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
Подходы к расчетам аэрационных мощностей в рыбоводных прудах
Н.М. Белковский, канд. биол. наук, НПП Салмо.ру, www.salmo.ru
Одним из самых существенных ограничений в рыбоводстве является содержание растворенного кислорода. Гипоксия негативно влияет практически на все рыбоводные показатели: выживаемость, рост, физиологическое состояние, эффективность, использование кормов, устойчивость к заболеваниям, то есть на все, что определяет результативность рыбоводства.
Массовая гибель рыбы в прудах до сих пор представляет собой реальную угрозу, с которой сталкиваются многие, если не большинство, рыбоводных хозяйств в стране. До настоящего времени считается, что самым очевидным решением проблемы дефицита кислорода является аэрация воды с помощью аэраторов различного типа либо использование чистого кислорода, вводимого в воду с помощью оксигенаторов.
В вопросе практического применения аэраторов существует много предрассудков и неверных оценок возможностей этой технологии.
К слову сказать, до сих пор в народном сознании прочно укоренилась мысль, что зимой прорубь в водоеме позволяет спасти рыбу от замора. На бесполезную работу по созданию прорубей расходуется много ресурсов, и до сих пор это считается важной мерой по сохранению рыб.
Аэраторы реально могут спасти озеро или пруд от замора, однако необходимо правильно выбрать количество и мощность аэраторов и рационально расположить их на водоеме.
Производительность аэраторов, измеряемая количеством растворенного в воде кислорода, варьирует в широких пределах и зависит от многих факторов, прежде всего от исходного содержания кислорода и температуры.
На рис. 1 показано, как меняется скорость насыщения воды кислородом по мере увеличения его концентрации. При низком содержании кислорода аэраторы достаточно производительны, растворяя 1,5–2 кг кислорода на 1 кВт, но уже при 70–80 % насыщения их эффективность значительно снижается.
Рис. 1. Скорость насыщения воды кислородом в зависимости от его концентрации (опыты в экспериментальном бассейне)
Следовательно, для достижения максимального эффекта аэраторы должны работать в воде с низким содержанием кислорода. В прудах и озерах это обычно глубинные слои воды. У дна скапливается большое количество окисляющихся органических веществ, а из-за низкой освещенности фотосинтез или вообще не протекает, или идет с небольшой интенсивностью. В придонных же слоях воды расходуется основная масса кислорода, потребляемого озером или прудом.
В таблице приведены типичные значения окислительно-восстановительного потенциала и содержания кислорода на разных глубинах. Если аэратор воздействует на поверхностные слои воды, которые уже насыщены кислородом за счет фотосинтеза и контакта с атмосферным воздухом, эффективность его работы становится гораздо ниже, чем если бы он аэрировал воду из придонных слоев.
В аэраторах серии «Поток» двигатель с винтом помещен в кожух, что по сути превращает его в осевой пропеллерный насос, способный закачивать воду для аэрации практически с любой глубины водоема (рис. 2). Кроме того, механизм регулировки угла наклона моторного модуля позволяет направлять поток водовоздушной смеси вниз ко дну и воздействовать на придонные слои воды. Летом, если водоем активно «цветет», в верхнем слое воды содержание кислорода может значительно превысить 100 %.
Рис. 2. Схема работы аэраторов серии «Поток». Водозабор с глубины повышает эффективность аэрации
В этом случае задачей аэратора становится в первую очередь перемешивание воды в пруду, разрушение температурной и кислородной стратификации.
В результате такой работы пруд будет дополнительно насыщаться кислородом, образовавшимся в результате естественных процессов фотосинтеза.
Чтобы оценить возможности аэраторов в отношении того или иного водоема, попытаемся количественно определить те величины, которыми может измеряться дефицит кислорода в нем.
Об этом может дать представление следующий умозрительный пример.
Допустим, мы имеем нагульный рыбоводный пруд площадью 100 га, средней глубиной 1,5 м и объемом 1,5 млн м 3 .
В течение суток содержание кислорода колеблется от 5 мг/л (г/м 3 ) в максимуме в конце светового дня до 1 мг/л (г/м 3 ) в минимуме в конце ночи.
Падение кислорода происходит за 12 ч, после чего снова начинается его рост. Следовательно, во всем пруду за 12 ч расходуется 6 т кислорода, или 500 кг/ч.
(5 – 1) × 1500000 : 12 = 500 000 г/ч.
Окислительно-восстановительный потенциал и растворенный кислород на разных глубинах в рыбоводном пруду
| Глубина, м | Насыщение кислородом, % | Окислительно-восстановительный потенциал, мВ |
|---|---|---|
| 0,5–1 | 70–80 | От +120 до +180 |
| 1–1,5 | 30–40 | От +50 до +80 |
| 1,5–2 | 5–10 | От +10 до +20 |
| Придонный слой воды | 0 | От 0 до -100 |
Затем с такой же скоростью кислород начинает расти. Чтобы полностью скомпенсировать ночные потери кислорода во всем пруду, потребуется более 300 кВт аэрационных мощностей, или 200 аэраторов на 1,5 кВт, что практически невозможно и не нужно.
Попытаемся хотя бы приблизительно оценить, какое количество кислорода потребляет сама рыба. Допустим, общая ихтиомасса в пруду составляет 300 т. Интенсивность общего обмена при температуре 200 °С примем, равной 250 мг/кг в 1 ч. Тогда окажется, что вся рыба потребляет примерно 75 кг кислорода в 1 ч, или всего 15 % от общего количества кислорода прудом.
При использовании аэраторов не ставится задача полностью компенсировать расходную часть кислородного баланса пруда.
Основную часть потребляемого рыбой кислорода дает сам пруд, и дефицит кислорода, непосредственно приводящий к замору, может быть относительно небольшим. Иными словами, в этой ситуации аэраторы убирают ту самую «соломинку», которая могла бы переломить спину «верблюду».
Приблизительный расчет баланса кислорода для всего пруда в течение длительного периода времени может проводиться по следующей формуле.
где O2 – потребление кислорода всем прудом в среднем, г в 1 ч;
C1 – среднее содержание кислорода в пруду в начале расчетного периода, г/м 3 ;
C2 – среднее содержание кислорода в пруду в конце расчетного периода, г/м 3 ;
V – объем пруда, м 3 ;
N – продолжительность периода в сутках (промежуток времени между измерением C1 и C2);
24 – число часов в сутках;
Эти расчеты позволяют оценить, насколько быстро нарастает дефицит кислорода в пруду и когда возможно наступление заморов.
Такая же схема расчетов может применяться и для определения аэрационных мощностей, необходимых для непосредственного предотвращения гибели рыбы.
Предположим, что гибель карпа начинается при содержании кислорода 1,0 мг/л, а 1,5 уже гарантирует выживание рыбы.
Допустим, что этот дефицит формируется в течение 12 часов.
Тогда масса жизненно необходимого кислорода в приведенном выше примере составит:
(1,0 – 0,5)⋅1500000:12 = 62,5 кг кислорода.
Эта нехватка кислорода относится ко всему объему пруда.
Если же принять, что лишь 15 % будет потреблено рыбой, то тогда теоретически для спасения рыбы от гибели потребуется растворять в воде по 9 кг кислорода в 1 ч.
Такое количество уже соизмеримо с тем, которое могут растворить в воде аэраторы.
Для этого понадобилось бы, как минимум, шесть аэраторов мощностью по 1,5 кВт каждый, при условии, что весь вырабатываемый ими кислород идет только на удовлетворение кислородных потребностей рыб, что, конечно, невозможно.
Приведенные выше расчеты весьма приблизительны и должны лишь показать порядок величин, с которыми имеет дело рыбовод при расчете аэрационных мощностей.
Каждый пруд имеет свои специфические особенности, которые необходимо учитывать при этих расчетах.
Кислород, растворенный в воде в результате работы аэраторов, расходуется не только для дыхания рыб, но и другими его потребителями.
Для повышения эффекта от аэрации аэраторы должны быть сосредоточены на небольшой площади пруда, чтобы привлечь рыбу в зону работы аэраторов, где содержание кислорода будет выше, чем в остальном пруду.
Создание одного или нескольких «кислородных полей» в пруду, где концентрация кислорода будет достаточной для выживания, позволит рыбе спастись от замора.
Установка аэраторов должна производиться таким образом, чтобы свести к минимуму рассеивание введенного в воду кислорода по всему пруду.
Несколько килограммов кислорода, распределенных на большой площади, могут не помочь рыбе избежать гибели, но если эти же килограммы будут сосредоточены в ограниченной зоне, рыба может спастись в ней.
Следовательно, аэраторы нужно располагать на пруду напротив друг друга, использовать береговую линию как отражающий экран, чтобы вода как можно дольше оставалась в зоне работы аэраторов, не смешиваясь с остальной водой в водоеме.
Источник