3.2. Оборудование для снабжения кислородом

 3.2.1. Закономерности газообмена воды

 

Вода, находящаяся в контакте с газом, абсорбирует его. Процесс абсорбции идет до точки равновесного насыщения. Согласно закону Генри, равновесное насыщение газом жидкости при постоянной температуре прямо пропорционально давлению, под которым находится жидкость [Аленин, 1970]

С= КР,

где с – концентрация газа в воде (мл/л); Р– давление газа над раствором (атм.); К коэффициент пропорциональности, выражающий зависимость растворимости газа для . данной температуры при парциальном давлении, равном 1 атм.

Растворимость кислорода из воздуха, являющегося смесью газов, определяется за коном Генри-Дальтона: растворимость каждой составляющей газа в жидкости пропорциональна парциальному давлению данной составной части над раствором. Отсюда следует, что на растворимость газа влияет не присутствие газа, а только давление, которое создает данный газ над раствором. Парциальное давление кислорода в воздухе равно 0,20946 атм.

Растворимость газа в морской воде зависит также от температуры и солености. С повышением температуры растворимость снижается, это связано с кинетической энергией молекул газа, способствующей преодолению сил притяжения молекул воды. Увеличение солености снижает растворимость кислорода. Зависимость растворимости кисло

от температуры и солености была установлена Вейсом [Океанографические таблицы, 1975]:

In Cк = 173,43 + 249,64(100/T) + 143,35 ln(T/100) - 21,85(T/100) + S{-0,037 +0,014(T/00 — 0,0017(T/100)2},

где S- соленость воды в промилях; Т – температура в градусах Кельвина.

Для пресной воды, контактирующей с воздухом, равновесное насыщение зависит от температуры (табл.24).

При использовании атмосферного воздуха достижимые концентрации кислорода в воде будут не выше равновесных концентраций. Вода, поступающая в бассейн, является носителем кислорода. Так как допустимый нижний предел концентрации кислорода на выходе из бассейна не должен опускаться ниже 5 мг/л [Орлов и др., 1989], то несущая способность воды с повышением температуры снижается. Это значит, что для обеспечения рыбы кислородом следует подавать в бассейны больше воды.

 

Таблица 24

Растворимость кислорода в воде при давлении атмосферы 760 мм рт.ст.

Температура воды, °C

Растворимость кислорода в воде при давлении атмосферы 760 мм рт.ст. 

 

Чтобы избежать больших расходов воды и, соответственно, высоких энергозатрат на ее доставку, прибегают к повышению концентрации кислорода в воде на входе в бассейн сверх равновесного насыщения. В соответствии с законом Генри-Дальтона возможны два пути достижения этого эффекта: повышение давления газа над поверхностью воды и повышение парциального давления кислорода в газе.

Технически эти цели достигаются в аппарате, называемом оксигенатор. В нем насы щение кислородом ведется не из атмосферного воздуха, а из газа, большую часть которого составляет газообразный кислород. При замене атмосферного воздуха газообразным кислородом и повышении давления кислорода выше атмосферного получают нужные концентрации кислорода в воде на входе в бассейн. Процесс насыщения воды в оксигенагоре идет при непрерывном потоке воды, поэтому уровень насыщения на выходе будет ниже равновесного для оксигенатора значения. На пример, зависимость насыщения для оксигенаторов, разработанных автором [Проскуренко, 1992], представлена на рис.25.

Высокие концентрации кислорода в Воде при атмосферном давлении безвредны для рыб. Так, в природе нередко в летние дни в водоемах концентрация Кислорода увеличивается до 300% насыщения за счет генерации кислорода водорослями. Кислород хорошо растворяется Давление в оксигенераторе (wlем?) в крови рыб и не создает проблем при

 

 Концентрация кислорода в воде на выходе оксигенатора при нулевой входной концентрации

Рис. 25. Концентрация кислорода в воде на выходе оксигенатора при нулевой входной концентрации в высоких концентрациях. Совершенно функции давления и температуры иную картину влияния на рыб оказывают высокие концентрации в воде азота. Азот инертен, при резком падении давления он выделяется в крови рыб в виде пузырьков. Это явление называется эмболия, или газопузырьковая болезнь. Избыточная (115%) концентрация азота в воде смертельна для рыб. Источником повышенной концентрации азота в воде, подаваемой в бассейны, могут быть подающие насосы, подсасывающие и сжимак щие воздух, системы глубоководной аэрации сжатым воздухом и подогрев воды.

В последнем случае при подогреве воды концентрация газов снижается, и избыточный газ выделяется в виде пузырьков. Считается, что повышение температуры воды на 4°C перед подачей ее в бассейны может вызвать газо-пузырьковую болезнь рыб.

Процесс дегазации воды идет при контакте воды с воздухом. Чтобы ускорить процесс дегазации, принимаются специальные меры, направленные на увеличение площади Контакта воды и сжатого воздуха: разбрызгивание, тонкослойный перелив, продувка воз духом и т.п. Приборы, в которых атмосферный воздух заменен кислородом, являются дегазаторами всех остальных газов, так как их парциальное давление в среде кислорода ничтожно. По отношению к этой среде концентрация всех прочих газов в воде будет выше уровня равновесного насыщения, что приводит к их выделению из воды в газовую прослойку. Выделившиеся газы (азот и другие) снижают концентрацию кислорода в при боре, что влияет на конечную концентрацию кислорода в воде.