Máy Thổi Khí Cho Nuôi Trồng Thủy Sản: Chọn Theo Lưu Lượng Khí, Độ Sâu Và Mạng Phân Phối

Hai bể nuôi cá cùng cần cấp 40 m³/h không khí, nhưng một bể đặt đầu sủi sâu 0,8 m, bể còn lại sâu 1,5 m. Dù lưu lượng yêu cầu giống nhau, áp suất mà máy thổi khí phải tạo ra sẽ khác đáng kể. Nếu chỉ chọn máy theo công suất HP hoặc lưu lượng tối đa, hệ thống có thể cấp khí yếu khi đưa vào vận hành.

Để chọn máy thổi khí cho nuôi trồng thủy sản, cần xác định nhu cầu cấp khí, số đầu sủi hoạt động đồng thời, độ sâu nước và tổn thất trên đường ống. Các thông tin này được tổng hợp thành cặp lưu lượng–chênh áp (Q–Δp) để kiểm tra khả năng làm việc của thiết bị.

Máy thổi khí con sò (Side Channel Blower/Ring Blower) có thể sử dụng trong một số hệ sục khí ao nuôi tôm, bể nuôi cá và mạng cấp khí tập trung. Tuy nhiên, lưu lượng không khí cấp vào nước không đồng nghĩa với lượng oxy hòa tan mà vật nuôi thực sự nhận được.

Ao nuôi tôm, nuôi cá cần chọn kiểu sục khí nào?

Trước khi chọn máy, cần xác định hệ thống sử dụng đầu sủi dưới nước hay thiết bị sục khí trực tiếp trên bề mặt ao.

Sục khí khuếch tán bằng máy thổi khí

Không khí được đưa từ blower qua đường ống đến đá sủi, ống sủi hoặc thiết bị khuếch tán khí (diffuser) đặt trong nước. Dòng khí tạo thành các bọt, một phần oxy trong bọt khí hòa tan vào nước trong quá trình di chuyển lên bề mặt.

Phương án này có thể phù hợp với bể nuôi có nhiều điểm sục, hệ thống nuôi cá trong bể hoặc những công trình cần cấp khí tập trung đến nhiều vị trí.

Sục khí bề mặt

Các thiết bị như quạt nước, guồng tạo sóng hoặc máy sục khí bề mặt truyền năng lượng trực tiếp vào nước, tạo chuyển động và tăng trao đổi khí với không khí.

Phương án này thường được xem xét ở những ao nuôi cần kết hợp bổ sung oxy với khuấy trộn, tuần hoàn nước. Một số hệ nuôi có thể sử dụng đồng thời sục khí bề mặt và cấp khí khuếch tán tùy mục tiêu vận hành.

Không nên mặc định máy thổi khí con sò là lựa chọn tốt nhất cho mọi ao nuôi. Phương án phù hợp còn phụ thuộc nhu cầu oxy, lưu lượng, áp suất, đặc điểm môi trường nước và khả năng phân phối khí.

Sự khác biệt giữa các hệ cấp khí cho thủy sản, xử lý nước thải và công nghiệp cũng được giải thích trong ứng dụng Side Channel Blower ngoài hồ bơi.

Máy thổi khí con sò trong nuôi trồng thuỷ sản

Lưu lượng khí không phải lượng oxy hòa tan

Không khí chứa oxy, nhưng không phải toàn bộ oxy được đưa qua đầu sủi đều hòa tan vào nước.

Hiệu quả chuyển oxy phụ thuộc vào kích thước bọt khí, độ sâu, thời gian tiếp xúc, nhiệt độ, độ mặn, chuyển động nước và nồng độ oxy hòa tan hiện tại.

Đồng thời, oxy trong ao còn bị tiêu thụ bởi vật nuôi, vi sinh vật và quá trình phân hủy vật chất hữu cơ.

Ở những ao có hoạt động quang hợp đáng kể, nồng độ oxy hòa tan (DO) có thể thay đổi trong ngày và giảm vào ban đêm, đặc biệt gần sáng khi quá trình quang hợp chưa bổ sung oxy trở lại.

Vì vậy, việc chọn blower cần bắt đầu từ nhu cầu oxy của hệ nuôi và phương án chuyển oxy vào nước. Không thể chỉ lấy diện tích ao hoặc công suất motor để xác định lượng khí cần cấp.

Xác định lưu lượng khí theo đầu sủi và số vùng hoạt động

Khi đã lựa chọn hệ thống cấp khí khuếch tán, cần xác định số lượng đầu sủi và lượng không khí mỗi đầu cần nhận tại điều kiện làm việc.

Nếu một bể sử dụng các đầu sủi cùng loại và có lưu lượng thiết kế như nhau, tổng lưu lượng được tính:

Q = N × q

Trong đó:

• Q: Tổng lưu lượng khí yêu cầu của nhóm đầu sủi, đơn vị m³/h.

• N: Số đầu sủi hoạt động đồng thời.

• q: Lưu lượng khí thiết kế của một đầu, đơn vị m³/h.

Giá trị q phải dựa trên đặc tính của đúng đầu sủi hoặc hồ sơ thiết kế có căn cứ. Không có một mức lưu lượng m³/h chung áp dụng cho mọi loại đá sủi, ống sủi hay diffuser.

Nếu hệ thống có nhiều bể sử dụng chung một blower:

Q tổng = Q₁ + Q₂ + … + Qn

Chỉ cộng lưu lượng của những bể hoặc vùng cần hoạt động đồng thời trong trạng thái thiết kế đang xét.

Chẳng hạn, một trại nuôi có bốn bể nhưng vận hành luân phiên theo từng nhóm sẽ có yêu cầu lưu lượng khác với hệ thống cần cấp khí đồng thời cho cả bốn bể.

Tuy nhiên, phương án luân phiên chỉ phù hợp khi nhu cầu oxy và điều kiện vận hành của hệ nuôi cho phép. Không nên giảm công suất máy bằng cách giả định một số bể có thể ngừng cấp khí mà chưa đánh giá nhu cầu thực tế.

Một yếu tố quan trọng là lưu lượng tối đa công bố trên catalogue không phải lưu lượng máy luôn cung cấp được khi đường khí có trở lực.

Nếu máy đạt Qmax tại chênh áp rất thấp, không thể lấy con số đó chia đều cho các đầu sủi nằm sâu dưới nước mà bỏ qua áp suất làm việc.

Độ sâu nước và tuyến ống ảnh hưởng đến áp suất ra sao?

Trong hệ sục khí dưới nước, độ sâu của đầu sủi tạo ra một phần áp suất mà blower cần vượt qua.

Áp suất thủy tĩnh được xác định theo công thức:

p = ρ × g × h

Trong đó:

• ρ: Khối lượng riêng của nước, kg/m³.

• g: Gia tốc trọng trường, khoảng 9,81 m/s².

• h: Độ sâu vị trí thoát khí so với mặt nước vận hành, m.

• p: Áp suất thủy tĩnh, Pa.

Với nước ngọt có khối lượng riêng xấp xỉ 1.000 kg/m³:

1 m cột nước ≈ 98,1 mbar

Các giá trị trên chỉ thể hiện áp suất cột nước trong điều kiện giả định nước ngọt, chưa phải áp suất làm việc cuối cùng của máy. Với nước có độ mặn đáng kể hoặc mực nước thay đổi, cần dùng khối lượng riêng và độ sâu phù hợp.

Ngoài áp suất cột nước, khí còn phải vượt qua trở lực của đầu sủi, đường ống và phụ kiện.

Có thể biểu diễn sơ bộ:

Δp yêu cầu ≈ p cột nước + Δp đầu sủi + Δp đường khí + Δp phía hút

Trong đó, tổn thất đường khí gồm những đoạn ống chính, ống góp, ống nhánh, co, van và phụ kiện nằm trên tuyến đang xét.

Nếu phía hút có bộ lọc hoặc đường ống tạo trở lực, phần tổn thất này cũng ảnh hưởng đến tổng chênh áp qua blower.

Một bể chỉ sâu 0,8 m nhưng sử dụng đường cấp khí dài, nhiều chỗ thu nhỏ và đầu sủi có trở lực lớn vẫn có thể yêu cầu chênh áp cao hơn dự kiến.

Vì sao các đầu sủi trong cùng hệ thống không mạnh đều?

Khi nhiều bể sử dụng chung một máy thổi khí, các nhánh có thể khác nhau về chiều dài, đường kính ống, độ sâu và trở lực của đầu sủi.

Không khí không tự động được chia đều theo số đầu sủi. Nhánh có tổng trở lực thấp hơn có thể nhận nhiều khí hơn, trong khi những nhánh xa hoặc sâu hơn nhận ít khí.

Vì vậy, cần kiểm tra mạng phân phối và phương án cân bằng lưu lượng.

Một hệ thống có thể sử dụng ống góp, mạng vòng hoặc các nhánh điều tiết tùy điều kiện công trình. Mạng vòng có thể hỗ trợ phân phối áp suất khi được thiết kế đúng, nhưng không tự bảo đảm tất cả đầu sủi nhận đủ lưu lượng.

Đối với nhiều bể có độ sâu khác nhau, cần xác định tuyến bất lợi — tuyến yêu cầu áp suất cấp cao nhất tại lưu lượng thiết kế.

Không cộng tổn thất áp suất của tất cả các nhánh song song thành một tuyến nối tiếp. Lưu lượng được tổng hợp trên đường ống chung, còn áp suất phải được kiểm tra theo từng đường đi đến đầu sủi.

Sơ đồ mạng phân phối khí từ máy thổi khí đến nhiều bể nuôi thủy sản

Ví dụ tính Q–Δp cho hai bể nuôi có độ sâu khác nhau

Giả sử hai bể nuôi sử dụng chung một Side Channel Blower và cần cấp khí đồng thời.

Các giá trị dưới đây được đặt ra để minh họa phương pháp tính, không phải thông số định mức của một loại đầu sủi hoặc model máy cụ thể.

Giả sử tổn thất bộ lọc phía hút là 4 mbar. Các giá trị tổn thất trên từng tuyến đã được giả định tại trạng thái hai bể chạy đồng thời và bao gồm những đoạn ống chung có liên quan.

Bước 1 — Tính tổng lưu lượng

Bể A:

Q_A = 8 × 2,5 = 20 m³/h

Bể B:

Q_B = 6 × 3 = 18 m³/h

Khi hai bể cùng hoạt động:

Q tổng = 20 + 18 = 38 m³/h

Bước 2 — Tính áp suất cột nước

Bể A:

p_A = 0,9 × 98,1 ≈ 88,3 mbar

Bể B:

p_B = 1,2 × 98,1 ≈ 117,7 mbar

Bước 3 — Tổng hợp chênh áp trên từng tuyến

Tuyến A:

Δp_A ≈ 88,3 + 12 + 9 + 4 = 113,3 mbar

Tuyến B:

Δp_B ≈ 117,7 + 15 + 13 + 4 = 149,7 mbar

Trong điều kiện giả định này, tuyến B có yêu cầu áp suất lớn hơn.

Cặp thông số sơ bộ cần dùng để kiểm tra blower khi hai bể hoạt động đồng thời là:

Q yêu cầu ≈ 38 m³/h tại Δp ≈ 150 mbar.

Kết quả này chưa phải điểm làm việc đã được xác nhận của máy. Để hai bể thực sự nhận đúng lưu lượng theo giả thiết, mạng phân phối cần có phương án cân bằng phù hợp và được kiểm tra trong vận hành.

Nếu chỉ một bể hoạt động, lưu lượng tổng và tổn thất trên các đoạn ống chung sẽ thay đổi. Vì vậy, không thể dùng duy nhất điểm 38 m³/h tại 150 mbar để kết luận máy đáp ứng mọi trạng thái.

Sau khi có cặp lưu lượng–chênh áp yêu cầu, cần đọc đường cong Q–p máy thổi khí ở đúng chế độ thổi, tần số và điều kiện tham chiếu của model.

Một máy có Qmax 60 m³/h không mặc nhiên đáp ứng được 38 m³/h tại 150 mbar.

Ví dụ tính lưu lượng và chênh áp máy thổi khí cho hai bể nuôi có độ sâu khác nhau

Khi nào nên chọn máy thổi khí con sò cho hệ nuôi thủy sản?

Side Channel Blower có thể là phương án phù hợp khi hệ nuôi cần cấp khí qua các đầu sủi và yêu cầu lưu lượng–chênh áp nằm trong vùng vận hành cho phép của máy.

Tuy nhiên, không nên chọn thiết bị theo cách lấy diện tích ao chia cho một định mức HP chung.

Diện tích hoặc thể tích ao chỉ là một phần thông tin. Mật độ nuôi, khối lượng vật nuôi, nhiệt độ, độ mặn, nhu cầu oxy và phương án phân phối khí mới quyết định yêu cầu kỹ thuật thực tế.

Trong vận hành, cần theo dõi lưu lượng hoặc áp suất khí tại những vị trí phù hợp, đồng thời đo DO của nước theo yêu cầu của hệ nuôi.

Không nên coi lượng bọt khí nhìn thấy trên mặt nước là bằng chứng hệ thống đã cấp đủ oxy. Một bể có nhiều bọt vẫn có thể thiếu oxy hòa tan nếu hiệu quả chuyển oxy thấp hoặc nhu cầu tiêu thụ oxy quá lớn.

Đặc biệt, cần theo dõi các thời điểm DO có nguy cơ thấp, chẳng hạn ban đêm hoặc gần sáng tùy loại hình nuôi và điều kiện môi trường. Những hệ thống phụ thuộc liên tục vào cấp khí cần có phương án cảnh báo và dự phòng tương ứng với mức độ rủi ro.

Về phía blower, cần kiểm tra chênh áp, nhiệt độ, dòng điện và những giới hạn vận hành của đúng model. Lọc đầu hút bị nghẹt, van điều tiết đóng sai hoặc đầu sủi tăng trở lực đều có thể làm thay đổi điểm làm việc.

Khi đã xác định yêu cầu lưu lượng và chênh áp, có thể tham khảo danh mục máy thổi khí con sò để tìm nhóm sản phẩm, sau đó kiểm tra đường đặc tính của từng model với điều kiện sử dụng cụ thể.

Việc chọn máy thổi khí cho nuôi trồng thủy sản cần bắt đầu từ nhu cầu oxy của hệ nuôi, sau đó xác định phương án cấp khí, mạng phân phối và cặp Q–Δp mà blower phải đáp ứng.

Số đầu sủi quyết định một phần lưu lượng; độ sâu và trở lực quyết định chênh áp cần thiết; cách chia nhánh ảnh hưởng đến khả năng phân phối khí. Cuối cùng, DO thực tế vẫn phải được theo dõi để xác nhận hệ thống cấp oxy phù hợp với nhu cầu của vật nuôi.

Nguồn kỹ thuật tham khảo

• FAO — Aeration and Oxygenation in Aquaculture.

• FAO — Improving Pond Water Quality.

• SEAFDEC/FAO — Aeration System at the Tigbauan Research Station.

• Busch Vacuum Solutions — Air Blowers.

• REXCHIP — Side Channel Blower Catalogue, Application Example Use for Blowing — Oxygen Supply for Aquaculture.