Вода, используемая под разные бытовые и технические цели, обычно предполагает высокое насыщение кислородом, воздухом. Фактор естественного «проветривания» водной массы бассейнов, скважин, водоёмов и т.п., видится реальной необходимостью. Однако существующие ныне системы «аэрация воды» (поверхностные или нижние) характерны малой эффективностью и значительной энергоёмкостью. Инженеры-сантехники уже долгое время пытаются отыскать оптимальное решение. И вот в 2021 году финская компания представила миру интересный проект системы аэрации воды, который заслуживает рассмотрения.
Очистка воды аэрацией: биологическая, химическая и механическая
Аэрация воды — это, как уже было сказано выше, процесс насыщения воды кислородом, для чего могут быть использованы самые различные подходы:
- Биологическая аэрация воды.
- Химическая аэрация воды.
- Механическая аэрация воды.
Биологическая аэрация воды — это, в сущности, естественный природный процесс. Известно, что фитопланктон в воде отвечает за то, какой процент кислорода там содержится. Как правило, на долю фитопланктона приходится от 80 до 90% всего кислорода, а ту незначительную часть, которая приходит извне, принято называть «инвазия».
Суть биологической аэрации воды сводится к тому, чтобы различными способами стимулировать увеличение количества фитопланктона, а он, в свою очередь, будет способствовать насыщению воды кислородом. Вариантов того, как может быть организована биологическая аэрация воды множество. Например, часто применяются различные минеральные удобрения. Другим, альтернативным способом биологической аэрации воды является население водоёма различными рыбами, питающимися растительностью. В частности, наиболее часто используют белого толстолобика или белого амура. Эти рыбы питаются преимущественно взрослым фитопланктоном, поскольку он крупнее и заметить его проще. Это способствует естественному приросту молодняка, в связи с чем фитопланктон в своей массе работает интенсивнее, а значит, вода обогащается кислородом — происходит биологическая аэрация воды.
Статьи, рекомендуемые к прочтению:
- Виды фильтров для воды и их характеристики
- Как установить фильтр для воды — полезные советы
- Как пить воду правильно: практические рекомендации
К слову, польза от популяции белого толстолобика этим не ограничивается. Эта рыба поглощает детрит, который при других обстоятельствах забирал бы часть кислорода. Из этого следует, что биологическая аэрация воды в этом случае будет идти не только за счёт прироста кислорода, но и посредством его экономии.
Что же касается белого амура, то он вносит существенный вклад в биологическую аэрацию воды за счёт того, что употребляет различную растительность, что приносит двойную пользу:
- Во-первых, растительность меньше мешает развитию фитопланктона.
- Во-вторых, кислород не расходуется на окисление, которое бы возникало при отмершей растительности.
Таким образом, биологическая аэрация воды производится за счёт фитопланктона, но может быть осуществлена косвенным образом — за счёт белого толстолобика или белого амура.
Химическая аэрация воды осуществляется искусственными методами. Суть способа состоит в том, что в воду добавляются реагенты, которые должны выделять кислород при соединении с водой.
Веществ, подходящих для химической аэрации воды, довольно много, например:
- Н2О2 (перекись водорода).
- Са2О (перекись кальция).
- KMnO4 (марганцовокислый калий).
- Другие.
В рамках химической аэрации воды каждое из веществ имеет разную степень эффективности. Например, перекись кальция даёт не только прямой эффект, но ещё и образует гашеную известь, что также полезно для аэрации воды. На практике химическая аэрация воды выглядит следующим образом: если в воду добавляется четыре с половиной килограмма перекиси кальция, то из неё получается килограмм кислорода и 4,6 килограмм гашеной извести.
Для правильной химической аэрации воды важно понимать необходимые пропорции. Например, на три квадратных метра воды потребуется два килограмма перекиси. У марганцовокислого калия уже иные пропорции: килограмм на гектар. Превышение этих доз может привести к ужасным для экологии последствиям.
Механическая аэрация воды является одной из наиболее популярных форм аэрации. Причина заключается в том, что в рамках метода практически не нужно прилагать какие-то усилия, а кроме того, для его реализации требуется минимальное время. Также, в отличие от химической аэрации воды, нет никаких рисков для экологии, что является важнейшим преимуществом.
Суть метода механической аэрации воды заключается в том, что в водоёме оборудуют столик, о который должна разбиваться вода из трубчатого водовыпуска. Взлетая на поверхность, капли насыщаются кислородом и обогащают водоём, возвращаясь в него.
Это не единственный пример механической аэрации, но наиболее простой из них. Есть и более сложные системы, например, дождевальные установки — те самые мельницы, которые поливают поля и огороды, чтобы выращивать на них различные сельскохозяйственные участки.
Кроме того, в рамках механической аэрации востребованы аэраторы — это устройства, которые специально предназначены для аэрации воды.
К слову, механический аэратор необходим далеко не всегда. Существуют правила, на основе которых рекомендуется решить, нужен он или нет. Так, если, согласно расчётам, количество рыб в гектаре водоёма превышает две с половиной тонны, то можно озадачиться установкой аэратора. Если же рыб меньше, то в использовании такого устройства нет смысла.
Читайте материал по теме: Насыщение воды кислородом
Содержание
- 1 Качество воды
- 2 Методы аэрации
- 3 Естественная аэрация
- 4 Поверхностная аэрация 4.1 Низкоскоростной поверхностный аэратор
- 4.2 Фонтаны
- 4.3 Аэраторы с плавающей поверхностью
- 4.4 Аэраторы с крыльчатыми колесами
- 5.1 Струйная аэрация
Что представляет собой система аэрации воды
Обезжелезивание воды аэрацией, а также многие другие способы её очистки — эта та необходимость, с которой столкнулись люди современности. К сожалению, человеческая деятельность подвергла экологию страшному удару, и ситуация отнюдь не улучшается с годами.
Хотя проблемы признают руководство государств и учёные, работа по восстановлению благоприятного состояния природы ещё даже толком не начата. Тем не менее, уже сейчас некоторые санитарные правила, которые позволяют несколько снизить разрушительную деятельность человека. Среди прочего, внимание уделено и отчистке сточных вод, в рамках которой особое значение имеет процедура аэрации.
Устанавливаются целые системы аэрации, которые необходимы для того, чтобы обогатить воду кислородом. Это способствует окислению некоторых металлов и выветривает газы. В первую очередь такая процедура востребована для того, чтобы произвести обезжелезивание воды.
В чём же заключается этот процесс? Кислород влияет на железо, увеличивая его валентность, так что металл уже не может раствориться и оседает на фильтрах. Таким образом, аэрация становится неотъемлемой составляющей очистки воды, значительно ускоряющей всю процедуру.
Как уже говорилось, вредных и просто нежелательных, например, дурно пахнущих или невкусных, веществ, которые могут быть устранены с участием аэрации воды, намного больше:
- Аммиак.
- Метан.
- Сероводород.
- Углекислота.
- Другое.
Многие газы просто выветриваются за счёт аэрации воды.
Виды аэрации воды:
- Напорная аэрация воды. Осуществляется данный метод в оборудованных ёмкостях. Это может быть, например, специальная колонна. Суть метода заключается в том, что воздух поступает на некоторой глубине, примерно в середине ёмкости. После этого он, естественно, поднимается, что ускоряет процесс аэрации воды. Столь же естественным образом в течение этой процедуры аэрации воды устраняются и газы. Как уже говорилось, далеко не все они токсичны, но практически каждый способен испортить вкус и запах воды. Далеко не весь газ улетучивается в процессе аэрации, но большинство тех элементов, которые остаются, по мере взаимодействия с кислородом принимают нерастворимый вид и оседают на фильтре.
В колоннах для аэрации воды предусмотрен клапан, который нужен для того, чтобы выводить наружу газы и кислород, в случае если тот окажется в переизбытке. При этом всё действует автоматически. Специальный поплавок отвечает за то, будет открыто или закрыто выходное отверстие. Таким образом, система аэрации воды отслеживает, есть ли переизбыток кислорода, который нужно выпустить, либо отверстие необходимо плотно закрыть.
Аэрация воды в подобных колоннах производится сразу несколькими методами. Например, как можно заметить на рисунке, в верхней части ёмкости достаточно много пространства, где будет задерживаться кислород. Это не случайно: таким образом производится дополнительная аэрация за счёт соприкосновения поверхности воды с воздухом. Следует отметить, что наличие прослойки воздуха играет ещё и роль предохранителя, защищая всю систему от аварий в случае резких перепадов давления.
Не приходится даже беспокоиться о том, как отделить воду, прошедшую процедуру аэрации. Система отводит её по коллектору, так что всё производится самостоятельно, без участия человека.
Следует учесть, что есть и более экономичная система аэрации воды. О ней будет рассказано далее.
- Блок безнапорной аэрации воды используется для того, чтобы насытить воду кислородом в специальной ёмкости. Чаще всего подобная система аэрации применяется в каскадных установках, работающих с фильтрами на основе катализаторов «МЖХ», «BIRM», «М «AMDX».
Бак наполняется за счёт специального клапана, куда вода поступает из любого источника (скважина, водопровод и т.д.). При этом важно, чтобы вода, предназначенная для аэрации, не занимала более половины ёмкости. Включается пара вентиляторов (вытяжной и нагнетательный). Именно они позволяют воде насыщаться кислородом, а также выдувают вредные газы.
Как и в предыдущем случае, безнапорная аэрация воды является автоматизированным процессом. Предусмотрены датчики, которые отвечают за открытие и закрытие необходимых выходов, включение и включение вентиляторов, подачу и слив воды.
Предусматриваются и другие функции, например, дробление струи, что способствует скорости аэрации.
- Эжекторная аэрация. Эжектор — это устройство, которое может быть использовано для различных целей. В данном случае мы рассматриваем частную ситуацию, в которой эжектор применяется для аэрации воды. Сам метод по своей сути аналогичен предыдущим: вода насыщается кислородом. Отличается лишь подход к самому процессу реализации. Через установку пропускается вода, куда по мере её продвижения всасывается воздух, а в конце пути расположены фильтры, предназначенные для того, чтобы остановить железо, успевшее к тому моменту окислиться.
Читайте материал по теме: Можно ли пить воду из-под крана
Аэрация воды из скважины
Наверняка, многие полагают, что вода из скважины не нуждается в аэрации. И в некоторых случаях это действительно так. Во многих регионах страны имеются благоприятные экологические условия, но это вовсе не значит, что любая скважина заведомо даёт чистую воду. На глубине есть свои особенности, которые способствуют загрязнению. Так что если специалисты не вынесли заключения о том, что в данной скважине действительно протекает чистейшая вода, есть смысл позаботиться об её аэрации.
В противном случае высока вероятность, что вода из скважины будет, например, насыщена сероводородом либо железом (его должно быть не более полмиллиграмма на литр ). Аэрация поможет в любом из этих случаев, так что пренебрегать ею не следует.
Особенно это касается тех ситуаций, когда воду предполагается пить. Кто знает, не содержит ли скважина марганец или железо? Лучше соорудить систему аэрации.
Как уже было сказано, за счёт аэрации железо окисляется, что позволяет перейти от двухвалентной (растворимой) к трёхвалентной (нерастворимой) форме.
Этот принцип действует в отношении многих минералов, которые после аэрации оказываются в осадке, после чего фильтры избавляются от них.
Следует учитывать, что даже если вода не предполагается для питья, стоит всё же подумать об её аэрации. Связанно это с тем, что железо способно испортить оборудование, по которому течёт вода. Дело в том, что твёрдые элементы могут закупоривать проходы и царапать стенки.
Дестратификация озера
( 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. 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 термальная стратификация в озере также может отрицательно сказаться на качестве питьевой воды . По мнению менеджеров рыболовства, на пространственное распределение рыбы в озере часто негативно влияет термическая стратификация, а в некоторых случаях это может косвенно вызвать массовую гибель рыбы, важной для рекреации.
Одним из часто используемых инструментов для снижения серьезности этих проблем управления озерами является устранение или уменьшение термической стратификации посредством аэрации. Для уменьшения или устранения термического расслоения использовалось много типов оборудования для аэрации. Аэрация имела определенный успех, хотя редко оказывалась панацеей.
Как и где применяется упрощённая аэрация воды
Упрощённая аэрация воды может быть использована в рамках любого из описанных выше подходов. Этот метод может быть реализован самыми различными способами. Его суть в любом случае основывается на том, что вода, в которой содержится растворённый кислород и двухвалентное железо, может в процессе фильтрования формировать каталитическую пленку.
Чтобы добиться этого явления, необходима высота излива около полуметра над уровнем воды, налитой в фильтре. Следует отметить, что применить упрощённую аэрацию воды можно далеко не всегда. Например, нет смысла использовать её, если общее содержание железа составляет менее 70%. Если процент меньше, то процедура упрощённой аэрации теряет всякий смысл, поскольку та самая каталитическая плёнка не возникнет.
Кроме того, упрощённой аэрации могут помещать такие факторы, как:
- углекислота (железо будет «связанно» растворимой солью),
- сероводород,
- высокая окисляемость,
- низкое значение рН (железо быстро окисляется в трёхвалентное).
Важно также уделить внимание уровню кислорода. В данном случае нет единой рекомендации, поскольку многое зависит от характеристик воды. Приблизительно на литр воды требуется 6 миллиграмм, но эта пропорция может существенно варьироваться.
В зависимости от общего подхода, зависит и последовательность упрощённой аэрации воды. Например, в напорном варианте её необходимо произвести в самом начале процедуры обезжелезивания, чтобы избежать смешивания или окисления.
Читайте материал по теме: Очистка воды от железа
Типы аэрационных установок
Насыщение жидкости воздухом происходит с помощью специальных приборов. Они бывают очень разными, но выделяют два основных типа устройств: напорные и безнапорные. Оба метода имеют свои преимущества и недостатки. Рассмотрим механизмы их действия более детально.
Напорная установка
В напорных аэрационных установках воздух подается в трубопровод с помощью эжектора или компрессора и перемешивается с водой. Далее вода с кислородом попадают в контактную камеру, которая представляет собой напорный корпус. Он обеспечивает продолжительное взаимодействие жидкости с газом.
Далее обогащенная кислородом вода попадает в фильтр без потери давления в трубопроводе. Для удаления растворимых и окисленных газов, а также лишнего воздуха в контактной камере устанавливают специальный клапан. Вся установка, состоящая из контактной камеры, системы трубок и воздухосбросного клапана, называется аэрационной колонной.
