Tiivistelmä. Diplomityössä testattiin Happihyrrä Oy:n kehittämää veden hapetuslaitteen prototyyppiä. Tarkoitus oli todentaa laitteen toimintaperiaate sekä testata sen hapetusteho. Ennen varsinaisia kokeita hapensiirron teoriaan sekä ilmastuslaitteiden mittaamiseen perehdyttiin kirjallisuuden avulla.

Hapetuslaite koostui akryylimuoviputkista sekä poretasosta. Laitteen hapetusteho perustuu ensimmäisessä osassa aikaan saatavaan ejektori-imuun ja pyörteeseen, joka hajotetaan toisessa osassa useaksi pienemmäksi pyörteeksi. Tämän jälkeen vesi kuplitetaan poretasossa.

Kokeet suoritettiin Oulun yliopiston koehalliin rakennetulla testilaitteistolla. Testilaitteisto koostui kahdesta 1 m³ muovisäiliöstä joista toinen asennettiin hallin lattiatasolle ja toinen hallin ylätasolle. Hapetuslaite asennettiin ennen alasäiliötä niin, että vesi ohjautui laitteelta ulos tullessaan säiliöön. Yläsäiliöstä rakennettiin venttiilillä varustettu putkiyhteys hapetuslaitteeseen. Alasäiliössä oli uppopumppu veden pumppaamista varten. Kokeet suoritettiin poistamalla liuennut happi vedestä natriumsulfiitilla ja laskemalla vesi yläsäiliöstä laitteen läpi alasäiliöön. Veden liuenneen hapen pitoisuus mitattiin ennen läpilaskua yläsäiliöstä ja läpilaskun jälkeen alasäiliöstä. Läpilaskuja jatkettiin kunnes veden liuenneen hapen pitoisuus saavutti kyllästyspitoisuuden.

Hapetuslaitteen ejektori-imu ei toiminut. Tästä huolimatta laitteelle pystyttiin syöttämään paineilmaa ja happea kaasunjakorenkaan kautta. Hapen liukenemisen havaittiin tapahtuvan merkittävältä osalta alasäilössä, johon vesi suihkusi putkesta suurella nopeudella. Tämä aiheutti veden voimakkaan sekoittumisen ja oli merkittävä tekijä hapen liukenemisessa. Paras hapensiirtonopeus saavutettiin laskemalla vettä tyhjällä putkella alasäiliöön, jolloin hapensiirtonopeus oli parhaimmillaan 45,1 kg/d. Toiseksi paras tulos saavutettiin asentamalla pyörresuppilo ja pyörteenohjain ja lisäämällä happea virtaavaan veteen pyörresuppilon kaasunjakorenkaan kautta jolloin hapensiirtonopeus oli 41,0 kg/d, mikä on noin 9 % pienempi kuin tyhjällä putkella.

Tutkimuksen tulokset pätevät vain tutkimuslaitteistoa vastaavissa olosuhteissa. Mikäli laitteistokokonaisuus muuttuu, ei tuloksia voi suoraan siirtää uuteen ympäristöön. Onkin oltava erittäin tarkka johtopäätöksissä hapetuslaitteen soveltuvuudesta tutkimuslaitteistosta huomattavasti eroaviin kohteisiin.Testing of an aeration device protype to confirm its operating principle and oxygen transfer capabilities. Abstract. Subject of this Master’s Thesis was to test a prototype of an aeration device developed by Happihyrrä Oy. The aim was to confirm its operating principle and to test its oxygen transfer capabilities. Before the tests, the theory and measurement of oxygen transfer were studied.

The aeration device was comprised of acryl plastic tubes and a bubbling section. The operating principle of the device is to create a strong vortex and to suck air or oxygen through the ejectors in the first section and then disperse the vortex into multiple smaller ones in the second section. Afterwards water is bubbled in the bubbling section.

Tests were performed with testing equipment built at Oulu University. The testing equipment comprised of two 1 m³ plastic tanks of which one was installed at the ground level and the other one at the high level of the hall. The aeration device was installed before the ground level tank so that water would be directed into the tank after going through the device. The pipe connection with a valve was constructed from the high level tank to the aeration device. A submersible pump was installed in the ground level tank. Tests were performed by deoxygenating water with sodium sulfite and running it from the high level tank into the ground level tank through the aeration device. The amount of dissolved oxygen was measured from the high level tank before releasing water and from the ground level tank after water had come through the device. Water was run through the device so many times until saturation concentration was reached.

The ejectors of the aeration device didn’t work. Despite that pressurized air and oxygen could be injected to the water flow through a connection for a gas supply. It was discovered that the dissolution of oxygen was mainly happening in the ground level tank. The high velocity of water spurting out of the device and into the tank caused intense turbulent mixing and was significant contributor to the dissolution of oxygen. Highest oxygen transfer rate was 45.1 kg/d achieved by running water through an empty pipe into the ground level tank. Second highest oxygen transfer rate was 41.0 kg/d which was achieved when the aeration device was installed and pure oxygen was fed into the water flow. This was 9% smaller than the highest oxygen transfer rate.

The findings are only valid in conditions similar to the testing equipment used. If the conditions change, the results cannot be directly applied. Therefore one has to be very careful when making conclusions about the applicability of the aeration device for significantly different conditions.