Поверхностные аэраторы для пруда

Поверхностные аэраторы для водоемов

Поверхностные аэраторы предназначены для перемешивания и приведения в движение поверхностного слоя воды, в результате чего переход кислорода из воздуха в воду интенсифицируется. Фонтан является простейшим поверхностным аэратором. Если вода подается с высокой скоростью через насадку и затем ударяется о водную поверхность, такой вид аэрации называется дождеванием. На рис. 15.13 и 15.14 изображены два механических поверхностных аэратора. На рис. 15.13 вода подается насосом по вертикальной трубе вверх и затем при помощи отражателя разбрызгивается по поверхности воды. На рис. 15.14 показан роторный аэратор пропеллерного типа. Ротор установлен на небольшой глубине. Вращение ротора создает движение на поверхности воды, в результате чего контакт ее с воздухом увеличивается.

Горизонтальные вращающиеся щетки или лопасти, частично погруженные в воду и вращающиеся с высокой частотой, также широко используются в качестве поверхностных аэраторов. Вращение лопастей создает высокую турбулентность. Они превращают воду в капли, которые разбрызгиваются на поверхности.

Рабочие параметры

Скорость насыщения кислородом (кг O₂ в час) зависит от многих факторов: глубины погружения; частоты вращения и диаметра ротора; энергии, приходящейся на единицу площади или объема; свойств аэрируемых стоков; характеристик (форма и размер) емкости; градиента концентрации кислорода и типа аэратора. Скорость насыщения воды кислородом обычно указывается в паспорте аэратора. Эти значения получены при стандартных условиях или приведены к ним. К стандартным условиям относятся следующие: воздух находится в контакте с чистой водой при давлении 760 мм рт. ст., температура воды составляет 20°С, исходная концентрация кислорода в воде равна нулю. Размеры и форма емкостей не всегда указываются.

Увеличение глубины погружения, частоты вращения и диаметра ротора поверхностных аэраторов приводит к увеличению скорости насыщения кислородом.

Даунинг и Бун (Downing and Boon, 1963) обнаружили почти линейную зависимость между глубиной погружения ротора в поверхностном аэраторе (конического типа) и абсорбцией кислорода (кг O₂ в час). Стальзер и фон дер Эмд (Stalzer and Von der Emde, 1972) получили сходные результаты при изучении гигантских роторов. Колега и др. (Kolega et al., 1969), работая с лопастными поверхностными аэраторами, обнаружили, что коэффициент перехода кислорода практически линейно зависит от глубины погружения ротора, которая составляла 0,1—0,5 его диаметра. Они также отметили, что при увеличении диаметра лопастей с 0,3 до 0,6 м эффективность насыщения воды кислородом быстро возрастает.

Эйхенфельдер (Echenfelder, 1969) определил оптимальную частоту вращения ротора для конических аэраторов. При частотах вращения выше и ниже оптимальной насыщение кислородом на единицу затрачиваемой мощности снижалось.

Увеличение затрат мощности на единицу объема для всех аэраторов приводит к увеличению насыщения кислородом. Однако существует оптимальная мощность, обеспечивающая максимальную скорость насыщения кислородом. При дальнейшем увеличении мощности приращение скорости насыщения кислородом в. единицу времени на единицу затраченной мощности начинает снижаться. Гурвитц и др. (Hurwitz et all., 1963) показали, что насыщение воды кислородом в течение одного часа аэратором конического типа приблизительно описывается следующим уравнением:

где у — мощность, расходуемая на единицу поглощенного кислорода; х — частота вращения конуса; а и b — константы.

Таким образом, для исследованного аэратора существовала максимально эффективная частота вращения, выраженная в единицах затраченной мощности на единицу поглощенного кислорода.

Чеснесс и др. (1973) изучали аэратор с насадкой в виде форсунки и нашли, что для пресноводной системы механическая эффективность выражается следующим уравнением:

где МЕ— механическая эффективность насыщения кислородом, кг O₂/(кВт·ч); K_La — суммарный коэффициент поглощения кислорода, ч -1 ; С_s — насыщающая концентрация, мг/л; V — объем аэрируемой емкости, л; Р — мощность, подводимая к форсунке, кВт.

Значение K_La получается из следующего уравнения регрессии:

где Q — расход воды, л/с; v — скорость, м/с; K_La — суммарный коэффициент поглощения кислорода, ч -1 .

Чеснесс и др. (1973) обнаружили, что одна погруженная форсунка, расположенная на расстоянии, равном 1/3 радиуса от центра бассейна вместимостью 2782 л, и под углом 30° к горизонтали, обеспечивала максимальную аэрацию. Были опробованы также четыре поверхностных форсунки, расположенные под углами 30, 45, 60 и 75° к горизонтали. В табл. 15.2 приведены результаты этих экспериментов. Когда две форсунки заменили одной, количество поглощенного кислорода K_La уменьшилось на 14% при условии, что расход воды через одну форсунку был равен суммарному расходу воды через две форсунки при той же скорости прохождения воды через форсунку. Таким образом, одна крупная форсунка эффективнее двух мелких. Чеснесс и др. (1973) отметили, что для форсунок со скоростью подачи воды выше 10,7 м/с, механическая эффективность насыщения кислородом снижается. Выше этой скорости увеличение коэффициента K_La недостаточно для компенсации расхода мощности, необходимой для достижения более высокой скорости. Наиболее эффективной для всех экспериментов была скорость 10—11 м/с.

Характеристики подлежащих аэрации сточных вод также влияют на выбор аэратора. Большинство веществ, содержащихся в сточных водах, несколько снижают концентрацию насыщения воды. При расчете аэрации бытовых сточных вод коэффициент β принимают равным 0,95—1, а коэффициент α 0,80—0,95.

Коэффициенты α и β лучше всего определять экспериментально для конкретных сточных вод. Коэффициенты α и β для сточных вод систем культивирования гидробионтов неизвестны.

На величину коэффициента α существенное влияние оказывает присутствие в воде поверхностно-активных веществ, которые, концентрируясь на поверхности раздела фаз жидкость — газ, образуют на поверхности жидкости пленку и затрудняют проникновение в нее кислорода. Детергенты — наиболее распространенные активные вещества, обычно содержащиеся в бытовых стоках. В системах для культивирования водных организмов обычно содержатся природные поверхностно-активные вещества, например белки. Они уменьшают поверхностное натяжение жидкости и способствуют образованию мелких капель. Это увеличивает скорость насыщения воды кислородом в поверхностных аэраторах путем увеличения поверхности соприкосновения с воздухом под действием турбулентности. При уменьшении турбулентности поверхностноактивные вещества уменьшают диффузию через пленку и таким образом снижают скорость проникновения кислорода в воду. Форма и размер бассейна также влияют на скорость насыщения воды кислородом. При постоянных размере и числе аэраторов чрезмерное увеличение размера бассейна (в зависимости от типа аэратора и формы бассейна) приводит к уменьшению скорости насыщения воды кислородом. Это связано в основном со снижением скорости движения жидкости и турбулентности в бассейнах, слишком крупных для данного типа аэратора. Для увеличения турбулентности при обработке бытовых сточных вод на очистных станциях Кноп и Кальбскопф (Knop and Kalbskopf, 1969) рекомендовали поддерживать отношение диаметра бассейна к диаметру зоны работы поверхностного аэратора равным 1,5:1,0.

Потребность аэраторов в энергии обычно рассчитывают как количество затраченной мощности на единицу объема (Echenfelder, 1969). Корманик (Kormanik, 1976) представил данные по затратам мощности на единицу площади поверхности бассейна. Он установил линейную зависимость между насыщением кислородом на единицу подводимой мощности и мощностью, затрачиваемой на единицу поверхности бассейна, отметив при этом, что влияние размеров и форм бассейна на скорость насыщения воды кислородом отражалось более значительно на высокоскоростных малогабаритных аэраторах, чем на низкоскоростных поверхностных аэраторах. Окончательное влияние формы и размеров конкретного бассейна на скорость насыщения воды кислородом зависит от суммы таких факторов, как тип используемого аэратора, его размер, режим течения в бассейне и свойства сточных вод.

Градиент концентрации кислорода, несомненно, влияет на скорость насыщения воды кислородом. Как правило, поверхностные аэраторы обеспечивают поступление в воду от 1,9 до 2,3 кг (O₂/кВт·ч) (Echenfelder, 1969). Даунинг и Бун (Downing and Boon, 1963) считают, что аэраторы с погруженными в воду щетками дают 1,3—3,5 кг O₂/кВт·ч). Однако эти значения получены при работе со сточными водами или в стандартных условиях, описанных выше. Системы очистки сточных вод часто работают при низких концентрациях кислорода (0,5—1 мг/л). Это создает гораздо более высокий градиент концентрации кислорода, чем свойственный системам для культивирования гидробионтов где содержание кислорода в воде не должно быть ниже 3—5 мг/л. Таким образом, в системах культивирования из-за низкого градиента концентрации кислорода скорость насыщения воды кислородом ниже.

Конструкция аэратора также влияет на скорость насыщения воды кислородом. Лучше всего сравнивать аэраторы различных конструкций по данным завода-изготовителя. Однако еще более надежные результаты дают полевые испытания аэратора, поскольку в них можно учесть форму бассейнов и особенности сточных вод.

Расчет поверхностного аэратора

Поверхностные аэраторы выпускаются различными фирмами, доставляются в собранном виде и даже устанавливаются по желанию заказчика. Часто приобретение готового аэратора наиболее выгодно. Однако в некоторых случаях желательно иметь собственный аэратор. Часто такие конструкции создаются по методу проб и ошибок, так как информация по этому вопросу довольно ограниченна.

Колега с соавторами (Kolega et al., 1969) разработал конструкцию лопастного роторного аэратора (рис. 15.15). Эффективность работы этого аэратора они выразили с помощью коэффициента насыщения кислородом КНК, подобного коэффициенту K_L. При выведении уравнения следующие величины были приняты постоянными: отношение длины аэрируемого бассейна к ширине вращающегося лопастного ротора, отношение ширины аэрируемого бассейна к ширине вращающегося лопастного ротора, отношение ширины лопасти к расстоянию между лопастями, отношение вязкости воздуха к вязкости жидкости, отношение плавучести к силе тяжести, действующей на погруженный в воду пузырек воздуха, число Шмидта (т. е. вязкость жидкости, деленная на произведение плотности жидкости на массовую диффузию кислорода в жидкости и на коэффициент инерции из второго закона Ньютона).

где КНК— суммарный коэффициент насыщения кислородом, с -1 ; N — частота вращения барабана, об/с; d — глубина погружения лопасти, футы; D — диаметр лопастного колеса, футы; h — глубина воды в бассейне, футы; W_f — ширина лопасти, футы; Re — число Рейнольдса NeND 2 /μ₁; Fr — число Фруда NeDN 2 /g; Ne — коэффициент инерции по второму закону Ньютона, фунт силы·с 2 /(фунт массы·фут); μ₂ — абсолютная вязкость жидкости, фунт силы·с/фут 2 ; g — ускорение свободного падения, фунт силы/фунт массы.

Колега и др. (Kolega et al., 1969) установили, что коэффициент корреляции для уравнения (15.11) равен 0,983—0,996.

Применив горизонтальный ротор, Стальзер и фон дер Змд (Stalzer and Von der Emde, 1972) установили, что с глубиной погружения ротора потребляемая мощность линейно возрастает. Они также обнаружили, что потребляемая энергия ротора связана со средней скоростью потока обратно пропорциональной зависимостью: с уменьшением средней скорости потребляемая энергия увеличивается. Изучение вертикального распределения скорости в канале показало, что максимальная скорость наблюдается у поверхности близ ротора, а минимальная — непосредственно под ротором. При установке шандор или барьеров на определенных участках канала вертикальное распределение скорости становилось почти однородным и скорость насыщения воды кислородом возрастала. Шандоры увеличивают потребность в энергии (Stalzer and Von der Emde, 1972).

Бух и др. (Busch et al., 1974) сравнили эффективность лопастного колеса, биофильтра с аэратором, разбрызгивающим воду, поверхностного разбрызгивателя и эжекторной установки для аэрации прудов с сомиком-кошкой. Они установили, что лопастное колесо потребляет значительно меньшую мощность — 10,4 кВт·ч на 1 кг кислорода, внесенного в пруд, чем другие устройства. Для разбрызгивания воды по поверхности пруда требуется большая мощность — от 47 до 103 кВт·ч на 1 кг кислорода.

Методика выбора числа и размеров поверхностных аэраторов сводится к следующему:

• 1) определяют потребности систем в кислороде (см. ниже);
• 2) определяют K_La. В эту величину (которая обычно указывается в паспорте) вносят поправку на температуру воды по уравнению (15.14);
• 3) определяют α по значению K_La для чистой и сточной воды в сходных условиях;
• 4) определяют будущий градиент концентрации кислорода при работе аэратора;
• 5) определяют скорость перехода кислорода в воду за 1 ч

Источник

Аэратор для пруда: популярные модели, пошаговая инструкция по изготовлению своими руками

Гидротехническое устройство – аэратор для пруда – применяется для насыщения водоема кислородом. Прибор призван предотвратить застой воды в непроточной акватории с сопутствующими плачевными последствиями для садового ландшафта. Выпускают различные модели агрегата, однако наиболее эффективные решения реализуются в дорогом сегменте. При наличии конструкторских навыков несложно собрать аэратор для пруда своими руками на основе запасов необходимого оборудования.

Общие сведения и принцип работы прибора

Как компрессионные установки аэраторы для прудов и водоемов обеспечивают принудительную подачу воздуха в водную среду. В результате воздушные потоки смешиваются с водой, насыщая ее кислородом. Работа устройства способствует искусственному движению масс в непроточном водоеме. Это обуславливает перемещение слоев, тем самым нивелируется риск застоя и цветения водной глади в изолированной акватории.

Конструкция состоит из таких элементов, как:

Установка системы прудовой аэрации дает массу преимуществ, так как предотвращается риск ухудшения качества воды в непроточных водоемах из-за низкого содержания кислорода:

• с помощью аэраторов для прудов и водоемов создаются искусственные потоки и перемешиваются слои;
• устраняется дефицит кислорода. Это крайне важно для обитателей пруда, для жизни которых необходима определенная концентрация кислорода;
• наблюдается очищение толщи от примесей, водорослей и загрязнений, что способствует улучшению экосистемы;
• устраняется болотных запах, уменьшается популяция мошек и комаров.

Как выглядит аэратор для пруда

Зимой при использовании аэратора для пруда создаются соответствующие условия для рыб,моллюсков и другой живности, образуется полынья, через которую уходят вредные соединения.

Показания к установке

Дно искусственных садовых прудов оформляется изолирующим материалом, отсутствует приток струй, поэтому необходима аэрация закрытого водоема для насыщения толщи кислородом. Иначе гладь постепенно зарастет водорослями, станет непригодной для жизни рыб и другой живности.

Необходимость установки системы прудовой аэрации обуславливается следующими моментами:

• в богатой кислородом водной среде наблюдаются активные биологические процессы, для этого необходимо движение потоков. Требуется применение аэраторов для прудов и водоемов, чтобы предотвратить застаивание толщи в непроточном бассейне;
• при низком содержании кислорода происходит интенсивное разложение растительных тканей, отработавшие микроорганизмы скапливаются на дне и на поверхности глади, среда превращается в источник неприятного запаха;
• недостаточность кислорода плохо отражается на состоянии здоровья обитателей садового водоема. О низкой концентрации воздуха в толще сигнализирует поведение рыб, которые плавают на поверхности, чтобы «поймать» кислород.

Чем теплее температура вокруг, тем беднее кислородом непроточная толща. Зимой тоже важно наличие системы прудовой аэрации, особенно в заселенных водоемах.

Критерии выбора

При выборе аэратора учитывают такие факторы, как:

• тип и назначение водоема;
• размеры и конфигурация водного объекта, характеристики дна;
• плотность зарыбления, наличие растительности;
• нюансы эксплуатации в режиме зима-лето.

Требуется установить прибор аэрации высокой мощности в следующих случаях:

• в толще наблюдается высокая концентрация водорослей;
• среда загрязнена из-за попадания ливневых потоков с органикой;
• бассейн имеет сложную конфигурацию.

Выбирая воздушный компрессор, учитывают технические характеристики модели, такие как:

• мощность;
• шумность;
• рабочий диапазон температур.

Немаловажным критерием при выборе компрессионной установки является его стоимость. Для обслуживания маленьких декоративных водоемов можно подобрать аэратор для пруда в Москве стоимостью в диапазоне 5 000-10 000 рублей. Цены на мощные воздушные компрессоры премиум класса составляют 100 000 и более рублей.

Виды и классификация аэраторов для пруда

Выпускают несколько видов компрессионных установок для аэрации непроточных водоемов, которые классифицируются по различным признакам.

По типу работы

По принципу работы различают несколько видов аэраторов для прудов и водоемов.

Поверхностные

Работа компрессионных устройств поверхностного типа заключается в выбрасывании струй воды с помощью насоса. Структура жидкости, которая под давлением выбрасывается в воздух над гладью, увлекает за собой потоки кислорода, падая обратно в водоем.

Поверхностный аэратор для пруда

Плавающие системы аэрации создают потоки в виде фонтана и в основном используются в обустройстве водоемов декоративного назначения. Работа агрегата сопровождается шумом, поэтому приборы данного типа не рекомендуются для аэрации заселенного живностью пруда.

Эжекторные

С помощью лопастей эжектора обеспечивается движение потоков:

• мотор приводит в движение лопасти прибора;
• лопасти с определенной мощностью бьют по воде;
• происходит перемещение слоев, что обуславливает образование в толще воздушных пузырьков.

Эжекторы работают шумно, как и модели поверхностного типа.

Ветровые

Лопасти ветровых установок находятся на поверхности водного зеркала. Они, вращаясь под воздействием ветра, приводят в движение винт, который расположен под водой. В результате вращения винта в толще потоки смешиваются, наблюдается бурление. Для работы устройства не требуется наличие электричества, но производительность аппарата зависит от силы ветра.

Комбинированные

Распылитель выбрасывает водяной поток по поверхности зеркала, эти струи фонтана насыщают толщу кислородом. Аппарат комбинированного типа актуален при обустройстве заселенных прудов, так как компрессор устанавливается за пределами акватория и шум от его работы не создает дискомфорта обитателям водной среды.

Донные

Компрессор располагается на берегу, трубка и рассеиватели погружаются в толщу. Струи под давлением просачиваются сквозь маленькие отверстия, насыщая воду кислородом, при этом происходит постоянное смешивание слоев. Донные аэраторысчитаются наиболее эффективным решением для прудас живностью.

По расположению

По характеру расположения установки делятся на 3 категории:

• плавающие – агрегат располагается на поверхности зеркала, отличаются высоким уровнем шума в процессе работы;
• комбинированные – компрессор находится на берегу, распылители – на поверхности глади, работают по принципу фонтана;
• донные – компрессор устанавливается на берегу, трубка с распылителями располагается на дне.

Для зарыбленных водоемов предпочтительны донные и комбинированные устройства.

По типу установки

Системы прудовой аэрации по типу установки делятся на 2 группы:

• стационарные. Конструкция устанавливается стационарно, эксплуатируется в определенном режиме или постоянно;
• мобильные. Устройства используют при необходимости, далее можно перемещать на другой объект.

Мобильные компрессионные агрегаты актуальны в небольших прудах. Также они подходят для обслуживания водоемов, которые не нуждаются в постоянном насыщении кислородом.

Обзор популярных моделей

Профильный рынок предлагает большое разнообразие аэраторов для прудов и водоемов с конкурентными характеристиками.

Air Flow 25 F

Модель плавающего типа с мощностью 250 Вт с минимальным потреблением электроэнергии. Агрегат позволяет менять направление потока. Средняя стоимость изделия – около 130 000 р.

Robust Air RAE-1

Агрегат донного типа с производительностью 5400 л/час подходит для круглогодичной эксплуатации. Модель экономична, рассчитана на облуживание водоемов глубиной до 15 м. Стоимость устройства составляет в среднем 145 000 р.

Airmax PS 10

Прибор донного типа рассчитан на небольшие водоемы. Производительность агрегата – 3908 л/час, мощность составляет 184 Вт. Стоимость изделия – в пределах 170 000 р.

Aqua Air 250

Агрегат плавающего типа с мощностью 650 Вт, оснащен регулируемой инжекционной форсункой. Модель способна подавать воздух на глубину 4 м. Стоимость изделия в среднем составляет 185 000 рублей.

Как собрать аэратор своими руками?

Чтобы обеспечить биологическое равновесие в садовом ландшафте без затрат на покупку дорогостоящего компрессионного оборудования, можно соорудитьаэратор для пруда своими руками.

Собираем эжекторный аэратор

Необходимые материалы, оборудование и приспособления:

• помпа(насос дренажный) средней мощности;
• труба канализационная Ø32 мм – 2 м;
• патрубок Ø32 мм – 40 см;
• тройник угловой под 45°;
• кабель в двойной оплетке.

Насос дренажный нужен для изготовления аэратора для пруда своими руками

1. Соединяют насосный узел с тройником, используя штуцер.
2. К тройнику подключают патрубок.
3. В верхний отвод подключают трубу канализационную, предварительно вставив угол.
4. Конструкцию оснащают электрическим кабелем.

Необходимо сварить мачту из металлической трубы и зафиксировать ее на дне. На ней прикрепляют самодельный аэратор, учитывая, что насосрасполагается в толще на глубине 70-100 см от поверхности зеркала, а заборная труба – выше уровня водной глади.

Сборка донного прибора

Планируя, как сделать аэратор для прудадонного типа, можно применить автомобильный компрессор с ресивером или узел от старого пылесоса или холодильника.

Необходимые материалы и приспособления:

• компрессор;
• тройники;
• шланги высокого давления и хомуты;
• форсунки.

Последовательность сборки конструкции:

1. К компрессору подключают центральный шланг.
2. По количеству форсунок выполняют отводы с применением тройников.
3. К тройникам подсоединяют распылители.

Компрессор устанавливается возле водоема, лучше всего выделить место в сарае рядом с прудом, шланг тянут в садовую акваторию. Распылители крепят на дне, их удобно фиксировать с помощью металлических штырей с загнутым концом. Также можно прижать распылители к основанию булыжниками.

Ветровой аэратор

Лучшим вариантом аэрации толщи зимой отмечают ветровые модели. Они также предпочтительны, если владельцы приезжают на садовый участок только на выходные.

Необходимые материалы и приспособления:

• металлический лист 30х30;
• прут металлический Ø20 мм и подшипники;
• планки толщиной 2 мм;
• пластиковая бочка;
• вентилятор.

1. Из листа металла следует вырезать 8 квадратов и сварить из них кубики.
2. Внутрь каждого куба устанавливают поперечину, в ней вырезают отверстие, чтобы зафиксировать подшипник. Притом подшипники должны находиться на единой линии, так как необходимо вставить в них прут.
3. Из пластиковой бочки сооружают лопасти. Для этого нужно лишь разрезать емкость на 2 равные половинки.
4. Пластиковые лопасти фиксируют в верхней части прута.
5. К нижней части прута закрепляют лопасти вентилятора.

Далее собирают мачту, устанавливают ее в пруду, крепят самодельный ветрянойаэратор, учитывая, что сегмент с лопастями вентилятора должен находиться под водой. Если планируется плавающий вариант конструкции, днище мачты оборудуют пенопластом, также подойдут пластиковые бутылки.

Изготовление аэратора для пруда своими рукамипозволяет обеспечить благоприятную экосистему на садовом участке с исключительно малыми материальными вложениями.

Источник