Аэрация и оксигенация
Аэрация и оксигенация (насыщение воздухом или кислородом) применяются для восстановления нормального кислородного режима в водоеме (рис. 2.1.9). Эти методы активно используют как быстрое средство для устранения дефицита кислорода или как временное решение, до тех пор, пока не окажутся эффективными другие восстановительные мероприятия.
Аэрация и оксигенация также очень хорошо подходят для улучшения условий существования рыб и других гидробионтов, особенно в пределах гиполимниона. Кроме того, обогащение придонных слоев кислородом, предохраняет от поступления из донных отложений железа, марганца, аммонийного азота, сероводорода, а также снижает интенсивность высвобождения фосфора.
Рис. 2.1.9. Схема работы аэратора на дне водоема (Cooke, 2005)
В настоящее время технически реализовано большое число методов для проведения аэрации или оксигенации (рис. 2.1.10). Например, в глубоководных стратифицированных озерах, аэрацию можно осуществлять как с разрушением, так и с сохранением температурной стратификации.
Рис. 2.1.10. Варианты схем устройств для аэрации (Cooke, 2005).
Самый обычный способ – использование глубоководного аэратора, с его размещением в самой глубокой точке водоема. Снабжение аэратора осуществляется из расположенных на берегу баллонов с кислородом. Насыщение кислородом осуществляется при помощи инжектора или диффузора, при этом с максимальной осторожностью, чтобы не разрушить термоклин. В качестве примера можно привести систему ECO2 SuperOxygenation™ – инженерное решение на основе конуса Списа для насыщения воды кислородом (рис. 2.1.11).
Рис. 2.1.11. Установка конуса Списа для оксигенации водных масс водоема (www.wvconstructioncompany.com/portfolio/oso-reservoir)
Также глубоководные слои водоема могут быть обогащены кислородом, при помощи полнолифтового механизма, в этом случае вода поднимается на поверхность для насыщения кислородом воздуха, а затем возвращается обратно. Стоимость осуществления процедур оздоровления с применением аэрации составляет примерно 400-600 тыс. руб. на гектар акватории.
Насыщение гиполимниона кислородом в течение лета может быть дополнено полным перемешиванием водоема осенью, при помощи интенсивной аэрации воздухом под давлением. Дополнительно, аэрация придонных вод может быть реализована посредством внешнего насыщения кислородом на береговой станции, где этот процесс может быть скомбинирован с удалением фосфора.
Гидропневматические помпы, водяные мельницы, искусственные водопады, а также фонтаны могут быть эффективно использованы, для аэрирования мелководных озер. Помимо благоприятного воздействия на кислородный режим водоема, подобные варианты аэрации могу иметь дополнительную эстетическую привлекательность.
Аэрация может быть дополнена внесением солей железа, для того чтобы способствовать осаждению фосфора и снижению его биодоступности. Без такого сочетания методов, воздействие на баланс фосфора будет ограничено периодом применения аэрации (Hupfer, Hilt, 2008).
Аэрация с разрушением температурной стратификации или даже интенсивная искусственная циркуляция (перемешивание) может стать решением для оздоровления глубоководного стратифицированного водоема. Это связано с тем, что существование стратификации может повлечь за собой многочисленные изменения в физических, химических и биологических характеристиках вод. Эти изменения по многим причинам часто оказываются нежелательными.
В гиполимнионе стратифицированного озера содержание растворенного кислорода снижается, растет концентрация питательных веществ, а температура становится ниже температуры в эпилимнионе. Поскольку в гиполимнионе создается восстановительная среда, то это сказывается и на гидрохимических процессах, протекающих в указанном слое. Прекращается выделение продуктов окисления, и вместо них могут образовываться такие газы, как H2S и СН4, что способствует установлению в основном анаэробных условий. Скорость высвобождения фосфора из донных отложений значительно
увеличивается. Таковы некоторые из важнейших причин, по которым стратифицированное состояние озера часто рассматривается как нежелательное. Если имеется возможность разрушить или не допустить стратификацию водоема, то он круглогодично поддерживается в режиме полного перемешивания. В этом случае растворенный кислород и питательные вещества вовлечены в кругооборот, а озеро остается изотермальным. Оздоровление озера после искусственной дестратификации обычно происходит достаточно быстро (Хендерсон-Селлерс, 1987). Однако возможен и обратный эффект, когда вследствие поступления повышенных количеств биогенных веществ в фотический трофогенный слой, интенсивность «цветения» водоема может существенным образом увеличиться.
Искусственная циркуляция сопровождается подъемом холодных вод гиполимниона на поверхность и сопутствующим опусканием теплых вод эпилимниона. Происходящее вследствие этого увеличение температуры в придонных слоях воды может привести к увеличению потребления кислорода и его дефициту (Прыткова, 2002). Кроме того, будет выше и стоимость осуществления этой процедуры по сравнению с обычной аэрацией, которая составит примерно 800-900 тыс. руб. на гектар акватории.
В настоящее время разработаны и активно внедряются в практику аэраторы и аппараты для циркуляции водных масс, работающие на солнечных батареях. Это позволяет использовать их на водоемах, без подвода электрических сетей с существенной экономией электроэнергии. Примером такого решения могут служить устройства SOLARBEE™ (рис. 2.1.12, 2.1.13).
Рис. 2.1.12. Внешний вид устройства на солнечных батареях для аэрации
и циркуляции водных масс эпилимниона SOLARBEE™ (www.medoraco.com)
Разнообразные модели работают на солнечной энергии и обеспечивают различные варианты водной циркуляции, как поверхностной в эпилимнионе, так и глубоководной в гиполимнионе. Можно отметить, что работа устройств возможна даже в зимних условиях
Рис. 2.1.13. Схема работы устройства на солнечных батареях для аэрации и циркуляции водных масс гиполимниона SOLARBEE™ (www.medoraco.com)
