Выбор аэратора для прудов и озер: методика расчета
К.б.н., руководитель компании Салмо.ру
Белковский Н.М.
Выбор аэратора для пруда или водоема — задача, не имеющая строгого и точного решения. Хотя бы потому, что потребности в кислороде сильно меняются в течение года и зависят от целого ряда параметров, с трудом поддающихся расчету. Например, зимой и летом потребности в кислороде могут различаться более чем на порядок. Наиболее простой (но и очень приблизительный) расчёт основывается на таком показателе, как биохимическое потребление кислорода — БПК5. Этот показатель определяется при гидрохимических исследованиях и широко используется при оценке качества воды. Суть этого показателя состоит в определении количества кислорода, потребляемого одним литром воды в течение пяти суток при стандартных условиях анализа. Например, означает, что за 5 суток один литр воды потребит 5 мг кислорода, а один кубический метр воды — 5 граммов кислорода. Проведём простой расчёт. Допустим, что площадь пруда составляет один гектар (10000 м 2 ), а средняя глубина 2 м. В этом водоеме будет находиться 20000 м 3 воды, и за 5 суток во всем пруду потребление кислорода составит В пересчете на одни сутки это составит: или 833 г за один час Это примерно соответствует количеству кислорода, который растворяет в воде один аэратор «Поток-Универсал» мощностью 1,1 кВт при 30 % исходном содержании кислорода.
Однако, помимо потребления кислорода самой водой, кислород потребляется ещё и грунтами и придонным слоем воды. Если слой иловых отложений значительный, то в придонном слое воды и в грунтах потребление кислорода может быть намного больше, чем в толще воды. Определить этот показатель можно только путём сложных экспериментов с использованием специального оборудования. Мы рекомендуем вводить поправку на потребление кислорода грунтами следующим образом. Если иловые отложения небольшие, а пруд новый — увеличивать потребность в кислороде на 10 %, если донные отложения значительны, а пруд эксплуатируется более 3–5 лет — на 30 %. Для более старого пруда с большим количеством донных отложений поправка должна составлять 30–60 %. Для пруда, в котором заметны признаки заболачивания (запах сероводорода от воды, ее затхлый привкус, обильное «цветение», неприятный привкус у рыбы) потребность в кислороде, определенную на основе БПК5 надо увеличивать в 2—3 раза.
Третий фактор, который необходимо учитывать при выборе аэратора для пруда — это количество рыбы в пруду. Расчёт этой величины не представляет большой трудности. Можно принять, что одним килограммом рыбы летом потребляется около 150 мг кислорода в час (или 150 г кислорода одной тонной рыбы) . Следовательно, если в пруду находится две тонны рыбы, она израсходует примерно 150 г/т × 2 т = 300 г кислорода. Суммируя полученные цифры, мы весьма приблизительно определим количество кислорода, в котором нуждается пруд. Весьма приблизительно потому, что мы не учитываем кислород, вырабатываемый в процессе фотосинтеза, не учитываем поступления кислорода из воздуха, не учитываем количество кислорода, вносимого и выносимого из пруда с втекающей и вытекающей водой. Тем не менее этот весьма формальный метод расчёта даёт приемлемые результаты и позволяет избежать больших ошибок в выборе аэратора для водоема.
Предпоследний шаг в расчетах — определение мощности аэратора. Аэраторы инжекционного типа, к которым относится и наша продукция, вырабатывают примерно 800—1000 г кислорода на один киловатт в час при 30 % насыщении воды кислородом. (Эффективность аэратора сильно зависит от того, насколько вода насыщена кислородом. Например, если вода насыщена на 80 %, в воде растворится только около 200 г кислорода в расчете на 1 киловатт в час). Допустим, что общее потребление кислорода в пруду по расчетам составило 1800 г в час. Делим 1800 г на 800 г и получаем, что мощность должна составлять 2,25 кВт. Такую мощность имеет один аэратор «Поток-Универсал 2,2» или два аэратора того же типа с двигателями по 1,1 кВт.
Дополнительные факторы, которые нужно учитывать при выборе аэратора.
1. Конфигурация пруда. В длинных прудах целесообразно использовать несколько аэраторов для того, чтобы охватить аэрацией максимальную площадь водоема. В этом случае можно также использовать аэратор «Поток-Тандем», имеющий два двигателя, направляющие потоки воды в противоположных направлениях.
2. Назначение пруда, тип рыбоводного хозяйства. Например, при выращивании форели, или на прудах для платной рыбалки, где необходим хороший клев рыбы, мощность аэраторов должна быть максимальной, чтобы поддерживать содержание кислорода выше 60—70 % нормального насыщения.
3. Период использования аэратора. Если аэратор будет использоваться только зимой, его мощность может быть меньше, чем это потребуется летом.
4. Прочность берегов и склонность их к размыву. Если берега легко размываются, лучше использовать аэраторы серии «Звезда», в которых поток воды распределяется по всем направлениям и быстро гасится.
Для любителей расчетов по формулам можем предложить следующую математическую интерпретацию вышесказанного:
Где S — площадь водоема в гектарах; 10000 — коэффициент пересчета гектаров в квадратные метры; h — средняя глубина пруда в метрах; В — БПК5 биохимическое потребление кислорода водой в течение 5 суток, г/м 3 (это то же, что и мг/л); К 1 — поправочный коэффициент на заиленность пруда, может принимать значения от 1,1 до 3; F — количество рыбы в водоеме в тоннах; 150 — интенсивность потребления кислорода рыбой в граммах кислорода на одну тонну; 1000 — пересчёт кислорода из мг/л в г/л; × — знак умножения; Q — производительность аэратора в граммах кислорода на 1 кВт⋅час. Для холодолюбивых рыб Q принимается равным 300 г/кВт⋅ч, для теплолюбивых — 800 г/кВт⋅ч; 5 — число суток при определении БПК (иногда используется БПК10 — десятисуточное или полное БПК, иногда используется односуточное БПК1), 24 — число часов в сутках для пересчета потребления кислорода за один час; W — требуемая мощность аэратора в кВт.
Упростив это выражение, получим:
Проверим, как работает формула. Допустим, мы имеем сильно заиленный водоем площадью 0,5 га глубиной 2 м в котором находится 0,5 т карпа. Анализ показал, что БПК5 — 7 мгО2/л. Подставив необходимые значения в приведённую выше формулу, получим:
В данном случае можно выбрать аэратор «Поток-Универсал-1,5».
Другой пример. Допустим, мы имеем дело с новым чистым прудом, в котором находится форель. Площадь пруда 2 га, глубина 2,8 м, форели в пруду 800 кг. БПК 5 равно 1,2 мгO2/л, рыба в пруду не кормится.
Определив мощность аэратора для пруда, приступаем непосредственно к выбору модели. Сравниваем табличные значения мощности аэраторов в перечне выпускаемого оборудования с полученным результатом расчетов, имея при этом ввиду, что более эффективное решение — выбор двух или нескольких аэраторов меньшей мощности, чем одного большой. Во втором примере оптимальное решение — выбор двух аэраторов «Поток-Универсал-1,1» и «Поток-Универсал-1,5» мощностью соответственно 1,1 кВт и 1,5 кВт.
Если вы затрудняетесь с выбором аэратора для вашего пруда или водоема, рекомендуем обратиться к нашим специалистам, которые помогут принять необходимое решение на основе богатого опыта фирмы Салмо.
Источник
Полезная информация
Расчет аэрации пруда 25.11.2016 15:54
Аэрация пруда или водоема — одно из основных условий нормального функционирования экосистемы водоема. Отсутствие поступления кислорода в толщу воды приведет к угнетенному состоянию рыбы, ухудшению клева или даже массового замора рыбы, а также зацветанию пруда. Аэрация необходима пруду и летом и зимой, постоянно. К тому же уверенно можно заявить, что отсутствие аэрации зимой практически со 100% вероятностью приведет к полному истреблению все численности рыбы.
Решают проблему дефицита кислорода в воде аэраторы. Существует несколько видов:
- поверхностные. Располагаются на поверхности водоема. Бывают фонтанными и плавающими. Принцип работы основан на перекачке водных масс, которые захватывают элементы кислорода и доставляют их в толщу воды.
- глубинные (донные). Располагаются на дне водоема. Воздух подается под небольшим давлением, проходит через перфорированную часть аэратора, в результате чего образуется большое количество мелких пузырьков. Эти аэраторы обеспечивают равномерное насыщение кислородом. А также обеспечивают перемешивание слоев воды.
Расчет аэрации прудов для разведения рыбы
Каждый куб воздуха содержит порядка 21% кислорода, т.е. в 1 м 3 воздуха содержится 0,21 м 3 кислорода. Плотность кислорода равна 1.43 кг/м 3 . То есть в в 1 м 3 воздуха содержится 300 грамм (300 000 мг) кислорода. Рекомендованное значение содержания кислорода в пруду 6-8 мг/л в летний период и 12-13 мг/л в зимний период.
Объем пруда размером 20м * 40м * глубиной 2м составляет 1600 л (1,6 м 3 ). Итого получаем, для пруда такого размера необходимо обеспечить поступление кислорода 1600л * (6-8)мг/л = 9600-12800 мг кислорода.
Также следует учесть эффективность переноса кислорода. Для донных аэраторов она составит от 20 до 60% в зависимости от марки и производительности.
Принимая эффективность переноса кислорода равной 40% получаем:
9600-12800 мг кислорода содержится примерно в 0,04 м3 воздуха. Необходимо подавать примерно 0,04 м3/мин воздуха. Учитывая, что эффективность переноса кислорода составляет 40%, необходимо подавать 0,1 м3/мин (6 м3/час) воздуха на пруд объемом 1,6 м3 в летнее время и в 2 раза больше в зимнее время.
Обращаем Ваше внимание, что расчет приведен в качестве примера. При выборе оборудования для аэрации пруда необходимо учитывать следующие факторы:
- зарыбленность водоема;
- тип рыбы;
- регион;
- средняя температура окружающей среды.
Делайте выбор аэратора для пруда на оновании фактического состояния вашего пруда.
Предлагаем Вам ознакомится с готовым системами аэрации:
Источник
Расчет необходимого количества кислорода в водоеме с рыбой
Дефицит растворенного в воде кислорода – основная причина гибели рыбы. Причем это справедливо как для зимы, так и для лета. Наряду с болезнями, дефицит кислорода зачастую сводит к нулю все усилия, по здоровому разведению рыбы в водоеме. Именно в отношении концентрации растворенного кислорода можно сказать определенно: при малом содержании в водоеме кислорода, достичь биологического баланса в пруду невозможно.
Разные виды рыб имеют различные необходимые пороговые значения концентрации кислорода. Мы приведем данные для разных видов рыб, значения представлены из расчета мг О2 на 1 л. Водоема.
Карп- 1,0-1,43; Карась – 0,1-0,13; Плотва – 0,1-0,43 Линь – 0,43-0,14
Осетр – 1,43-1,85; Севрюга 1,86-2,43; Стерлядь – 3,43
Форель – 1,86-2,57 (при 10 градусах С); Лосось молодь – 1,14 – 1,86
Окунь годовики – 0,71-1,43; Судак – 0,57-0,86
Однако при содержании рыбы в прудах нельзя ориентироваться на пороговые значения кислорода, т.к. состояние рыбы при пороговых значениях кислорода – это состояние сильнейшего стресса, предшествующее гибели. Уменьшение содержания кислорода, даже до 50% насыщения, может снизить потребление пищи и темп роста молоди рыб при прочих благоприятных условиях. Существует определенная хорошо выраженная зависимость между физической активностью рыб и насыщением воды кислородом. Для осетровых, окуневых и лососевых рыб диапазон кислородных потребностей лежит в пределах от 50 до 90% нормального насыщения. Иными словами, если содержание растворенного в воде кислорода ниже этого уровня, рыба не может проявлять высокую активность. Исходя из этого можно рекомендовать поддерживать содержание кислорода в воде близким к полному насыщению 90-100% ( или 12-13 мг/л в зимний период и 6-8мг/л в летний).
Решить проблему дефицита кислорода в воде позволяют аэраторы — устройства, обогащающие воду кислородом. Сегодня наиболее распространенными являются аэраторы четырех типов: гравитационные, поверхностные, диффузионные и турбинные, а также комбинированные. Выделяют также распылительные, эжекторные, U-образные аэраторы. Подбор аэратора и расчет его эффективности довольно сложен. Например, для расчета лопастного аэратора предложено следующее уравнение:
KHK=7,42*107(N)[(d/D)0,86 (Wf/D)0,18(h/D)-0,28 (Re)0,70(Fr)-0,19]* ,
где КНК – суммарный коэффициент насыщения кислородом, с-1 ;N – частота вращения барабана, оборотов в секунду; d-глубина погружения лопасти, футы; D-диаметр лопастного колеса, футы; h- глубина воды в бассейне, футы; Wf — ширина лопасти, футы; Re- число Рейнольдса NeND2/m1 ; Fr – число Фруда NeDN2/g; Ne-коэффициент инерции по второму закону Ньютона, фунт силы *с2/(фунт массы*фут); m1 – абсолютная вязкость жидкости, фунт силы*с/фут2 ; g – ускорение свободного падения, фунт силы/фунт массы (Ф.Уитон, 1985, с.505).
* Формула эмпирическая, поэтому все входящие в нее величины приведены в английской системе единиц. Формулы для расчета аэраторов разных типов могут различаться.
Помимо тех переменных, которые приведены в уравнении, на эффективность аэрации оказывает влияние степень насыщения воды кислородом. Так, установлено, что после того, как содержание кислорода превысит 70% насыщения, эффективность работы аэраторов быстро падает и их применение становится нецелесообразным.
Об уровне энергозатрат на аэрацию дают представление следующие цифры. В зависимости от типа аэратора и прочих условий на введение в воду 1 кг кислорода требуется затратить от 10,4 до 103 квт*ч.
Существует несколько подходов к определению числа и мощности поверхностных аэраторов. Один из вариантов представлен ниже.
1. Определяют потребность водной экосистемы в кислороде, при этом учитывается биохимическое потребление кислорода водой при той или иной температуре, потребление кислорода грунтом, потребление кислорода рыбой, водными растениями. Этот расчет является наиболее ответственным и самым сложным, так как он связан с необходимостью проведения ряда лабораторных и натурных исследований. Именно результаты этих измерений ложатся в основу определения кислородных потребностей пруда и непосредственно влияют на выбор аэраторов.
2. Определяют Кla – суммарный коэффициент перехода кислорода, ч-1; вносят поправку на температуру по следующему уравнению: (Кla)т= (Кla)20 С(т-20) , где Кla – скорость переноса кислорода при температуре т;( Кla ) 20 – скорость переноса кислорода при температуре 20 0С; С – константа равная 1,0102.
3. Определяют а по значению Кla для чистой и прудовой воды в сходных условиях.
4. Определяют будущий градиент концентрации кислорода при работе аэратора.
5. Определяют скорость перехода кислорода в воду за 1 час: ПК = Кla (Cs-C) V 106
где Кla –суммарный коэффициент перехода кислорода, ч-1; Cs – насыщение прудовой воды кислородом в данных условиях, мг/л; С – концентрация кислорода во время работы аэратора, мг/л; V- объем аэрируемой воды, л.
6. Разделив потребности в кислороде на скорость насыщения кислородом за 1квт*ч для данного типа аэратора, определяют общую потребляемую мощность аэратора, необходимую для насыщения воды кислородом.
7. Разделив общую потребляемую мощность на мощность аэратора данного типа, определяют необходимое для работы число аэраторов.
8. Аэраторы размещают равномерно по площади водоема.
В действительности метод расчета может быть гораздо проще, так как все серьезные производители аэраторов обычно приводят данные о производительности своих аэраторов по кислороду. Неизменным во всех расчетах является первый пункт, говорящий о необходимости определения потребности водоема в кислороде. Именно от правильности этих первичных расчетов зависит успех или неудача в выборе аэратора.
Как можно понять из сказанного выше, существуют некоторые принципиальные трудности в обеспечении оптимального кислородного режима в прудах для рыбалки. С одной стороны, необходимо стремиться к содержанию кислорода 80-90% насыщения и выше, с другой – уже после 70% насыщения эффективность аэраторов существенно падает. Выходом их этой ситуации является либо применение более мощных аэраторов, заведомо перекрывающих возможный дефицит кислорода, либо использование чистого кислорода. В последние годы широкое распространение находят оксигенаторы,- устройства, в которых вода непосредственно контактирует с чистым кислородом и из которых кислород может выйти, только растворившись в воде. Коэффициент использования кислорода в таких устройствах достигает 90% и более, а энергозатраты на порядок меньше обычных аэраторов.
Существенной проблемой для водоемов, в которых отмечается дефицит кислорода, является образование заморных зон. Дефицит кислорода редко регистрируется по всему водоему. Более всего страдают от замора рыбы, находящиеся в изолированных участках. Аэратор, работающий на пруду со сложной формой, может насытить кислородом какую-либо одну его часть, тогда как в других частях пруда будет ощущаться дефицит кислорода. Для того чтобы этого не происходило, применяют аэраторы, образующие мощный поток аэрированной воды, так называемые аэраторы – потокообразователи. Помимо аэрации они обеспечивают перемешивание воды и создают в пруду постоянное течение, препятствующее образованию застойных зон.
Источник