Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
См. Также: Газированная вода

Фонтаны аэрируют воду, распыляя ее в воздух.

Аэрация воды - это процесс увеличения или поддержания насыщения воды кислородом как в естественной, так и в искусственной среде. Методы аэрации обычно используются при управлении прудами, озерами и водохранилищами для борьбы с низким уровнем кислорода или цветением водорослей. [1]

Качество воды [ править ]

Аэрация воды часто требуется в водоемах, которые страдают от гипоксических или аноксических условий, часто вызванных деятельностью человека выше по течению, такой как сброс сточных вод, сельскохозяйственные стоки или чрезмерный наживка в рыболовном озере. Аэрация может быть достигнута за счет вливания воздуха на дно озера , лагуны или пруда или путем перемешивания поверхности из фонтана или подобного спрею устройства, чтобы обеспечить кислородный обмен на поверхности и выброс газов, таких как диоксид углерода , метан. или сероводород . [2]

Пониженный уровень растворенного кислорода (DO) является основным фактором плохого качества воды. Мало того, что рыба и большинство других водных животных нуждаются в кислороде, аэробные бактерии помогают разлагать органические вещества. Когда концентрация кислорода становится низкой, могут развиваться аноксические условия, которые могут снизить способность водоема поддерживать жизнь.

Методы аэрации [ править ]

Любую процедуру добавления кислорода в воду можно рассматривать как разновидность аэрации воды. Есть много способов аэрации воды, но все они делятся на две основные области - поверхностная аэрация и подземная аэрация . Для обоих подходов доступны различные методы и технологии.

Естественная аэрация [ править ]

Естественная аэрация - это тип как подповерхностной, так и поверхностной аэрации. Это может происходить через подземные водные растения. В ходе естественного процесса фотосинтеза водные растения выделяют в воду кислород, обеспечивая ее кислородом, необходимым для жизни рыб, и аэробными бактериями для расщепления излишков питательных веществ. [3]

Кислород может попадать в воду, когда ветер волнует поверхность водоема, и естественная аэрация может происходить за счет движения воды, вызванного набегающим потоком , водопадом или даже сильным наводнением .

В крупных водоемах в умеренном климате осенний оборот может привести к попаданию богатой кислородом воды в бедный кислородом гиполимнион .

Поверхностная аэрация [ править ]

Низкоскоростной поверхностный аэратор [ править ]

Низкоскоростной поверхностный аэратор - это устройство для аэрации биологии с высокой эффективностью. Эти устройства часто из стали, защищены эпоксидным покрытием и создают высокий крутящий момент. Смешивание объема воды отличное. Общая мощность варьируется от 1 до 250 кВт на единицу с КПД (SOE) около 2 кгO2 / кВт. Низкоскоростные аэраторы используются в основном для аэрации биологических растений для очистки воды. Чем больше диаметр, тем выше СОЭ и перемешивание.

Фонтаны [ править ]

Фонтан состоит из двигателя, который приводит в действие вращающуюся крыльчатку . Крыльчатка качает воду с первых нескольких футов воды и выбрасывает ее в воздух. [4] В этом процессе для переноса кислорода используется контакт воздуха и воды. Когда вода поднимается в воздух, она разбивается на мелкие капли. Вместе эти маленькие капельки имеют большую площадь поверхности, через которую может переноситься кислород. По возвращении эти капли смешиваются с остальной водой и, таким образом, переносят свой кислород обратно в экосистему.

Фонтаны - это популярный метод аэрации поверхностей из-за эстетичного внешнего вида, который они предлагают. Однако большинство фонтанов не способны производить большую площадь насыщенной кислородом воды. [4] Кроме того, подача электричества через воду к фонтану может быть опасной.

Аэраторы с плавающей поверхностью [ править ]

Типичный механический поверхностный аэратор в действии. Для этого типа машин часто бывает трудно аэрировать всю толщу воды.
Однодневные лошадиных сил колесико аэратор. Брызги могут увеличить скорость испарения воды и, таким образом, увеличить соленость водоема.

Аэраторы с плавающей поверхностью работают аналогично фонтанам, но не обладают таким же эстетическим видом. Они извлекают воду из первых 1–2 футов водоема и используют контакт воздух-вода для переноса кислорода. Вместо того, чтобы поднимать воду в воздух, они разрушают воду на поверхности воды. Плавучие аэраторы также работают от берегового электричества. [4] Поверхностные аэраторы ограничены небольшой площадью, поскольку они не могут добавить циркуляцию или кислород в радиусе намного больше 3 метров. Эта циркуляция и насыщение кислородом затем ограничиваются первой частью водяного столба, часто оставляя нижние части нетронутыми. Низкоскоростной поверхностный аэратор также может быть установлен на поплавках.

Аэраторы с крыльчатыми колесами [ править ]

В аэраторах с крыльчатым колесом также используется контакт воздух-вода для переноса кислорода из воздуха в атмосфере в водоем. Чаще всего они используются в аквакультуре (выращивание водных животных или выращивание водных растений для производства пищи). Эти аэраторы, состоящие из ступицы с прикрепленными лопастями, обычно приводятся в действие коробкой отбора мощности трактора ( ВОМ ), газовым двигателем или электродвигателем . Их обычно устанавливают на поплавках . Электричество заставляет лопасти вращаться, взбивая воду и обеспечивая перенос кислорода через контакт воздух-вода. [4]При взбалтывании каждой новой части воды она поглощает кислород из воздуха, а затем, возвращаясь в воду, восстанавливает его в воде. В этом отношении аэрация с лопастным колесом очень похожа на аэраторы с плавающей поверхностью.

Подземная аэрация [ править ]

Подземная аэрация направлена ​​на выпуск пузырьков на дне водоема и их подъем за счет плавучести. Системы диффузной аэрации используют пузырьки для аэрации, а также для перемешивания воды. Вытеснение воды из-за вытеснения пузырьков вызовет действие перемешивания, а контакт между водой и пузырьком приведет к переносу кислорода. [5]

Струйная аэрация [ править ]

Подземная аэрация может быть достигнута с помощью струйных аэраторов , которые аспирируют воздух по принципу Вентури и впрыскивают воздух в жидкость.

Грубая пузырьковая аэрация [ править ]

Грубопузырьковая аэрация - это тип подповерхностной аэрации, при которой воздух нагнетается береговым воздушным компрессором . [6] через шланг к устройству, расположенному на дне водоема. Устройство выталкивает крупные пузырьки (диаметром более 2 мм) [7], которые выделяют кислород при контакте с водой, что также способствует перемешиванию стратифицированных слоев озера. При выпуске больших пузырьков из системы происходит турбулентное вытеснение воды, которое приводит к перемешиванию воды. [5]По сравнению с другими методами аэрации, грубопузырьковая аэрация очень неэффективна с точки зрения переноса кислорода. Это связано с большим диаметром и относительно небольшой общей площадью поверхности пузырьков. [5]

Тонкая пузырьковая аэрация [ править ]

Тонкая пузырьковая аэрация - эффективный метод аэрации с точки зрения переноса кислорода из-за большой общей площади поверхности пузырьков.

Мелкопузырчатая аэрация - эффективный способ переноса кислорода в водоем. Компрессор на берегу перекачивает воздух по шлангу, который подсоединен к подводной аэрационной установке. К агрегату прикреплен ряд диффузоров. Эти диффузоры имеют форму дисков, пластин, трубок или шлангов, изготовленных из кварцевого стекла, пористого керамического пластика, ПВХ или перфорированных мембран из каучука EPDM (этиленпропилендиеновый мономер) . [4] Воздух, прошедший через мембраны диффузора, попадает в воду. Эти пузыри известны как мелкие пузыри . ЕРА определяет мелкопузырьковый как что - либо меньше , чем на 2 мм в диаметре. [7]Этот тип аэрации имеет очень высокую эффективность переноса кислорода (OTE), иногда до 15 фунтов кислорода / (лошадиная сила * час) (9,1 килограмма кислорода / (киловатт * час)). [4] В среднем, диффузных аэрационных диффундирует воздуха примерно 2-4 кубических футов в минуту (кубических футов воздуха в минуту) (56.6-113.3 литров воздуха в минуту), но некоторые действуют на уровнях столь же низко как 1 кубических футов в минуту (28,3 л / мин) или до 10 кубических футов в минуту (283 л / мин).

Мелкопузырьковая диффузионная аэрация способна максимально увеличить площадь поверхности пузырьков и, таким образом, передать больше кислорода воде на один пузырь. Кроме того, меньшим пузырькам требуется больше времени, чтобы достичь поверхности, поэтому увеличивается не только площадь поверхности, но и время, которое каждый пузырь проводит в воде, что дает больше возможностей для переноса кислорода в воду. Как правило, пузырьки меньшего размера и более глубокая точка выделения создают большую скорость переноса кислорода. [8]

Одним из недостатков мелкопузырчатой ​​аэрации является то, что мембраны керамических диффузоров иногда могут забиваться и их необходимо очищать, чтобы поддерживать их работу с оптимальной эффективностью. Кроме того, они не обладают способностью перемешивания, а также другими методами аэрации, такими как грубопузырьковая аэрация. [4]

Дестратификация озера [ править ]

( См. Также Де-стратификация озера )

Циркуляторы обычно используются для перемешивания пруда или озера и, таким образом, уменьшения термической стратификации . Как только циркулирующая вода достигает поверхности, граница раздела воздух-вода способствует переносу кислорода в воду озера.

Управляющие природными ресурсами и окружающей средой уже давно сталкиваются с проблемами, вызванными термической стратификацией озер. [2] [9] Вымирание рыбы напрямую связано с температурными градиентами, застоем и ледяным покровом. [10] Чрезмерный рост планктона может ограничить рекреационное использование озер и коммерческое использование озерной воды. [11] Сильная термальная стратификация в озере также может отрицательно сказаться на качестве питьевой воды . [12] [13] Для менеджеров рыболовства: пространственное распределение рыбыв пределах озера часто неблагоприятно влияет термическая стратификация и в некоторых случаях может косвенно вызывать значительную гибель рыбы, важной для рекреации. [10]

Одним из часто используемых инструментов для снижения серьезности этих проблем управления озерами является устранение или уменьшение термической стратификации посредством аэрации. [2] Многие типы аэрационного оборудования используются для уменьшения или устранения термического расслоения. Аэрация имела определенный успех, хотя редко оказывалась панацеей. [9]

Баржи оксигенации [ править ]

Во время сильного дождя канализационные трубы Лондона перетекают в Темзу , в результате чего уровень растворенного кислорода резко падает и угрожает видам, которые он поддерживает. [14] Два специальных судна McTay Marine , кислородные баржи Thames Bubbler и Thames Vitality используются для пополнения уровня кислорода в рамках продолжающейся битвы за очистку реки, которая теперь поддерживает 115 видов рыб и сотни других беспозвоночных, растений и птиц. . [14]

Концентрация растворенного кислорода в Кардиффском заливе поддерживается на уровне 5 мг / л или выше. Сжатый воздух перекачивается с пяти участков вокруг залива через серию армированных сталью резиновых трубопроводов, проложенных по дну заливов и рек Тафф и Эли. Они подключены примерно к 800 диффузорам. Иногда этого недостаточно, и администрация порта использует передвижную баржу для оксигенации, построенную McTay Marine с жидким кислородом, хранящимся в резервуаре. Жидкий кислород пропускается через испаритель с электрическим подогревом, а газ впрыскивается в поток воды, который откачивается из отсека и возвращается в него. Баржа способна растворять до 5 тонн кислорода за 24 часа. [15]

Подобные варианты были предложены, чтобы помочь восстановить Чесапикский залив, где основной проблемой является отсутствие организмов, питающихся фильтрами, таких как устрицы, ответственных за поддержание чистоты воды. Исторически популяция устриц залива составляла десятки миллиардов, и они распространили весь объем за считанные дни. Из-за загрязнения, болезней и чрезмерного промысла их население составляет лишь часть их исторического уровня. Вода, которая когда-то была прозрачной на несколько метров, теперь настолько мутна и покрыта отложениями, что кулики могут потерять из виду свои ступни еще до того, как намокнут колени. Кислород обычно доставляется "подводной водной растительностью" (SAV) через фотосинтез.но загрязнение и отложения также сократили популяцию растений. Это приводит к снижению уровня растворенного кислорода, что делает районы залива непригодными для водной флоры и фауны. В симбиотических отношениях растения обеспечивают кислород, необходимый для размножения подводных организмов, в обмен на фильтрующие устройства поддерживают воду чистой и, таким образом, достаточно прозрачной, чтобы растения имели достаточный доступ к солнечному свету. Исследователи предположили, что оксигенация с помощью искусственных средств поможет улучшить качество воды. Аэрация гипоксических водоемов кажется привлекательным решением, и она неоднократно успешно применялась на пресноводных прудах и небольших озерах. Однако никто не предпринимал таких масштабных проектов по аэрации, как эстуарий . [16]

Аэрация водоподготовки [ править ]

Во многих процессах очистки воды используются различные формы аэрации для поддержки биологических окислительных процессов. Типичным примером является активный ил, который может использовать мелкодисперсную или крупнопузырьковую аэрацию или механические конусы аэрации, которые втягивают смешанный щелок из основания резервуара для обработки и выбрасывают его через воздух, где в щелок уносится кислород.

См. Также [ править ]

  • Аэрированная лагуна
  • Экосистема озера
  • Лимнология

Ссылки [ править ]

  1. ^ Кук, Г. Деннис; Уэлч, Юджин Б .; Петерсон, Спенсер; Николс, Стэнли А., ред. (2005). Восстановление и управление озерами и водохранилищами . Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. п. 616. ISBN 9781566706254.
  2. ^ a b c Лэки, Роберт Т. (1972). «Методика устранения термического расслоения в озерах». Журнал Американской ассоциации водных ресурсов . 8 (1): 46–49. Bibcode : 1972JAWRA ... 8 ... 46L . DOI : 10.1111 / j.1752-1688.1972.tb05092.x .
  3. ^ Уитготт, Джей и Бреннан, Скотт (2005) Окружающая среда: наука за историями , Бенджамин Каммингс, Сан-Франциско, Калифорния, стр. 426, ISBN 0-8053-4427-6 . 
  4. ^ Б с д е е г Tucker, Крэйг (сентябрь 2005). «Аэрация пруда» . Южный региональный центр аквакультуры. Публикация SRAC No. 3700. Архивировано из оригинала 17 июля 2011 года.
  5. ^ a b c Боллс, Стивен А. «Моделирование систем аэрации сточных вод для открытия возможностей экономии энергии». ООО «Процесс Энерджи Сервисез».
  6. ^ "Аэрация озера и циркуляция" (PDF) . Агентство по охране окружающей среды Иллинойса . Проверено 13 сентября 2009 года .
  7. ^ a b «Информационный бюллетень по технологии очистки сточных вод: мелкопузырчатая аэрация» (PDF) . Вашингтон, округ Колумбия: Управление по охране окружающей среды США, Управление водных ресурсов. Сентябрь 1999 г. EPA 832-F-99-065. Архивировано из оригинального (PDF) 13 мая 2011 года.
  8. ^ Taparhudee, Вар (2002). «Применение аэраторов с лопастными колесами и системы рассеивания воздуха в системе замкнутого цикла креветочных ферм» (PDF) . Виттхаясан Касетсарт (Саха Виттхаясат) . 36 : 408–419 . Проверено 26 апреля 2020 .
  9. ^ a b Лэки, Роберт Т. (1972). «Отклик физико-химических параметров на устранение термической стратификации в коллекторе». Журнал Американской ассоциации водных ресурсов . 8 (3): 589–599. Bibcode : 1972JAWRA ... 8..589L . DOI : 10.1111 / j.1752-1688.1972.tb05181.x .
  10. ^ a b Лэки, Роберт Т .; Холмс, Дональд В. (1972). «Оценка двух методов аэрации для предотвращения Winterkill». Прогрессивный рыбовод . 34 (3): 175. DOI : 10,1577 / 1548-8640 (1972) 34 [175: EOTMOA] 2.0.CO; 2 .
  11. ^ Лэки, Роберт Т. (1973). «Влияние дестратификации искусственных водоемов на фитопланктон». Журнал Федерации по контролю за загрязнением воды . 45 (4): 668–673. JSTOR 25037806 . PMID 4697461 .  
  12. ^ Лэки, Роберт Т. (1973). «Влияние искусственной дестратификации на зоопланктон в озере Парвин, штат Колорадо». Сделки Американского рыболовного общества . 102 (2): 450–452. DOI : 10.1577 / 1548-8659 (1973) 102: 450 <EOADOZ> 2.0.CO; 2 .
  13. ^ Лэки, Роберт Т. (1973). «Изменения донной фауны при дератификации искусственных водоемов». Исследования воды . 7 (9): 1349–1356. DOI : 10.1016 / 0043-1354 (73) 90011-0 .
  14. ^ a b «Сказка о двух реках» . BBC News . 20 апреля 2001 . Проверено 13 сентября 2009 года .
  15. ^ «Растворенный кислород в Кардиффском заливе» . Великобритания: Агентство по охране окружающей среды. Архивировано из оригинала 8 июня 2009 года . Проверено 7 октября 2010 года .
  16. ^ Научно-технический консультативный комитет (STAC) Программы Чесапикского залива. "Могут ли ветряные мельницы спасти залив?" (PDF) . .chesapeake.org .