Устройство для аэрации жидкости

 

Изобретение относится к аэраторам, использующим энергию переливающегося через водослив потока, который захватывает мелкие пузырьки газа, увлекая их в нижнюю часть резервуара, и может быть применено при очистке сточных вод, например, в аэротенках. Устройство для аэрации жидкости, содержащее аэрационный резервуар, вертикальную полую колонну, верхняя часть которой оборудована водосливом с тонкой стенкой, дополнительно снабжено входными отверстиями в нижней части колонны, погружным насосом осевого исполнения над отверстиями в нижней трети колонны, периметральным водобойным колодцем с подпорной стенкой с водосливом с тонкой стенкой над свободной поверхностью жидкости аэрационного резервуара, а водосливы с тонкой стенкой зубчатые. Технический результат - снижение удельных энергетических затрат на растворение газа в жидкости и повышение эффективности перемешивания. 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к аэраторам, использующим энергию переливающегося через водослив потока, который захватывает мелкие пузырьки газа, увлекая их в нижнюю часть резервуара, и может быть применено при очистке сточных вод, например, в аэротенках.

Известно устройство для биологической очистки жидкости (А.С. 1638126, Б. И. 12, 30.03.91. ) Для аэрации жидкости в этом устройстве используются как пневматическая система аэрации, так и эрлифтные аэраторы, осуществляющие одновременно рециркуляцию возвратного ила из зон отстаивания. Устройство содержит аэрационную зону и две периферийные зоны отстаивания. Нижняя часть эрлифтных аэраторов соединена с нижней частью зон отстаивания и с трубопроводом подачи исходной сточной жидкости. При подаче воздуха в эрлифтный аэратор происходят смешение сточной жидкости с возвратным илом и транспортирование смеси в верхнюю часть аэратора. Изливаясь через водослив, смесь сточной жидкости и возвратного ила насыщается кислородом воздуха, интенсифицируя процесс биоочистки. Для дополнительного внесения кислорода в иловую смесь используются воздухораспределительные решетки, которые, как и эрлифтный аэратор, соединены с магистральным воздуховодом.

Наиболее близким по технической сущности является эрлифтный аэратор (Справочное пособие к СНиП. - М.: Стройиздат. 1990 г., с. 44, 61), включающий цилиндрическую вертикальную колонну, верхний конец которой заканчивается водосливом с тонкой стенкой, а нижняя расширяющаяся часть оборудована системой подачи и распределения воздуха, подключенной трубопроводом к магистральному воздуховоду.

Однако эрлифтные аэраторы так же, как и пневматические, требуют установки воздуходувных устройств. Это вызывает повышенный расход электроэнергии на аэрацию в сравнении с другими аэрационными системами. В эрлифтных аэраторах воздух через систему дырчатых труб подается в расширяющуюся нижнюю часть цилиндрического корпуса. Выходящий воздух поднимается и в результате эрлифтного эффекта увлекает за собой большую массу жидкости, которая через кольцевой направляющий конус переливается на периферию резервуара. В результате создается кольцевой гидравлический прыжок, расширяющийся книзу поток жидкости захватывает мелкие пузырьки газа и увлекает их в нижнюю часть резервуара. Одновременно этот поток подсасывается в цилиндрический корпус, что способствует хорошему перемешиванию жидкости и обогащению ее кислородом. Таким образом, происходит достаточно интенсивный массообмен.

Задача изобретения - снижение удельных энергетических затрат на растворение газа в жидкости и повышение эффективности перемешивания.

Сущность изобретения заключается в том, что устройство для аэрации жидкости, содержащее аэрационный резервуар, вертикальную полую колонну, верхняя часть которой оборудована водосливом с тонкой стенкой, дополнительно снабжено входными отверстиями в нижней части колонны, погружным насосом осевого исполнения над отверстиями в нижней трети колонны, периметральным водобойным колодцем с подпорной стенкой с водосливом с тонкой стенкой над свободной поверхностью жидкости аэрационного резервуара, а водосливы с тонкой стенкой зубчатые.

Изобретение направлено на снижение удельных затрат энергии на внесение кислорода воздуха в рабочую жидкость за счет инверсии струи при ее изливе через зубчатый водослив верхней части колонны в водобойный колодец, где создается затопленный гидравлический прыжок, и, кроме того, за счет дополнительного насыщения рабочей жидкости кислородом воздуха при ее изливе через зубчатый водослив подпорной стенки водобойного колодца.

Сущность изобретения поясняется чертежом.

Устройство для аэрации жидкости состоит из аэрационного резервуара 1, вертикальной полой колонны 2, верхний конец которой заканчивается зубчатым водосливом с тонкой стенкой 3, в нижней части вертикальной колонны выполнены входные отверстия 4, над которыми в нижней трети установлен погружной насос осевого исполнения 5, а верхняя часть вертикальной полой колонны оборудована периметральным водобойным колодцем 6 с подпорной стенкой 7 и прикрепленным к ней зубчатым водосливом с тонкой стенкой 8. Расположение определенным образом и расчет размеров входных отверстий 4 в сочетании с конструктивными решениями придонной части аэрационного резервуара 1 позволяет добиться достаточно высоких скоростей циркуляционного потока. Это предотвращает возможность выпадения осадка или активного ила на дно аэрационного резервуара 1. Кроме того, при прохождении циркуляционного потока через входные отверстия 4 в нижней части вертикальной колонны 2 скорость резко увеличивается (внезапное сужение) до 1,0-1,5 м/с, а затем в результате внезапного расширения падает до рабочего значения, интенсифицируя эффект перемешивания.

Использование погружного насоса осевого исполнения 5 позволяет: - увеличить кратность рециркуляции при одном и том же значении затрачиваемой энергии до 8-10 рабочих объемов в час и в 4-5 раз превысить аналогичный показатель эрлифтных аэраторов (прототип), струйных, пневматических и иных аэрационных устройств, что интенсифицирует перемешивание; - более эффективно использовать установленную мощность оборудования, т. к. кпд погружных насосов осевого исполнения, составляющее 88-90%, превышает кпд эрлифтов, газодувок и обычных (центробежных, вихревых и пр.) насосов в 1,5-3,0 раза; - увеличить рабочую глубину аэрационного резервуара 1, что повышает растворимость газа в жидкости и компактность сооружений в целом из-за снижения рабочей площади сооружений.

Для интенсификации процесса внесения газа в жидкость зубчатый водослив с тонкой стенкой 3, которым заканчивается верхний конец вертикальной полой колонны 2, обеспечивает инверсию струи, способствующую увеличению поверхности и раздробленности струи, переливающейся через водослив, вследствие чего повышается воздухонасыщение и интенсифицируется массообмен, а верхняя часть вертикальной колонны 2 оборудуется периметральным водобойным колодцем 6, на выходе из которого устроена подпорная стенка 7 расчетных размеров, формирующая в нем затопленный гидравлический прыжок, характеризующийся высокой турбулизацией потока, что способствует захвату мелких пузырьков воздуха и образованию газожидкостной смеси, которая переливается через прикрепленный к подпорной стенке 7 зубчатый водослив с тонкой стенкой 8 в аэрационный резервуар 1. В результате в аэрационном резервуаре 1 создается дополнительный периметральный гидравлический прыжок, сопровождающийся вторичным вовлечением пузырьков газа. Газожидкостный поток движется в нижнюю часть резервуара 1. Расширение потока приводит к снижению его скорости и, следовательно, к всплыванию пузырьков газа на поверхность. Это способствует хорошему перемешиванию содержимого резервуара 1 и увеличению степени использования кислорода воздуха.

Устройство для аэрации жидкости работает следующим образом. Погружной насос осевого исполнения 5 забирает обрабатываемую жидкость через входные отверстия 4 в нижней части вертикальной полой колонны 2. При этом вследствие изменения гидродинамического режима (внезапное сужение - внезапное расширение) происходит интенсивное перемешивание рабочей смеси. Насос 5 поднимает жидкость по вертикальной колонне 2 и она, переливаясь через зубчатый водослив с тонкой стенкой 3, ниспадает в периметральный водобойный колодец 6, где созданы условия для затопленного гидравлического прыжка с несколькими зонами интенсивного массообмена и образованием газожидкостной смеси. Из водобойного колодца 6 газожидкостная смесь перетекает с высокой скоростью через зубчатый водослив 8 подпорной стенки 7 в аэрационный резервуар 1, вовлекая при падении дополнительное количество газа в поток. При нисходящем движении жидкости поток расширяется и, проходя аэрационную емкость, поступает через отверстия 4 в нижнюю часть вертикальной колонны 2, осуществляя, таким образом, рециркуляцию. Особо мелкие пузырьки газа захватываются потоком и рециркулируют с ним, выходя из газожидкостной смеси на зубчатом водосливе с тонкой стенкой 3, а более крупные пузырьки выходят через свободную поверхность аэрационного резервуара 1.

Предлагаемое устройство для аэрации жидкости способствует интенсивному перемешиванию жидкости в аэрационном резервуаре, позволяет снизить удельные энергозатраты на растворение кислорода воздуха и повысить окислительную способность. Удельная мощность заявляемого устройства составляет 0,33 кВт•ч/кг O₂, а у эрлифтных аэраторов (прототип) 0,7-1,0 кВт•ч/кг O₂.

Сравнение основных параметров систем аэрации, рассчитанных в соответствии с рекомендациями СНиП 2.04.03-85 и данными других авторов, приведены в таблице.

Анализ данных, приведенных в таблице, показывает преимущества заявляемого устройства по трем первым параметрам. Интенсивность перемешивания характеризует количество энергии, затрачиваемой на перемешивание 1 м³ объема. По данному параметру заявляемое устройство занимает промежуточное положение между пневматической мелкопузырчатой аэрацией и струйно-эжекторным аэратором.

Формула изобретения

Устройство для аэрации жидкости, содержащее аэрационный резервуар, вертикальную полую колонну, верхняя часть которой оборудована водосливом с тонкой стенкой, отличающееся тем, что оно снабжено входными отверстиями в нижней части колонны, погружным насосом осевого исполнения над отверстиями в нижней трети колонны, периметральным водобойным колодцем с подпорной стенкой с водосливом с тонкой стенкой над свободной поверхностью жидкости аэрационного резервуара, а водосливы с тонкой стенкой - зубчатые.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2