Ж.А. Мусин
ТОО КазНИИ водного хозяйства, г.
Тараз.
К вопросу повышения экологической
устойчивости
крупных каналов, рек и водоемов
При длительном нахождении рыб в воде с недостаточным
содержанием кислорода (3 мг/л) наступает аноксия, которое завершается удушьем
или замором рыб, т.е. экологической катастрофой. Особенно это часто бывает в поймах
рек, водоемах, каналах в регионах Казахстана с суровым климатом, где ледяной
покров изолирует воду и насыщение ее кислородом
от атмосферного воздуха прекращается. Растворенный в воде кислород расходуется
на дыхание рыб, различных водных организмов, на окисление ила и отмерших водных животных и растений. Поэтому во многих стоячих водоемах к концу зимы кислорода в воде
почти не остается. Кроме того,
увеличивается содержание в воде углекислоты и других газов, вредных для
рыбы.
В
Казахстане в последние годы в связи с малым выпадением осадков в зимние и
летние периоды, а также цикличностью водооборота в природе наблюдается снижение
уровня воды рек и местных водоемов. Зимний период этого года был очень
холодным: в северной, восточной и западной части республики температура
достигала нижних пределов – 42-44Сº, соответственно в некоторых водоемах
толщина льда составляла 1,20 м. Низкий
уровень воды, толстый лед – и рыба просто задыхаются от недостатка кислорода, а
в некоторых случаях вышеназванные естественные факторы привели к
промерзанию некоторых водоемов до дна, что предполагает возникновение заморных
явлений. Примером такой экологической катастрофы является ситуация в Павлодарской
области. На пойме Иртыша (2010 г.) после таяния льдов вся молодь всплыла брюхом
вверх и стала пищей для птиц, на всей территории поймы стоял затхлый запах. В
мелких озерах из-за сильного промерзания и нехватки кислорода погибло около 100
миллионов молоди. Рыбу не спасло ни пробуривание лунок, ни камышовые заделы для
прохождения кислорода. Запас рыбы в Иртыше из года в год уменьшается. За
последние 4 года по этой причине пользователи, ссылаясь на неперспективность в
дальнейшем ведения рыбного хозяйства на данных водоемах, отказываются от них,
что привело к расторжению с ними 375 договоров. Комитетом рыбного хозяйства МСХ
РК и его территориальными подразделениями на постоянной основе проводится
активная работа с пользователями по предотвращению заморных явлений и гибели
рыбы на водоемах. Чтобы спасти рыбу, работники рыбоохраны вместе с рыбаками
делают проруби для доступа воздуха, камышовые «подушки» и насыщают воду
кислородом, перекачивая ее помпой из проруби в прорубь. Массовости проведенных
мероприятий по спасению рыб можно привести примеры из [1]: «по Тобол-Торгайской инспекции в работах по предотвращению
заморных явлений было задействовано свыше 1,5 тыс. человек. На водоемах
Актюбинской и Костанайской областей, наряду с бурением лунок и майн, с целью
насыщения водоемов кислородом, было использовано около 400 кислородных
баллонов, произведено насыщение кислородом более 7 тыс. м3 воды,
установлено более 200 камышовых снопов. На сегодняшний день на р. Урал
Западно-Казахстанской области пользователями пробурено 54 майн-отдушин, лунки
размером 2х2 в количестве 25 штук. Аналогичные работы проводятся
Нура-Сарысуйской, Шу-Талаской, Арало-Сырдаринской и Балхаш-Алакольской
межобластными бассейновыми инспекциями рыбного хозяйства».
Такие
работы, требующие огромных затрат материальных и людских ресурсов, проводятся
ежегодно и не дают желаемого эффекта. Для применения специальных существующих аэрационных установок необходимо вкладывать
немалые деньги. Кроме того, они малоэффективны и ненадежны в эксплуатации. Для предметности
вопроса рассмотрим некоторые из них.
Известно
множество способов принудительной аэрации [2], такие как перемешивания воды механическими
мешалками, приводимыми в действие двигателями внутреннего сгорания, электроэнергией,
тягловой силой и энергией ветра, нагнетание воздуха компрессорами
(воздуходувками), дождевание
поверхности водоема, которые требуют наличие электрической, механической и ветровой энергии.
Установки не нашли применения из-за низкой эффективности и ненадежности работы, особенно зимний
период, когда
возникает необходимость аэрации воды во избежание замора рыбы.
Устройство
для аэрации водоемов с утопленными трубопроводами для подачи воздуха с помощью компрессоров и воздуходувок нашли
ограниченное применение из-за больших
затрат на топливо, электроэнергию,
амортизацию установок и сооружений, а также заработную плату персонала
[3,4].
Установка для аэрации
водотоков (А.С.№1318546), содержащая подающий
трубопровод с ударным клапаном в конце, нагнетательное устройство –
волновой насос и нагнетательный трубопровод с цилиндрическим
аэратором, предназначена для аэрации водотоков за счет энергии
скоростного напора, требует создания движущего потока. Устанавливается только на подводящем и отводящем потоке воды, то есть аэрация осуществляется не в объеме водоема.
Производительность установки незначительна
и зависит от скорости движения воды, воздух не может транспортироваться
далеко из-за больших потерь в нагнетательном трубопроводе.
Глубина погружения аэратора также зависит от скорости движения воды в
водотоках.
Устройство
для аэрирования водоемов (А.С.№1576499), включает трубопровод очищенной сточной
воды, перепадной колодец, водосливом практического
профиля, приямком гашения напора, водобойным углублением
и трубопроводом выпуска. Для повышения технологической эффективности
газожидкостного контакта устройство снабжено ротором с горизонтальным валом, которое сообщатся с
перепадным колодцем насосной станцией рецикла речной воды.
Аэрация воды осуществляется в отводящем потоке, требует создания напора в перепадном колодце. Аэрация происходит в
потоке жидкости, а не в объеме водоема, поэтому необходима насосная подкачка.
Следует учесть затраты электроэнергии на вращения горизонтального вала.
В связи с этим предлагается устройство [5] для аэрации водоемов водовоздушной смесью, получаемой с помощью гидротаранной установки и
эжекторующего устройства. Ниже на рисунке 1 показана схема устройства.
1-гидротаранная
установка; 2-дамба; 3-питательный трубопровод;
4-эжекторующее устройство; 5-обратный клапан;
6-нагнетательный трубопровод; 7-система труб
с отверстиями; 8-лоток для сбросной воды гидротаранной установки; 9-водовоздушный бак; 10-запорное
устройство.
Рисунок 1 – Устройство для аэрации водоемов
Устройство
состоит из гидротаранной установки 1, установленной в нижнем бьефе плотины или
дамбы 2 питательного трубопровода 3, эжекторующего устройства 4 с обратным клапаном 5 на
нагнетательном трубопроводе 6. Для распределения водовоздушной смеси в водоеме предусматривается система труб с отверстиями 7.
Сбросная вода гидротаранной установки по
лотку 8 самотеком удаляется для последующего использования. Для достижения равномерной работы эжекторующего устройства и распределительной системы труб с
отверстиями может предусматриваться водовоздушный бак 9.
Для
включения и выключения системы аэрации предусматривается запорное устройство 10.
Принцип
работы. Вода под гравитационным давлением поступает в гидротаранную установку 1, под
давлением которого водовоздушная смесь из
эжекторующего устройства 4 по нагнетательному трубопроводу 6 поступает в систему утопленных труб с отверстиями
7, находящихся в аэрируемом водоеме.
Между гидротаранной установкой и эжекторуемым устройством может быть
предусмотрено демпферное устройство – водовоздушный бак 9. На трубопроводе водовоздушной смеси
устанавливается обратный клапан 5, препятствующий обратному току воды из
водоема при выключении системы аэрации. Сбросная
вода гидротаранной установки поступает в лоток 8 для последующего
использования в нижнем бьефе водоема. Включение
- выключение системы аэрации осуществляется запорным устройством 10.
Установки
могут работать параллельно и последовательно. В первом случае повышается расход водовоздушной
смеси, подаваемой установками, а во втором случае – напор в системе утопленных труб с отверстиями.
В
результате применения предлагаемого устройства для аэрации водоема повысится технологическая
эффективность газожидкостного контакта в водоеме, увеличится содержания в нем кислорода и
создается экологически здоровая водная
среда.
Таким
образом, предлагается устройство для аэрации водоема с помощью простейших
механических устройств, не требующих затрат энергии и квалифицированного обслуживания. Это, несомненно,
экономически эффективно.
Список
использованных источников
1 Новости АПК // Сайт MINAGRI. KZ. –
29.03.2010.
2 Сельскохозяйственное
рыбоводство. – М.: Сельхозиздат, 1959.
3 А.С. № 1318546. СССР. Опубл.
23.06.87.
4 А.С. № 1576499. СССР. Опубл.
07.07.90.
5
Пред.патент №14102. РК. Устройство для
аэрации водоемов Опубл. 15.03.2004.