Устройство для аэрирования воды

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1

1 (19) (11) (su 4 С 02 Р 3/20

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ/3:

ФЩ7.

- с

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4003404/23-26 (22) 07.01.86 (46) 23.04.88. Вюл. Ф 15 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт по охране вод (72) Г.Г.Чернявский и И.Г,Иетюхайло (53) 628 ° 356(088,8) (56) Авторское свидетельство СССР Р 977398, кл. С 02 F 1/00, 1981.

1 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АЭРИРОВАНИЯ ВОДЫ (57) Изобретение относится к обработке природных и сточных вод и позволяет повысить эффективность и экономичность аэрирования путем интенсификации перемешивания газа с водой и перенасьпщения воды кислородом. Устройство содержит напорную установку 1 с трубопроводом 2 впуска воды в аэратор, который выполнен из гидравлического тарана и водовоздушного эжектора. Гидравлический таран состоит из сбросного клапана 7 и воздушного колпака 6. Водожидкостный эжектор 4, имеющий обратный клапан 8, установлен между сбросным клапаном 7 и воздушным колпаком 6. Из напорной установки 1 вода под напором поступает по подающему трубопроводу 2 в камеру 5 тарана и через сбросной клапан

7 изливается в приемную емкость 12.

Под действием изливающейся струи (гидродинамического напора) сбросной клапан 7 закрывается, происходит мгновенная остановка движения воды, а давление повышается в 15-20 раз по сравнению с давлением, создаваемым напорной установкой 1, т,е. происходит явление, называемое гидравлическим ударом. 3 ил.

l 390l 95

Изобретение относится к биологической очистке воды, к технике аэрирования природной вдды с малым содержанием кислорода и сточных вод в аэротенках.

Цель изобретения -„ повышение эффективности и экономичности путем интенсификации перемешивания газа с водой и перенасыщения воды кислородом.

На фиг. l изображено устройство для аэрирования воды, продольный разрез; на фиг. 2 — устройство с параллельным соединением аэраторов, 15 вид в плане; на фиг. 3 — то же, с последовательным соединением аэраторов, продольный разрез.

Устройство для аэрирования воды содержит напорную установку 1 (напри- 20 мер, насос, напорную емкость и т.д.) с подающим трубопроводом 2, к которому присоединен аэратор со сбросным трубопроводом 3 подачи воды в аэрируемую зону. Аэратор выполнен в виде 25 соединенных между собой гидравлического тарана и водовоздушного эжектора 4, Гидравлический таран состоит из камеры 5 и воздушного колпака 6. °

При этом подающий трубопровод 2 при- 3р соединен к камере S тарана с одной стороны, а водовоздушный эжектор 4, воздушный колпак 6 и сбросной трубопровод 3 подачи воды в аэрируемую зону — последовательно с другой стороны. Камера 5 тарана снабжена сбросным клапаном 7, водовоздушный эжектор 4 — обратным клапаном 8, расположенным на воздушной трубке 9, воздушный колпак 6 — напорным 10 и воз- 40 душным 11.клапанами. Под камерой 5 тарана расположена приемная емкость 12.

К подающему трубопроводу 2 могут быть присоединены два и более аэратора, которые между собой могут быть соединены параллельно (фиг. 2) или последовательно (фиг ° 3). Может быть использовано одновременно соединение аэраторов последовательно-параллель50 ное.

Устройство для аэрирования воды работает следующим образом.

Исходное положение клапанов следующее: сбросной 7 и воздушный 11 клапаны открыты, обратный 8 и наперный 10 закрыты.

Из напорной установки 1 вода под напором Н поступает по подающему трубопроводу 2 в камеру 5 тарана и через сбросной клапан 7 изливается в приемную емкость 12. Под действием изливающейся струи (гидродинамического напора) сбросной клапан 7 закрывается, отчего происходит мгновенная остановка движения воды, при этом давление повышается в l5-20 раз по сравнению с давлением, создаваемым напорной установкой 1, т.е. происходит явление, называемое гидравлическим ударом.

При истечении струи через сбросной клапан.7 в приемную емкость 12 напора Н напорной установки 1 недостаточно для открытия напорного клапана 10 и работы водовоэдушного эжектора 4, а обратный клапан 8 предотвращает выход воды через воздушную трубку 9 в атмосферу, что и дает воэможность работы гидравлического тарана при закрытии сбросного клапана 7, и только при давлении, развиваемом гидравлическим тараном (до 1 МПА), в суженной части водовоздушного эжектора 4 скорость течения воды становится настолько велика, что давление в водовоздушном эжекторе 4 падает ниже атмосферного, обратный клапан 8 открывается и воздух по воздушной трубке 9 засасывается из атмосферы в водовоздушный эжектор 4, насыщая воду и интенсивно с нею перемешиваясь. За водовоздушным эжектором 4 давление снова становится значительно выше атмосферного, за счет чего одновременно открывается напорный клапан 10 и закрывается воздушный клапан 11. Воздух, находящийся в воздушном колпаке 6, сжимается поступающей через напорный клапан 10

Водовоздушной смесью под большим давлением, развиваемым гидравлическим тараном, и перенасыщенная кислородом воздуха вода из воздушного колпака 6 по сбросному трубопроводу 3 выталкивается в аэрируемую зону.

В связи с этим давление в воздушном колпаке 6 падает, при этом воздушный клапан 11 открывается, напорный 10 и обратный 8 клапаны закрываются. Под соб"твенным весом, превышающим напор Н, сбросной клапан 7 открывается, и цикл повторяется. Положения, когда сбросной клапан

7 не полностью закрыт, а напорнын 10 уже открыт, не может быть, так как сбросной клапан 7 закрывается под

1390195 (С вЂ” С1)

Q (1)

Р,, oI.з з (-"- - — 1) С

Ра.з расход воды, подаваемой в гидравлический таран, з/ расход воды аэрируемой

И

3OHbl> M /с, Q

С объем аэрируемой зоны, мз; время аэрации, ч; концентрация растворенного в аэрируемой зоне кислорода до аэрации, г/м ; заданная концентрация растворенного в аэрируемой зоне кислорода, получаемая в процессе аэрации, г/мз давление, развиваемое гидравлическим тараном, м вод. ст.

40 где („

M

С, 50

P г.т., действием изливающейся струи (гидродинамического напора), поступающей из напорной емкости 1 под напором а напорный клапан 10 отрегулирован так, что открывается только после совершения гидравлического удара, т.е. при давлении, возросшем до 15 Н и более.

При необходимости повышения степе-10 ни насыщения кислородом воды, вводимой в аэрирующую зону, аэраторы, состоящие из гидравлического тарана и газожидкостного эжектора 4, соединяют последовательно (фиг. 2). При не"обходимости расширения зоны аэрации и увеличения объема вводимой насьпценной воды при наличии одной напорной установки достаточной мощности аэраторы соединяют параллельно (фиг. 3).

Если требуется расширить зону аэрации, ввести большее количество насыщенной воды и при этом повысить степень насыщения кислородом воды, то аэраторы соединяют последовательно- 25 параллельно.

С целью наиболее эффективного использования гидравлического тарана при насыщении воды в аэрируемой зоне кислородом необходимо знать минимальное количество подаваемой из гидравлического тарана в аэрируемую зону перенасыщенной кислородом воды для насьпцения ее в аэрируемой зоне до заданной концентрации. Расход воды, подаваемой в гидравлический таран, определяется по формуле где П

3 плотность воды, кг/м, скорость течения воды в подающем трубопроводе; м/с; скорость распространения ударной волны, для стальных трубопроводов

1425

0Zl П

8 диаметр подающего трубопровода, м; толщина стенки подающего трубопровода, м; давление в аэрируемой зоне на глубине выпуска воды из перфорированного трубопровода, м.

Количество воды, подаваемой в гидравлический таран и рассчитанной по формуле (1), минимальное для насьпцения воды в аэрируемой зоне от концентрации С, до заданной концентрации

С . В связи с тем, что заранее известен минимальный расход воды на подачу ее в гидравлический таран, необходимо соответственно затратить минимальное количество энергии, а это, в свою очередь, приводит к повышению эффективности и экономичности насыщения воды кислородом.

Пример. Рассчитывают необходимое количество воды, которое необходимо подать в короб, и затраты энергии для условий известного при— мера, т.е. время аэрации составляет с= 5 ч, зона аэрации: диаметр Р

9 м, глубина аэрации Н = 2,5 м, концентрация кислорода в воде водоема до аэрации С = 5 г/м, после аэрации С = 9,2 г/м ; избыточное давление воды в аэраторе Р„, = 7,7 х х 10 Па (77 м вод. ст.), аэратор погружен на глу-бину 1,3 м, т.е. на глубине погружения аэратора давление составляет P = 11,63 м вод. ст. Тогда расход воды через аэратор

2 (С2 — C\ ) II Dy Н

e„- — — — — -- — — — -

P 4 и (-- — — 1) С

Ро з

6 мз/ч

В то же время в известном устройстве вода из аэратора в смесителе смешивается с неаэрируемой водой водоема в соотношении 1:3,6 при производительности смесителя по воде

38,6 м /ч, т.е, расход воды через

1390195 аэратор Q, = 10, 7 м /ч, что в 4 раза больше рассчитанного по формуле (1), а это означает, что были излишки расхода воздуха в водовоздушной смеси, который вышел из аэратора неиспользованным водой водоема. Так как при расчете затрачиваемой насосом энергии для подачи воды и компрессором — для воздуха она пропорциональ- 1р на расходу, то в данном случае был перерасход энергии, на исключение чего и направлен предлагаемый способ аэрации воды. Таким образом, предлагаемое устройство значительно проще по конструкции и в эксплуатации, может аэрировать большие объемы воды при минимальных затратах энергии.

Использование предлагаемого изобретения обеспечивает повышение эффек- gg тивности аэрирования, расширение области применения, так как может быть эффективно использовано для аэрации как аэротенков, так и любых водных объектов, снижение энергетических 35 затрат, повышение надежности работы и упрощение эксплуатационного обслуживания.

Предлагаемое устройство может быть успешно использовано для аэрации водных объектов в любое время года в аэротенках, а также B системах очистки и обработки воды, системах подготовки воды для питьевого, хозяйственного и технического водоснабжения.

Формула и з о б р е т е н и я

Устройство для аэрирования воды, содержащее напорную установку с трубопроводом впуска воды в аэратор и трубопроводом выпуска насыщенной воды, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности и экономичности путем интенсификации перемешивания газа с водой и перенасыщения воды кислородом, аэратор выполнен из гидравлического тарана, состоящего из сбросного клапана и воздушного колпака, и газожидкостного эжектора с обратным клапаном, при этом газожидкостный эжектор установлен между сбросным клапаном и воздушным колпаком гидравлического тарана.

13901 95

Составитель Л.Суханова

Техред M.Коданич Корректор А.Обручар

Редактор Н.Гунько

Заказ 1732/26

Тираж 854

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Пр л П оектная 4