УДК 628.3 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 Подача воды (производительность по воде), л/с Рабочий напор на входе в аэратор, м Подача воздуха, л/с Глубина подачи аэрированной воды, м Масса, кг: аэратора комплекта в сборе 13,3…16,3 20…30 3,1…3,8 до 3,5 10 60 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…+5ºС. 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 Qn ρn П Qc ρc , (1) где Qn - расход подачи аэрированной воды, л/с; Qс - расход сбросной воды, л/с; ρn - содержание кислорода в аэрированной воде, мг/л; ρс - содержание кислорода в сбросной воде, мг/л; П - потребление кислорода рыбой, мг/с. При равенстве значений расхода подачи и сброса имеем (2) Q (ρn -ρc ) П . Расход аэрированной воды для обмена составит П Q , (3) ρn ρc где П П F G ; 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 П 0,2Qn ρn , (4) где Qn - подача воды в пруд (2..3 л/с); ρn - среднее содержание кислорода в подаваемой воде, мг/л. Принимая для расчета ρ n = 6…8 мг/л, получим, что П = 2,4…4,8 мг/с при температуре не менее 5ºС. 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 Q Q F G , (5) где Q - удельный расход воды, л/с. Расход аэрированной воды на 1 т рыбы ρn ρc , мг/л 1 2 2,5 2,5 1,25 Потребление кислорода П, мг/с 3,0 4,0 5,0 3,0 4,0 5,0 1,5 2,0 2,5 6,0 6,0 3,0 3 4 5 0,83 0,86 0,5 1,0 0,75 0,6 1,33 1,0 0,8 1,67 1,25 1,0 2,0 1,5 1,2 Необходимое количество аэраторов (А) рассчитывается по следующей формуле Q (6) A , q 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 QH (7) N , кВт , 102η где Q - общий расход аэрированной воды, л/с; Н - напор, развиваемый насосом, м. Н=Нr+hтр+Нс, где Нr - геодезическая высота, м; hтр - потери напора по длине трубопроводов, м; Нс - 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. 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.