增氧泵不造氧,它让空气与水更充分地接触
鱼缸里上升的气泡,是从房间里送进来的普通空气,其中约 21% 是氧气。常见的电磁膜片式增氧泵既不分解水,也不把氮气筛掉。
线圈通电产生变化的磁场,带动磁体和膜片往复运动。膜片拉开,泵腔变大,气压降低,进气阀打开;膜片压回,泵腔变小,气压升高,排气阀打开。两个单向阀交替工作,把来回振动变成沿气管输出的气流。演示只画一个腔室,并把振动大幅放慢;真实产品也有双膜片和不同驱动结构。
气管把空气送到水下的多孔气石。空气要克服水深造成的静水压和气石阻力,才会从小孔形成气泡。气石分散空气,并不产生新的氧气。
氧分子可以穿过气泡与水的接触面进入水中;上升气泡也带动水流,更新水面与空气的接触。两条路径共同作用,贡献随气泡尺寸、水深、流量、缸形与水流而变,没有通用的固定占比。金点代表已经分散到水中的氧分子,不代表悬浮着看不见的小气泡。
先观察,再改变一个条件
在自由探索中,依次改变相对送气量、教学气泡直径和耗氧率,比较四小时后的模型溶氧。送气归零时,图中的送气粒子和气泡一起消失;水面仍保留与空气交换的背景项。
观看“气泡”一章:把一个球分成八个半径减半的小球,总体积保持不变,总表面积变成两倍。这个几何对照只说明接触面积,不说明真实泵的耗电或整缸增氧效率一定翻倍。
观看“停泵”一章:两条曲线从相同的溶氧量出发。一条继续开泵,一条在起点停泵。停泵改变的是之后的收支速率,不会让已经溶解的氧瞬间消失。曲线是虚构教学条件的结果,不是养鱼建议或真实鱼缸的预测。
溶氧是一笔持续变化的收支
展开:为什么气泡多,不代表溶氧一直升高?
氧的净交换与距离平衡还有多远有关。水中溶氧接近与空气平衡的浓度时,净进入速率会减小;超过相应平衡条件时,氧也可能从水中逸出。平衡浓度随水温、盐度和压力改变。生物呼吸与有机物分解持续耗氧,植物和藻类的光合作用又可能供氧。
演示固定水温和耗氧率,忽略空间差异、光合作用、气泡内氧分压变化及管路动态。约 25 ℃、海平面淡水的空气平衡溶氧取 8.3 mg/L 作为量级示例。这里没有设置鱼类安全阈值。
展开:图中曲线如何计算?
C 是溶氧浓度,单位 mg/L;C* 是给定条件下与空气平衡的浓度;k_b、k_s 分别是归并后的气泡与水面传质系数,单位每小时;R 是耗氧率,单位 mg/L/h。界面与混合的复杂作用被合并进这两个未标定的教学系数,不是具体设备的实测参数。
定系数下,模型用解析解重建任意时间的浓度,并限制浓度不低于零。氧耗尽后,可实际消耗的量不超过剩余库存加新进入的氧;累计进入、累计消耗和当前库存遵守同一收支。停泵时气泡项归零,水面传质降低但不归零。
技术依据:Thomas Pumps 的线性泵原理、Tetra APS 原厂手册、USGS 的溶氧解释、EPA 的细气泡曝气资料。