Аэрация воды - Википедия - Water aeration

Смотрите также: Газированная вода

Фонтаны аэрируют воду, распыляя ее в воздух.

Аэрация воды это процесс увеличения или поддержания насыщение кислородом воды 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

Аэрация воды часто требуется в водоемах, страдающих от гипоксический или бескислородные условия, часто вызванные деятельностью человека выше по течению, такой как сброс сточных вод, сельскохозяйственные стоки или чрезмерный вылов рыбы в озере. Аэрации можно добиться за счет вливания воздуха в нижнюю часть озеро, лагуна или же пруд или путем перемешивания поверхности из фонтана или подобного спрею устройства, чтобы обеспечить кислородный обмен на поверхности и высвобождение газов, таких как углекислый газ, метан или же сероводород.[2]

Снижение уровня растворенный кислород (DO) является основным фактором низкого качества воды. В кислороде нуждаются не только рыбы и большинство других водных животных, аэробные бактерии помогают разложить органические вещества. Когда концентрация кислорода становится низкой, могут развиваться аноксические условия, которые могут снизить способность водоема поддерживать жизнь.

Методы аэрации

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 подповерхностная аэрация. Для обоих подходов доступны различные методы и технологии.

Естественная аэрация

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 входящим потоком. транслировать, водопад, или даже сильный наводнение.

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

Поверхностная аэрация

Низкоскоростной поверхностный аэратор

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

Фонтан состоит из двигателя, который приводит в действие вращающийся крыльчатка. Крыльчатка качает воду с первых нескольких футов воды и выбрасывает ее в воздух.[4] В этом процессе для переноса кислорода используется контакт воздух-вода. Когда вода поднимается в воздух, она разбивается на мелкие капли. В совокупности эти маленькие капельки имеют большой площадь поверхности через который 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

Типичный механический поверхностный аэратор в действии. Для этого типа машин часто бывает трудно аэрировать всю толщу воды.
Один-Лошадиные силы лопаточный аэратор. Брызги могут увеличить испарение скорость воды и, следовательно, увеличение солености 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 крыльчаткой

В аэраторах с крыльчатым колесом также используется контакт воздух-вода для переноса кислорода из воздуха в атмосферу в водоем. Чаще всего они используются в аквакультура (выращивание водных животных или выращивание водных растений в пищу) поле. Эти аэраторы, состоящие из ступицы с прикрепленными к ней лопастями, обычно приводятся в действие от коробки отбора мощности трактора (ВОМ ), а Газовый двигатель, или электрический двигатель. Их обычно устанавливают на поплавки. Электричество заставляет лопасти вращаться, взбивая воду и обеспечивая перенос кислорода через контакт воздуха и воды.[4] При взбалтывании каждой новой части воды он поглощает кислород из воздуха, а затем, возвращаясь в воду, возвращает его в воду. В этом отношении аэрация с лопастным колесом очень похожа на аэраторы с плавающей поверхностью.

Подземная аэрация

Подземная аэрация направлена ​​на выпуск пузырьков на дне водоема и их подъем за счет плавучести. Системы диффузной аэрации использовать пузыри 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

Подземная аэрация может осуществляться с помощью струйные аэраторы, которые всасывают воздух с помощью Вентури принцип, и введите воздух в жидкость.

Крупнопузырчатая аэрация

Крупнопузырьковая аэрация - это тип подповерхностной аэрации, при которой воздух перекачивается из берегового воздушный компрессор.[6] через шланг к установке, находящейся на дне водоема. Блок изгоняет крупные пузыри (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

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 материала. керамика пластиковые, ПВХ или перфорированные мембраны из EPDM (этиленпропилендиеновый мономер) каучук.[4] Воздух, прошедший через мембраны диффузора, попадает в воду. Эти пузыри известны как мелкие пузыри. В EPA под мелким пузырем понимается что-либо диаметром менее 2 мм.[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 диффузная аэрация воздуха распространяется примерно на 2–4 CFM (кубических футов воздуха в минуту) (56,6–113,3 литров воздуха в минуту), но некоторые работают на уровнях от 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

(Смотрите также Дестратификация озера )

Циркуляторы обычно используются для смешивания пруд или же озеро и таким образом уменьшить тепловую стратификация. Когда циркулирующая вода достигает поверхности, граница раздела воздух-вода способствует переносу кислорода в воду озера.

Природное ископаемое а экологические менеджеры 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] При сильной термической стратификации в озере качество питьевая вода также может пострадать.[12][13] Для менеджеров рыболовства пространственное распределение рыбы в 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] Для уменьшения или устранения термического расслоения использовалось много типов оборудования для аэрации. Аэрация имела определенный успех, хотя редко оказывалась панацеей.[9]

Баржи оксигенации

Во время сильного дождя канализационные трубы Лондона перетекают в река Темза, отправка распущена кислород уровни резко падают и угрожают видам, которые он поддерживает.[14] Два посвященных McTay Marine суда, кислородные баржи Thames Bubbler и Темза жизнеспособность используются для пополнения уровня кислорода в рамках продолжающейся борьбы за очистку реки, в которой сейчас обитает 115 видов рыб и сотни других беспозвоночных, растений и птиц.[14]

Концентрация растворенного кислорода в Кардифф Бэй поддерживаются на уровне или выше 5 мг / л. 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 кислородную баржу, построенную McTay Marine с жидкий кислород хранится в баке. Жидкий кислород пропускается через испаритель с электрическим подогревом, и газ вводится 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 Chesapeake залив где основной проблемой является отсутствие организмов, питающихся фильтрами, таких как устрицы отвечает 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 поставляется компанией «Затопленная водная растительность» (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 симбиотические отношения 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 гипоксический водные объекты кажутся привлекательным решением, и оно многократно успешно применялось на пресноводных прудах и небольших озерах. Однако никто не предпринимал таких масштабных проектов по аэрации, как устье.[16]

Аэрация водоподготовки

Много очистка воды В процессах используются различные формы аэрации для поддержки биологических окислительных процессов. Типичный пример: активный ил которые могут использовать мелкопузырьковую или крупнопузырчатую аэрацию или механические аэрационные конусы, которые втягивают смешанный щелок из основания резервуара для обработки и выбрасывают его через воздух, где в щелок уносится кислород.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Кук, Дж. 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. ^ а б c Лаки, Роберт Т. (1972). «Методика устранения термического расслоения в озерах». Журнал Американской ассоциации водных ресурсов. 8 (1): 46–49. Bibcode:1972 JAWRA ... 8 ... 46 л. Дои:10.1111 / j.1752-1688.1972.tb05092.x.
  3. ^ Уитготт, Джей и Бреннан, Скотт (2005) Окружающая среда: наука, лежащая в основе историй, Бенджамин Каммингс, Сан-Франциско, Калифорния, стр. 426, г. ISBN  0-8053-4427-6.
  4. ^ а б c d е ж грамм Такер, Крейг (сентябрь 2005 г.). «Аэрация пруда». Южный региональный центр аквакультуры. Публикация SRAC № 3700. Архивировано из оригинал 17 июля 2011 г.
  5. ^ а б c Боллс, Стивен А. «Моделирование систем аэрации сточных вод для открытия возможностей экономии энергии». ООО «Процесс Энерджи Сервисез».
  6. ^ «Аэрация и циркуляция озера» (PDF). Агентство по охране окружающей среды штата Иллинойс. Получено 13 сентября 2009.
  7. ^ а б «Информационный бюллетень по технологии очистки сточных вод: тонкая пузырьковая аэрация» (PDF). Вашингтон, округ Колумбия: Управление по охране окружающей среды США, Управление водных ресурсов. Сентябрь 1999 г. EPA 832-F-99-065. Архивировано из оригинал (PDF) 13 мая 2011 г.
  8. ^ Тапархуди, Вара (2002). «Применение аэраторов с лопастными колесами и системы рассеивания воздуха в системе замкнутого цикла креветочных ферм» (PDF). Виттхаясан Касетсарт (Саха Виттхаясат). 36: 408–419. Получено 26 апреля 2020.
  9. ^ а б Лаки, 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. Дои:10.1111 / j.1752-1688.1972.tb05181.x.
  10. ^ а б Lackey, Роберт Т .; Холмс, Дональд В. (1972). «Оценка двух методов аэрации для предотвращения Winterkill». Прогрессивный рыбовод. 34 (3): 175. Дои:10.1577 / 1548-8640 (1972) 34 [175: EOTMOA] 2.0.CO; 2.
  11. ^ Лаки, 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. ^ Лаки, Роберт Т. (1973). «Влияние искусственной дестратификации на зоопланктон в озере Парвин, штат Колорадо». Сделки Американского рыболовного общества. 102 (2): 450–452. Дои:10.1577 / 1548-8659 (1973) 102 <450: EOADOZ> 2.0.CO; 2.
  13. ^ Лаки, Роберт Т. (1973). «Изменения донной фауны при дератификации искусственных водоемов». Водные исследования. 7 (9): 1349–1356. Дои:10.1016/0043-1354(73)90011-0.
  14. ^ а б «Сказка о двух реках». Новости BBC. 20 апреля 2001 г.. Получено 13 сентября 2009.
  15. ^ «Растворенный кислород в Кардиффском заливе». Великобритания: Агентство по охране окружающей среды. Архивировано из оригинал 8 июня 2009 г.. Получено 7 октября 2010.
  16. ^ Научно-технический консультативный комитет (STAC) Программы Чесапикского залива. "Могут ли ветряные мельницы спасти залив?" (PDF). .chesapeake.org.