Устройство для аэрации жидкости

 

Изобретение относится к технике насыщения кислородом воздуха сточных и близких к ним по составу вод и может найти применение в аэрационных системах очистных сооружений биологической очистки малых населенных пунктов, в аэрационных системах камер аэрации фильтров-биореакторов для доочистки сточных и близких к ним по составу вод, в камерах-реакторах для окисления кислородом воздуха двухвалентного железа при очистке природной воды. Устройство для аэрации жидкости состоит из центрального стояка с конической воронкой в верхней части, футляра, расположенного вокруг центрального стояка, заканчивающегося в верхней части мини-резервуаром и установленного на горизонтальной заглушке, через которую проходит центральный стояк. При этом центральный стояк с футляром образуют напорную полость, внизу ограниченную горизонтальной заглушкой. Патрубок с фланцем для ввода исходной жидкости расположен в нижней части футляра. Устройство дополнительно снабжено воздушными трубами, размещенными вертикально в напорной полости, при этом их нижние концы входят на разных горизонтах внутрь центрального стояка на участке от нижнего обреза конической воронки до горизонтальной заглушки. Их верхние концы выведены выше уровня обрабатываемой жидкости в мини-резервуаре. Для эжекции воздуха внутрь центрального стояка воздушные трубы своими нижними концами входят в полость центрального стояка посредством полуотводов, при этом обрезы их сечений обращены по направлению потока. Технической задачей является повышение эффективности работы устройства за счет увеличения его количественных и качественных показателей. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к технике насыщения кислородом воздуха (аэрации) сточных и близких к ним по составу вод и может найти применение в аэрационных системах очистных сооружений биологической очистки малых населенных пунктов, в аэрационных системах камер аэрации фильтров-биореакторов для доочистки сточных и близких к ним по составу вод, в камерах-реакторах для окисления кислородом воздуха двухвалентного железа при очистке природной воды.

Известны схемы аэрации аэрируемых объемов очистных сооружений, представляющие собой комплексы, состоящие из воздуходувок, воздухопроводов, раздающих устройств из перфорированных трубчатых и/или пористых трубчатых элементов или иных раздающих сжатый воздух устройств типа насадок - аэраторов. Принцип, положенный в основу данных применяемых схем, - мелкопузырчатая воздушная продувка объема подаваемых на очистные сооружения очищаемых стоков [1]. Такие схемы энергозатратны, сложны и требуют больших эксплуатационных расходов.

Известно устройство, относящееся к технике для аэрации сточных вод [2], состоящее из циркуляционного насоса, участков всасывающего и напорного трубопроводов, струйного аэратора, состоящего из корпуса-камеры смешения, всасывающего воздушного патрубка и подводящего жидкость патрубка.

Поступление воздуха в обрабатываемую жидкость для ее аэрации через воздушный патрубок обеспечивается за счет разрежения, возникающего на срезе его сопла, расположенного внутри камеры смешения при истечении жидкости из струйного аэратора со скоростью 25 и более м/с. Камера смешения состоит из двух частей, соединенных гофрированным элементом, выполненным из эластичного материала для создания частям камеры возможности дополнительного колебания.

Устройство работает по принципу выраженной кинематики струи, проникающей в объем обрабатываемой жидкости. Следовательно, для аэрирования жидкости таким образом требуется большая потребляемая энергия, то есть большая мощность на валу электродвигателя насоса.

Известно устройство для аэрации жидкости [3], выбранное авторами в качестве прототипа, состоящее из центрального стояка, в верхней части заканчивающегося конической воронкой, футляра вокруг центрального стояка, расположенного на горизонтальной заглушке, через которую проходит центральный стояк, при этом центральный стояк и футляр образуют напорную полость, внизу ограниченную горизонтальной заглушкой, мини-резервуара, являющегося продолжением футляра в верхней части устройства, патрубка с фланцем, установленного в нижней части футляра для подвода исходной жидкости.

В таком устройстве аэрация обрабатываемой жидкости происходит при изливе ее из напорной полости в мини-резервуар и во время излива жидкости в коническую воронку, расположенную во внутренней части мини-резервуара. Далее жидкость под действием сил гравитации по центральному стояку возвращается в подвергаемый аэрации объем, при этом возвращаемая жидкость равномерно перемешивается в исходном объеме очистного сооружения.

Однако при работе описанного устройства характерны так называемые "зависания" потока в силу возникновения разреженных зон в центральном стояке, приводящие к разрывам струи, что значительно ухудшает работу устройства.

Техническая задача, решаемая изобретением, - повышение эффективности работы устройства за счет увеличения его количественных и качественных показателей.

Поставленная техническая задача решается тем, что устройство для аэрации жидкости, состоящее из центрального стояка с конической воронкой в верхней части, футляра, расположенного вокруг центрального стояка, заканчивающегося в верхней части мини-резервуаром и установленного на горизонтальной заглушке, через которую проходит центральный стояк, при этом центральный стояк с футляром образуют напорную полость, внизу ограниченную горизонтальной заглушкой, патрубка с фланцем, расположенным в нижней части футляра, согласно изобретению устройство дополнительно снабжено воздушными трубами, размещенными вертикально в напорной полости, при этом их нижние концы входят на разных горизонтах внутрь центрального стояка на участке от нижнего обреза конической воронки до горизонтальной заглушки, а их верхние концы выведены выше уровня обрабатываемой жидкости в мини-резервуаре.

Для эжекции воздуха внутрь центрального стояка и минимального гидравлического сопротивления при их обтекании обрабатываемым потоком воздушные трубы своими нижними концами входят в полость центрального стояка посредством полуотводов, при этом обрезы их сечений обращены по направлению потока.

Данная конструкция, оборудованная воздушными трубами, имеет большую производительность по отношению к прототипу и обеспечивает более высокую глубину аэрации обрабатываемой жидкости. В ней наиболее полно используются силы гравитации, при этом исключаются дополнительные энергозатраты.

На чертеже изображена конструкция устройства для аэрации жидкости, которое состоит из центрального стояка 1, в верхней части имеющего воронку 2, футляра 3, установленного на горизонтальную заглушку 4, при этом центральный стояк 1 и футляр 3 образуют напорную полость, внизу ограниченную горизонтальной заглушкой 4; мини-резурвуара, состоящего из расширяющегося конуса 5, являющегося в верхней части продолжением футляра 3, по наружному краю которого установлен кольцевой элемент 6, совместно элементы 5 и 6 образуют мини-резервуар, патрубка с фланцем 7, установленного в нижней части футляра 3, воздушных труб 8, вертикально размещенных в напорной полости устройства, верхние концы которых выведены выше кольцевого элемента 6 под зонт 10, установленный с видимым зазором над кольцевым элементом 6. Нижние концы воздушных труб 8 на разных горизонтах введены в полость центрального стояка 1 посредством полуотводов 9, которые установлены своими обрезами по направлению потока жидкости.

Устройство для аэрации жидкости работает следующим образом. Подвергаемая аэрации исходная жидкость поступает под избыточным давлением через патрубок с фланцем 7 в напорную полость, образованную наружной поверхностью центрального стояка 1 и внутренней поверхности футляра 3. Из напорной полости жидкость попадает в мини-резервуар. При достижении в мини-резервуаре уровня выше верхнего обреза воронки 2 жидкость попадает в центральный стояк 1, по которому она отводится в аэрируемый объем очистного сооружения. В момент излива из напорной полости в мини-резевуар и перелива в воронку 3, установленную в мини-резервуаре, жидкость интенсивно обогащается кислородом воздуха. Далее жидкость, обтекая полуотводы 9 воздушных труб внутри центрального стояка 1, дополнительно активно аэрируется за счет эжекции воздуха внутрь стояка, при этом полностью исключаются "зависания" потока при работе, что приводит к значительному повышению производительности устройства.

Система приходит в динамическое равновесие, когда объем удаляемой из мини-резервуара жидкости через коническую воронку 2 и центральный стояк 1 уравнивается объемом жидкости, поступающей в мини-резервуар. В процессе эксплуатации преимущественно подбирается такое динамическое равновесие в работе устройства, когда оно выходит на свой максимум производительности, то есть количество максимально отводимой жидкости через воронку в мини-резервуаре равно количеству жидкости, поступающей в мини-резервуар из напорной полости.

Высота устройства над уровнем обрабатываемой в очистном сооружении жидкости оптимально составляет 4,5-6,5 м.

Устройство для аэрации жидкости, оборудованное воздушными трубами, размещенными в напорной полости, компактно и предельно просто. В нем отсутствуют подвижные механические части. Устройство малозатратно в силу того, что механическая энергия насоса используется только для создания условий его работы, т.к. основная требуемая работа по аэрации выполняется силами гравитации.

Все эти факторы обеспечивают достижение поставленных технических результатов.

Источники информации 1. Яковлев С. В., Карелин Я.А., Ласков Ю.М., Воронов Ю.В. Очистка производственных сточных вод. М., Стройиздат, 1979 г.

2. Авторское свидетельство 1527190 "Струйный аэратор", МПК C 02 F 3/20.

3. Жданов Г. С. Переоборудование станции биологической очистки сточных вод. - Водоснабжение и санитарная техника. 1998, 7, с.26.

Формула изобретения

1. Устройство для аэрации жидкости, состоящее из центрального стояка с конической воронкой в верхней части, футляра, расположенного вокруг центрального стояка, заканчивающегося в верхней части мини-резервуаром и установленного на горизонтальной заглушке, через которую проходит центральный стояк, при этом центральный стояк с футляром образуют напорную полость, внизу ограниченную горизонтальной заглушкой, патрубка с фланцем, расположенным в нижней части футляра, отличающееся тем, что устройство дополнительно снабжено воздушными трубами, размещенными вертикально в напорной полости, при этом их нижние концы входят на разных горизонтах внутрь центрального стояка на участке от нижнего обреза конической воронки до горизонтальной заглушки, а их верхние концы выведены выше уровня обрабатываемой жидкости в мини-резервуаре.

2. Устройство для аэрации жидкости по п.1, отличающееся тем, что воздушные трубы своими нижними концами входят внутрь центрального стояка посредством полуотводов, при этом обрезы их сечений обращены по направлению потока.

РИСУНКИ

Рисунок 1