- 수온
- 연락시간
- 작동 압력
- 디퓨저 또는 산소콘 구조
따라서 PSA 출력은 분리된 가스 사양이 아닌 산소 전달 장비와 함께 평가되어야 합니다.
PSA 산소는 고밀도 양식 시스템을 공급할 수 있습니다
수용 밀도가 증가함에 따라 단위 물 부피당 산소 요구량도 중요한 설계 매개변수가 됩니다. 물고기와 새우는 지속적으로 산소를 소비하는 반면, 통기 용량이 생물학적 수요와 일치하지 않으면 산소 가용성이 급격히 감소할 수 있습니다.
PSA 시스템은 다음에 산소를 공급할 수 있습니다.
- 집중 물고기 연못
- 새우 연못
- 부화장 탱크
- 재순환 양식 시스템
- 실내배양탱크
- 활어 보관 탱크
예를 들어 RAS 시설에서 물은 기계적 여과와 생물학적 처리를 거쳐 배양 탱크로 돌아갑니다. 처리된 물이 어항으로 돌아오기 전에 산소 콘이나 디퓨저를 통해 하류에 산소를 주입할 수 있습니다.
따라서 산소 발생기는 수처리 루프의 일부가 됩니다.
배양조 → 여과 → 생물학적 처리 → 산소화 → 배양조
산소 생산은 실제 농장 수요에 맞춰질 수 있습니다.
PSA 용량은 연못 면적만으로 계산하기보다는 산소 요구량으로 계산해야 합니다.
주요 입력은 다음과 같습니다:
| 디자인 매개변수 | 엔지니어링 기능 |
|---|---|
| 바이오매스 | 생물학적 산소 소비량을 결정합니다. |
| 스타킹 밀도 | 단위 물량당 산소 요구량을 결정합니다. |
| 수온 | 산소 용해도와 대사 요구량을 변화시킵니다. |
| 목표 DO | 필요한 용존 산소 조건을 정의합니다. |
| 피크 수요 | 최대 발전기 용량 결정 |
| 산소 전달 효율 | 생성된 산소가 물에 들어가는 양을 결정합니다. |
| 영업시간 | 일일 산소 생산량을 결정합니다. |
| 미래 바이오매스 | 확장 요구 사항 결정 |
예를 들어, 농장에서 물에 유입되는 산소의 양이 30Nm3/h인데 산소 전달 시스템이 공급된 산소의 75%만 전달하는 경우 발전기는 30Nm3/h 이상을 제공해야 합니다.
단순화된 설계 관계는 다음과 같습니다.
필수산소생산량=필수산소전달량 ¼ 전달효율
계산에서는 PSA 발생기에서 나오는 모든 산소가 물에 들어간다고 가정하기보다는 측정된 전달 성능이나 공급업체가 지정한 전달 성능을 사용해야 합니다.
용존 산소 센서로 산소 공급 제어 가능
PSA 산소생산이 용존 산소 모니터링과 연결되면 더욱 유용해집니다.
용존 산소 센서는 사육수의 실제 DO 수준을 측정합니다. 신호는 미리 정의된 작동 한계에 따라 산소 밸브, 산소 유량 또는 추가 PSA 용량을 제어하는 PLC에 입력될 수 있습니다.
제어 루프는 다음과 같이 구성될 수 있습니다.
DO 센서 → PLC → 산소 흐름 제어 → 디퓨저/산소콘 → 사육수
DO가 구성된 범위 아래로 감소하면 제어 시스템이 산소 전달을 증가시킬 수 있습니다. DO가 필요한 범위로 돌아오면 시스템은 산소 흐름을 줄일 수 있습니다.
NEWTEK의 PSA 시스템에는 산소 센서, 압력 센서, 자동 제어 및 Modbus, Profibus 및 이더넷과 같은 산업용 통신 인터페이스가 포함됩니다.
이러한 배열을 통해 산소 시스템은 전체 생산 주기 동안 최대 출력으로 발전기를 작동하는 대신 측정 가능한 물 조건에 반응할 수 있습니다.
산소 완충 저장을 통해 수요 변동과 생성 분리
PSA 흡착 주기와 농장의 산소 요구량은 반드시 같은 속도로 변하지 않습니다. 완충 탱크는 이 두 가지 작동 조건을 분리할 수 있습니다.
PSA 발생기는 산소 저장소를 채우고 하류 산소화 시스템은 물 측 수요에 따라 가스를 끌어옵니다. 따라서 수신기는 산소 생산과 소비 사이의 단기적인 차이를 흡수합니다.
필요한 탱크 용량은 다음에 따라 달라집니다.
- PSA 산소 생산
- 산소요구량
- 작동 압력
- 최고유량
- 압력 범위
- 필수 예약 시간
여러 배양 탱크가 동시에 산소를 요구할 경우 크기가 작은 수신기는 급격한 압력 변화를 일으킬 수 있습니다. 대형 수신기는 산소 생성 용량을 늘리지 않고도 장비 용량과 자본 비용을 증가시킵니다.
PSA 산소는 기계적 통기와 함께 작동할 수 있습니다.
PSA 산소가 반드시 기계식 통풍기를 대체하는 것은 아닙니다.
기계식 폭기장치는 물과 대기를 이동시키는 반면, PSA 장비는 산소가 풍부한 가스를 공급합니다. 두 시스템은 동일한 연못이나 탱크 내에서 서로 다른 기능을 수행할 수 있습니다.
결합된 계약에는 다음이 사용될 수 있습니다.
기계식 통풍기 → 물 순환
PSA 산소 → 농축 산소 공급
DO 센서 → 제어 신호
이러한 구성을 통해 기계 장비는 물의 이동을 유지할 수 있으며 생물학적 수요가 일반 통기에서 발생하는 산소 기여도를 초과할 경우 PSA 시스템이 추가 산소를 공급합니다.
적절한 배치는 연못 깊이, 물 순환 패턴, 바이오매스, 디퓨저 위치 및 필요한 DO에 따라 다릅니다.
PSA 산소는 RAS 산소화를 지원합니다
RAS 시설은 여과와 생물학적 처리를 통해 지속적으로 물을 순환시킵니다. 바이오 필터의 질화 박테리아는 암모니아와 아질산염을 변환하면서 산소를 소비하므로 산소 수요는 어항 자체 외부에 존재합니다.
일반적인 RAS 산소화 과정에는 다음이 포함될 수 있습니다.
- 배양수는 탱크에서 나옵니다.
- 기계적 여과는 부유 물질을 제거합니다.
- 생물 여과는 질소 화합물을 변환합니다.
- 산소는 디퓨저나 산소콘을 통해 주입됩니다.
- 산소화된 물은 배양탱크로 되돌아갑니다.
따라서 PSA 발생기는 생물학적 및 수생 산소 소비에 충분한 산소를 공급해야 합니다.
산소 주입 지점은 수압, 유속, 접촉 시간, 산소 전달 장비에 따라 선택해야 합니다. 물측 이송 장치가 이송 한계에 도달한 경우 단순히 PSA 가스 출력을 증가시키는 것만으로는 용존 산소의 비례적인 증가를 보장할 수 없습니다.
자동 모니터링으로 산소 시스템 오류를 식별할 수 있습니다.
상업용 양식 산소 시스템은 가스측과 물측 조건을 모두 모니터링해야 합니다.
| 매개변수 | 그것이 나타내는 것 |
|---|---|
| 용존산소 | 사육수의 실제 산소 상태 |
| 산소 순도 | PSA 분리 조건 |
| 산소 흐름 | 물에 가스 전달 |
| PSA 압력 | 흡착 시스템 작동 조건 |
| 압축기 압력 | 공급 공기 가용성 |
| 수온 | 산소 용해도 및 생물학적 수요의 변화 |
| 알람 상태 | 장비 또는 센서 이상 |
예를 들어, 산소 순도 감소는 분자체 오염, 밸브 전환 문제, 과도한 수요 또는 공급 공기 문제를 나타낼 수 있습니다. 산소 압력이 떨어지면 압축기 용량 제한, 필터 막힘, 밸브 문제 또는 과도한 하류 흐름을 나타낼 수 있습니다.
제어 시스템은 수동 검사에만 의존하기보다는 이러한 신호를 사용하여 경보를 생성하고 비정상적인 장비를 격리해야 합니다.
PSA 산소와 기존 통기: 구조적 차이
기존의 폭기는 대기 공기를 물에 직접 도입합니다. 따라서 산소 공급은 대기 중의 산소 농도와 폭기 장치의 전달 효율에 의해 제한됩니다.
PSA 산소는 가스가 물 측 시스템에 들어가기 전에 공기에서 산소를 분리합니다.
| 요인 | 기존 통기 | PSA 산소 시스템 |
|---|---|---|
| 가스공급 | 대기 공기 | 산소부화가스 |
| 주요 분리 장비 | 없음 | 분자체 흡착 용기 |
| 공기 공급 | 송풍기/통풍기 | 공기 압축기 |
| 산소 조절 | 공기 흐름 및 에어레이터 작동 | 산소 흐름, 순도 및 DO 제어 |
| 물가 장비 | 패들 휠, 송풍기 또는 디퓨저 | 산소 확산기, 산소콘 또는 이와 유사한 장비 |
| 주요 유지보수 | 에어레이터, 모터, 베어링, 디퓨저 | 압축기, 필터, 밸브, 분석기, 분자체 |
| 시스템 통합 | 직접 공기-물 혼합 | PSA + 수신기 + 산소 분배 + 물 산소화 |
고밀도 양식의 경우, 산소 요구량이 대기 공기 통기가 전달할 수 있는 수준을 초과하는 경우 PSA 산소는 기계적 통기를 보충할 수 있습니다. 적절한 구성은 바이오매스, 물의 양, 온도, DO 목표, 산소 전달 효율 및 작동 일정에 따라 달라집니다.
뉴텍 소개
뉴텍현장에서 개발PSA 산소및 질소 생성 시스템. PSA 산소 공정은 제올라이트 분자체 흡착을 사용하며 압축 및 정제된 공기는 흡착 용기로 들어가고 질소는 우선적으로 흡착되며 산소가 풍부한 가스는 흡착 베드를 떠납니다.
시스템 구성에는 공기 정화, 흡착 용기, 압력 센서, 산소 센서, 자동 제어, 가스 배관 및 통신 인터페이스가 포함됩니다. NEWTEK에서 발표한 PSA 산소 사양에는 구성에 따라 생산 용량 1~300Nm³/h, 산소 순도 93% ± 3%, 산소 출구 압력 0.01~0.5MPa가 포함됩니다.
상업용 양식업의 경우 PSA 시스템을 산소 수용기, 산소 콘, 확산기, 용존 산소 센서 및 수처리 장비에 연결할 수 있습니다. 최종 용량은 연못 면적만으로 계산하기보다는 바이오매스, 수온, 목표 DO, 최대 산소 요구량, 산소 전달 효율 및 계획된 생산 확장을 기준으로 계산해야 합니다.
