что такое аэрация воды с какой целью ее проводят
Аэрация водоемов: популярные способы и необходимое оборудование
«Если рыба живет в воде, то свежий воздух ей не нужен» – в корне неверное утверждение. Любой живой организм нуждается в кислороде. Чем больше в воде растворенного кислорода, тем лучше себя чувствуют живущие в ней организмы, и, наоборот, недостаток свежего воздуха губителен для обитателей подводного мира.
Настоящая статья посвящена проблемам аэрации небольших водоемов (искусственных и естественных). В ней будут даны ответы на следующие вопросы:
Аэрация водоема: обще понятие
Умиротворенное течение подводной жизни лишь издали напоминает собой безмятежное спокойствие. Существование подводной биосистемы характеризуется целым перечнем стремительных процессов: миллионы химических реакций протекают здесь, обеспечивая развитие и рост живых организмов. Для всех этих процессов необходим кислород, которого, кстати, расходуется намного больше, чем всех остальных химических элементов, вместе взятых. И чтобы водоем не испытывал недостатка в кислороде, его запасы необходимо активно восполнять.
По-сути, аэрация – это растворение активных молекул кислорода в толще воды. Аэрация бывает естественной и искусственной.
Естественная аэрация – это продукт непрерывного движения воды в водоеме: вода поднимается на поверхность, вступает в контакт с воздухом и насыщается кислородом. Кстати, в этот момент происходят и другие обменные процессы: жидкость избавляется от метана и сероводорода, отдавая вредные соединения окружающему воздуху.
Естественная аэрация восполняет потери кислорода до тех пор, пока водоем не покроется первыми корками льда. Затем ее эффективность падает практически до нуля. Вывод: искусственная аэрация особенно актуальна в зимний период. Именно поэтому владельцы искусственных водоемов стремятся применить свою хозяйственную смекалку с расчетом на зимнюю стужу. Средства и оборудование для аэрации воды, как правило, приобретаются заранее – то есть летом.
Искусственная аэрация может быть как химической, так и механической. Оба этих метода по-своему эффективны, а вот какой из них целесообразнее всего применять на практике (особенно – в условиях небольшого искусственного водоема) – это зависит от ваших возможностей и потребностей. Рассмотрим особенности каждого способа более подробно.
Химическая аэрация
Химическая аэрация основана на внесении в водоем особых реагентов, которые при взаимодействии с водой выделяют молекулы кислорода. В настоящее время широкое распространение получили такие соединения как перекись водорода (Н2О2), переоксид кальция (СаО2) и перманганат калия (KMnO4, который еще называют марганцовкой).
Перечисленные вещества требуют осторожного применения и грамотной дозировки. Каждый такой реагент стоит денег, поэтому целесообразность химической аэрации должна иметь еще и экономическое обоснование.
Я все время двигал воду ветряками. А в этом году так сложилось, что из-за недостатка кислорода рыба 4 раза к лункам поднималась за полтора месяца. Вывод: «скорую помощь» (реагенты) надо всегда иметь наготове, чтобы в случае чего рыбам помочь.
Теперь давайте попробуем разобраться в том, какой реагент следует использовать, чтобы не принести вреда живущим в воде организмам. По мнению наших пользователей настороженно следует относиться к таким химическим соединениям, как перманганат калия. Во-первых, в наши дни его не так уж и просто приобрести (даже в аптеках он продается по рецептам), во-вторых, есть мнение, что его внесение отрицательно сказывается на здоровье некоторых обитателей водоема (например, марганцовка считается опасной для раков).
Неплохим средством для аэрации нижних слоев водоема считается переоксид кальция. Выпадая на дно водоема, СаО2 генерирует кислород постепенно, тем самым улучшая кислородный режим на глубине.
Вот, что вычитал в книге Герасимова Ю. Л.: из каждых 4,5 кг окиси выделяется 1 кг кислорода и 4,6 кг Са(ОН)2.
Продукт распада переоксида кальция, Са(ОН)2 – это гашеная известь, химическое соединение, с которым работает большинство рыбоводческих хозяйств. Оно вносится в водоем с целью профилактики различных инфекционных заболеваний. Также с его помощью регулируют кислотность водоема и осуществляют минерализацию органики. Следовательно, известкование для обитателей водоема не только безвредно, а даже очень полезно (в разумных количествах, естественно).
Самым безопасным средством для насыщения воды кислородом, по мнению пользователей нашего портала, считается перекись водорода. Это соединение полностью растворяется в воде, а при его разложении не образуется никаких побочных соединений – только кислород и вода.
Я использую пергидроль – концентрированный раствор пероксида (перекиси) водорода. Приобретаю пергидроль в концентрации – 34 % или 37 % (без разницы). В одной канистре, как правило, содержится 32 или 34 кг. Лью в воду в следующем соотношении: на 1 тонну воды (или на 1000 литров) я добавляю 700 грамм пергидроля. Сколько действует пергидроль в водоеме? Это зависит от климатических условий и от состава воды.
Химическая аэрация – это хорошо, но, как гласит народная мудрость: «Движение – это жизнь»! Следовательно, чтобы вода оставалась «живой», ее необходимо перемешивать даже в зимний период.
Как ни крути, а воду двигать надо. Даже незначительный, но постоянный круговорот воды в пруду (в зимний период, хотя бы) позволил бы многим рыбоводам не прибегать к этим «спасительным» канистрам и баллонам.
Механическая аэрация водоема
Итак, мы плавно подошли к необходимости осуществления механической аэрации. «Двигать» воду можно различными приспособлениями: начиная от самодельных ветряков и заканчивая мощными насосами с аэрационными насадками.
Самое простое и быстрое решение – это покупка готового аэратора, функционал и производительность которого будут соответствовать вашим потребностям.
Поставили аэратор от отечественного производителя. Модель в несколько раз дешевле импортных аналогов и имеет ряд преимуществ: есть возможность направлять поток как вглубь, так и параллельно поверхности воды, создавая мощное течение. Принцип работы – инжекционный. Работает очень тихо – только воздух подсвистывает.
Несмотря на простоту решения, приобретение готового аэратора потребует ощутимых финансовых вложений. А для владельцев небольших водоемов – это не всегда оправдано.
Аэратор на основе ветряка
Теперь предлагаем вам рассмотреть более трудоемкое в плане реализации, но менее затратное (в плане финансовых вложений) техническое решение. Основано оно на использовании энергии ветра. Направить ее на аэрацию водоема довольно просто. Обыкновенный ветряк и нехитрый каркас, который будет надежно поддерживать конструкцию в ветреную погоду – вот основные элементы аэратора, которые способны творить чудеса.
В основу аэрационной установки, работающей от энергии ветра, можно заложить самодельный ротор Савониуса. Это самый простой в плане изготовления ветряк, способный совершать полезную работу даже при небольших порывах ветра. Рассмотрим конструкцию такого аэратора на примере, который предложил один из наших пользователей.
Принцип работы подобной установки прост: ветряк вращает вертикальный вал, на котором (под водой) расположен движитель воды. В качестве движителя можно использовать винт с несколькими лопастями.
Для лопастей была использована пластиковая бочка на 200 литров. Движитель воды необходимо делать в виде пропеллера. Это усилит перемешивание воды и сделает ее движение равномерным. У меня в качестве «пропеллера» стоят лопасти автомобильного вентилятора (который для охлаждения радиатора используется). Установив конструкцию, мы были поражены ее энергией: вода буквально бурлила. Приехав через сутки, увидели, что вместо лунки диаметром 40 см под ветряком образовалась полынья величиной 3 метра. Лед на момент установки ветряка был толщиной 42 см. Это все размыло.
Для того чтобы винт не был заблокирован льдом в безветренную погоду, он должен быть расположен на достаточной глубине (ниже промерзания воды). К тому же, сохранить работоспособность устройства при сильных морозах помогает специальный узел, который автор конструкции назвал «антивмерзателем».
Антивмерзатель представляет собой трубу с двумя подшипниками, втулками и манжетами (сальниками), через которую проходит рабочий вал установки.
Аэрация воды
1. Что такое аэрация воды? Принцип действия
Аэрацией называют способ очистки, в процессе которого происходит обогащение воды воздухом (либо чистым кислородом), в результате чего из нее удаляются вредные элементы, такие как сероводород, марганец, железо, органические соединения и другие, и таким образом химический состав воды значительно улучшается. Также аэрация направлена на оптимизацию органолептических свойств воды – вкус, цвет, запах.
Благодаря высокой эффективности и надежности, такой метод получил широкое использование и успешно применяется в разнообразных сферах, например, при водоподготовке, очистке воды из скважин, в рыбном хозяйстве, при создании водохранилищей, для очищения сточных вод.
Процесс аэрации основан на принудительном насыщении воды кислородом либо с помощью распыления воды, либо пропусканием воздуха сквозь воду.
Существует несколько типов аэрации:
Биологическая аэрация является естественным природным процессом и свойственна открытым водным источникам. До 90% кислорода, который присутствует в открытых водоемах создается фитопланктоном, поэтому принцип действия биологической аэрации заключается в стимулировании роста количества планктона, вследствие чего уровень кислорода в воде будет повышаться. Для достижения этого результата применяют разные методы, например, использование минеральных удобрений. Альтернативная мера – запускание в водоем различных рыб, питающихся фитопланктоном, обычно водоем населяют белым амуром или толстолобиком.
При химической аэрации в воду растворяют реагенты, которые в процессе реакции с ней выделяют кислород. В качестве реагентов используют перекись водорода, марганцовокислый калий, перекись кальция и другие. Недостатком химического метода является то, что очень важно соблюдать пропорции реагента и применять разные вещества в зависимости от желаемого результата. Неправильное использование химических элементов и ошибочные дозировки могут приводить к экологическим проблемам.
Механическая аэрация реализуется с помощью фильтрующих установок. Работа фильтров для очистки воды, в которых применяется аэрация устроена следующим образом: насыщенная в процессе аэрации кислородом вода перемещается в специальный бак, где происходит окисление химических элементов, надлежащих устранению. В процессе окисления состояние этих элементов из растворимого переходит в нерастворимое, и они преобразуются в твердые взвеси, которые затем задерживаются в фильтрующей среде (как правило, это разнообразные сорбционные загрузки). После чего уже очищенная вода нужного качестве подается через внутренний канал на выход фильтра.
2 Виды загрязнений, очищаемых с помощью аэрации
Какие же задачи можно решить с помощью метода аэрации? Несомненно, это один из наиболее эффективных способов обезжелезивания воды, но помимо металлов фильтры с предварительной аэрацией способны удалять и множество других элементов, отрицательно влияющих на качество, вкус и в целом пользу воды.
Растворенные вещества, от которых успешно можно очищать воду методом аэрации:
— разнообразные металлы, в том числе марганец и железо,
— микроорганизмы, бактерии, вирусы,
— органические соединения (в том числе гуминовые кислоты, фульвокислоты).
В зависимости от назначения очищающие аэрационные установки различаются конструкционным исполнением, способом подачи воздуха в воду, а также составом фильтрующих материалов. Для бытовых нужд это могут быть вполне компактные приборы, простые в управлении и эксплуатации. А для промышленных целей, обогащения водоемов и очистки сточных вод применяются довольно громоздкие сложные установки или целые комплексы аэрационных устройств.
3. Виды аэраций
3.1 Безнапорная аэрации воды
Установки безнапорной аэрации используются для извлечения из состава воды чрезмерного количества железа, марганца, метана, сероводорода и других газов, а также, если превышены показатели мутность, цветность и присутствует неприятный запах. Считается одним из наиболее экологически чистых и безопасных способов фильтрации.
Системы безнапорной аэрации могут иметь различные габариты в зависимости от необходимой пропускной емкости, поэтому отлично подходят для использования как на дачах и загородных домах, так и на предприятиях с большим показателем потребления воды.
Принцип действия: поступающая из источника вода наполняет бак аэратора, рассеиваясь через специальные насадки (форсунки). Во время падения капли воды перемешиваются с атмосферным воздухом. На дно бака в дополнение подается воздух посредством мембранного компрессора. В результате взаимодействия молекул воды с молекулами кислорода, находящиеся в составе частицы двухвалентного железа окисляются до нерастворимого трехвалентного и вместе с марганцем переходит в твердое состояние. Аналогично путем окисления происходит преобразование серы до нерастворимой формы, таким образом, устраняется сероводород. Твердые частицы марганца, серы и гидроксида железа извлекаются затем с помощью мелкопористого фильтра либо обезжелезивателя воды.
В сравнении с другими видами аэрации, безнапорный способ обеспечивает продолжительное время для химической реакции воды и кислорода, благодаря чему полностью удаляется сероводород, а железо максимально окисляется.
Кроме того, в корпусе аэрационной установки всегда поддерживается определенное количество воды, что является преимуществом при остановке водоснабжения.
Конструкция безнапорной системы аэрации воды содержит следующие основные составляющие:
— электромагнитный и дыхательный клапаны,
— датчик уровня жидкости.
Вода в аэрационном баке не находится под давлением, поэтому на выходе из емкости оно создается с помощью насосной станции.
Сочетание безнапорной аэрации с дозированием реагентов (хлора, гипохлорита натрия и других) применяется в ситуациях, когда исходная вода содержит большое количество органических соединений. Показатели качества воды превышены и имеют следующие значения: содержание сероводорода более 2 мг/л, pH низкий и составляет менее 6,8, повышена перманганатная окисляемость, содержание сульфидов более 0,2 мг/л.
3.2 Напорная аэрации воды
Является наиболее распространенным методом обогащения воды кислородом для окисления вредных веществ. Такая фильтрация воды совершенно безвредна, экономически выгодна, а кроме того, экологична. Чаще всего напорную аэрацию применяют для очистки скважинной воды, так как подземные воды характеризуются малым содержанием либо полным отсутствием кислорода.
Установки напорной аэрации представляют собой аэрационные колонны простой конструкции, и сравнительно компактными размерами. В таких системах не наблюдаются потери напора, так как отсутствует разрыв водной струи, и дополнительные меры по повышению давления на выходе из установки не требуются. Обогащение воды кислородом осуществляется под давлением в герметичном баке.
Метод напорной аэрации позволяет эффективно осуществлять устранение до 0,5 мг/л сероводорода и окислять до 2 мг/л марганца и до 15 мг/л железа.
Конструкционно установка напорной аэрации состоит из следующих основных частей:
Процесс окисления методом напорной аэрации осуществляется по следующим последовательным этапам: 1) неочищенная вода из источника, протекая через датчик потока, подается на вход аэрационной колонны; 2) реле расхода, получив сигнал от датчика потока, включает компрессор и происходит нагнетание воздуха через трубку в бак с поступающей водой, 3) вода, перемешиваясь с пузырьками воздуха, насыщается кислородом, после чего перемещается в находящуюся под давлением емкость, 4) в течение некоторого времени (не менее 30 минут) происходит окисление растворенных частиц нежелательных веществ, 5) затем наступает следующий этап очистки, когда вода проходит через фильтры, адсорбирующие твердые окислы.
4 Аэрация воды из скважины
Условия, при которых формируются подземные воды, определяют особенности их состава. В воду поступает множество различных химических элементов из окружающих горных пород. В местах под водонепроницаемыми породами, куда не попадают даже талые и дождевые воды, подземные воды растворяют марганец и железо. На участках, куда вместе с атмосферными и прочими водами кислород поступает, железо и марганец подвергаются окислению и находятся в нерастворенной форме, а общее их содержание может быть незначительным.
Вода, добываемая из скважин, отличается от воды из открытых водоемов тем, что она, как правило, бесцветна и не содержит взвешенных частиц. Бурый оттенок, а также мутность и осадки гидроокислов железа, возникают в процессе взаимодействия с кислородом при отстаивании. При этом вода может издавать неприятный запах и обладать характерным железным привкусом.
Уровень содержания железа, марганца, двуокиси углерода в подземных водах намного больше, чем в открытых водных источниках. Также такая вода обладает пониженным значением pH.
Кроме растворенного состояния железо в воде может содержаться также в виде коллоидных и органических соединений. Здесь вода сразу же будет желтоватого либо бурого цвета, но при этом будет наблюдаться образование осадка при отстаивании. Уровень загрязнения органическими соединения железа определяется значением перманганатной окисляемости. Если данный параметр превышает 4-5 мг/л, система аэрационной фильтрации может не справиться с задачей очистки и необходимо дополнительно использовать реагентные окислители (например, перманганат калия, гипохлорит натрия, активный хлор и др.). Для удаления остатков хлор и хлор-соединений прибегают к методу сорбционной фильтрации.
Метод аэрации для очистки скважинной воды является одним из наиболее эффективным и широко реализуется в бытовых нуждах, а также в промышленных масштабах.
4.1 Применение для обезжелезивания и очистки от органических веществ
4.1.1 Напорная аэрация для удаления железа
Данный метод основан на том, что помимо окисления, происходящего в результате насыщения исходной воды кислородом, химическая реакция окисления ускоряется, благодаря катализирующим свойствам фильтрующей загрузки, входящей в схему очистки.
В качестве фильтрующей загрузки применяют природные сорбционные материалы, в составе которых, присутствует диоксид марганца: МЖФ, сорбент AC+MC, Birm и другие. Указанные вещества различаются между собой химическим составом и физическими параметрами, и эффективны в разных случаях в зависимости от качественных показателей исходной воды. При этом они обладают одинаковым принципом действия: диоксид марганца провоцирует окисление железа и марганца, в результате которого образуются нерастворимые гидроксиды, осаждающиеся затем на гранулированных частицах загрузки.
Очищение воды от железа таким способом осуществляется по описанной далее схеме. В воду, которая подается на устройство аэрации, компрессором нагнетается воздух. Количество сжатого воздуха контролируется реле потока. Затем смешанная с воздухом вода поступает в аэрационную колонну, а избыток воздуха отводится с помощью воздушного клапана. После чего вода направляется в фильтр-обезжелезиватель, загруженный каталитическим материалом. При прохождении воды через очищающий фильтр с каталитическим наполнителем происходит окисление железа и осаждение его частиц на внешней части сорбционных гранул. Вымывание в дренаж осажденного железа реализуется при взрыхлении фильтрующего слоя обратным потоком воды.
4.1.2 Безнапорная аэрация для удаления железа
Безнапорная аэрация отличается от напорной тем, что не требует постоянного высокого давления воды в аэрационной емкости. Воздух в систему заводится с помощью аэратора (это может быть компрессор, эжектор и т.п.). В контактной емкости, представляющей собой герметичный корпус, вода насыщается кислородом и отстаивается. Затем с помощью центробежного насоса отстоявшаяся вода откачивается из контактной емкости и направляется на обезжелезиватель с каталитической загрузкой. Дальнейшая очистка происходит так же, как и в системе напорной аэрации.
4.1.3 Реагентное обезжелезивание с напорной аэрацией
Дает возможность кроме железа удалять из воды также и органические соединения. Принцип работы: посредством дозатора в воду поступает реагент – раствор гипохлорита натрия. Чтобы произошло максимальное окисление взаимодействие хлора и воды должно продолжаться около получаса или больше, этот процесс осуществляется в напорной емкости. Затем вода направляется в каталитический обезжелезиватель, где железо и другие примеси окисляются и осаждаются на поверхности фильтрующих гранул. Вымывание осадочных взвесей из фильтра происходит в результате взрыхления каталитического слоя обратным водным потоком. Остаточный хлор устраняется из воды с помощью сорбционных материалов на основе активированных углей.
4.1.4 Реагентное обезжелезивание с безнапорной аэрацией
Также, как и выше описанный метод устраняет из воды органику. Принцип работы: с помощью дозатора в воду поступает реагент – раствор гипохлорита натрия. Чтобы произошло максимальное окисление взаимодействие хлора и воды должно продолжаться около получаса или больше, этот процесс осуществляется в напорной емкости. Затем с помощью центробежного насоса отстоявшаяся вода откачивается из контактной емкости и направляется на обезжелезиватель с каталитической загрузкой. Дальнейшая очистка происходит так же, как и в системе напорной аэрации.
4.2 Применение для удаления растворенных газов
Дегазация – процесс избавления воды от примесей вредных газов, которые отрицательно влияют на качество воды. Например, сероводород вызывает плохой запах, а углекислый газ способствует возникновению коррозии в трубах. Обычно при помощи дегазации устраняются щелочные (NH3, СН3, NH2) или кислые (С02, H2S, S02, S03, N02) газы.
Удаление газов можно осуществлять двумя способами химическим – при помощи различных реагентов и физическим – аэрацией.
Химический метод применяется в случаях, когда наблюдается низкая концентрация газов, либо при отсутствии возможности утилизировать их. Недостатки химического метода заключаются в том, что фильтрация обладает большей стоимостью за счет задействования реагентов и сам процесс очистки значительно усложняется. Кроме того, неправильно подобранная дозировка реагентов может ухудшить качество воды. Ввиду вышеперечисленного химическая дегазация менее востребована, чем аэрация.
Рассмотрим подробнее, как осуществляется устранение газов при помощи аэрации. Суть метода состоит в том, чтобы привести значение парциального давления газа в атмосфере, которая контактирует с водой, к нулю.
Указанный способ отлично очищает воду от углекислого газа и сероводорода. А вот извлечь из воды кислород, который составляет значительную часть атмосферы, системы аэрации неспособны. Для удаления кислорода воду доводят до кипения в термических деаэраторах, либо в герметичных вакуумных дегазаторах.
— Вакуумные – с помощью специальных механизмов (водо- или пароструйных эжекторов, вакуумных насосов и т.п.), создается пониженное давление над поверхностью воды, при котором она закипает при текущей температуре.
— Термические – в них происходит нагревание воды, за счет чего вредные газы выпариваются из нее.
— Барботажные – сжатый воздух в виде пузырьков продувается через медленно проходящий поток воды.
— Пленочные – выполненные в виде колонн, заполненных разными насадками, по которым вода стекает в виде тонкой пленки. Благодаря насадкам площадь поверхности взаимодействия воды и воздуха, подаваемого встречно вентилятором. Насадки выполняются из пластика, дерева или керамики, имеют кольцевую форму.
Барботажные системы расходуют много энергии на сжатие воздуха, поэтому их использование экономически невыгодно, и они редко применяются.
Наиболее эффективным устройством для удаления газов из воды считается пленочный дегазатор. Благодаря ему обеспечивается надежный дегазационный эффект, такая система долговечна, относительно компактна, требует меньшего расхода воздуха.
Принцип действия пленочного дегазатора: воздух поступает от вентилятора в поддон, вода через верх корпуса дегазатора равномерно растекается по сечению плиты, имеющей патрубки для слива воды в насадку, а также колпаки, через которые выходит воздух. Стекшая в поддон вода отводится посредством гидравлического затвора.
В заключении нам хотелось бы привести видео по монтажу напорной системы аэрации воды своими руками.
Видео по монтажу напорной системы аэрации воды: