аэрация вод. 1. Аэрация воды Аэрация воды

• Название: 1. Аэрация воды Аэрация воды
• Дата: 08.05.2023
• Размер: 0.49 Mb.
• Имя файла: аэрация вод.docx
• Тип: Документы; #1114811

План:

1. Аэрация воды;

2. Качество воды;

3. Мэтоды аэрации;

4. Естественная аэрация;

5. Поверхностная аэрация;

6. Подземная аэрация;

7. Дестрафикация озера

8. Кислородные баржы;

9. Аэрация для очистки воды.

1. Аэрация воды
Аэрация воды - это процесс увеличения или поддержания насыщенности воды кислородом как в естественных, так и в искусственных средах. Методы аэрации обычно используются в управлении прудами и водохранилищами для устранения низкого уровня кислорода или цветения водорослей.



2. Качество воды

Аэрация воды часто требуется в водоемах, которые страдают от гипоксических или бескислородных условий, часто вызванных деятельностью человека выше по течению, такой как сбросы сточных вод, сельскохозяйственные стоки или чрезмерное количество наживки в рыбацком озере. Аэрация может быть достигнута путем нагнетания воздуха на дно озера, лагуны или пруда или путем перемешивания поверхности с помощью фонтана или распылительного устройства, чтобы обеспечить кислородный обмен на поверхности и выделение газов, таких как углекислый газ, метан или сероводород.

Снижение уровня растворенного кислорода (DO) является основной причиной плохого качества воды. Кислород необходим не только рыбам и большинству других водных животных, аэробные бактерии помогают разлагать органическое вещество. Когда концентрация кислорода становится низкой, могут развиться бескислородные условия, которые могут снизить способность водоема поддерживать жизнь.

3. Мэтоды аэрации

Любая процедура, посредством которой в воду добавляется кислород, может рассматриваться как разновидность аэрации воды. Существует много способов аэрации воды, но все они подразделяются на две большие области – поверхностную аэрацию и подповерхностную аэрацию. Для обоих подходов доступны различные методы и технологии.

4. Естественная аэрация

Естественная аэрация - это разновидность как подповерхностной, так и поверхностной аэрации. Это может происходить за счет подземных водных растений. Посредством естественного процесса фотосинтеза водные растения выделяют кислород в воду, обеспечивая ее кислородом, необходимым для жизни рыб, и аэробными бактериями для расщепления избыточных питательных веществ.

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

В крупных водоемах с умеренным климатом осенний переворот может привести к попаданию богатой кислородом воды в гиполимнион с низким содержанием кислорода.

5. Поверхностная аэрация

Низкоскоростной поверхностный аэратор

Низкоскоростной поверхностный аэратор - это устройство для биологической аэрации с высокой эффективностью. Эти устройства часто изготавливаются из стали, защищенной эпоксидным покрытием, и генерируют высокий крутящий момент. Смешивание объема воды является превосходным. Общая мощность составляет от 1 до 250 кВт на единицу с КПД (SOE) около 2 кгО2 / кВт. Низкоскоростные аэраторы используются в основном для аэрации биологических растений для очистки воды. Чем больше диаметр, тем выше SOE и перемешивание.

Фонтаны

Фонтан состоит из двигателя, который приводит во вращение крыльчатку. Рабочее колесо откачивает воду с первых нескольких футов слоя воды и выбрасывает ее в воздух. В этом процессе используется контакт воздух-вода для переноса кислорода. Когда вода поднимается в воздух, она распадается на мелкие капли. В совокупности эти маленькие капельки имеют большую площадь поверхности, через которую может переноситься кислород. По возвращении эти капли смешиваются с остальной водой и таким образом переносят содержащийся в них кислород обратно в экосистему.

Фонтаны являются популярным методом поверхностных аэраторов из-за эстетичного внешнего вида, который они обеспечивают. Однако большинство фонтанов не способны производить большое количество насыщенной кислородом воды. Кроме того, подача электричества через воду к фонтану может представлять угрозу безопасности.

Аэраторы с плавающей поверхностью

Аэраторы с плавающей поверхностью работают аналогично фонтанам, но они не имеют такого эстетичного внешнего вида. Они извлекают воду из первых 1-2 футов водоема и используют воздушно-водяной контакт для переноса кислорода. Вместо того, чтобы выталкивать воду в воздух, они разрушают воду на поверхности воды. Плавучие поверхностные аэраторы также питаются от береговой электроэнергии. Поверхностные аэраторы ограничены небольшой площадью, поскольку они не способны обеспечить циркуляцию или подачу кислорода в радиусе более 3 метров. В этом случае циркуляция и насыщение кислородом ограничивается первой частью водной толщи, часто оставляя нижние участки незатронутыми. Низкоскоростной поверхностный аэратор также может быть установлен на поплавках.

Лопастные аэраторы

Лопастные аэраторы также используют контакт воздуха с водой для переноса кислорода из атмосферного воздуха в водоем. Чаще всего они используются в аквакультуре (разведение водных животных или выращивание водных растений для употребления в пищу). Эти аэраторы, состоящие из ступицы с прикрепленными лопастями, обычно приводятся в действие системой отбора мощности трактора (ВОМ), газовым двигателем или электродвигателем. Как правило, они устанавливаются на поплавках. Электричество заставляет лопасти вращаться, взбивая воду и обеспечивая перенос кислорода при контакте воздух-вода. При взбивании каждой новой порции воды она поглощает кислород из воздуха, а затем, по возвращении в воду, восстанавливает его в воде. В этом отношении аэрация с лопастным колесом работает очень похоже на аэраторы с плавающей поверхностью.

6. Подземная аэрация

Подземная аэрация направлена на высвобождение пузырьков на дне водоема и позволяет им подниматься за счет силы плавучести. Системы диффузионной аэрации используют пузырьки для аэрации, а также для перемешивания воды. Вытеснение воды в результате выброса пузырьков вызовет перемешивание, а контакт между водой и пузырьком приведет к переносу кислорода.

Струйная аэрация

Подповерхностная аэрация может быть выполнена с помощью струйных аэраторов, которые отсасывают воздух по принципу Вентури и впрыскивают воздух в жидкость.

Крупнопузырчатая аэрация

Крупнопузырчатая аэрация - это тип подповерхностной аэрации, при котором воздух откачивается из берегового воздушного компрессора. Через шланг к устройству, расположенному на дне водоема. Установка удаляет крупные пузырьки (диаметром более 2 мм), которые выделяют кислород при контакте с водой, что также способствует перемешиванию слоистых слоев озера. При выпуске больших пузырьков из системы происходит турбулентное перемещение воды, что приводит к перемешиванию воды. По сравнению с другими методами аэрации, крупнопузырчатая аэрация очень неэффективна с точки зрения переноса кислорода. Это происходит из-за большого диаметра и относительно небольшой общей площади поверхности ее пузырьков.

Мелкопузырчатая аэрация

Мелкопузырчатая аэрация является эффективным способом переноса кислорода в водоем. Компрессор на берегу прокачивает воздух через шланг, который подсоединен к подводной аэрационной установке. К устройству присоединено несколько диффузоров. Эти диффузоры имеют форму дисков, пластин, трубок или шлангов, изготовленных из стеклокерамического кремнезема, пористого керамического пластика, ПВХ или перфорированных мембран, изготовленных из EPDM (этилен-пропилендиеновый мономер) каучука. Воздух, прокачиваемый через мембраны диффузора, попадает в воду. Эти пузырьки известны как мелкие пузырьки. EPA определяет мелкий пузырь как что-либо меньшее, чем 2 мм в диаметре. Этот тип аэрации имеет очень высокую эффективность переноса кислорода (OTE), иногда достигающую 15 фунтов кислорода / (лошадиная сила * час) (9,1 кг кислорода / (киловатт * час)). В среднем аэрация рассеянным воздухом рассеивает приблизительно 2-4 cfm (кубических фута воздуха в минуту) (56,6-113,3 литра воздуха в минуту), но некоторые работают на уровнях до 1 cfm (28,3 л / мин) или до 10 cfm (283 л /мин).

Мелкопузырчатая диффузионная аэрация способна максимально увеличить площадь поверхности пузырьков и, таким образом, передать воде больше кислорода на пузырь. Кроме того, пузырькам меньшего размера требуется больше времени, чтобы достичь поверхности, поэтому увеличивается не только площадь поверхности, но и время, которое каждый пузырь проводит в воде, что дает ему больше возможностей для переноса кислорода в воду. Как правило, меньшие пузырьки и более глубокое место выпуска обеспечивают большую скорость переноса кислорода.

Одним из недостатков мелкопузырчатой аэрации является то, что мембраны керамических диффузоров иногда могут засоряться, и их необходимо очищать, чтобы поддерживать их работу с оптимальной эффективностью. Кроме того, они не обладают способностью к перемешиванию, а также другими методами аэрации, такими как крупнопузырчатая аэрация.

7. Дестратификация озера

Циркуляционные насосы обычно используются для перемешивания пруда или озера и, таким образом, уменьшения тепловой стратификации. Как только циркулирующая вода достигает поверхности, граница раздела воздух-вода облегчает перенос кислорода в озерную воду.

Управляющие природными ресурсами и окружающей средой долгое время сталкивались с проблемами, вызванными термической стратификацией озер. Вымирание рыбы напрямую связано с температурными градиентами, застоем и ледяным покровом. Чрезмерный рост планктона может ограничить рекреационное использование озер и коммерческое использование озерной воды. Сильная термическая стратификация в озере также может отрицательно сказаться на качестве питьевой воды. Для руководителей рыболовных хозяйств пространственное распределение рыбы в озере часто подвергается негативному влиянию термической стратификации и в некоторых случаях может косвенно вызывать массовую гибель рыбы, важной для отдыха.

Одним из часто используемых средств снижения остроты этих проблем управления озерами является устранение или уменьшение термической стратификации посредством аэрации. Многие типы аэрационного оборудования использовались для уменьшения или устранения термической стратификации. Аэрация достигла определенного успеха, хотя редко оказывалась панацеей.

8. Кислородные баржи

Во время сильных дождей лондонские канализационные ливневые трубы сливаются в реку Темзу, вызывая резкое падение уровня растворенного кислорода и угрожая видам, которые она поддерживает. Два специализированных судна McTay Marine, кислородные баржи Thames Bubbler и Thames Vitality, используются для пополнения запасов кислорода в реке в рамках продолжающейся борьбы за очистку реки, в которой в настоящее время обитает 115 видов рыб и еще сотни беспозвоночных, растений и птиц.

Концентрация растворенного кислорода в пределах Кардиффского залива поддерживается на уровне не менее 5 мг/л. Сжатый воздух подается с пяти площадок вокруг залива по ряду трубопроводов из армированной сталью резины, проложенных по дну залива 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 жидким кислородом, хранящимся в резервуаре. Жидкий кислород пропускают через испаритель с электрическим подогревом, и газ впрыскивается в поток воды, который откачивается из залива и возвращается в него. Баржа способна растворять до 5 тонн кислорода за 24 часа.

Аналогичные варианты были предложены для содействия восстановлению Чесапикского залива, где основной проблемой является нехватка питающих фильтр организмов, таких как устрицы, ответственных за поддержание чистоты воды. Исторически популяция устриц в заливе исчислялась десятками миллиардов, и они распространили весь объем устриц в заливе за считанные дни. Из-за загрязнения, болезней и чрезмерного сбора урожая их численность составляет лишь малую часть от их исторического уровня. Вода, которая когда-то была прозрачной на несколько метров, теперь настолько мутная и покрыта отложениями, что болотник может потерять из виду свои ноги еще до того, как промокнут колени. Кислород обычно поступает из затопленной водной растительности посредством фотосинтеза, но загрязнение и отложения сократили популяцию растений, что привело к снижению уровня растворенного кислорода, что делает районы залива непригодными для аэробной водной жизни. В симбиотических отношениях растения обеспечивают кислород, необходимый для размножения подводных организмов, в обмен на это фильтрующие устройства поддерживают воду чистой и, следовательно, достаточно прозрачной, чтобы растения имели достаточный доступ к солнечному свету. Исследователи предложили насыщение кислородом с помощью искусственных средств в качестве решения, помогающего улучшить качество воды. Аэрация водоемов с гипоксией кажется привлекательным решением, и оно много раз успешно применялось на пресноводных прудах и небольших озерах. Однако никто не предпринимал проекта аэрации такого масштаба, как эстуарий.

9. Аэрация для очистки воды

Во многих процессах очистки воды используются различные формы аэрации для поддержки биологических окислительных процессов. Типичным примером является активный ил, в котором может использоваться мелкопузырчатая или крупнозернистая аэрация или механические аэрационные конусы, которые забирают смешанный раствор из основания очистного резервуара и выбрасывают его через воздух, где кислород попадает в раствор.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. 
   Кук, Г. Деннис; Уэлч, Юджин Б.; Петерсон, Спенсер; Николс, Стэнли А., ред. (2005). Восстановление озер и водохранилищ и управление ими.
   
2. 
   Лакей, Роберт Т. (1972). "Метод устранения термической стратификации в озерах". Журнал Американской ассоциации водных ресурсов.
   
3. 
   Витготт, Джей и Бреннан, Скотт (2005) Окружающая среда: Наука, стоящая за историями.
   
4. 
   Такер, Крейг (сентябрь 2005). "Аэрация пруда". Южный региональный центр аквакультуры.
   
5. 
   Боллес, Стивен А., ,"Моделирование систем аэрации сточных вод для обнаружения возможностей энергосбережения".
   
6. 
   "Аэрация и циркуляция озера". Агентство по охране окружающей среды Иллинойса.
   
7. 
   "Информационный бюллетень по технологии очистки сточных вод: мелкопузырчатая аэрация". 
   
8. 
   Тапархуди, Вара (2002). "Применение лопастных колесных аэраторов и системы рассеянного воздуха в системе креветочной фермы замкнутого цикла" .