Аэрация водоема
Аэрация водоема — это насыщения воды воздухом, то есть кислородом. Является важной и необходимой для жизнедеятельности всех обитателей водоема, в том числе и водных растений. Аэрация оказывает благоприятное воздействие на рыб и их активность, способствует установлению необходимого экологического баланса в водоеме. Также обеспечение аэрации в водоеме можно назвать выгодным вложением в его развитие.
Проводить аэрацию пруда требуется беспрерывно, на протяжении всего года. При наличии пруда и разведении в нем рыбы рекомендуется приобрести аэрационное оборудование и насыщать его кислородом. Поскольку нехватка растворенного кислорода в воде, его низкое содержание, может привести к гибели рыбы и развитию различных заболеваний в пруду. Дефицит кислорода является причиной плохого клева. Это относится как к зимнему, так и летнему сезону. Таким образом, все усилия, направленные на организацию рыбалки, не будут оправданными.
Известно о негативном воздействии на поведение рыб освещенности, силы и направления ветра, перепадов атмосферного давления. Однако при недостаточном содержании в воде растворенного кислорода можно с уверенностью сказать, что хорошего клева не будет.
Аэрация в летнее время
Проведение аэрации в летний сезон способствует насыщению кислородом более глубоких слоев воды в водоеме. В результате начинают активизироваться процессы азотного цикла, которые благоприятно воздействуют на обитателей, населяющих водоем.
Наряду с насыщением воды кислородом при процессе аэрации происходит и перемешивание воды, находящейся в разных глубинах водоема. Холодные нижние слои воды переходят наверх и смешиваются с теплыми слоями воды. В итоге температура воды в водоеме стабилизируется, то есть приобретает одинаковое значение на разной глубине пруда.
Аэрация в осенний сезон
В осенние месяцы проведение работ по аэрации водоема способствует процессу его самоочищения и своеобразной его подготовке к нормальной зимовке. Дело в том, что повышение концентрации кислорода в воде поддерживает деятельность гетеротрофных и нитрифицирующих бактерий, которые принимают участие в процессе переработки различных органических отходов в водоеме. Данные отходы, в свою очередь, преобразовываются в воду, азот и углекислый газ, которые являются безопасными для водоема и всех его обитателей.
Аэрация зимой и весной
В зимнее время аэрационные работы очищают воду от вредных газов, накапливающихся под ледяным покрытием и оказывающих серьезное отрицательное воздействие на кислородный режим водоема.
В весеннее время происходит повышение температуры воздуха и воды. Аэрация в это время способствует тому, что начинают свою деятельность особые бактерии, которые своей жизнедеятельностью способствуют значительному улучшению экологического баланса в водоеме.
Оптимальная концентрация кислорода
Существуют разные пороговые концентрации кислорода в воде для различных видов рыб. Однако не нужно на них ориентироваться, так как этот показатель является критическим и может вызывать у обитателей водоема сильнейший стресс и в дальнейшем гибель.
Снижение концентрации кислорода в воде до половины нормы приводит к замедлению роста рыбы из-за сниженного потребления пищи.
Допустимый диапазон для окуня, судака, форели и осетра от 50 до 90%. При снижении содержания кислорода ниже этой нормы происходит заметное уменьшение активности рыбы. Есть данные, что в осеннее и зимнее время при снижении уровня кислорода до 45% форель полностью прекращает клевать. Содержание кислорода в пруду для карпа составляет 5-7 мг/л, выдерживает понижение кислорода до 3 мг/л. Характерным признаком нехватки кислорода в пруду является выход карпа на поверхность.
Учитывая все вышеописанное, хозяйствам, которые разводят рыбу и организовывают платную рыбалку, рекомендуется проводить постоянную аэрацию водоемов, повышая содержание кислорода в воде до 90 или 100% ( зимой это 12-13 мг/л, а летом – 6-8 мг/л).
Типы аэраторов
Для обогащения воды в водоемах кислородом существуют специальные устройства – аэраторы. Классификация Ф. Уитона разделяет все аэраторы на четыре основных типа:
- поверхностные;
- гравитационные;
- турбинные;
- диффузионные.
Существуют также аэраторы, которые сочетают в себе признаки разных вышеперечисленных типов.
Кроме того, есть аэраторы эжекторные, распылительные, U-образные. Выбор аэратора для насыщения воды кислородом и расчет эффективности его работы является сложным процессом. Для этого производятся специальные расчеты. Известно, что эффективность работы любого аэратора зависит от степени насыщения кислородом воды в водоеме. К примеру, при достижении насыщения воды кислородом до 70% эффективность работы аэраторов далее быстро снижается.
Что касается энергетических затрат на процесс аэрации, то по Ф. Уитону для введения в воду одного килограмма кислорода нужно потратить до 103 кВт/час.
Определение количества аэраторов и их мощности
Есть несколько вариантов того, как можно определить количество необходимых устройств для проведения аэрации в водоеме, а также их мощность.
Рассмотрим один из вариантов:
1. Необходимо определить количество кислорода, требуемого для конкретной водной экосистемы. Для этого высчитывают количество кислорода, потребляемого грунтом, водными растениями и рыбой, а также биохимическое потребление кислорода водой.
Для этих целей проводятся специальные натурные и лабораторные исследования. Данный расчет является одним из самых сложных и ответственных. На основе полученных результатов исследований определяется общая потребность водоема в кислороде, от которой напрямую зависит выбор устройства для проведения аэрации.
2. Далее нужно определить Кla – это суммарный коэффициент перехода кислорода. Здесь вносится поправка на температуру и применяется следующее уравнение: (Кla)т= (Кla)20 С(т-20) , где Кla – обозначает скорость переноса кислорода при температуре т;( Кla ) 20 – это скорость переноса кислорода при температуре 20 0 С; а С – является константой, равной 1,0102.
3. Определяется значение Кla для чистой и воды, находящейся в водоеме, в одинаковых условиях.
4. Предполагается будущий градиент содержания кислорода при работе устройства для аэрации.
5. Устанавливается скорость, с которой кислород за один час переходит в воду: ПК = Кla (Cs-C) V 106. Здесь Кla – является суммарным коэффициентом перехода кислорода, ч-1; Cs – обозначает насыщение воды в водоеме кислородом в данных условиях, мг/л, С – означает концентрацию в воде кислорода во время работы устройства для аэрации, мг/л; V– это объем воды, подвергающейся аэрации, л.
6. Показатель общего потребления мощности устройства для аэрации. Для этого потребность в кислороде делится на скорость насыщения воды О2 за один кВт в час, характерную для конкретного типа аэратора.
7. Дальше, с помощью ранее полученных показателей, определяется требуемое количество аэраторов для насыщения кислородом воды в водоеме. Для этого общая потребляемая мощность делится на мощность конкретного типа аэратора.
8. Определяются места размещения аэраторов в водоеме так, чтобы они были расположены равномерно по всей площади.
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