Aeracija vode
Aeracija vode je proces povećanja ili održavanja zasićenosti kisikom u vodi u prirodnim i vještačkim okruženjima. Tehnike aeracije se često koriste u upravljanju ribnjacima, jezerima i akumulacijama kako bi se riješili problemi niskog nivoa kisika ili cvjetanja algi.[1]
Kvalitet vode
[uredi | uredi izvor]Aeracija vode je često potrebna u vodenim tijelima koja pate od hipoksijskih ili anoksijskih uslova, često uzrokovanih uzvodnim ljudskim aktivnostima kao što su ispuštanje otpadnih voda, poljoprivredno otjecanje ili prekomjerno mamljenje ribarskog jezera. Aeracija se može postići ubacivanjem zraka u dno jezera, laguna ili ribnjaka ili površinskim miješanjem iz fontane ili uređaja sličnog prskalici kako bi se omogućila izmjena kisika na površini i oslobađanje plinova kao što su ugljik-dioksid, metan ili sumporovodik.[2]
Smanjeni nivoi rastvorenog kisika (DO) su glavni uzrok lošeg kvaliteta vode. Ne samo da ribama i većini drugih vodenih životinja treba kisik, aerobne bakterije pomažu u razgradnji organske materije. Kada koncentracije kisika postanu niske, mogu se razviti anoksjski uslovi koji mogu smanjiti sposobnost vodenog tijela da podrži život.
Metode aeracije
[uredi | uredi izvor]Svaki postupak kojim se vodi dodaje kisik može se smatrati vrstom aeracije vode. Postoji mnogo načina za aeraciju vode,[3] Ali sve se to svrstava u dva široka područja – površinska aeracija i podpovršinska aeracija. Za oba pristupa dostupan je niz tehnika i tehnologija.
Prirodna aeracija
[uredi | uredi izvor]Prirodna aeracija je vrsta i podzemne i površinske aeracije. Može se odvijati putem podzemnih vodenih biljaka. Kroz prirodni proces fotosinteze, vodene biljke oslobađaju kisik u vodu, osiguravajući joj kisik potreban za život riba i aerobnih bakterija za razgradnju viška hranjivih tvari.[4]
Kisik se može unijeti u vodu kada vjetar uznemirava površinu vodenog tijela, a prirodno prozračivanje može se dogoditi i kretanjem vode uzrokovanim nadolazećim potokom, vodopadom ili čak jakom poplavom.
U velikim vodenim tijelima u umjerenoj klimi, jesenji preokret može unijeti vodu bogatu kisikom u hipolimnion siromašan kisikom.
Površinska aeracija
[uredi | uredi izvor]Površinski aerator male brzine
[uredi | uredi izvor]Površinski aerator male brzine je uređaj za biološku aeraciju s visokom efikasnošću. Ovi uređaji su često od čelika zaštićenog epoksidnim premazom i generiraju veliki obrtni moment. Miješanje volumena vode je odlično. Uobičajena snaga se kreće od 1 do 250 kW po jedinici s efikasnošću (SOE) oko 2 kgO2/kw. Aeratori male brzine se uglavnom koriste za biološku aeraciju postrojenja za pročišćavanje vode. Što je veći prečnik, to je veći SOE i miješanje.[4]
Fontane
[uredi | uredi izvor]Fontana se sastoji od sredstva za prskanje vode prema gore u zrak. Obično se to može učiniti pomoću motora koji pokreće rotirajući impeler. Impeler pumpa vodu s prvih nekoliko metara vode i izbacuje je u zrak.[5] Ovaj proces koristi kontakt zraka i vode za prijenos kisika. Kako se voda potiskuje u zrak, ona se razbija u male kapljice. Zajedno, ove male kapljice imaju veliku površinu kroz koju se kisik može prenositi. Po povratku, ove kapljice se miješaju s ostatkom vode i tako prenose kisik natrag u ekosistem.
Fontane su popularna metoda za obezbjeđivanje površinske aeracije zbog estetskog izgleda koji nude. Međutim, većina fontana nije u stanju proizvesti veliku površinu vode bogate kisikom.[5] Također, provođenje električne energije kroz vodu do fontane može predstavljati sigurnosni rizik.
Plutajući površinski aeratori
[uredi | uredi izvor]
Plutajući površinski aeratori rade slično kao fontane, ali ne nude isti estetski izgled. Oni izvlače vodu s gornjih 30–60 cm vodenog tijela i koriste kontakt zrak-voda za prijenos kisika. Umjesto da potiskuju vodu u zrak, oni remete vodu na površini vode. Plutajući površinski aeratori također se napajaju električnom energijom s kopna.[5] Učinkovitost površinskog aeratora ograničena je na malo područje jer ne mogu dodati cirkulaciju ili kisik mnogo više od radijusa od 3 metra. Ova cirkulacija i oksigenacija tada su ograničeni na najgornji dio vodenog stupca, često ostavljajući donje dijelove nepromijenjenima. Površinski aeratori male brzine također se mogu instalirati na plovke.
Aeratori s lopaticama
[uredi | uredi izvor]Aeratori s lopaticama također koriste kontakt zrak-voda za prijenos kisika iz zraka u atmosferi u vodeno tijelo. Najčešće se koriste u području akvakulture (uzgoj vodenih životinja ili uzgoj vodenih biljaka za hranu). Izrađeni od glavčine s pričvršćenim lopaticama, ovi aeratori obično se pokreću pomoću traktorskog priključka snage (PTO), benzinskog motora ili električnog motora. Obično se montiraju na plovci. Električna energija prisiljava lopatice da se okreću, mućkajući vodu i omogućavajući prijenos kisika putem kontakta zrak-voda.[5] Kako se svaki novi dio vode mućka, on apsorbira kisik iz zraka, a zatim, po povratku u vodu, vraća ga u vodu. U tom smislu, aeracija s lopaticama funkcionira vrlo slično aeratorima s plutajućom površinom.
Potpovršinska aeracija
[uredi | uredi izvor]Podpovršinska aeracija ima za cilj oslobađanje mjehurića na dnu vodenog tijela i omogućavanje njihovog podizanja silom uzgona. Difuzni sistemi aeracije koriste mjehuriće tečnosti za aeraciju, kao i za miješanje vode. Istiskivanje vode usljed izbacivanja mjehurića uzrokovat će miješanje, a kontakt između vode i mjehurića rezultirat će prijenosom kisika.[6]
Mlazna aeracija
[uredi | uredi izvor]Podpovršinska aeracija može se postići upotrebom mlaznih aeratora, koji usisavaju zrak, pomoću principa Venturijevog efekta, i ubrizgavaju zrak u tekućinu.
Aeracija grubim mjehurićima
[uredi | uredi izvor]Aeracija grubim mjehurićima je vrsta podzemne aeracije u kojoj se zrak pumpa iz kompresora zraka na kopnu,[7] kroz crijevo do jedinice postavljene na dnu vodenog tijela. Jedinica izbacuje "grube mjehuriće" (promjera više od 2 mm),[8] koji oslobađaju kisik kada dođu u kontakt s vodom, što također doprinosi miješanju stratificiranih slojeva jezera. Oslobađanjem velikih mjehurića iz sistema, dolazi do turbulentnog pomjeranja vode što rezultira miješanjem vode.[6] U poređenju s drugim tehnikama aeracije, aeracija grubim mjehurićima je vrlo neefikasna u načinu prijenosa kisika. To je zbog velikog promjera i relativno male kolektivne površine mjehurića.[6]
Aeracija finim mjehurićima
[uredi | uredi izvor]
Aeracija finim mjehurićima je efikasan način prijenosa kisika u vodeno tijelo.[9] Kompresor na obali pumpa zrak kroz crijevo koje je povezano s podvodnom aeracijskom jedinicom. Na jedinicu je pričvršćen niz difuzora. Ovi difuzori dolaze u obliku diskova, ploča, cijevi ili crijeva izrađenih od silicijevog dioksida vezanog staklom, porozne keramičke plastike, PVC-a ili perforiranih membrana napravljenih od EPDM-. guma.[5] Zrak koji se pumpa kroz difuzorske membrane ispušta se u vodu. Ovi mjehurići poznati su kao fini mjehurići. EPA definira fini mjehurić kao bilo što manje od 2 mm u promjeru.[8] Ova vrsta aeracije ima vrlo visoku efikasnost prijenosa kisika (OTE), ponekad i do 15 funti kisika / (konjska snaga/sat) (9,1 kilogram kisika / (kilovat/ sat)).[5] U prosjeku, difuzna aeracija zrakom difuzira približno 2–4 cfm (kubnih stopa zraka u minuti) (56,6-113,3 litara zraka u minuti), ali neke rade na nivoima niskim kao 1 cfm (28,3 L/min) ili visokim kao 10 cfm (283 L/min).
Difuzna aeracija finim mjehurićima može maksimizirati površinu mjehurića i na taj način prenijeti više kisika u vodu po volumenu mjehurića. Osim toga, manjim mjehurićima treba više vremena da dođu do površine, tako da se ne samo maksimizira površina, već se i vrijeme koje svaki mjehurić provodi u vodi, što mu daje više mogućnosti za prijenos kisika u vodu. Općenito, manji mjehurići i dublja tačka ispuštanja generirat će veću brzinu prijenosa kisika.[10] Jedan od nedostataka aeracije finim mjehurićima je taj što se membrane keramičkih difuzora ponekad mogu začepiti i moraju se čistiti kako bi radile optimalno. Također, ne posjeduju sposobnost miješanja vodenog stuba kao druge tehnike aeracije, poput aeracije grubim mjehurićima.[5]
Destratifikacija jezera
[uredi | uredi izvor]Cirkulatori se obično koriste za miješanje ribnjaka ili jezera i na taj način smanjuju termičku stratifikaciju. Nakon što cirkulirajuća voda dosegne površinu, granica zrak-voda olakšava prijenos kisika u jezersku vodu.
Prirodni resursi i upravitelji okoliša dugo su se suočavali s problemima uzrokovanim termalnom stratifikacijom jezera.[2][11] Pomor riba direktno je povezan s termalnim gradijentima, stagnacijom i ledenim pokrivačem.[12] Prekomjerni rast planktona može ograničiti rekreacijsko korištenje jezera i komercijalno korištenje jezerske vode.[13] S jakom termalnom stratifikacijom u jezeru, kvalitet vode za piće također može biti negativno pogođen.[14][15] Za upravitelje ribarstva, prostorna distribucija riba unutar jezera često je negativno pogođena termalnom stratifikacijom i u nekim slučajevima može indirektno uzrokovati veliki pomor rekreacijski važnih riba.[12]
Jedan od često korištenih alata za smanjenje ozbiljnosti ovih problema upravljanja jezerom je eliminacija ili smanjenje termalne stratifikacije putem aeracije.[2] Mnoge vrste opreme za aeraciju korištene su za smanjenje ili eliminaciju termalne stratifikacije. Aeracija je postigla određeni uspjeh, iako se rijetko pokazala kao čarobni štapić.[11]
Veliki projekti
[uredi | uredi izvor]Barže za oksigenaciju na Temzi
[uredi | uredi izvor]Tokom jakih kiša, londonske kanalizacijske cijevi prelijevaju se u rijeku Temzu, što dovodi do naglog pada nivoa rastvorenog kisika i prijetnje vrstama koje održava.[16] Dva namjenska plovila McTay Marine, barže za oksigenaciju Thames Bubbler i Thames Vitality, koriste se za obnavljanje nivoa kisika, kao dio tekuće borbe za čišćenje rijeke, koja sada podržava 115 vrsta riba i stotine drugih beskičmenjaka, biljaka i ptica.[16]
Cardiffski zaliv
[uredi | uredi izvor]Koncentracija rastvorenog kisika u Cardiff Bayu u Walesu održava se na ili iznad 5 mg/L. Komprimirani zrak se pumpa, sa pet lokacija oko zaliva, kroz niz gumenih cijevi ojačanih čelikom, položenih na korita zaljeva i rijeka Taff i Ely. Oni su povezani sa približno 800 difuzora. Ponekad to nije dovoljno i Uprava luke koristi mobilnu baržu za oksigenaciju koju je izgradio McTay Marine sa tečnim kisikom uskladištenim u rezervoaru. Tečni kisik se propušta kroz električno zagrijani isparivač, a plin se ubrizgava u tok vode koji se pumpa iz zaliva i vraća u njega. Barža je sposobna da rastvori do 5 tona kiseonika u 24 sata.[17]
Zaliv Chesapeake
[uredi | uredi izvor]Slične opcije su predložene kako bi se pomoglo u rehabilitaciji zaljeva Chesapeake u SAD-u, gdje je glavni problem nedostatak organizama koji se hrane filtriranjem vode, poput ostriga, odgovornih za održavanje čistoće vode. Historijski gledano, populacija ostriga u zalivu bila je u desetinama milijardi, a one su cirkulirale cijelim volumenom zaliva za nekoliko dana. Zbog zagađenja, bolesti i prekomjernog izlova, njihova populacija je djelić historijskih nivoa. Voda koja je nekada bila bistra nekoliko metara sada je toliko mutna i puna sedimenta da ptica močvarica može izgubiti stopala iz vida prije nego što joj se koljena smoče. Kisik se obično snabdijeva potopljenom vodenom vegetacijom putem fotosinteze, ali zagađenje i sedimenti su smanjili populacije biljaka, što je rezultiralo smanjenjem nivoa rastvorenog kisika, čineći područja zaliva nepogodnim za aerobni vodeni život. U simbiozi, biljke obezbjeđuju kisik potreban za razmnožavanje podvodnih organizama, a zauzvrat, filteri održavaju vodu čistom i dovoljno bistrom da biljke imaju dovoljan pristup sunčevoj svjetlosti. Istraživači su predložili oksigenaciju vještačkim sredstvima kao rješenje za poboljšanje kvalitete vode. Aeracija hipoksičnih vodenih tijela čini se privlačnim rješenjem i mnogo puta je uspješno isprobana na slatkovodnim ribnjacima i malim jezerima. Međutim, niko nije poduzeo projekat aeracije veličine estuarija.[18]
Dio zaliva od 353 hektara, povezan s Rock Creekom (pritoka rijeke Potomac) i Rock Creekom, aerira se cijevima od 2016. godine. Sistem je započeo kao sistem s velikim mjehurićima namijenjen uglavnom za destratifikaciju, stvarajući oksičnu zonu od 74 hektara. U 2019., nadograđen je na injektore s finim mjehurićima kako bi se direktno osiguralo više kisika.[19]
Aeracija za tretman vode
[uredi | uredi izvor]Mnogi procesi tretmana vode koriste različite oblike aeracije za podršku biološkim oksidativnim procesima. Tipičan primjer je aktivni mulj koji može koristiti aeraciju finim ili grubim mjehurićima ili mehaničke aeracijske konuse koji uvlače miješanu tekućinu s dna spremnika za tretman i izbacuju je kroz zrak gdje se kisik veže u tekućinu.
Također pogledajte
[uredi | uredi izvor]Reference
[uredi | uredi izvor]- ↑ Cooke, G. Dennis; Welch, Eugene B.; Peterson, Spencer; Nichols, Stanley A., ured. (2005). Restoration and Management of Lakes and Reservoirs. Boca Raton, FL: CRC Press. str. 616. ISBN 9781566706254.
- 1 2 3 Lackey, Robert T. (1972). "A Technique for Eliminating Thermal Stratification in Lakes". Journal of the American Water Resources Association. 8 (1): 46–49. Bibcode:1972JAWRA...8...46L. doi:10.1111/j.1752-1688.1972.tb05092.x.
- ↑ Arhivirano 19. 5. 2026. na Wayback Machine aerate water
- 1 2 Brennan, Scott; Withgott, Jay (2005). Environment: the science behind the stories. Sun Francisco, Calif.: Pearson (Benjamin Cummings). str. 426. ISBN 0-8053-4427-6.
- 1 2 3 4 5 6 7 Tucker, Craig (septembar 2005). "Pond Aeration". Southern Regional Aquaculture Center. SRAC Publication No. 3700. Arhivirano s originala, 17. 7. 2011.
- 1 2 3 Bolles, Steven A. "Modeling Wastewater Aeration Systems to Discover Energy Savings Opportunities" (PDF). Process Energy Services, LLC. Arhivirano s originala (PDF), 29. 8. 2017.
- ↑ "Lake Aeration and Circulation" (PDF). Illinois Environmental Protection Agency. Pristupljeno 13. 9. 2009.
- 1 2 "Wastewater Technology Fact Sheet: Fine Bubble Aeration" (PDF). Washington, DC: United States Environmental Protection Agency, Office of Water. septembar 1999. EPA 832-F-99-065. Arhivirano s originala (PDF), 13. 5. 2011.
- ↑ "Reducing Phosphorus and Nitrogen- Watershed Management- Clean-Flo". www.clean-flo.com. 2023. Arhivirano s originala, 19. 4. 2024. Pristupljeno 25. 2. 2024.
- ↑ Taparhudee, Wara (2002). "Applications of Paddle Wheel Aerators and Diffused-Air System in Closed Cycle Shrimp Farm System" (PDF). Witthayasan Kasetsart (Sakha Witthayasat). 36: 408–419. Pristupljeno 26. 4. 2020.
- 1 2 Lackey, Robert T. (1972). "Response of Physical and Chemical Parameters to Eliminating Thermal Stratification in a Reservoir". Journal of the American Water Resources Association. 8 (3): 589–599. Bibcode:1972JAWRA...8..589L. doi:10.1111/j.1752-1688.1972.tb05181.x.
- 1 2 Lackey, Robert T.; Holmes, Donald W. (1972). "Evaluation of Two Methods of Aeration to Prevent Winterkill". The Progressive Fish-Culturist. 34 (3): 175. doi:10.1577/1548-8640(1972)34[175:EOTMOA]2.0.CO;2.
- ↑ Lackey, Robert T. (1973). "Artificial reservoir destratification effects on phytoplankton". Journal of the Water Pollution Control Federation. 45 (4): 668–673. JSTOR 25037806. PMID 4697461.
- ↑ Lackey, Robert T. (1973). "Effects of Artificial Destratification on Zooplankton in Parvin Lake, Colorado". Transactions of the American Fisheries Society. 102 (2): 450–452. Bibcode:1973TrAFS.102..450L. doi:10.1577/1548-8659(1973)102<450:EOADOZ>2.0.CO;2.
- ↑ Lackey, Robert T. (1973). "Bottom fauna changes during artificial reservoir destratification". Water Research. 7 (9): 1349–1356. Bibcode:1973WatRe...7.1349L. doi:10.1016/0043-1354(73)90011-0.
- 1 2 "A tale of two rivers". BBC News. 20. 4. 2001. Pristupljeno 13. 9. 2009.
- ↑ "Dissolved Oxygen in Cardiff Bay". UK: Environment Agency. Arhivirano s originala, 8. 6. 2009. Pristupljeno 7. 10. 2010.
- ↑ The Scientific and Technical Advisory Committee (STAC) of the Chesapeake Bay Program. "Can Windmills Save the Bay?" (PDF). .chesapeake.org.
- ↑ Lapham, Laura L.; Hobbs, Edward A.; Testa, Jeremy M.; Heyes, Andrew; Forsyth, Melinda K.; Hodgkins, Casey; Szewczyk, Curtis; Harris, Lora A. (11. 8. 2022). "The Effects of Engineered Aeration on Atmospheric Methane Flux From a Chesapeake Bay Tidal Tributary". Frontiers in Environmental Science. 10. Bibcode:2022FrEnS..1066152L. doi:10.3389/fenvs.2022.866152.
