И предложений по производству оборудования УЗВ сегодня больше, чем желающих их приобретать. Интернет кишит уже от таких предложений. Надёргав информации из Нета и насмотревшись роликов в Ютубе, берутся делать УЗВ даже те, кто имеет весьма посредственные познания в рыбоводстве.
И действительно, если бегло взглянуть на проблему, то для устройства УЗВ не так уж много надо: бассейны с водой, посадочный материал и корма. Однако если разобраться глубже, то чтобы всё безупречно функционировало, нужны ещё фильтры, насосы, компрессоры, оксигенаторы, кислород, узлы обеззараживания, подогрева воды и удаления углекислого газа. А можно ли обойтись меньшим оборудованием? Этот вопрос интересует многих, но не все знают, что это действительно можно, если насосы, оксигенаторы, и отдув СО2 заменить таким устройством, как эрлифт.
Слово «эрлифт» (аэролифт) заимствовано из английского (Airlift: Air – воздух, Lift – лифт или подъёмник). Эрлифт представляет собой устройство, предназначенное для подъема или перекачки жидкости с определенной глубины на какую-либо высоту или в стоящую рядом ёмкость с помощью сжатого воздуха. Принцип работы эрлифта заключается в следующем: при введении воздуха под определенным давлением в нижнюю часть трубы, предварительно опущенной в воду, то возникшая в трубе водная и воздушная смесь начинает подниматься наверх благодаря разнице удельных масс водной и водо-воздушной смеси в трубе. И чем больше пузырьков воздуха в воде, тем эта смесь легче, и тем быстрее она поднимается, превосходя обычные центробежные насосы по скорости потока воды и по потреблению электричества.
Применение эрлифтов в производстве берёт своё начало лет двести назад. Широкое использование эрлифты имеют и в наши дни: для подачи химических реагентов на различных водопроводных очистных сооружениях, в нефтедобывающей промышленности, для подачи воды из скважин и в аквакультуре.
К сожалению, теория расчёта эрлифтов далека от совершенства. Чтобы его правильно рассчитать нужно применить сложные логарифмические преобразования, формулы и выражения, вплоть до… исконно русских-идеоматических. Вместе с тем, не зря говорят, опыт великое дело. Солидный опыт применения эрлифтов в УЗВ накоплен в Америке, Дании, Голландии и обобщён в работах некоторых учёных ещё в 70-80х годах. Наибольшего внимания заслуживает конструкция трубных эрлифтов и описание принципов их применения учёными Ником Паркером и Анной Саттл из лаборатории рыбоводства, штата Алабама.
Ими были измерены потоки воды в эрлифтах с трубами 3,75-30 см в диаметре и определены характеристики, которые могли бы быть полезны для аквакультуры. Потоки воды определялись, когда погружение трубных эрлифтов составляло 100%, и когда средняя линия выброса воды была между 1,25 см выше и на 5 см ниже водной поверхности. Воздух был введен в интервалах 15 см на расстоянии от 15 см до 120 см ниже выброса эрлифта, его объём был разным и составлял от 28 до 1416 л/мин. Потоки воды при этом увеличивались пропорционально и составляли от 80 до 1140 л/мин. В данных условиях были установлены основные зависимости, влияющие на скорость потока воды и её аэрацию:
- диаметр трубы эрлифта;
- глубина воздушной инъекции;
- влияние объема введенного воздуха на уровень потока воды в эрлифтах, подходящих для
использования в целях аквакультуры.
Ниже по тексту приведены графики, составленные на основе измерений потока воды в трубах, с внутренним диаметром 5, 7,5 и 10 см, наиболее часто применяемых в небольших УЗВ. На них можно чётко заметить разницу в скоростях потока, в зависимости от диаметра трубы, глубины подачи сжатого воздуха и его входящего объёма. С повышением количества подаваемого воздуха происходит увеличение потока воды. Однако данные скорости потока воды имеют свои пределы. Так, в данных трубах при вводе воздуха от компрессора в количестве 25 – 150 л/м скорость потока воды составляла 120-320 л/мин, при соотношении потока воздуха к потоку воды 1: 4,8 – 1 : 2,0. Тем не менее, по мере дальнейшего увеличения потока воздуха в данных трубах соотношение потока воздуха к потоку воды начинает приближаться к обратной пропорции. Несомненно, применяя большие диаметры труб и увеличивая глубину воздушной инъекции, можно вернуться к прежним показателям.
Данные эрлифты нашли своё применение в белорусских УЗВ. На угрёвой установке в Миорском районе эрлифты с трубами 10 см стоят в каждом бассейне, обеспечивая дополнительный оборот и аэрацию воды. В канальных форелевых УЗВ датского типа в рыбхозах «Лохва» и «Альба» установлены шахтные эрлифты, с глубиной погружения воздушных диффузоров – 2м. Там один куб воздуха прокачивает 2 куба воды, одновременно аэрируя её до 85% насыщения.
Отдельно стоит остановиться на опыте применения эрлифтов в осетровой УЗВ ФХ «Василёк» Дзержинского р-на Минской обл. Там одной воздуходувкой, производительностью 700 куб.м/час, обслуживалось 38 эрлифтов, установленных в бассейнах. С учётом равномерной подачи воздуха в данное количество эрлифтов, с диаметром труб - 31,5 см, на глубину диффузоров 3м подавалось по 15,6 куб.м воздуха, которыми прокачивалось 47 м3 воды. Каждый куб воздуха прокачивал 3,0 куба воды. Концентрация кислорода в воде, выходящей из эрлифта и падающей в бассейн при T +220C составляла не менее 8,6 мг/л, что равно 100% насыщения. Учитывая скорость оборота воды в каждом 11 кубовом бассейне от эрлифта 4,2 раза + 0,8 раза от циркулярного насоса, общий водообмен в бассейне составлял 5 раз в час, что давало возможность без проблем содержать осетровых РМС с плотностью посадки 100-110 кг/м3 без применения технического кислорода.
В способности эрлифтов одновременно прокачивать воду и аэрировать её заключается их главное преимущество. Несомненно, для этого необходимо входящий в эрлифтную трубу воздух хорошо распылять. С этой целью используются эжекторы, трубки Вентури. Достаточно также вместо них просверлить в трубе ряд отверстий 1-2 мм и таким образом вводить через них воздух. Если воздух не распылять, поток воды будет пульсивный и насыщение воды кислородом может быть ниже 100%. На насыщение воды также влияет концентрация органики в воде в виде БПК, ХПК (TDS). Чем выше их уровень концентрации, тем ниже процент насыщения. Однако в УЗВ, где налажена качественная механическая и биологическая очистка воды, уровень насыщения кислородом от эрлифтов всегда будет высоким.
Вторым преимуществом эрлифтов является снижение в оборотной воде количества углекислоты. Её высокие концентрации тормозят процесс нитрификации в УЗВ. Они также вредны для рыб. Для обеспечения в УЗВ хорошей выживаемости и высоких темпов роста лососёвых видов концентрация СО2 не должна превышать 10 мг/л. Чтобы отдуть СО2 до такого уровня нужно иметь в УЗВ дополнительные узлы в виде полей или колон дегазации (стрипперов), в которых соотношение подаваемого воздуха к объёму воды должно составлять 10:1. Но хорошо отлаженная система эрлифтов в УЗВ решает эту проблему гораздо меньшими потоками воздуха. Например, при подаче воздуха в круглый бассейн, диаметром 3,6 м, в количестве 40 л/мин, за каждый оборот воды отдувается 1,5-2 мг/л СО2.
Третьим преимуществом эрлифтов является повышение скорости вращения воды и водообмена. В вышеуказанном примере время гидроудержания воды в бассейне составляет 6 мин, а скорость потока до 26 см/сек. Такая высокая скорость достигается за счёт импульса силы вращения от эрлифта, что способствует быстрой очистке бассейна от тяжёлых взвесей. У нижнего центрального водостока сосредоточивается и выносится из резервуара до 60% TSS. Такая скорость потока воды нужна также для обеспечения здоровья гидробионтов и их пропорционального телосложения.
Четвёртое преимущество эрлифтов заключается в сокращении затрат на потребление электричества по сравнению с центробежными насосами. Если обратиться к тому же Интернету, то можно найти предложения по использованию в аквакультуре насосов типа ЕСО АМР, затрачивающих на перекачку 15 кубов воды в час всего 180 ватт электроэнергии. Но применяя эрлифт с подачей в него воздуха, объёмом 80 л/мин от компрессора типа HIBLOW hp-80, те же 15 кубов воды прокачиваются за час, потребляя всего 71 ватт. Экономия только на одном насосе по электричеству в 2,5 раза!
Пятое преимущество состоит в том, что конструкция эрлифта совсем простая. Нужна всего лишь часть трубы определённого размера и одно колено. Но эта часть трубы, прокачивая через себя воздух, исключает необходимость использования в УЗВ, как уже отмечалось вначале, таких дорогих узлов, как циркуляционные насосы, оксигенаторы, стрипперы и обеспечивающие их работу агрегаты. А это приносит существенную экономию первичных финансовых инвестиций.
Все вышеперечисленные преимущества положительно влияют на конечную себестоимость продукции УЗВ и её конкурентоспособность на рынке.
Автор данной статьи, а также его коллеги из ООО «Аквакультура групп, РБ, всегда готовы содействовать в достижении данных целей.
Павел Аксиментьев
22 февраля 2021 г.