全自动超饱和增氧机的实验与特点

潘志刚　俞德宏

摘 要：介绍了全自动超饱和增氧机的实验和检测方法，证明了其能快速实现水中超饱和溶氧，特别是还具有向水体底部增氧和长时间保持的特点，并探讨了相关应用的前景。

关键词：全自动超饱和增氧机；超饱和溶氧；水底增氧；技术参数

中图分类号：TP23 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.07.005

全自动超饱和增氧机经过国家级专业测试，证明了其在正常开放空间的水中可以实现超常规的快速超饱和溶氧，并且具有向水体（包括底部）快速扩散的性能，特别是其还具有长时间保持的能力。

目前，全自动超饱和增氧机已经取得了国家发明专利和实用新型专利授权，获全国“星火杯”创造发明竞赛二等奖，第二届上海发明创新大赛发明创新奖。

1 超饱和溶氧

在开放的水体中，在一定温度下，氧气在水中的溶解度的物理极限值被称为饱和溶氧量。检验测试方法的国家标准有《GB 7489—89水质溶解氧的测定碘量法》和《GB 11913—89水质溶解氧的测定电化学探头法》。在标准水质、气压的条件下，饱和溶氧量的曲线如图1所示。

根据传统理论可知，水中溶进的氧气是不会超过饱和溶氧量的。

超饱和增氧就是在同样开放的水体中，让氧气溶解在水中，使其超过饱和溶氧量，这就需要利用特殊的方法和设备来实现。超饱和增氧机改变了氧气在水中的溶解方式，利用高效率气液混合处理系统将自然空气中的氧转变成质量分数较高的氧，在特定条件下，使其与装置中的水相溶解，然后再一起送出。这样，在较短的时间内就会使输出水体的增氧量超过饱和度，并在开放水体中（包括底部）快速扩散和长时间保持，进而实现超饱和溶解氧的特殊功能。高效率溶氧能大幅度降低功耗，并且节能效果显著，可以有效地降低日常综合运行成本，而设备运行过程也可以自动控制运行。

2 结构组成

全自动超饱和增氧机主要由空气前处理装置、水源前处理装置、气液混合处理复合系统、自动控制系统、操作与显示面板、电源、进水接口和出水接口组成的。该设备可以直接从水池中取水，经过设备的超饱和增氧处理后，再将其回送到水池进行连续循环运行。另外，它可以一键启动、停机，连续自动调节工作运行状态，可固定，也可灵活移动，在使用、维护和管理方面都很方便。

设备各部分的主要构成和功能如下。

2.1 空气前处理装置

这一部分采用的是现场空气预处理，取出提纯的氧气，将其作为增氧机的高质量分数氧源，并将其送入气液混合处理复合系统。这样做，不仅取材便利，而且成本低，又卫生、安全。

2.2 水源前处理装置

该装置带有自吸取水的功能，经过基本净化等预处理后，将水送入气液混合处理复合系统。这种装置适合多种场合、定点或者移动使用。

2.3 气液混合处理复合系统

该装置可以按照指定要求，将高质量分数的氧气和净化水在自动控制中执行气液混合相溶处理。这样做，能够快速实现高质量分数的超饱和水中溶氧。

2.4 自动控制系统

该系统能够自动调整、控制整机的高效、安全运行。由于超饱和增氧机的出口溶解氧相当高，扩散快、保持时间长，所以，在实际应用过程中，基本上都采用阶段间歇的运行方式。该系统按照预定的运行方式和范围设定后，就能实现自动化运行了。

2.5 操作与显示面板

操作与显示面板的功能是一键启动和停机操作方便实用，可设置控制运行模式，显示运行状态——内置和外置。内置式安放在可锁住的电控箱内，一般情况下，设置好后不可随便变更调节；外置式安放在机箱面板上，可以随时操作，按需调节。

2.6 电源

对于电源，采用小功率、普通的220 V/50 Hz交流电供电，这样方便使用。如果采用大功率380 V/50 Hz的三相交流电供电，其运行负荷平稳。因为电源内部设置多级保护装置，所以，能够有效地保障现场的使用安全。

2.7 进水接口、出水接口

进水接口、出水接口采用的是通用的标准规格，既要适合定点使用，又要方便移动使用，还要保证接入管网，使用、操作、检查和维护都比较方便。

全自动超饱和增氧机的技术路线流程如图2所示。

3 主要技术参数

全自动超饱和增氧机试验机型技术参数如下：型号为HY-J1；出水接口为G1；进水接口为G3/4；电压为AC200 V/50 Hz；功率为1 000 W；流量0.5～1 m3/h；出口溶氧≥12 mg/L；体积为长850×宽270×高1 410（mm）。全自动超饱和增氧机有自动循环运行控制设置，能够显示电源、功率、流量数显和运行状态，具有自动/手动控制切换功能。图3为检测现场照片。

4 测试结果

全自动超饱和增氧机在国家渔业机械仪器质量监督检验中

心进行检测，测试结果证明，溶解氧数量都达到了超饱和状态，实现了超饱和溶氧量和氧在水体中较强保持特性。检测报告实测数据曲线如图4所示。

5 测试过程

在设定的开放容器内测试，第一阶段，设备前期只运行5 min，整个水体的溶解氧就一下子超过了饱和值，再运行几分钟后，溶氧数值继续上升（图4中实测值的数据点部分是开机运行阶段）。之后一直停机，保持4 h后，可见容器边和底部密布细微气泡，实测水体溶氧数值不仅没下降，还有所上升（图4中实测值的虚线部分是关机静止阶段）。据分析，由于检测时采用的是电化学探头法，所以，溶氧仪传感器的膜和内部电极存在采样和传感延迟的问题。在测试过程中，并没有将水体底部保持的高质量分数氧气泡的数量全部算进去，实际上的超饱和溶氧量还要高得多。

在实验室中，超饱和增氧机启动几十秒，就能进入正常的运行状态，实现水体连续超饱和溶氧。停机后，在开放的水中和水下，超饱和溶氧会相互作用，逐渐从小到大聚成气泡，并集聚在边上和水体底部，有的直径会达3 mm以上。另外，高质量分数的氧气泡还能在自然开放状态下在水体边和底部保持4个月以上，如图5、图6、图7所示。

6 设备特点

传统的以机械搅动、充气或压缩空气制造气泡的增氧机，展现的是空气与水接触、气泡上浮的过程。在这个过程中，空气中的氧气经过气相和液相界面，逐渐溶入水中增氧。由于空气中的氧含量只有1/5左右，如果空气的气泡大，就很容易上浮，跑出来，因此，溶氧效率很低。

超饱和增氧机就是将高质量分数的氧气与水特殊溶合，突破了传统饱和自然的极限，快速制造超饱和溶氧水，基本降低了气体上浮造成的损失，使其能在开放的水体中向四周、特别是向下快速扩散，并长时间存储于池底，具有铺开水底的增氧效果。这是普通增氧技术无法做到的，所以，水体增氧效率很高。

超饱和溶氧水具有超强的扩散渗透性、吸附性和溶解性能，同时，还具有强大的水中氧化效果，能有效地降解、溶解在水体中的需氧物源，可发展非常有价值的应用。

经过多年、多种规格样机的研制和改进，有3 kW大功率机组设备，100 W小功率机组设备。该设备完成了在上海金山虾池一年期的实验和苏州太湖蟹塘一年期的实验，取得了实际的应用经验和效果。图9为超饱和增氧机实验现场照片。

其中，1 kW的中型机组设备完成了国家渔业机械仪器质量监督检验中心的检测，验证了设备的超饱和增氧，快速、全方向扩散，流向水底部并保持的特性。

7 应用领域

氧是一切生命的基础，是细胞、生态最重要的、且每时每刻都必需消耗的能量物质。如果细胞缺氧，就无法延续生命，所以，氧不能少，更不能随时停止。另外，氧也是工、农业，养殖业，环保等产业最重要的原材料和工艺完成的必须物。超饱和增氧机的气液混合处理复合系统具备高质量分数气液混合能力，因此，可以将其扩展、应用到很多领域。

7.1 高氧水医用

超饱和高氧水的高氧疗法、急救，短时间内可直接饮用高质量分数的溶氧水，比吸氧气效果更快更好，也更方便，可用于一些慢性疾病和疼痛的辅助治疗。

7.2 富氧水饮用

快速即时制造富氧水保健饮料，使氧气快速饮用吸收，直接通过血液输送到全身，具有迅速补氧、恢复运动体力、提神醒脑、提高抗病菌能力、促进新陈代谢，保持健康活力的作用。

7.3 高密度水产养殖

提供高效的高溶氧水处理，能够满足高密度水产养殖的持久生物耗氧高的需求，提高改善水体生态自然的能力，以保障养殖存活率，提升养殖品质。

7.4 农业种植富氧水灌溉

向植物根部提供可溶性高浓度溶氧水，可快速促进植物根毛的生长，提高肥料的吸收能力，增加作物的产量，提升农作物的质量。由此可见，这是一种现代农业安全增产的新兴科技。

7.5 污水处理系统的高溶氧气浮

该设备能高效取代大功率、低效率的空压机气浮，大大提高供氧处理效率，节省大量的日常运行能耗费用。

7.6 治理河流、景观水

超饱和增氧机可以向水体底部天然增氧，并持久保持，有利于改善整体水质，特别是采用天然方式高效率地改善河底的氧生态环境，快速恢复天然生态水系，使河底天然富氧，河塘变清、水质变好。

7.7 工业

鉴于超饱和溶氧水具有超强的渗透性、吸附性和溶解性的特点，可将其应用于特种工业的各种气液高效混合、废水氧化处理等应用中。

综合各方面的因素分析，以上几方面的应用都有广阔的市场前景。

参考文献

[1]丁永良.高新物理渔业[M].上海：上海科学技术出版社，2011.

[2]Glen Gillard.神奇的富氧水[M].上海：第二军医大学出版社，2011.

〔编辑：白洁〕

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