Aqu @teach: Соединения, движение воды и аэрация
Сантехника
ПВХ трубы чаще всего используются для сантехники. Они доступны во многих стандартных размерах, являются экономичными, легко разрезать и адаптироваться к широкому спектру адаптеров и разъемов, а также, как правило, длится долгое время. Могут использоваться и другие материалы, но они должны быть безопасными как для рыбы, так и для растений, а также для производства продуктов питания. Некоторые общие советы о трубах:
трубы должны быть «правильными» - если трубы слишком малы, будут проблемы с утечками, и если они слишком большие, твердые частицы не будут смываться, потому что давление воды будет слишком низким
следует избегать гибких труб, чтобы уменьшить риски, связанные с потоком воды, и биообрастания. Биофулинг или биологическое обрастание — это накопление микроорганизмов, растений, водорослей или животных на влажных поверхностях (< https://en.wikipedia.org/wiki/Biofouling >).
соединения между различными компонентами системы должны быть как можно более короткими и прямыми. Это обеспечивает более плавное движение воды. Каждая кривая или петля представляет собой препятствие для плавного потока воды.
Расход воды и насосы
После того, как аквапонные компоненты соединены и заполнены водой, вода должна поддерживать постоянный и равный уровень во всех компонентах. Однако, поскольку она должна циркулировать, вода должна перемещаться либо гравитацией, либо накачкой. Проектирование гидравлических систем соответствует примеру, приведенному в главе 2. После построения технологической схемы, на этапе детального проектирования каждая труба должна быть определена, диаметр выбирается в зависимости от объемного расхода и скорости потока (рассчитывается ранее) и определяется длиной, фитингами и отгибами. Затем необходимо рассчитать потери на трение. Эти потери на трение должны компенсироваться разницей давления воды между различными высотами уровня воды. Перекачка должна производиться только в одной точке всего потока рециркуляции (с двумя развязанными насосами параллельно) для обеспечения стабильных условий потока.
Насос является чрезвычайно важным компонентом системы аквапоники, поскольку обеспечивает надежную циркуляцию воды по всей системе. Вода должна быть рециркулирована для обеспечения микроорганизмов и растений необходимыми питательными веществами, а также для обеспечения рыбы окружающей средой, свободной от вредных компонентов. Неадекватный или ненадежный насос может привести к недостаточному или чрезмерному питанию питательных веществ, что может нанести вред бактериям, рыбе и растениям. Отсутствие рециркуляции, или рециркуляция, которая является слишком быстрой или слишком медленной, быстро повлияет на всю жизнь в аквапонной системе.
На рынке представлен широкий ассортимент насосов, но их можно разделить на две основные категории: погружные насосы или встроенные (центробежные) насосы. Погружные насосы погружаются в воду резервуара, что помогает поддерживать их охлаждение. Они, как правило, менее эффективны, чем встроенные насосы, и более подходят для небольших систем. Встроенные или центробежные насосы представляют собой насосы с воздушным охлаждением и расположены за пределами резервуара. Они могут иметь более мощные двигатели, способные перекачивать большое количество воды.
При определении размера насоса для аквапонной системы сначала необходимо определить расход воды, т.е. сколько воды может перемещаться насос в течение определенного периода времени. Обычно он измеряется в литрах в минуту или литрах в час. Насос должен иметь возможность рециркулировать весь объем воды в системе. Это может варьироваться от 3 раз в час в очень интенсивных системах до всего несколько раз в день в обширных системах. Нет большого правила. Единственный способ рассчитать требуемую скорость рециркуляции воды — правильно рассчитать расход массы (см. Упражнение 7). Как правило, лучше приобрести более мощный насос, так как он позволит регулировать расход. Однако такие насосы стоят дорого.
Для определения размеров насоса важно также рассчитать высоту головки путем расчета всех потерь головки, описанных в Упражнении 7. Потеря головки должна компенсироваться разницей уровня воды, которая будет равна высоте двух уровней воды, между которыми насос должен поднимать воду. Обычно аквариум и растущий слой будут находиться на разных уровнях. Чем больше расстояние или чем больше головка, тем больше энергии требуется для перекачки воды. Все, что можно сделать, чтобы свести к минимуму голову, сделает всю систему более эффективной.
Последним шагом в определении правильного размера насоса является сочетание расхода и высоты головки. Как правило, большинство насосов поставляются с диаграммой, которая сочетает в себе расход и высоту головки. Если нет, то обычно указывается максимальный расход (Qmax) и максимальная высота откачки (Hmax). Если у вас нет схемы насоса, вы предполагаете, что насос имеет оптимальную эффективность откачки вокруг Hmax/2, которая обычно вокруг Qmax/2.
Пример проектирования: если требуется рециркулировать 10 м3/чв течение 2 м, сначала решите, хотите ли вы использовать один или два насоса. Если вы хотите использовать два насоса параллельно, каждый насос должен перекачивать 5 м3/ч на 2 м, включая потери трения в насосной трубе. Таким образом, вам нужны два насоса, каждый с Hmax = 4 м и Qmax = 10 м3.
Стоимость энергии, используемой для работы насоса, является важной частью структуры затрат на эксплуатацию аквапонной системы. Поэтому важно знать электрическое потребление насоса, который вы планируете приобрести, а значит знать количество ватт, используемых насосом. Идеальный насос выполнит работу, используя наименьшее количество энергии. При покупке насоса не забудьте также приобрести резервный насос в случае, если первый из них выходит из строя, или работать с двумя насосами параллельно (настоятельно рекомендуется) и иметь один резервный насос.
Регулирование расхода воды и уровня воды
Целевая скорость потока в трубах составляет около 0,7-1 м/с. Если она ниже 0,7 м/с, существует риск осаждения осадка, в то время как выше 1 м/с происходит ненужная потеря энергии в результате трения. Расход воды в системе можно регулировать, установив:
насос, в котором можно регулировать расход
регулирующий клапан
электрический таймер, подключенный к насосу
поплавковый регулятор уровня воды с датчиком уровня воды или без него
В аквапонных системах, особенно в системах пластов растущих сред, колокольный сифон широко используется для регулирования потока и уровня воды. Колокольные сифоны позволяют автоматически сливать воду из растительного слоя в аквариум, а затем насос забирает воду из аквариума в растущее русло. В дополнение к автоматической регулировке воды, которая значительно экономит время и усилия, колокольные сифоны имеют ряд других преимуществ при использовании с аквапоническими системами:
больше аэрации для корней растений
постоянное и последовательное движение воды
процесс происходит автоматически
обеспечивает максимальную эффективность
простой и надежный
Существуют и другие простые способы регулирования уровня воды с помощью переборок, стоянок или сифона петли (Castelo 2018).
Проблемы с движением воды
Если вода не циркулирует или расход снижается, может быть несколько причин, например:
насос не работает
пропеллеры насоса абраса/повреждены песком/растущими средами
в системе недостаточно воды
пузырьки воздуха нарушают поток воды
трубы забиты
в трубах есть мертвая рыба
Потери воды и запасы воды
Некоторая вода неизбежно потеряется из системы из-за эвапотранспирации. Основными проблемами являются потери воды из-за утечек (которые вызваны засориванием) или поломки насоса. Нужно понимать, что каждое отверстие, каждое уплотнение, каждое соединение трубы и каждое механическое повреждение являются потенциальной опасностью, которая может вызвать утечку. Однако, если трубопровод спроектирован правильно, и правильно герметизирован или склеен, то это не должно быть проблемой. При запуске системы необходимо проверить расход воды, чтобы убедиться в отсутствии утечек.
Также рассмотрим, что произойдет, если насос перестанет работать или если произойдет отключение электроэнергии. Куда будет течь вода? Надлежащая конструкция систем включает в себя буферный объем на самом низком уровне системы (обычно это отстойник насоса) для хранения всей воды, переполненной из точек выше системы. При правильном проектировании резервуары для рыбы потеряют 5-10 см глубины воды, которая может быть сохранена резервным объемом отстойника насоса и биофильтра. Именно по этой причине биофильтр и отстойник насоса обычно выглядят довольно пустыми в правильно спроектированной системе. Необходимо установить соответствующие сигналы тревоги и, что еще лучше, методы автоматического включения резервных насосов, подключенных к электрогенератору. Потерянная вода должна пополняться каждый день (1,5% при нормальной эксплуатации, сбои не включены). Поэтому необходим резервуар для отстойника достаточного объема или очень надежное подключение к другому источнику воды.
*Авторское право © Партнеры проекта Aqu @teach. Aqu @teach является стратегическим партнерством Erasmus+ в области высшего образования (2017-2020), возглавляемым Университетом Гринвича, в сотрудничестве с Цюрихским университетом прикладных наук (Швейцария), Техническим университетом Мадрида (Испания), Люблянским университетом и Биотехническим центром Naklo (Словения) . *