Устройство для аэрации жидкости

 

Изобретение относится к технике насыщения кислородом воздуха сточных и близких к ним по составу вод и может найти применение в очистных сооружениях биологической очистки малых населенных пунктов, в камерах предварительной аэрации фильтров биореакторов, в камерах-реакторах для окисления кислородом воздуха двухвалентного железа при очистке природной воды. Устройство для аэрации жидкости состоит из центрального стояка, в верхней части заканчивающегося воронкой, трубного футляра, горизонтальной заглушки, патрубка с фланцем для подачи обрабатываемой жидкости, воздушных труб, полуотводов, мини-резервуара, закручивателя потока, камеры смешения в форме улитки с окном, труб подачи реагентов и дополнительного полуотвода с большим радиусом. Технический результат: интенсификация характеристик устройства, обеспечение возможности перемешивания и равномерного распределения реагентов. 2 ил.

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

На практике для создания оптимальных технологических процессов очистки - физических, химических, биологических важную роль играют следующие факторы:

- поддержание стабильных, легко перестраиваемых рабочих параметров температур обрабатываемых жидких сред;

- создание активных реакций в жидких средах (величины рН);

- введение различных химических реагентов (веществ), оказывающих определенные воздействия на жизнедеятельность микроорганизмов и бактерий, т.е. управление процессами положительного и отрицательного хемотаксиса;

- установление с микроорганизмами определенных взаимодействий (отношений): антагонистических, симбиотических или нейтральных.

Технически управление или создание оптимальных технологических процессов возможно при условии введения в объем обрабатываемой среды в строгих пропорциях (концентрациях) реагентов, пара и т.д. Строгие пропорции предполагают высокую степень распределения вводимых веществ в обрабатываемые среды, что является сложной и затратной инженерной задачей.

Известно устройство для аэрации жидкости [1], состоящее из центрального стояка, в верхней части которого установлена воронка, наружного трубного футляра, установленного в основании на горизонтальную заглушку, при этом центральный стояк и трубный футляр совместно образуют напорную полость, внизу ограниченную горизонтальной заглушкой, через которую проходит центральный стояк, напорная полость имеет свободный излив в мини-резервуар, установленный в верхней части устройства и закрепленный на трубном футляре по его верхнему обрезу, воздушных труб, размещенных в напорной полости, нижние концы которых введены в полость центрального стояка посредством полуотводов, установленных своими обрезами по направлению потока жидкости.

Однако данный прототип не обладает способностью перемешивания добавляемых в очищаемую жидкость необходимых веществ и качественного распределения этих веществ внутри обрабатываемой жидкости, тем самым управляя технологическими процессами - физическими, химическими, биологическими.

Техническая задача, решаемая данным изобретением, - интенсификация качественных и количественных характеристик устройства, обеспечение возможности перемешивания и равномерного распределения реагентов, вводимых для технологических процессов очистки.

Поставленная техническая задача решается тем, что устройство для аэрации жидкости состоит из центрального стояка с расположенным вокруг него трубным футляром, которые совместно образуют напорную полость, внизу ограниченную горизонтальной заглушкой, при этом центральный стояк проходит через горизонтальную заглушку и в верхней части заканчивается воронкой, а трубный футляр опирается на нее, при этом в верхней части, расширяясь, образует мини-резервуар воздушных труб, размещенных вертикально в напорной полости, нижние концы которых входят на разных горизонтах внутрь центрального стояка посредством полуотводов, а верхние концы воздушных труб выведены выше уровня жидкости в мини-резервуаре, закручивателя потока, дополнительного полуотвода и камеры смешения, выполненной в форме улитки, расположенной внизу на горизонтальной заглушке и образованной вертикальными плоскостями, в которые врезаны трубы подачи реагентов, верхней и нижней горизонтальными плоскостями и торцевой плоскостью, на которой по горизонтальной оси установлен патрубок с фланцем для подачи обрабатываемой жидкости, внутри камеры смешения выполнено окно, через которое обрабатываемая жидкость по касательной попадает в напорную полость, закручиватель потока образован набором вертикальных пластин, расположенных под углом к оси устройства, собранных в сепараторное кольцо и расположенных в верхней зоне устройства в месте сопряжения обреза трубного футляра и мини-резервуара, а дополнительный полуотвод имеет большой радиус и установлен на выходе из устройства.

Данная конструкция устройства имеет более высокие рабочие характеристики по отношению к прототипу. В ней наиболее полно используются силы гравитации, а дополнительные изменения в конструкции устройства минимальны и не несут в себе больших материальных затрат. При их использовании происходит резкая экономия вводимых веществ.

На фиг.1 представлена конструкция устройства для аэрации жидкости; на фиг.2 - камера смешения.

Устройство состоит из центрального стояка 1, в верхней части которого установлена воронка 2, нижняя часть центрального стояка 1 оканчивается полуотводом большого радиуса 11, наружного трубного футляра 3, установленного на горизонтальной заглушке 4, при этом центральный стояк 1 и трубный футляр 3 совместно образуют напорную полость. Мини-резервуар состоит из расширяющегося конуса 5, установленного на верхнем обрезе трубного футляра 3. По наружному краю расширяющегося конуса 5 установлен кольцевой элемент 6. Совместно расширяющийся конус 5 и кольцевой элемент 6 образуют мини-резервуар. Патрубок с фланцем 7 установлен на фронтальной вертикальной плоскости камеры смешения 13, которая представляет собой улитку, образованную вертикальными плоскостями, верхней и нижней горизонтальными плоскостями. Горизонтальная заглушка 4 является частично нижней плоскостью камеры смешения. Внутри камеры смешения выполнено вертикальное окно 12, через которое обрабатываемая жидкость попадает в напорную полость устройства. Воздушные трубы 8 вертикально размещены в напорной полости устройства, причем их нижние концы посредством полуотводов 9 введены на разных горизонтах в полость центрального стояка 1 и своими обрезами установлены по направлению потока жидкости, а их верхние концы выведены выше кольцевого элемента 6.

В верхней части устройства в районе сопряжения обреза трубного футляра 3 и малой окружности расширяющегося конуса 5, формирующего снизу мини-резервуар, вертикально, с углом наклона по типу сепараторного кольца, между центральным стояком 1 и трубным футляром 3 установлены стальные пластины 10 закручивателя потока обрабатываемой жидкости. Вверху устройство оканчивается зонтом.

Устройство для аэрации жидкости работает следующим образом. Жидкость, подвергаемая аэрации, под избыточным давлением поступает через патрубок с фланцем 7 в камеру смешения 13, куда подаются реагенты. Через вертикальное окно 12 из камеры смешения 13 исходная жидкость, закручиваясь, поступает в напорную полость, образованную наружной поверхностью центрального стояка 1 и внутренней поверхностью трубного футляра 3. Из напорной полости жидкость попадает в мини-резервуар, образованный совместно расширяющимся конусом 5 и кольцевым элементом 6, проходя при этом через пластины закручивателя потока 10, установленные по типу сепараторного кольца. Поток с упорядоченным движением “ввинчивается” по образующей расширяющегося конуса 5 и кольцевого элемента 6 и переливается в воронку 2. Далее жидкость при движении сверху-вниз в центральном стояке 1 на разных горизонтах обтекает полуотводы 9 воздушных труб 8 и 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 жидкость, удаляемая из мини-резервуара через воронку 2 и центральный стояк 1, уравновешивается жидкостью, поступающей в мини-резервуар. На выходе из центрального стояка 1 устанавливается полуотвод большого радиуса 11, формирующий при работе устройства настилающую струю обрабатываемой жидкости, распределяемую внутри объема обрабатываемой жидкости.

Используя камеры статического (избыточного) давления при подключении к насосу нескольких однотипных устройств, полностью увязывают систему по гидравлике. Устройство для аэрации жидкости, оборудованное камерой смешения, пластинами закручивателя потока, полуотводом большого радиуса предельно просто. В нем отсутствуют подвижные механические части, оно малоэнергозатратно в силу того, что механическая энергия насоса используется для создания условий работы устройства, т.к. основная требуемая работа по аэрации выполняется силами гравитации.

Использование на трубном футляре и на внешней поверхности мини-резервуара тепловой изоляции и наличие дренажного отверстия небольшого диаметра в горизонтальной заглушке из напорной полости позволяет использовать устройство для аэрации жидкости в средней полосе России.

Все эти факторы обеспечивают достижение поставленной выше технической задачи.

Источники информации

1. Патент № 2181343 “Устройство для аэрации жидкости”, МПК C 02 F 3/20, авторы Шелковский В.К. и др.

2. Яковлев С.В. и др. Очистка производственных сточных вод. - М.: Стройиздат, 1979.

3. Водоснабжение и санитарная техника, № 7 за 1998 г., стр. 26, статья "Переоборудование станции биологической очистки сточных вод", Жданов Г.С.

Формула изобретения

Устройство для аэрации жидкости, состоящее из центрального стояка с расположенным вокруг него трубным футляром, которые совместно образуют напорную полость, внизу ограниченную горизонтальной заглушкой, при этом центральный стояк проходит через горизонтальную заглушку и в верхней части заканчивается воронкой, а трубный футляр опирается на нее, при этом в верхней части, расширяясь, образует мини-резервуар, патрубка с фланцем, воздушных труб, размещенных вертикально в напорной полости, нижние концы которых входят на разных горизонтах внутрь центрального стояка посредством полуотводов, а верхние концы воздушных труб выведены выше уровня жидкости в мини-резервуаре, отличающееся тем, что оно снабжено закручивателем потока, дополнительным полуотводом и камерой смешения, выполненной в форме улитки, расположенной внизу на горизонтальной заглушке, в вертикальные плоскости которой врезаны трубы подачи реагентов, а в торцевой плоскости по горизонтальной оси расположен патрубок с фланцем для подачи обрабатываемой жидкости, внутри камеры смешения выполнено окно, через которое обрабатываемая жидкость по касательной попадает в напорную полость, закручиватель потока образован набором вертикальных пластин, расположенных под углом к оси устройства, собранных в сепараторное кольцо и расположенных в верхней зоне устройства в месте сопряжения обреза трубного футляра и мини-резервуара, а дополнительный полуотвод имеет большой радиус и установлен на выходе из устройства.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2