Vattenluftning

Se även: Luftat vatten

Fontäner luftar vatten genom att spruta det i luften.

Vattenluftning är processen att öka eller bibehålla syremättnaden av vatten i både naturliga och artificiella miljöer. Luftningstekniker används ofta vid damm-, sjö- och reservoarhantering för att hantera låga syrenivåer eller algblomning.

Vattenkvalitet

Vattenluftning krävs ofta i vattenkroppar som lider av hypoxiska eller anoxiska tillstånd, ofta orsakade av mänskliga aktiviteter uppströms såsom avloppsvatten, avrinning från jordbruket eller överbetning av en fiskesjö. Luftning kan uppnås genom infusion av luft i botten av sjön , lagunen eller dammen eller genom ytomrörning från en fontän eller sprayliknande anordning för att möjliggöra syreutbyte vid ytan och frigöring av gaser som koldioxid , metan eller vätesulfid .

Minskade nivåer av löst syre (DO) är en stor bidragande orsak till dålig vattenkvalitet. Fiskar och de flesta andra vattenlevande djur behöver inte bara syre, aeroba bakterier hjälper till att bryta ner organiskt material. När syrekoncentrationerna blir låga kan anoxiska tillstånd utvecklas som kan minska vattenförekomstens förmåga att stödja liv.

Luftningsmetoder

Varje procedur genom vilken syre tillsätts vatten kan betraktas som en typ av vattenluftning. Det finns många sätt att lufta vatten, men dessa faller alla in i två breda områden - ytluftning och luftning under ytan . En mängd olika tekniker och tekniker finns tillgängliga för båda tillvägagångssätten.

Naturlig luftning

Naturlig luftning är en typ av både underjords- och ytluftning. Det kan uppstå genom vattenväxter under ytan. Genom fotosyntesens naturliga process släpper vattenväxter ut syre i vattnet och ger det det syre som behövs för att fiskar ska kunna leva och aeroba bakterier för att bryta ner överskott av näringsämnen.

Syre kan drivas in i vattnet när vinden stör vattenkroppens yta och naturlig luftning kan ske genom en rörelse av vatten som orsakas av en inkommande bäck , vattenfall eller till och med en kraftig översvämning .

I stora vattendrag i tempererade klimat kan höstomsättningen införa syrerikt vatten i den syrefattiga hypolimnion .

Ytluftning

Låghastighets ytluftare

Ytluftaren med låg hastighet är en anordning för biologisk luftning med hög effektivitet. Dessa enheter är ofta i stål skyddade av epoxibeläggning och genererar högt vridmoment. Blandningen av vattenvolymen är utmärkt. Den gemensamma effekten går från 1 upp till 250kw per enhet med en verkningsgrad (SOE) runt 2 kgO2/kw. Låghastighetsluftare används mest för biologisk anläggningsluftning för vattenrening. Ju högre diameter, desto högre SOE och blandning.

Fontäner

En fontän består av en motor som driver ett roterande pumphjul . Impellern pumpar vatten från de första foten av vattnet och driver ut det i luften. Denna process använder luft-vattenkontakt för att överföra syre. När vattnet drivs upp i luften bryts det i små droppar. Tillsammans har dessa små droppar en stor yta genom vilken syre kan överföras. Vid återkomst blandas dessa droppar med resten av vattnet och överför på så sätt sitt syre tillbaka till ekosystemet.

Fontäner är en populär metod för ytluftare på grund av det estetiska utseendet som de erbjuder. De flesta fontäner kan dock inte producera ett stort område med syresatt vatten. Att köra elektricitet genom vattnet till fontänen kan också vara en säkerhetsrisk.

Luftare med flytande yta

Typisk mekanisk ytluftare på jobbet. Det är ofta svårt för den här typen av maskiner att lufta hela vattenpelaren.

En enhästkraftig skovelhjulsluftare. Stänket kan öka avdunstningshastighet och därmed öka vattenförekomstens salthalt.

Luftare med flytande ytor fungerar på samma sätt som fontäner, men de ger inte samma estetiska utseende. De extraherar vatten från de första 1–2 foten av vattenkroppen och använder luft-vattenkontakt för att överföra syre. Istället för att driva upp vatten i luften stör de vattnet vid vattenytan. Luftare med flytande yta drivs också med el från land. Ytluftare är begränsade till ett litet område eftersom de inte kan tillföra cirkulation eller syre till mycket mer än en 3-meters radie. Denna cirkulation och syresättning begränsas sedan till den första delen av vattenpelaren, vilket ofta lämnar bottendelarna opåverkade. Låghastighets ytluftare kan också installeras på flottörer.

Skovelhjulsluftare

Skovelhjulsluftare använder också luft-till-vatten-kontakt för att överföra syre från luften i atmosfären till vattenkroppen. De används oftast inom vattenbruksområdet (uppfödning av vattenlevande djur eller odling av vattenväxter för mat). Dessa luftare är konstruerade av ett nav med bifogade paddlar och drivs vanligtvis av ett traktorkraftuttag ( PTO ), en gasmotor eller en elmotor . De tenderar att monteras på flottörer . Elektricitet tvingar paddlarna att vända, kärnar vattnet och tillåter syreöverföring genom luft-vattenkontakt. När varje ny sektion av vatten kärnas, absorberar det syre från luften och återställer det sedan till vattnet när det återgår till vattnet. I detta avseende fungerar skovelhjulsluftning mycket på samma sätt som luftare med flytande yta.

Luftning under ytan

Luftning under ytan försöker frigöra bubblor i botten av vattenkroppen och tillåta dem att stiga upp av flytkraften. Diffuserade luftningssystem använder bubblor för att lufta och blanda vattnet. Vattenförskjutning från utdrivning av bubblor kommer att orsaka en blandningsverkan, och kontakten mellan vattnet och bubblan kommer att resultera i en syreöverföring.

Jetluftning

Luftning under ytan kan åstadkommas genom användning av jetluftare , som suger luft med hjälp av Venturi -principen och injicerar luften i vätskan.

Grov bubbelluftning

Grov bubbelluftning är en typ av luftning under ytan där luft pumpas från en luftkompressor på land . genom en slang till en enhet placerad i botten av vattenkroppen. Enheten driver ut grova bubblor (mer än 2 mm i diameter), som frigör syre när de kommer i kontakt med vattnet, vilket också bidrar till en blandning av sjöns skiktade lager. Vid utsläpp av stora bubblor från systemet uppstår en turbulent förträngning av vatten som resulterar i en blandning av vattnet. I jämförelse med andra luftningstekniker är grov bubbelluftning mycket ineffektivt i sättet att överföra syre. Detta beror på den stora diametern och den relativt lilla kollektiva ytan på dess bubblor.

Fin bubbelluftning

Fin bubbelluftning är en effektiv teknik för luftning när det gäller syreöverföring på grund av den stora samlade ytan av dess bubblor.

Fin bubbelluftning är ett effektivt sätt att överföra syre till en vattenförekomst. En kompressor på land pumpar luft genom en slang, som är ansluten till en undervattensluftningsenhet. Till aggregatet finns ett antal diffusorer. Dessa diffusorer kommer i form av skivor, plattor, rör eller slangar tillverkade av glasbunden kiseldioxid, porös keramisk plast, PVC eller perforerade membran tillverkade av EPDM (etylenpropendienmonomer) gummi . Luft som pumpas genom diffusorns membran släpps ut i vattnet. Dessa bubblor är kända som fina bubblor . EPA definierar en fin bubbla som allt som är mindre än 2 mm i diameter . Denna typ av luftning har en mycket hög syreöverföringseffektivitet (OTE), ibland så hög som 15 pund syre / (hästkrafter * timme) (9,1 kilogram syre / (kilowatt * timme)). I genomsnitt diffunderar luftning med diffus luft cirka 2–4 ​​cfm (kubikfot luft per minut) (56,6–113,3 liter luft per minut), men vissa arbetar vid nivåer så låga som 1 cfm (28,3 L/min) eller så höga som 10 cfm (283 L/min).

Fin bubbeldiffuserad luftning kan maximera bubblornas yta och därmed överföra mer syre till vattnet per bubbla. Dessutom tar mindre bubblor längre tid att nå ytan, så inte bara ytan maximeras utan också den tid varje bubbla spenderar i vattnet, vilket ger den större möjlighet att överföra syre till vattnet. Som en allmän regel kommer mindre bubblor och en djupare frisättningspunkt att generera en högre syreöverföringshastighet.

En av nackdelarna med fin bubbelluftning är att membranen på keramiska diffusorer ibland kan täppas till och måste rengöras för att de ska fungera optimalt. Dessutom har de inte förmågan att blanda lika bra som andra luftningstekniker, såsom grov bubbelluftning.

Destratifiering av sjön

( Se även avskiktning av sjön )

Cirkulatorer används vanligtvis för att blanda en damm eller sjö och därmed minska termisk skiktning . När väl cirkulerat vatten når ytan, underlättar luft-vatten-gränsytan överföringen av syre till sjövattnet.

Naturresurs- och miljöförvaltare har länge utmanats av problem orsakade av termisk skiktning av sjöar. Fisk som dör har direkt associerats med termiska gradienter, stagnation och istäcke. Överdriven tillväxt av plankton kan begränsa rekreationsanvändningen av sjöar och den kommersiella användningen av sjövatten. Med allvarlig termisk skiktning i en sjö kan kvaliteten på dricksvattnet också påverkas negativt. För fiskeförvaltare påverkas den rumsliga fördelningen av fisk i en sjö ofta negativt av termisk skiktning och kan i vissa fall indirekt orsaka stora dödsfall av rekreationsviktig fisk.

Ett vanligt använt verktyg för att minska svårighetsgraden av dessa sjöförvaltningsproblem är att eliminera eller minska termisk skiktning genom luftning. Många typer av luftningsutrustning har använts för att minska eller eliminera termisk skiktning. Luftning har mött viss framgång, även om det sällan har visat sig vara ett universalmedel.

Syrgaspråmar

Under kraftigt regn svämmar Londons avloppstormrör över i Themsen, vilket gör att nivåerna av löst syre sjunker och hotar de arter som den försörjer. Två dedikerade McTay Marine- fartyg, syresättningspråmar Thames Bubbler och Thames Vitality används för att fylla på syrenivåerna, som en del av en pågående kamp för att städa upp floden, som nu stöder 115 arter av fisk och hundratals fler ryggradslösa djur, växter och fåglar.

Koncentrationen av löst syre i Cardiff Bay hålls vid eller över 5 mg/L. Tryckluft pumpas, från fem platser runt bukten, genom en serie stålförstärkta gummirörledningar som läggs på bäddarna av Bay och Rivers Taff och Ely. Dessa är kopplade till cirka 800 diffusorer. Ibland är detta otillräckligt och hamnmyndigheten använder en mobil syresättningspråm byggd av McTay Marine med flytande syre lagrat i en tank. Flytande syre leds genom en elektriskt uppvärmd förångare och gasen sprutas in i en vattenström som pumpas från och återförs till viken. Pråmen klarar av att lösa upp till 5 ton syre på 24 timmar.

Liknande alternativ har föreslagits för att hjälpa till att rehabilitera Chesapeake Bay där det huvudsakliga problemet är bristen på filtermatande organismer som ostron som ansvarar för att hålla vattnet rent. Historiskt var buktens ostronpopulation i tiotals miljarder, och de cirkulerade hela buktens volym på några dagar. På grund av föroreningar, sjukdomar och överskörd är deras befolkning en bråkdel av deras historiska nivåer. Vatten som en gång var klart i meter är nu så grumligt och sedimentridet att en vadare kan förlora sina fötter ur sikte innan knäna är blöta. normalt av nedsänkt vattenvegetation via fotosyntes , men föroreningar och sediment har minskat växtpopulationerna, vilket resulterar i en minskning av nivåerna av löst syre, vilket gör områden i viken olämpliga för aerobt vattenlevande liv I ett symbiotiskt förhållande tillhandahåller växterna det syre som behövs för att undervattensorganismer ska föröka sig, i utbyte håller filtermatarna vattnet rent och därmed tillräckligt klart för att växterna ska ha tillräcklig tillgång till solljus. Forskare har föreslagit att syresättning på konstgjord väg som en lösning för att förbättra vattenkvaliteten. Luftning av hypoxiska vattendrag verkar vara en tilltalande lösning och den har prövats framgångsrikt många gånger på sötvattendammar och små sjöar. Men ingen har genomfört ett luftningsprojekt så stort som en mynning .

Vattenbehandling luftning

Många vattenreningsprocesser använder en mängd olika former av luftning för att stödja biologiska oxidativa processer. Ett typiskt exempel är aktiverat slam som kan använda fina eller grova bubbelluftning eller mekaniska luftningskoner som drar upp blandlut från basen av en behandlingstank och sprutar ut den genom luften där syre medbringas i luten.

Se även

• Luftad lagun
• Sjöns ekosystem
• Limnologi