Колонну берут не по объему бассейна и не на глаз, а от кубометров воды в час через нее и от того, сколько CO2 нужно снять. Разбираем формулу, диаметр, насадку и вентилятор по шагам.
Дегазационную колонну почти всегда берут по принципу "чтобы было": ставят то, что нашли на рынке, или то, что стоит у соседа по цеху. При плотной посадке это ошибка, которая стоит рыбы. Правильный путь короче, чем кажется: колонна считается от расхода воды через нее, от того, сколько углекислоты нужно снять, и от того, каким воздухом вы располагаете. Ниже пошаговый расчет и таблица готовых ориентиров для типичных объемов.
Что такое избыток CO2 и почему оксиметр его не видит, разобрано отдельно в статье углекислота и дегазация в УЗВ. Здесь не повторяем эту часть, а идем дальше: как подобрать сам узел, который снимает газ из воды.
Обычная аэрация компрессором и мелкопузырчатыми диффузорами насыщает воду кислородом, но почти не трогает CO2: пузырек воздуха слишком быстро проходит толщу воды, чтобы забрать из нее заметную долю газа. У воздуха и так почти нет свободного места под углекислоту, атмосферная концентрация CO2 в нем на несколько порядков ниже, чем в воде плотной УЗВ, поэтому направление переноса газа выгодное, но контакта не хватает. Дегазационная колонна решает именно контакт: воду размазывают тонкой пленкой по большой поверхности насадки и продувают навстречу большим объемом воздуха, так что у CO2 есть время и площадь, чтобы уйти из воды в воздух.
В основе лежит десорбция газа из жидкости потоком воздуха, тот же процесс инженеры называют air stripping, и он давно и подробно описан для очистки воды от летучих примесей. Направление воды и воздуха в колонне встречное: вода льется сверху вниз через насадку, воздух нагнетается снизу вверх. Перенос газа между фазами описывается законом Генри: чем выше концентрация растворенного CO2 в воде на входе и чем ниже его концентрация в воздухе, тем сильнее газ стремится уйти из воды. Атмосферный воздух практически свободен от CO2 в интересующих нас концентрациях, поэтому запас движущей силы большой, но им еще нужно правильно воспользоваться: дать воде и воздуху достаточно площади контакта и достаточно времени.
Корпус, чаще из ПВХ или стеклопластика, распределитель воды сверху, слой насадки в средней части, поддон и решетка снизу, патрубок подачи воздуха от вентилятора или воздуходувки и вытяжка отработанного воздуха сверху. Вода заходит через распределитель, растекается по насадке тонкой пленкой, стекает в поддон и уходит дальше по контуру. Воздух заходит снизу через воздуходувку, поднимается через насадку навстречу воде и выходит через вытяжное отверстие в верхней части корпуса, унося с собой снятый CO2. Про то, какой тип нагнетателя ставить под такую задачу, отдельно разобрано в статье воздуходувка для УЗВ.
Насадка это то, что создает поверхность контакта. Три типа встречаются чаще всего.
| Тип насадки | Плюс | Минус |
|---|---|---|
| Кольца и седла навалом | дешево, легко заменить | ниже удельная поверхность на объем, колонна крупнее |
| Структурированная (блоками, листовая) | большая поверхность в малом объеме, меньше высота слоя | дороже, чувствительна к взвеси в воде |
| Бочата (сетчатые шарики, кубики) | компромисс по цене и площади, устойчива к засорению | требует ровного распределения воды по сечению |
Для воды из УЗВ, где после механической очистки все равно остается немного взвеси, практичнее насадка с крупным просветом: структурированная забивается быстрее и требует более частой промывки.
Отправная точка расчета не объем бассейна, а расход воды через колонну в час, тот же расход, что идет через насос основного контура или через его часть, если колонна стоит не на весь поток. От расхода воды считают три вещи: нужный расход воздуха, диаметр колонны по допустимой скорости воды в сечении и высоту слоя насадки под требуемую степень снятия CO2.
Расход воздуха задают через соотношение объема воздуха к объему воды, оно определяет, сколько атмосферы предложено газу, чтобы уйти из воды. Чем выше соотношение воздух к воде, тем полнее снимается CO2 при той же насадке, но растет и расход энергии на нагнетатель, и шум, и размер вытяжного тракта. На практике для дегазации CO2 в рыбоводстве соотношение держат в диапазоне от полутора до четырех объемов воздуха на объем воды: нижняя граница подходит, когда нужно снять умеренный избыток CO2 при невысокой плотности посадки, верхняя, когда хозяйство работает на пределе плотности и малейший рост CO2 бьет по аппетиту рыбы.
Диаметр подбирают так, чтобы скорость воды, стекающей по сечению колонны, не размывала пленку на насадке и не создавала захлебывание, когда встречный поток воздуха тормозит воду и она начинает копиться сверху вместо того, чтобы стекать. Практический ориентир для рыбоводных колонн: удельная нагрузка по воде порядка 10-20 кубометров воды в час на квадратный метр сечения колонны, конкретная цифра зависит от типа насадки и указывается производителем.
Пошагово это выглядит так: берете расход воды через колонну в кубометрах в час, делите на выбранную удельную нагрузку и получаете нужную площадь сечения в квадратных метрах, а из площади считаете диаметр как для круга. Например, для расхода 20 кубометров в час при удельной нагрузке 15 кубометров на квадратный метр нужна площадь сечения около 1,3 квадратного метра, это диаметр примерно 1,3 метра.
Высота насадки отвечает за то, сколько времени вода контактирует с воздухом, и напрямую связана с тем, какую долю CO2 нужно снять. Чем выше требуемая степень снятия газа, чем ниже температура воды и чем реже насадка (меньше удельная поверхность на объем), тем выше должен быть слой. Для типовых задач рыбоводства высота слоя насадки в дегазационных колоннах обычно лежит в диапазоне от 0,5 до 1,5 метра: нижняя граница для умеренного избытка CO2 и теплой воды, верхняя для холодной воды и плотной посадки, когда нужно снять большую часть избытка газа за один проход.
Ниже прикидочные ориентиры для первого выбора, не замена расчету под конкретную насадку и температуру.
| Расход воды через колонну | Диаметр колонны | Высота насадки | Расход воздуха |
|---|---|---|---|
| 5 куб.м/ч | 0,6-0,7 м | 0,5-0,8 м | 10-20 куб.м/ч |
| 10 куб.м/ч | 0,9-1,0 м | 0,7-1,0 м | 20-35 куб.м/ч |
| 20 куб.м/ч | 1,2-1,4 м | 0,9-1,3 м | 40-70 куб.м/ч |
| 40 куб.м/ч | 1,7-2,0 м | 1,1-1,5 м | 80-140 куб.м/ч |
Для промежуточных значений расхода интерполируйте по диаметру и по расходу воздуха, а высоту насадки не занижайте: экономия на высоте слоя первой бьет по степени снятия CO2 при похолодании воды или при росте плотности посадки.
Через колонну постоянно идет теплый влажный воздух, а изнутри корпус контактирует с водой, в которой растворены соли и продукты жизнедеятельности рыбы. Три материала встречаются на практике.
| Материал | Плюс | Минус |
|---|---|---|
| ПВХ | дешево, легко резать и клеить под свой диаметр | боится ультрафиолета на улице, со временем становится хрупким |
| Стеклопластик | не корродирует, держит форму на большом диаметре | дороже, ремонт скола требует специального состава |
| Нержавеющая сталь | прочность, привычный монтаж на хомутах и фланцах | дороже ПВХ, требует правильной марки стали, иначе точечная коррозия от влажного воздуха с солями |
Для помещения без прямого солнца практичнее ПВХ или стеклопластик: они не ржавеют от влажного воздуха, который постоянно проходит через корпус. Нержавейку берут там, где колонна стоит на улице или где важна механическая прочность под нагрузкой, например, если насадка тяжелая керамическая, а не легкая пластиковая.
Возьмем условное хозяйство: 15 тонн форели, расход воды через контур дегазации 30 кубометров в час, температура воды 12 градусов, насадка структурированная с известной удельной поверхностью, требуется снять около двух третей избытка CO2 за один проход.
Это прикидочный расчет для примера, а не готовая спецификация: реальные цифры удельной нагрузки и сопротивления берутся из паспорта конкретной насадки, они отличаются у разных производителей даже для одного типа насадки.
После монтажа меряют CO2 в двух точках: на входе в колонну и сразу на выходе из нее, тем же способом, каким меряете CO2 для контроля рыбы, титрованием или электронным анализатором. Разница между входом и выходом, деленная на значение на входе, и есть фактическая степень снятия газа за проход. Если она заметно ниже расчетной, скорее всего дело в одном из трех: вода распределяется по сечению неровно и часть насадки сухая, воздуха реально проходит меньше расчетного из-за заниженного вентилятора, либо насадка уже забита и требует промывки.
Если распределитель сверху дает воде течь по центру или по одному краю колонны, часть насадки остается почти сухой и не участвует в контакте с воздухом. Это одна из самых частых причин, почему готовая колонна на бумаге дает нужную степень снятия CO2, а по факту недодает. Распределитель делают с несколькими равномерно расставленными точками слива или с перфорированной тарелкой, а не с одним патрубком по центру, особенно на диаметре больше 0,8 метра.
Захлебывание это состояние, когда встречный поток воздуха настолько силен относительно потока воды, что вода перестает свободно стекать вниз и начинает копиться на насадке, а затем выбрасывается через верх колонны вместе с воздухом. Признаки: вода появляется в вытяжном патрубке, растет уровень воды на насадке видимый через смотровое окно, колонна начинает булькать и шуметь сильнее обычного. Лечится снижением расхода воздуха либо увеличением диаметра колонны: захлебывание почти всегда означает, что скорость воды в сечении для выбранной насадки и расхода воздуха превышена.
Сама колонна почти не шумит, шумит вентилятор или воздуходувка. При выборе нагнетателя под колонну ориентируются на те же принципы, что и для аэрации в целом: радиальный вентилятор с шумоизолирующим кожухом для помещения, где рядом работают люди, простой осевой вентилятор допустим только в отдельном техническом помещении. Подробное сравнение по шуму для разных типов нагнетателей в статье про воздуходувку для УЗВ.
Порядок действий для конкретного хозяйства.
Чаще колонну ставят после биофильтра, перед оксигенацией: вода уже прошла нитрификацию, где бактерии сами выделяют CO2 как побочный продукт, и именно на этом участке концентрация газа обычно наибольшая. Если поставить дегазацию раньше биофильтра, часть газа, добавленного бактериями, все равно останется несобранной и придется гонять воду через колонну заново. Порядок узлов в целом и куда встраивается дегазация, показан на общей схеме в статье что такое УЗВ.
Колонне не нужно высокое давление, ей нужен большой объем воздуха при умеренном сопротивлении насадки и корпуса, обычно это сотни паскалей, а не единицы атмосфер, как для кислородного оборудования. Под такую задачу чаще берут осевые или радиальные вентиляторы, а не роторные воздуходувки с высоким напором: они избыточны по давлению и лишние по цене и по шуму. Как выбрать конкретный тип нагнетателя под свой расход и сопротивление сети, разобрано в статье про воздуходувку для УЗВ.
Насадка со временем обрастает биопленкой и заносится взвесью, которая проскочила механическую очистку. Первый признак, что пора чистить: растет перепад давления воздуха на колонне при том же расходе от вентилятора, вода начинает подтапливать насадку снизу вместо того, чтобы свободно стекать. Периодичность чистки зависит от качества механической очистки перед колонной: при хорошем барабанном фильтре насадку моют раз в один-два месяца, при слабой механике чаще, иногда раз в две-три недели.
Не всегда обязательно гонять через колонну весь расход воды основного контура. Вариант с байпасом: часть потока, например треть или половина, отводится через дегазационную колонну отдельной веткой, а остальная вода идет напрямую дальше по контуру, и потоки смешиваются уже после колонны. Это снижает требуемый диаметр колонны и расход воздуха, но требует, чтобы кратность прохождения воды через дегазацию за сутки была выше, иначе средний уровень CO2 в бассейне не снизится до нужного. Байпас оправдан, когда помещение тесное и полноразмерная колонна на весь расход физически не помещается, либо когда избыток CO2 умеренный и снимать его со всего потока избыточно.
Корпус из канализационной трубы большого диаметра с самодельным распределителем и покупной насадкой навалом обходится заметно дешевле готового узла с паспортом и гарантией, но при этом теряется главное преимущество расчета: без паспортных данных насадки удельную нагрузку и сопротивление берут по чужим цифрам из справочников или с большим запасом, поэтому такая колонна почти всегда крупнее и мощнее по вентилятору, чем строго необходимо. Для небольшого хозяйства на несколько тонн рыбы разница в размере не критична, для промышленной установки на десятки тонн переразмеренный вентилятор это лишние киловатты в месяц, поэтому там обычно берут насадку и колонну с паспортом от производителя, даже если корпус варят или клеят на месте.
Частично да, при невысокой плотности посадки дополнительная аэрация снижает и CO2 заодно с насыщением кислородом. Но при плотной посадке этого запаса не хватает, и требуется отдельный узел с большой площадью контакта именно под десорбцию газа, а не под насыщение кислородом.
Нужна, и даже больше, чем при аэрации воздухом: чистый кислород не выдувает CO2 вообще, оксигенация решает только один параметр воды. При переходе на чистый кислород и рост плотности посадки нагрузка на дегазацию обычно растет, а не падает.
CO2 снимается не полностью, оксиметр может показывать норму по кислороду, а рыба у притока будет вести себя так, как описано в статье про углекислоту: вялый аппетит, скученность у входа свежей воды, повышенное дыхание.
Корпус из канализационной трубы большого диаметра и насадка из обрезков ПВХ-труб или биозагрузки для биофильтра встречаются в самодельных УЗВ и работают, если выдержана логика противотока и есть запас по высоте насадки, но точный расчет удельной поверхности для самодельной насадки почти никогда не делают, поэтому такую колонну закладывают с запасом по объему.
Да, и почти всегда в сторону увеличения. При переходе с аэрации воздухом на чистый кислород хозяйство обычно поднимает плотность посадки, потому что кислород перестает быть узким местом, а вслед за плотностью растет и выделение CO2 рыбой и бактериями биофильтра. Колонну, рассчитанную под старую плотность, при таком переходе нужно пересчитывать заново, иначе именно углекислота станет новым ограничением вместо кислорода.
Пересчет нужен всякий раз, когда меняется что-то из вводных: выросла плотность посадки, сменился вид рыбы с другим уровнем метаболизма, изменилась схема кормления, добавился еще один бассейн на тот же контур. Разовый расчет под конкретные условия хозяйства на момент запуска не остается верным навсегда, если хозяйство растет.
При остановке вентилятора колонна не превращается сразу в аварию: вода все еще стекает через насадку под собственным весом и часть CO2 уходит просто за счет контакта с воздухом в помещении, без принудительного продува. Но эффективность падает резко, в разы, а не на проценты, потому что именно принудительный расход воздуха создавал основную движущую силу переноса газа. Если насос основного контура продолжает работать, а вентилятор колонны стоит, уровень CO2 в бассейне начнет расти уже за один-два часа при плотной посадке, и по поведению рыбы это будет похоже на обычный рост углекислоты, разобранный в статье про дегазацию. Вентилятор колонны стоит выводить на тот же контроль исправности, что и остальное критичное оборудование, а не считать его второстепенным узлом только потому, что напрямую он не подает ни кислород, ни воду.
Мы делаем сторожа, который следит за питанием, насосом и аэрацией и пишет вам в Telegram, пока рыба еще дышит. Сообщение приходит со звуком, даже если телефон в беззвучном. Базовый прибор стоит от 7 900 рублей, комплект считаем индивидуально под ваши бассейны. Напишите, что у вас за хозяйство, и подберем. Если увидим, что вам наш прибор не нужен, так и скажем.
Оставить заявку
Общий принцип десорбции газа из воды потоком воздуха, противоток, роль насадки и зависимость от закона Генри: статья Air stripping, Wikipedia. Материал описывает процесс на примере очистки воды от летучих органических примесей, физика переноса газа между водой и воздухом та же, что и для CO2 в рыбоводной колонне.