Рыбы и аэробные микроорганизмы используют растворённый молекулярный кислород O₂, а не кислород, химически связанный в H₂O. Он поступает через поверхность и при контакте с пузырьками, а также образуется при фотосинтезе. Потребление при дыхании и окислении идёт одновременно, поэтому работающий аэратор не гарантирует высокого содержания кислорода.[1]
Естественную аэрацию усиливают волнение, перекаты и водопады. В сооружениях применяют подачу воздуха через погружённые устройства, механическое перемешивание и разбрызгивание. Важен контакт фаз: само количество поданного воздуха ещё не равно массе кислорода, действительно растворившегося в воде.
От чего зависит поступление кислорода
Движущая сила газообмена связана с различием фактической концентрации и равновесной при данных условиях. По мере приближения к насыщению поступление кислорода из воздуха ослабевает. Если вода пересыщена, например после интенсивного фотосинтеза, обмен может идти в обратную сторону. Поэтому аэрация означает усиление обмена, а не безусловный бесконечный рост концентрации.
Равновесная растворимость зависит от температуры, давления и солёности. USGS[2][1] учитывает все три величины в расчётах DOTABLES. Более тёплая и более солёная вода при прочих равных удерживает меньше кислорода. Концентрацию выражают в мг/л, а насыщение — в процентах относительно равновесия; одинаковый процент при разных условиях не обязательно означает одинаковое число мг/л.[2]
Мелкие пузырьки обычно создают большую суммарную поверхность контакта на единицу объёма воздуха. Но эффективность зависит от глубины, времени контакта, состава воды и состояния оборудования. EPA[3] описывает загрязнение диффузоров и особенности реальной сточной воды как существенные условия работы мелкопузырчатой аэрации. Паспортный результат в чистой воде поэтому нельзя без поправок считать эксплуатационным.[3]
Что аэрация решает и чего не заменяет
В биологической очистке она снабжает микроорганизмы кислородом и помогает поддерживать контакт с загрязнениями. В водоёме может уменьшать кислородный дефицит, но если поступление разлагаемой органики остаётся высоким, кислород будет снова расходоваться. Устойчивый эффект связан с балансом поступления и потребления, а не только с наличием пузырьков.
Перемешивание способно изменить температурную стратификацию и распределение веществ по глубине. Поэтому локальный рост кислорода у устройства не доказывает восстановления всего водоёма. Кроме того, удаление летучего соединения из воды при продувке может означать его переход в воздух: исчезновение из одной среды не равно уничтожению загрязнителя.
При аэрации контролируют объём и глубину насыщения кислородом, суточный минимум и устойчивость результата. Эти измерения показывают, насколько устройство покрывает фактическую кислородную нагрузку.