Н.М. Белковский, руководитель предприятия НПП Салмо.Ру
Аннотация
В статье рассматриваются показатели, характеризующие эффективность работы аэраторов при различных концентрациях кислорода в воде. Показано, что при повышении концентрации кислорода с 30 до 80 % нормального насыщения количество кислорода, растворяемого аэраторами в расчете на 1 кВт•час, снижается более чем в 2 раза : с 300 до 140 г кислорода на 1 кВт•час. Сравнительные испытания аэраторов известного европейского производителя и отечественной Салмо.Ру одинаковой мощности 0,75 кВт показали практически полную идентичность по производительности (по количеству растворенного кислорода на 1 кВт•час).
Сравнение производительности аэраторов по растворенному кислороду
Введение
В современной аквакультуре аэраторы стали важнейшим средством интенсификации производства. Благодаря аэрации рыбопродуктивность водоемов может возрасти в несколько раз. Однако для того, чтобы объективно оценить потребности водоема в аэрационных мощностях, необходимо по крайней мере иметь количественные показатели, характеризующие массу кислорода, растворяемого аэратором в воде в единицу времени в расчете на единицу электрической мощности. Вполне очевидно, что в зависимости от исходного содержания кислорода производительность аэратора будет разной: максимальная производительность будет при нулевой концентрации кислорода, а минимальная при содержании, близком к нормальному насыщению. Абсолютные показатели интенсивности растворения кислорода помимо содержания кислорода зависят также от температуры воды, ее солености, атмосферного давления и других менее значимых факторов.
Цели и задачи исследования
Цель исследований заключалась в том, чтобы определить, какое количество кислорода растворяется в воде за единицу времени при работе аэратора в зависимости от исходного содержания кислорода в расчете на единицу мощности аэратора. В исследованиях были использованы два аэратора разных производителей: аэратор известного европейского производителя мощностью 0,75 кВт и аэратор Поток АК той же мощности 0,75 кВт от фирмы Салмо.Ру (Россия).
Материал и методика
Оба аэратора имеют сходную конструкцию, которая получила широкое распространение в аэраторах разных производителей во всем мире. Вал погружного двигателя жестко соединен с гребным винтом, в ступице которого имеются отверстия для прохода воздуха. При работе винта на его срезе возникает зона разрежения, в которую поступает атмосферный воздух, интенсивно смешиваясь с водой и образуя водо-воздушную смесь. Фото испытывавшихся аэраторов представлено на рис 1.
Рис.1 Аэраторы Поток АК 0,75 (слева) и аэратор той же мощности 0,75 кВт известного европейского производителя
Эксперименты проводились в бассейне с объемом воды 5,6 м3. Исходная концентрация, с которой начинались измерения, составляла 30 % от нормального насыщения. Это значение было выбрано исходя из следующих соображений. Нулевое содержание кислорода безусловно позволило бы продемонстрировать максимально возможную производительность аэратора. Однако в рыбоводстве нулевое содержание кислорода — это уже форс-мажорная ситуация, и ориентироваться на показатели аэратора, работающего при отсутствии кислорода в воде, было бы ошибкой. Мы решили использовать в качестве начальной точки содержание кислорода, равное 30 % от нормального насыщения. При этом уровне большинство видов рыб остаются живыми и еще есть возможность избежать их гибели. Кроме того, создать нулевое содержание кислорода в воде гораздо сложнее, чем, например, содержание 30 %.
Для того, чтобы частично удалить из воды растворенный кислород и привести его содержание к 30 % нормального насыщения мы использовали метод отдувки кислорода с помощью инертного газа — аргона. В бассейн помещался обычный аэратор, к воздухозаборной трубке которого подсоединялся шланг от баллона с аргоном. Аргон подавался через редуктор и расходомер. Для того, чтобы снизить содержание кислорода в бассейне объемом 5,6 м3 требовалось обычно 30–40 минут.
Температура воды во время экспериментов не менялась и составляла 17,1 °С. Содержание кислорода измерялось с помощью тремооксиметра OxyGard Polaris TGP, который был предварительно откалиброван и проверен. После того, как в бассейне устанавливалась требуемая концентрация кислорода, в бассейн помещался испытуемый аэратор, включался секундомер и концентрация кислорода измерялась оксиметром каждую минуту. Количество растворенного кислорода в расчете на 1 кВт рассчитывалось следующим образом
(C2–C1)•V•60
Q(c, t) = —————— ,
(T2–T1)•W
где Q(c, t) — количество кислорода, растворяющегося в воде в течение одного часа при концентрации кислорода (с) и температуре воды (t) в расчете на 1 кВт, г О2/кВт•час;
С2 и С1 — концентрация кислорода в конце и начале периода измерения, г/м3;
V — объем бассейна, м3;
60 — число минут в часе;
T2 и T1 — время начала и конца интервала измерения, минуты. В нашем эксперименте разница Т2 – Т1 составляла 1 минуту;
W — мощность электродвигателя аэратора, кВт, в нашем эксперименте мощность W аэраторов составляла 0,75 кВт.
Подставив фактические значения в формулу получим
(C2–C1)•5,6•60
Q(c, t) = ——————— =
1•0,75
= (C2–C1)•448 гО2/(кВт•час)
Результаты и обсуждение
На Рис. 2 показаны первичные данные, полученные при измерениях. Опыты проводились в двойной повторности. На оси Y отмечена концентрация кислорода в г/м3, на оси Х - время проведения измерений с интервалом в 1 минуту. В начальный период измерений, когда концентрация кислорода была близка к 30% насыщения, аэратор известного европейского производителя растворял 392 г/кВт•час, а аэратор Поток АК растворял 386 г/кВт•час, разница по этому показателю составляла менее 2% и была статистически недостоверной. В конце измерений, когда содержание кислорода приблизилось к 90% насыщения, аэраторы растворяли одинаковое количество кислорода : 112 г/кВт•час. Производительность по растворению кислорода при увеличении насыщения с 30 до 90% снизилась в 3,5 раза.
Рис.2 Концентрация кислорода в бассейне с интервалом в 1 минуту
Таким образом оба аэратора показали практически полную идентичность по производительности. Необходимо особо отметить, что эффективность аэрации в первую очередь зависит от того, насколько вода насыщена кислородом. При прочих равных условиях решающее преимущество получит тот аэратор, который будет использовать для аэрации воду с минимальным содержанием кислорода. Это соображение положено в основу конструкции аэраторов серии Поток.
Большинство моделей наших аэраторов отличаются тем, что двигатель и винт размещены внутри трубчатого кожуха, что наделяет аэраторы возможностью закачивать воду из глубины водоема, превращая аэраторы отчасти в пропеллерные насосы (Рис. 2 и Рис. 3).
Известно, что в поверхностных водоемах содержание кислорода, как правило, не одинаково на разных глубинах. С ростом глубины кислород обычно падает. Аэрация придонных, обедненных кислородом слоев воды будет в несколько раз эффективнее, чем аэрация поверхностных слоев. Иными словами, одинаковые по мощности аэраторы будут по разному насыщать водоем кислородом, если один из них аэрирует максимально обескислороженную воду, а другой воду, более насыщенную кислородом. Любой аэратор серии Поток ( за исключением аэраторов Поток АК ) способен забирать для аэрации воду с глубины с помощью рукава или водозаборной трубы, одеваемой на трубчатый кожух, который имеет стандартные присоединительные размеры. Эта особенность аэраторов отражена в патенте №147189 от 15.04.2014 ( заявка №2014114659), который защищает конструктивные отличия данных моделей.
Другой особенностью наших аэраторов является то, что они имеют большие углы регулировки наклона двигателя относительно горизонта. Это позволяет направлять поток водо-воздушной смеси в глубину водоема, что также повышает эффективность аэрации. Механизм регулировки хорошо виден на рис. 3.
Рис.3 Внешний вид аэратора Поток Универсал. Двигатель помещен внутрь трубчатого кожуха
Рис.4 Отверстия для забора глубинных слоев воды
Способность аэраторов серии Поток обрабатывать воду в глубине водоема, значительные углы регулировки наклона моторного модуля выгодно отличают аэраторы, выпускаемые нашим предприятием, а их удельная производительность по кислороду при прочих равных условиях не уступает зарубежным моделям.
