Улучшение качества воды за счет использования систем аэрации

Размещено на http://www.allbest.ru/

Улучшение качества воды за счет использования систем аэрации

С.С. Савушкин, С.М. Давшан

ФГНУ ВНИИ «Радуга», Московская область, пос. Радужный, Россия

Одним из способов улучшения качества воды в открытых водоемах является ее аэрирование. ВНИИ «Радуга» в течение многих лет ведет работы в этом направлении. Разработаны технология и технические средства для аэрации воды.

Аэрирование воды - это процесс обогащения воды кислородом за счет принудительной подачи и растворения в ней воздуха.

Система глубинного аэрирования используется для:

ускорения процесса биологической очистки сточных вод сельскохозяйственных животноводческих и перерабатывающих предприятий;

аэрирование воды (насыщение кислородом воздуха до 100%) рыбоводных водоемов.

Биологическая очистка загрязненной органическими соединениями воды с отходами животноводческих и перерабатывающих предприятий, работающих полностью или частично на оборотной воде, за счет подачи в них кислорода очень эффективна, малоэнергоемка по сравнению с другими видами очистки и экологически безопасна. Время очистки снижается в 1,4-1,6 раза. Особенно эффективна система аэрирования на небольших предприятиях, удаленных от крупных водоисточников.

Широко используется аэрация при выращивании рыбы в нагульных и зимовальных прудах. За счет повышения содержания кислорода в воде в нагульных рыбоводных прудах можно увеличить плотность посадки рыбы и, соответственно, выход рыбы с единицы площади пруда.

В зимнее время содержание кислорода в прудах резко снижается, что ведет к мору рыбы. Аэрация позволяет ликвидировать этот недостаток. Причем подаваемый воздух перед входом в систему может подогреваться в специальной камере.

Пополнение кислорода в водоемах осуществляется за счет применения специальных аэраторов. Во ВНИИ «Радуга» разработано несколько конструкций аэраторов. Наиболее эффективна конструкции аэратора А-15.

Техническая характеристика аэратора А-15

При пропуске воды через аэратор происходит всасывание воздуха в поток воды, который смешивается с водой и в виде водовоздушной эмульсии подается в водоем. Аэрированная вода расходится на заданной глубине потоками, параллельными поверхности водоема. Избыточный воздух мелкими пузырьками поднимается к поверхности воды, попутно аэрируя его толщу и перемешивая слои воды в вертикальном направлении.

Подача аэрированной воды осуществляется в зависимости от условий работы на глубину 0,5…4,0 м за счет подающих труб, наращиваемых на корпус аэратора.

Устанавливают аэратор так, чтобы нижняя часть аэратора отстояла от дна водоема не менее чем на 300 мм, а при заиленном дне - на 500…600 мм.

Существуют две основные технологические схемы аэрирования рыбохозяйственных водоемов с применением механических средств аэрации:

с активным водообменном, когда отработавшая и обескислороженная вода сбрасывается из водоема с одной стороны пруда, а с противоположной стороны поступает свежая, обогащенная растворенным кислородом вода, то есть процесс происходит в проточных водоемах;

без водообмена, но с массовым перемешиванием при помощи средств аэрации, при этом восполняется в воде растворенный кислород, поглощаемый водными организмами, в том числе рыбой.

Первая схема (см. рисунок) используется на зимовальном участке или в бассейнах с увеличенной плотностью посадки рыбы в интенсифицированных хозяйствах. Вторая схема в различных вариантах используется для аэрации в летних нагульных и выростных прудах, которые практически проточные.

Технологическая схема системы аэрации воды в водоподающем канале

Основными элементами системы аэрации воды в водоподающем канале по первой схеме являются: водоподающий канал 1, насосная установка или станция 2, затвор 3 (для обеспечения необходимого уровня воды в канале перед водозабором), напорный трубопровод 4, аэрационная камера 5 с аэраторами 6, пруды (зимовальные участки) 7, сбросной канал 8 с шандорами 9.

Аэраторы размещаются в камере, где температура воздуха в зимнее время автоматически поддерживается в пределах +2…+5єС.

Насосная станция 2 подает воду с необходимым напором к аэраторам 6, проходя внутри аэратора вода захватывает воздух, образуя водовоздушную смесь. Аэрированная вода по водоподающему каналу 1 направляется в зимовальные пруды 7, отработавшая в прудах вода отводится в сбросной канал 8 и сбрасывается в реку.

Во всех случаях захваченный избыточный воздух на выходе из аэратора в виде воздушной эмульсии поднимается к поверхности воды, попутно растворяясь и создавая вертикальные потоки, нарушающие стратификацию воды, то есть дополнительно активно аэрируя толщу воды.

Аэратор А-15 испытывался при различных условиях его использования: когда отражатель-распределитель был опущен на глубину 0,3 м, и когда он с помощью подающей трубы длиной 2 м находился на глубине 2,45 м. При этом замерялись давление на входе в аэратор с помощью манометра и расход воды через аэратор расходомером.

Результаты испытаний показали, что при рабочем напоре воды на входе в аэратор 20…30 м расход аэрируемой воды изменялся в пределах 12…16 л/с, в зависимости от глубины погружения отражателя-распределителя. При этом в наиболее сложных условиях эксплуатации, когда глубина подачи аэрированной воды от поверхности водоема достигала порядка 2,5 м, аэратор обеспечивал достаточно высокий расход воздуха, и при тех же напорах он изменялся от 5,0 до 5,5 л/с, что доказывает его эффективность.

Аэраторы можно использовать как в одиночном исполнении, так и при групповом их соединении, в зависимости от особенностей систем аэрации, объема прудов, плотности посадки рыбы и других факторов.

Количество аэраторов на системе определяется расчетом. Составляется баланс по кислороду в зимовальном пруду, покрытом льдом (расчетный режим), в следующем виде

, (1)

где Q_n - расход подачи аэрированной воды, л/с; Q_с - расход сбросной воды, л/с;

с_n - содержание кислорода в аэрированной воде, мг/л; с_с - содержание кислорода в сбросной воде, мг/л; П - потребление кислорода рыбой, мг/с.

При равенстве значений расхода подачи и сброса имеем

. (2)

Расход аэрированной воды для обмена составит

, (3)

где ; П - потребление кислорода на 1 т рыбы, мг/с; G -плотность посадки рыбы, т/га; F -площадь пруда, га.

По данным источников [1…4] для обеспечения потребности 1 т рыбы необходимо подать в пруд воды 2…3 л/с для водообмена.

Учитываем то обстоятельство, что содержание кислорода можно подсчитать по следующей формуле

, (4)

где Q_n - подача воды в пруд (2..3 л/с); с_n - среднее содержание кислорода в подаваемой воде, мг/л.

Принимая для расчета с _n = 6…8 мг/л, получим, что = 2,4…4,8 мг/с при температуре не менее 5єС. Эти значения можно принять для дальнейших обоснований технологических параметров зимовальных прудов.

Расход аэрированной воды на 1 т посадки рыбы определяется по формуле (3) при G= 1. Рассчитанные значения приведены в таблице.

Полный расход воды определяется через удельный расход по зависимости

, (5)

где - удельный расход воды, л/с.

Расход аэрированной воды на 1 т рыбы

Необходимое количество аэраторов (А) рассчитывается по следующей формуле

, (6)

где Q -требуемый расход аэрированной воды, л/с; q - расход воды аэратором, л/с.

Расход аэратора принимается по данным технической характеристики.

Потребляемая системой аэрации мощность определяется выражением

, (7)

где Q - общий расход аэрированной воды, л/с; Н - напор, развиваемый насосом, м.

Н=Н_r+h_тр+Н_с,

где Н_r - геодезическая высота, м; h_тр - потери напора по длине трубопроводов, м;

Н_с - свободный напор на аэраторе, м; - коэффициент полезного действия насосного агрегата.

Помимо аэраторов, в состав технологического оборудования системы аэрации входят трубопроводы и насосно-силовое оборудование, которые подбираются гидравлическим расчетом.

Эффективность работы аэраторов подтверждается применением их при реконструкции Березняковского рыбоводного завода ТОО «Рыбоводстрой» (Сахалинская область). Система аэрации грунтовой воды при эксплуатации восьми аэраторов А-6 с расходом 6 л/с каждый на этом заводе обеспечивает стопроцентное насыщение воды кислородом (начиная с 74,1%) при давлении на аэраторах, начиная от 10 м и выше /данные А.В. Комарова/.

Предложенные системы аэрации внедрены в технических проектах в рыбхозах «Нара» Наро-Фоминского района и «Осенка» Коломенского района Московской области. Предложения по оснащению системой аэрации рыбоводных прудов переданы в другие регионы Российской Федерации.

Использование аэратора с подачей оборотной воды 6 л/с позволяет повысить норматив посадки на 1 га нагульного пруда в 2 раза, а аэратора с подачей 15 л/с - в 3 раза, то есть в конце сезона получить, соответственно, товарной рыбы 45 ц/га или 68 ц/га, что превысит среднюю продуктивность в 3-3,5 раза.

Помимо стационарных установок, оснащенных специальными аэраторами, в практике пользуются различными простейшими средствами, в том числе и дождевальными аппаратами, разбрызгивающими воду по поверхности пруда.

Передвижная сборно-разборная установка для аэрации рыбоводных прудов представляет собой сборный трубопровод из труб диаметром 70 или 100 мм, расположенный вдоль двух противоположных сторон пруда. На трубопроводе устанавливают стояки высотой 1,2 м через 5 м друг от друга, на которых монтируются дождевальные аппараты от ДМ «Фрегат» второй или третьей серии. Общее количество аппаратов 16 штук - по 8 штук с каждой стороны. Каждый аппарат обеспечивает расход 0,56…0,6 л/с. Аппараты не вращаются и разбрызгивают воду по поверхности пруда. Радиус их действия 15…17 м, ширина факела 3…3,2 м. Суммарный расход установки - 13 л/с. Необходимый напор вначале системы 26…30 м.

Подача воды в систему производится центробежным насосом с электродвигателем. Вместе с водными каплями в пруд попадает воздух, который обогащает воду кислородом.

Гидравлическим расчетом подбираются трубы, насос, соответствующая гидротехническая арматура.

Система легко может быть собрана в любом рыбоводческом хозяйстве. Она достаточно простая, но эффективность ее несколько ниже рассмотренной выше схемы.

Разработанные технические средства, по нашему мнению, могут успешно применяться и для аэрирования различной водной среды промышленного и хозяйственного назначения при соответствующем обосновании технологии их использования.

аэратор вода канал технологический

Библиографический список

1. Гриневский Э.В., Каспин Б.А., Керштейн А.М. Проектирование рыбоводных предприятий. //Справочник. М.: Агропромиздат, 1990.

2. Рыбоводно-биологические нормы для эксплуатации прудовых хозяйств. ВНПО по рыболовству. М.: ВНИИПРХ, 1985.

3. Инструкция по зимовке рыбопосадочного материала в прудах. М.: Минрыбхоз, ВНПО по рыболовству, 1984.

4. Акимов В.А., Гуренко В.С., Савченко Ю.Н. Технические средства аэрации рыбоводных прудов. М.: Агропромиздат, 1990.

Размещено на Allbest.ru