Аэрация воды¶

Аэрация — это процесс насыщения воды воздухом (атмосферным кислородом), применяемый в водоснабжении, водоочистке, аквакультуре и промышленности. Метод относится к физическим способам обработки воды и заключается в создании контакта между жидкой и газовой фазами, что повышает концентрацию растворённого кислорода и способствует удалению из воды летучих примесей — прежде всего сероводорода, метана, углекислого газа и хлора.

¶Принцип действия

Основа аэрации — перенос кислорода из воздуха в воду по закону Генри: растворимость газа пропорциональна его парциальному давлению над жидкостью. Интенсивность процесса определяется площадью контакта фаз, разности концентраций кислорода, температуры и времени контакта. Практически это достигается распылением воды в воздухе, продувкой воздуха через воду, встряхиванием или созданием турбулентных потоков.

Побочным, но важным эффектом является десорбция — выделение из воды растворённых газов и летучих органических соединений. Поэтому аэрация применяется не только для обогащения кислородом, но и для обезвоживания воды от сероводорода, который придаёт ей запах и вызывает коррозию трубопроводов.

¶Способы аэрации

¶Барботажная аэрация

Воздух прокачивается через слой воды с помощью компрессора и рассеивается диффузорами (керамическими, мембранными, щелевыми). Кислород переходит в воду на поверхности пузырьков. Метод прост и надёжен, однако энергоёмок: значительная часть воздуха уходит впустую, а диффузоры со временем зарастают биоплёнкой и требуют очистки.

¶Напорная аэрация

Вода под давлением проходит через специальные устройства — турбулизаторы, эжекторы, вентури-трубы, — где создаётся интенсивное перемешивание с воздухом. Метод применяется в системах водоснабжения перед фильтрацией, так как одновременно окисляет железо и марганец, переводя их в нерастворимые формы, удобные для задержки на фильтрах.

¶Каскадная (наливная) аэрация

Вода распыляется на решётки, колонки, каскады, падая вниз тонкими плёнками и струями. Контакт с воздухом происходит по всей поверхности струи. Способ энергоэффективен и не требует компрессоров, но занимает значительную площадь и зависит от погодных условий при открытой установке.

¶Дисковая и вакуумная аэрация

Дисковая аэрация применяется в биологических очистных сооружениях: через мембранные диски с мелкими отверстиями продувают воздух, насыщая активный ил кислородом для работы аэробных бактерий. Вакуумная аэрация проводится в замкнутом объёме под пониженным давлением — метод используется в аквакультуре и лечебных установках.

¶Применение

¶Водоснабжение и водоочистка

На водоканалах аэрация — обязательная ступень предобработки подземных вод с повышенным содержанием железа, марганца, сероводорода и метана. После аэрации вода проходит через фильтры, где окисленные соединения задерживаются. Метод также применяется для дегазации воды перед обратным осмосом и ультрафильтрацией.

¶Аквакультура и рыбоводство

В прудовых и садковых хозяйствах аэрация поддерживает уровень кислорода, необходимый для дыхания рыбы. Дефицит кислорода приводит к стрессу, болезням и гибели, поэтому в России аэрационные установки — стандартное оборудование карповых и форелевых хозяйств.

¶Биологическая очистка сточных вод

В аэротенках и биологических фильтрах аэрация создаёт условия для жизнедеятельности аэробных микроорганизмов, разлагающих органические загрязнения. От интенсивности кислородного режима зависит качество очистки и стабильность работы сооружения.

¶Промышленность и быт

Аэрация применяется в системах кондиционирования воздуха, бассейнах, аквариумах, виноделии (для винификации красных вин) и в медицине — при лечении кислородом. В быту аэрация воды используется в фильтрах-кувшинах и декоративных фонтанах.

¶Оборудование

Основные типы аэрационных установок:

В России производством аэрационного оборудования занимаются предприятия, выпускающие компрессоры, диффузоры и насосные станции, в том числе для систем водоснабжения муниципальных образований.

¶Эффективность и контроль

Эффективность аэрации оценивают по скорости насыщения кислородом (мг/л в час), энергопотреблению на единицу перенесённого кислорода и полноте десорбции летучих примесей. Контроль ведут по показателям: концентрация растворённого кислорода, содержание железа, марганца, сероводорода, окислительно-восстановительный потенциал. Нормативные значения по России регулируются СанПиН и техническими регламентами на питьевую воду.

Источники:

• «Водоснабжение»: учебник под ред. В. А. Черникова и др.
• СанПиН 1.2.3685-21 «Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания»
• ГОСТ Р 51232-98 «Вода питьевая. Общие требования к организации и методам контроля качества»
• Справочник «Водоподготовка» под ред. Н. Л. Стасевича
• Материалы НИИ водоснабжения и водоотведения (Москва)