Что такое аэрация?
Аэрация - это процесс насыщения воды кислородом, что происходит путем пропускания воздуха через водную среду. Яркий и понятный пример «домашней» аэрации - это аквариум с рыбками, жизнь которых поддерживается за счет пузырьков воздуха, которые целенаправленно пропускаются через воду. Также аэрация является основой процесса очистки сточных вод в биологических очистных сооружениях.
В естественных условиях кислород поступает из атмосферы только в верхние слои воды. На несколько большую глубину ему помогает попадать процесс фотосинтеза: когда растения производят его, поглощая углекислый газ. Еще глубже происходят только расходы кислорода и поэтому там наблюдаются его низкие концентрации.
При этом, за последние десятки лет количество сбросов грязи в реки достигла катастрофического предела. Водная экосистема все больше теряет устойчивость и способность к самоочищению: она просто не в состоянии переработать такие объемы загрязнений. К тому же, сегодня в воду сбрасываются вещества, которые в природе раньше не встречались: от антибиотиков до микропластика.
По данным научных исследований, практически все малые и большие реки планеты в результате человеческой деятельности испытывают негативное влияние, что приводит к ухудшению качества воды и повышению токсичности водной среды. Повышенные концентрации кислорода способствуют самоочищению водной среды и, соответственно, усилению устойчивости к загрязнению. Для подавляющего большинства водных обитателей кислород является важнейшим из растворенных в воде газов. Снижение его содержания ниже критических значений приводит к их гибели.
Зачем проводить аэрацию?
В аэробных (при участии кислорода) условиях преобладает окисление веществ, что способствует самоочищению водной среды и усилению устойчивости к загрязнению. При этом тяжелые металлы, органические загрязняющие соединения переходят в донные отложения.
В анаэробных (при дефиците кислорода) условиях в водоемах возникают заморные явления, окислительные процессы замедляются, обусловливая ухудшение качества и повышение токсичности воды. Дефицит кислорода также приводит к уменьшению численности и разнообразия донных беспозвоночных (моллюски, ракообразные, личинки стрекоз и др.), которые являются кормовой базой рыб, а также участвуют в переработке органических веществ и влияют на биохимический круговорот многих элементов и тяжелых металлов.
Согласно наблюдениям, на днепровских водохранилищах регулярно возникает дефицит кислорода (Концентрации падают ниже 2, а иногда и 1 мг/дм3). В маловодные периоды явление становится критическим, а последствия имеют сильное негативное влияние на экосистему водоемов.
В условиях климатических изменений, когда летом одновременно уменьшается количество осадков и увеличивается количество дней с температурой выше 30 ° С, для нормального существования водных экосистем крайне необходимо дополнительное поступление кислорода.
Опыт аэрации Укргидроэнерго на Каховской ГЭС
Турбины ГЭС - единственная возможность обогатить кислородом придонные сечения речного русла, ведь они установлены на глубинах от 14 до 35 метров (это касается ГЭС Днепровского каскада).
В Укргидроэнерго утверждают, что они внедряют аэрацию для улучшения условий жизнедеятельности растений и животных в водохранилищах, а также для уменьшения удушья и увеличение самовосстанавливающейся способности реки Днепр, особенно в местах воздействия мегаполисов и на природоохранных территориях.
В пресс-службе компании отметили, что целью испытания было на примере Каховской ГЭС изучить техническую возможность аэрации и предварительно оценить ее эффективность. Укргидроэнерго в августе 2019 на гидроагрегате №6 экспериментально провело аэрацию, путем подачи сжатого воздуха перед турбиной.
Анализ воды проводился Херсонской лабораторией мониторинга вод и почв Госводагентства до начала испытаний, во время и после. Опыт показал, что даже в сложных условиях ограничений установленного оборудования, химического состояния днепровской воды и погодных условий, аэрация технически возможна и она дает положительный результат: увеличение концентрации растворенного кислорода и изменение интегрального показателя - биохимического потребления кислорода.
С учетом того, что через гидроагрегаты ГЭС проходит около 95% речного стока, даже относительно небольшое увеличение концентрации кислорода на 1 мг/литр в условиях критически низкой его концентрации приводит к значительным результатам. Аэрированная вода транзитного стока (то есть вода, протекающая по фарватеру), активизирует деятельность аэробных бактерий и улучшает условия гидроэкосистемы и самоочищающиеся свойства Днепра. В компании утверждают, что это поспособствует возвращению биологических видов, которые погибают в бедной кислородом воде (раки, судак и т.д.).
Мировая практика аэрации
Аэрация воды уже почти полвека является общепризнанным подходом к улучшению состояния рек в мире. За эти годы наработан богатый технический и экологический опыт в этом вопросе. В зависимости от конкретных местных условий и потребностей применяют или отдельные аэраторы, устанавливаемым плотиной ГЭС, или осуществляют аэрацию воды непосредственно на входе в гидроагрегат. Более того, в США на уровне законодательства штатов установлены требования по минимальному уровне кислорода в воде за плотиной, и ГЭС должны его поддерживать в случае снижения.
Аэрация в гидротурбинах применяется там, где имеют место большие глубины и стабильный график работы гидроагрегатов, например, ГЭС Belesar Peares II (Испания), John H.Kerr (США), Canyon Ferry (США), Conowingo (США). Общее количество гидроагрегатов, оборудованных аэраторами, только в США в 2015 году составила 178 на 58 ГЭС.
Аэрация отдельным аэратором за плотиной, внедряется там, где часто не совпадают графики работы гидроагрегатов с потребностью в увеличении растворенного в воде кислорода. Примером может быть ГЭС Lloyd Shoals установленной мощностью 18 МВт в штате Джорджия в США.
Другое техническое решение принято в Англии, где пошли путем обогащения речной воды очищенным кислородом с баллонных установок. Стационарные системы строились на реках Тайн, Тис, Мидуэй, Тауи начиная с 1972 года. Для улучшения состояния реки Темза в стране были спроектированы и спущены на воду специальные корабли-аэраторы Thames Bubbler в 1988 и Thames Vitality в 1997г.
Изучив положительные результаты британской аэрации, в Китае в 2001 году для улучшения состояния реки Suzhou, проходящей через мегаполис Шанхай, был построен корабль-аэратор Suzhou Creek Bubbler.
Будущее аэрации в Украине
Положительный опыт аэрации будет распространено на все ГЭС Днепровского каскада. Реконструкция оборудования, которая будет проводиться на основании полученных экспериментальных данных, в дальнейшем позволит осуществлять непрерывную аэрацию на всех гидротурбинах.
Также результаты уже проведенных испытаний будут учтены в режимах работы Каховской ГЭС и в проектные документации на строительство Каховской ГЭС-2 для территории ниже плотины. Там будет наблюдаться существенный дефицит кислорода в придонных слоях русловой части.
Поэтапное промышленное внедрение аэрации воды позволит сделать существенный шаг для решения следующих проблем:
· улучшение качества воды в реке Днепр
· адаптация системы мониторинга состояния водных экосистем к европейским нормам
· корректировки режима работы ГЭС после ожидаемого внедрения в Украине более жестких норм о состоянии воды и режимов водопользования.
Широкое внедрение проекту аэрации будет способствовать улучшению экологического состояния Днепра, и параллельно, благодаря значительной площади акваторий, которые будут охвачены проектом, аэрация способствовать значительному повышению биологической продуктивности водных объектов и увеличению промышленной рыбопродуктивности. Это принесет существенный экономический эффект и непосредственно способствовать решению социальных проблем.
Ранее ЭлектроВести писали, что сооружение дополнительной гидроэлектростанции у существующей плотины Каховского гидроузла - Каховской ГЭС-2 улучшит кислородный режим участка Днепра, прилегающей к плотине.
Читайте самые интересные истории ЭлектроВестей в Telegram и Viber
