Устройства для насыщения кислородом

 

Оксигенаторы

 

Наиболее эффективным методом насыщения воды кислородом является распыление в воде жидкого кислорода. Чаще всего жидкий кислород используется для оксигенации воды в рыбоводных установках с замкнутым циклом водоснабжения и бассейновых хозяйствах. Величина насыщения определяется давлением в оксигенаторе и температурой воды.

Оксигенатор предназначен для насыщения воды техническим кислородом. Величина насыщения определяется давлением в оксигенаторе и температурой воды.

Оксигенатор (рис. 6.2) – это вертикальная сварная герметическая емкость (баллон). Он состоит из следующих частей: корпуса 1; патрубка для подвода воды 2; опоры 3; вентиля для слива грязи 4; патрубка для отвода насыщенной кислородом воды 5; соленоидного клапана на подаче кислорода 6; вентиля на вводе кислорода в оксигенатор 7; датчика регулятора уровня 8; блока управления регулятором уровня 9; манометра 10; вентиля для выпуска газа 11. В нижней части оксигенатора приварены фланцы для присоединения трубопроводов подвода воды 2 и отвода воды 5, а также установки крана слива грязи 4. Датчик регулятора уровня крепится к патрубкам с фланцами с левой стороны корпуса. Входы в датчик уровня от попадания мусора защищены сетчатыми фильтрами, которые установлены между фланцами. В верхней части корпуса на отдельном патрубке 10 установлен манометр, а в средней части оксигенатора на площадке, приваренной к корпусу, – электронный блок управления регулятором уровня.

Работает оксигенатор следующим образом. В верхней части оксигенатора создается газовая подушка, образующаяся под действием избыточного давления кислорода, поступающего внутрь. Уровень раздела воды и газа регулируется автоматически. Попадая в верхнюю часть оксигенатора, вода распыляется в среде газовой подушки с высоким парциальным давлением кислорода, в результате чего происходит ее насыщение до заданного уровня.

 

Рис. 6.2. Оксигенатор:

1 – корпус; 2 – патрубок для подвода воды; 3 – опора; 4 – вентиль для слива грязи; 5 – патрубок для отвода насыщенной кислородом воды; 6 – соленоидный клапан на подаче кислорода; 7 – вентиль на вводе кислорода в оксигенатор; 8 – датчик регулятора уровня; 9 – блок управления регулятором уровня; 10 – манометр; 11 – вентиль для выпуска газа

 

Поглощение газообразного кислорода водой ведет к повышению его уровня в оксигенаторе до срабатывания электронного реле.

После срабатывания реле открывается соленоидный клапан, и уровень воды понижается до отметки, на которой электронное реле отключает соленоидный клапан. Одновременно с процессом поглощения кислорода водой идет процесс выделения из воды азота и других газов, парциальное давление которых в газовой подушке ниже, чем в воде. Удаление азота с частью кислорода и других газов осуществляется через вентиль 11.

Для этого открывают вентиль, дожидаются срабатывания реле на открытие соленоидного клапана, после чего закрывают вентиль. Эту операцию продувки выполняют 3–4 раза в сутки. Если эту операцию продувки не выполнять, то наблюдается снижение парциального давления в газовой подушке оксигенатора, что приводит к снижению концентрации кислорода на выходе оксигенатора. Очистка оксигенатора от грязи производится через вентиль 4.

Возможны два варианта подачи оксигенированной воды в бассейны. В первом варианте вся вода, поступающая в бассейн, пропускается через оксигенатор. При этом содержание кислорода в воде на выходе из оксигенатора должно быть оптимальным. Во втором варианте через оксигенатор пропускается часть воды. Она становится пресыщенной кислородом и ее смешивают с другой водой в резервуаре до тех пор, пока содержание растворенного кислорода в смеси не будет оптимальным, и только тогда подают в бассейны с рыбой.

Кислородная установка «Провита» (рис. 6.3) состоит из генератора кислорода 2. Генератору кислорода для работы необходим сжатый атмосферный воздух при давлении не менее 6 атмосфер. В состав установки входят также воздушный компрессор 1 и ресивер 3, которые служат для накопления продукционного газа, обогащенного кислородом (до 95,5 %).

 

Рис. 6.3. Кислородная установка «Провита»: 1 – воздушный компрессор; 2 – генератор кислорода; 3 – ресивер

 

Типы аэраторов

 

Существуют аэраторы четырех типов: гравитационные, поверхностные, распылительные и турбинные.

Аэраторы используют подводимую энергию для увеличения площади поверхности, через которую переходит кислород, и для перемешивания жидкости. При этом вода с низким содержанием кислорода вступает в контакт с воздухом или газообразным кислородом. При перемешивании увеличивается площадь поверхности, а также градиент концентрации кислорода, по которому происходит перенос кислорода.

Гравитационные аэраторы. В гравитационных аэраторах используется энергия, высвобождающаяся при падении воды с высоты, для увеличения поверхности контакта воды с воздухом, что приводит к повышению содержания в ней кислорода. Наиболее распространенным природным аэратором являются пороги, при прохождении через которые возникает механическое перемешивание быстротекущей воды и увеличивается ее турбулентность в результате наталкивания на препятствия. Поскольку на этих препятствиях возникает очень сильная турбулентность, то и скорость перехода кислорода в воду высока.

В форелеводных хозяйствах для обеспечения работы инкубационных и мальковых цехов используют преимущественно подземные источники (ключи, родники, артезианские скважины), которые бедны кислородом, а иногда используются поверхностные источники (реки, озера) с большим содержанием взвесей и сезонными и суточными колебаниями температуры и кислорода.

Подача воды в условиях прямоточного водоснабжения прудов осуществляется через канал, который можно разделить на секции. Уровень воды в каждой секции регулируют водосливные пороги, установленные на выходе из каждой секции. При падении воды через сливной порог в каждой секции происходит аэрация воды.

Для аэрации воды в канале можно использовать следующие устройства: водослив со столиком для разбрызгивания воды (рис. 6.4), водослив с лопастным колесом (рис. 6.5), водослив с вращающейся щеткой (рис. 6.6), наклонная рифленая плоскость без отверстий (рис. 6.7), наклонная рифленая плоскость с отверстиями (рис. 6.8), решетчатый аэратор (рис. 6.9).

Рис. 6.4. Водослив со столиком для разбрызгивания воды	Рис. 6.5. Водослив с лопастным колесом
Рис. 6.6. Водослив с вращающейся щеткой	Рис. 6.7. Наклонная рифленая плоскость                       без отверстий
Рис. 6.8. Наклонная рифленая плоскость с отверстиями	Рис. 6.9. Решетчатый аэратор

 

При использовании подземных вод или воды из артезианских скважин обычно возникает необходимость очищать ее от оксидов железа. Это достигается путем пропускания воды через пруды-аэраторы или бассейны-аэраторы.

Аэраторы поверхностные предназначены для перемешивания и приведения в движение поверхностного слоя воды, в результате чего переход кислорода из воздуха в воду интенсифицируется. Простейшим поверхностным аэратором является фонтан. Если вода подается с высокой скоростью через насадку и затем ударяется о водную поверхность, такой вид аэрации называется дождеванием.

Поверхностные аэраторы моделей AQUA-Mini и AQUA-Maxi (рис. 6.10) обогащают воду кислородом и удаляют вредные газы (двуокись углерода). Волны, образующиеся при работе аэраторов, препятствуют росту микроводорослей в водоеме, предотвращают образование застойных зон и дефицит кислорода в них. Благодаря применению поверхностных аэраторов улучшаются качество воды и эпизоотическое состояние водоема и рыб.

 

AQUA-Mini	AQUA-Maxi
Рис. 6.10. Поверхностные аэраторы:

 

Аэраторы распылительные (распылители) подают воздух или кислород в воду в виде пузырьков, а затем кислород переходит из пузырьков в воду диффузией через жидкостную пленку. Поскольку пузырьки воздуха поднимаются в столбе воды, между водой и пузырьками существует движение. Это вызывает циркуляцию воды и увеличение поверхности, вступающей в контакт с пузырьками, что интенсифицирует насыщение воды кислородом.

Существует несколько типов распылителей. На рис. 6.11 показано устройство, в котором воздух поступает в воду через распылитель. Распылитель образует мелкие, сравнительно одинаковые пузырьки с большой поверхностью контакта, что усиливает суммарный переход кислорода.

 

Рис. 6.11. Простой аэратор с распылителем	Рис. 6.12. Диффузоры: 1 – воздушный диффузор для компрессоров на 12 В; 2 – воздушный диффузор для компрессоров на 230 В; 3 – кислородный диффузор нейлоновый; 4 – кислородный диффузор

 

Воздушные мембранные компрессоры используют для аэрации воды в рыбоводных бассейнах, транспортных контейнеров, аквариумов и др. Они устанавливаются рядом с бассейном или контейнером. Воздух через шланг поступает к диффузору (распылителю), который представляет собой специально перфорированный лазером резиновый шланг, находящемуся в воде. Диффузор, расположенный на дне бассейна или контейнера, обеспечивает равномерное распыление кислорода в виде пузырьков по всей толще воды (рис. 6.12).

Аэраторы турбинные (рис. 6.13) используются для аэрации воды в рыбоводных прудах. Насыщение воды кислородом с помощью турбинного аэратора зависит от частоты его вращения, свойств жидкости и дефицита кислорода в ней. При увеличении частоты вращения винта возрастает скорость насыщения воды кислородом.

 

 

Рис. 6.13. Турбоаэратор Н-19-ИАК

 

Аэратор «Винт» Н17-ИФЕ представляет собой полый, закрепленный на участке водоема с помощью якорного устройства гребной винт с потокообразователем и электродвигателем, установленным на понтонах. Вращением винта воздух подается в воду. Образуемая воздушная смесь распространяется потокообразователем в выбранном направлении водоема (рис. 6.14).

 

 

Рис. 6.14. Аэратор «Винт» Н17-ИФЕ

 

Действие поверхностного аэратора основано на эффектах, происходящих при взаимодействии соосных закрученных потоков воды, вращающихся в противоположных направлениях. Образование зоны разрежения в центральной части каждого потока обеспечивает поступление в нее воздуха из атмосферы. Аэраторы данного типа имеют КПД до 60 %.

Турбоэжекторный аэратор (рис. 6.15) оснащен электродвигателем надводного исполнения, а также мотором с крыльчаткой. За счет высокоскоростного потока возникает низкое давление (вакуум), которое позволяет всасывать и замешивать воздух в струю воды через специальное отверстие под электродвигателем. Непрерывно создаваемый мелкопузырчатый вихрь долго вращается в струе воды, насыщая воду кислородом.

 

Рис. 6.15. Турбоэжекторный аэратор

 

Образованная водно-пузырьковая струя направляется под нужным углом под поверхность воды и препятствует образованию застойных зон. Угол наклона потока регулируется от 20 до 45 ^о. Насыщенная кислородом вода распределяется по всему водоему, что создает благоприятные условия для рыб и других водных организмов.