Устройство для аэрации воды

Изобретение относится к очистке сточных вод и может быть использовано для аэрации воды, сбрасываемой промышленными предприятиями в окружающую среду, например в природные водоемы. Устройство для аэрации воды содержит насадок, снабженный запорной головкой, гибкими щетками, осью, к которой закреплена турбина винтолопастная с лопастями, установленную коаксиально внутри цилиндрического насадка с возможностью вращения относительно оси отводящей смесительной камеры. Выходная часть насадка подключена к конфузору и сообщена с диффузором через смесительную камеру, а воздухоподающая трубка с вентилем сообщена с атмосферой. Технический результат: существенное увеличение степени аэрации воды, уменьшение себестоимости очистки воды и уменьшение необходимого количества отверстий в насадке. 1 ил.

 

Изобретение относится к очистке сточных вод и может быть использовано для аэрации воды (насыщения потока жидкости пузырьками воздуха), сбрасываемой промышленными предприятиями в окружающую среду, например в природные водоемы.

Известно устройство для аэрации воды, содержащее плавучее основание в виде водоподающего конического сопла, при этом плавучее основание закреплено на месте с помощью якоря, а воздухоподающая трубка с поплавком соединена в месте расположения узкого сечения конического сопла (DE №2447607, кл. C02B 1/00 от 04.08.1976). Данное устройство конструктивно сложно в изготовлении, неустойчиво и ненадежно в работе, так как оно целиком находится в подводном плавающем положении с закреплением основания с помощью якоря, а также не обеспечивает необходимой степени аэрации воды.

Известно применение цилиндрического насадка (короткой напорной трубы) при истечении жидкости из сосуда или водоема (А.А. Угинчус, Е.А. Чугаев. Гидравлика. Ленинград: Изд. Литературы по строительству, 1971, стр. 132).

Недостатком такого устройства является то, что не осуществляется аэрации жидкости, а это отрицательно сказывается на экологии окружающей среды.

Известно устройство для аэрации воды в рыбоводных водоемах, включающее полый вал с отверстием для пропуска воздуха, укрепленный на нижнем конце вала ротор, содержащий радиально расположенные лопасти, привод вала и поплавок для размещения устройства в водоеме, ротор снабжен водоструйными насосами, установленными на концах лопастей, при этом последние выполнены полыми и имеют обтекаемую форму, а полости водоструйных насосов и лопастей сообщены между собой и через обратный клапан с полостью вала (авторское свидетельство SU №993896, A01K 63/04, В01F 5/16 от 07.02.1983).

Недостатками известного устройства являются невозможность использования его в зимнее время, поплавки на поверхности воды создают их обмерзания; сложность и большая материалоемкость, а также необходимы большие затраты электроэнергии на вращение лопастей, создающих большие сопротивления в нижних слоях воды, а следовательно, требуется подвод электроэнергии.

Известен эжектор аэратора, содержащий воздухозаборник, форсуночную головку, расположенную коаксиально воздухозаборнику, конфузор и смеситель, в торце форсуночной головки выполнены отверстия, расположенные на концентрических окружностях, количество отверстий четное, а пары соседних отверстий на каждой окружности направлены под углом один к другому (авторское свидетельство SU №1666453, С02F 3/16 от 30.07.1991).

Недостатком этого устройства является то, что оно не обеспечивает интенсивного перемешивания, так как насыщение кислородом осуществляется в зоне расположения насадка и струи жидкости, хотя в момент истечения создают эффект подсасывания воздуха в водозаборник, который реализуется через отверстия в верхней части водозаборника, сообщающие полость водозаборника с атмосферой, скорость несколькими раздельными струями жидкости в насадке частично гасится, а затем набирают скорости по длине на выходе из форсуночной головки, и вновь происходит соударение струй между собой, при этом скорости резко уменьшаются. Таким образом, уменьшается ускорение в зоне сопряжения диффузора со смесителем последний имеет прямолинейный участок выхода, что в конечном итоге создает малый эффект разрежения, и соответственно всасывающий воздух из водозаборника в целом, а это в свою очередь приводит к уменьшению поступления атмосферного кислорода. Особенно наиболее остро стоит проблема аэрации воды в зимнее время. Отсюда в известном устройстве уменьшаются условия насыщения и смешения воздуха в толще аэрируемой жидкости.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является устройство для аэрации жидкости, содержащее насадок, который снабжен запорной головкой с отверстиями и гибкими щетками, валом и крыльчаткой, а по окружности насадка выполнены отверстия (патент RU №2280619, С02F 1/74, С02F 3/16, В01F 3/04 от 27.07.2006).

Недостатком данного технического решения является снижение эффективности аэрирования, так как в цилиндрическом насадке поток воды выходит без сжатия, появляется подпор (торможение) жидкости из-за соударения о крыльчатку, размещенную в конце на выходе из насадка, что отрицательно сказывается на отсутствие вращение жидкости внутри цилиндрического насадка, а следовательно, теряется напор (давление) жидкости, и скорость уменьшается и, как правило, значительно уменьшается поступление и засасывание атмосферного воздуха с кислородом, т.е. зона разрежения недостаточно эффективна в работе устройства. Таким образом, объем и напор в насадке недостаточны для получения больших скоростей для данного устройства. При этом выход жидкости из насадка имеет свойства сразу расширяться, ударяясь о лопасти снаружи. Поэтому любое подтопление с низовой стороны действующего напора снижает эффективность подсоса воздуха, т.е. приводит к большим потерям напора и уменьшению скорости в цилиндрическом насадке.

Задачей создания и техническим результатом предлагаемого технического решения является получение устройства, обеспечивающего существенное увеличение степени аэрации воды и, как следствие, улучшение условий насыщения и смешения воздуха с аэрируемой водой.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном устройстве для аэрации воды, содержащем насадок, запорную головку с отверстиями и гибкими щетками, вал, насадок снабжен коаксиально внутри винтолопастной турбиной с возможностью вращения относительно своей оси, при этом выход насадка выполнен конфузором и сообщен с диффузором через смесительную камеру и воздухоподающая трубка с вентилем нижним концом установлена на входе в корпус конфузора, конец которой направлен в сторону наиболее узкого сечения конфузора в месте соединения со смесительной камерой, причем трубка воздухоподающая с вентилем сообщена с атмосферой.

Такое выполнение устройства создает напорное вращательное движение воды в насадке. Поток воды приобретает повышенное давление, ускоряет скорость и выход воды, а это создает большее разрежение перед смесительной камерой конфузора. За счет этого происходит засос воздуха по воздухосборнику в виде трубки из атмосферы. Так как давление воды в насадке увеличивается за счет винтолопастной турбины и отсутствует резкое расширения потока воды на выходе из насадка, потери давления при подсосе воздуха минимальны, вследствие чего степень аэрации увеличивается. На выходе из устройства конфузора происходит смешивание водовоздушной смеси с обрабатываемой сточной водой. Таким образом, в зоне эжектора происходит смешение с учетом напора воды и высокого давления на участке подсоединения воздушной трубки под углом к насадку. В связи с этим путем улучшения коротких участков конфузора и диффузора, связанных между собой коротким участком камеры смешения и подключения воздухозаборника нижним концом между ними, форма вытекающей струи в этом случае получает свое дальнейшее распыление и увеличение пропускной способности.

Компактное, рациональное конструирование нового устройства имеет практическое применение для аэрации воды (насыщение потока воды пузырьками воздуха), сбрасываемой промышленными предприятиями в окружающую среду, например, в природные водоемы.

Следует обратить особое внимание на размещение и форму винтолопастной турбины внутри насадка в том, что теоретический напор пропорционален окружной составляющей и абсолютной скорости на выходе воды из турбины. При увеличении угла окружная составляющая абсолютной скорости увеличивается, а следовательно, увеличивается напор. Поэтому угол кривизны лопастей может быть принят такой, что угловая скорость вращения гибких щеток составит 3…8 об/мин при скорости воды не менее 1…3 м/с. Это будет одним из оптимальных режимов данного процесса, зависящего также от длины насадка, его диаметра, в котором размещен соизмеримо винтолопастной турбины. В свою очередь такая конструкция турбины в работе с ее кпд учитывает потери, возникающие вследствие поступления воды на входе и выходе в камеру смешения с учетом других потерь в узлах устройства.

На чертеже представлено устройство для аэрации воды, общий вид.

Устройство содержит цилиндрический насадок 1, заборную головку 2 с отверстиями и гибкими щетками 3, вертикальную ось 4 вращения, которая фиксируется винтом 5, установленным в кольцевую канавку 6, выполненную в хвостовике 7. Ось 4 расположена в направляющих 8, закрепленных к верхним концам насадка 1, который располагают с внешней стороны бассейна 9, из которого он питается. К вертикальной оси 4 закреплена турбина 10 винтолопастная с лопастями 11, установленная коаксиально в цилиндрическом насадке 1 и прикрепленная к гнезду в нижней части насадка 1 с помощью приварных радиально направленных крестовин 12 с возможностью вращения турбины 10.

Выходная часть насадка 1 подключена к конфузору 13 с цилиндрической направляющей смесительной камерой 14, которая соединена с диффузором 15.

Воздухоподающая трубка 16 с вентилем 17 нижним концом установлена на входе в корпус конфузора 13, конец которой направлен в сторону наиболее узкого сечения конфузора 13 в месте соединения со смесительной камерой 14, второй конец воздухоподающей трубки 16 соединен с атмосферой или с компрессором 18 с задвижкой 19.

Смесительная камера 14 круглого поперечного сечения расположена ниже узкого сечения конфузора 13 и соединена через выпускное отверстие 20 с отводящим диффузором 15.

Оптимальный угол α кривизны лопастей турбины 10 винтолопастной способствует вращению гибких щеток 3, связанных с осью 4, при подходных скоростях не менее 1…3 м/с. Оптимальный режим данного процесса для противодействия усилий N, развиваемых в полости насадка 1 турбиной 10 под минимальным напором воды Рмин в отводящий конфузор 13, создает оптимальную угловую скорость вращения 3…8 об/мин. Форма выполнения лопастей 11 с оптимальным углом кривизны (количество лопастей 4…8 шт.) способствует использованию энергии воды для увеличения кпд вращательного момента.

Заборная головка 2 выполнена с отверстиями, играющими роль фильтра для предотвращения попадания посторонних частиц (взвесей) внутрь устройства, и гибкими щетками 3, позволяющими удалять посторонние частицы с внешней поверхности головки.

Устройство для аэрации воды работает следующим образом.

При движении воды внутри насадка 1 и выходе из него вода поступает в конфузор 13, далее через смесительную камеру 14 подается в диффузор 15 по оси турбины 10 винтолопастной, разделяя при этом ее лопастями на множество равных частей, поступающих в межлопастные отсеки. Под давлением поступающей сверху воды в насадок 1 турбина 10 винтолопастная, вращаясь, турбулизирует поток внутри насадка 1, и интенсивно смешивает поступивший в межлопастные отсеки сток воды, поступающий на выход из насадка 1 в конфузор 13. При выходе воды из насадка 1 турбина 10 приводит в движение ось 4, далее вращающий момент через ось 4 передается на щетки 3. Таким образом, происходит процесс непрерывного очищения головки 2.

При подаче воды турбиной 10 в конфузор 13 она сжимается в узком его сечении и с возрастающей скоростью попадает в направляющую смесительную камеру 14 с конфузором 13, создавая в нем разрежение, за счет чего происходит засос воздуха из атмосферы через воздухоподающую трубку 16, проходящую через отверстие в корпусе конфузора 13. Так как воздухоподающая трубка 16 не имеет изгибов, связана с атмосферой или с компрессором прямоточно, потери давления при подсосе воздуха минимальны, вследствие чего степень аэрации воды увеличивается. На выходе из устройства в диффузоре 15 полностью происходит смешивание водовоздушной смеси с обрабатываемой сточной водой.

Скорость вращения турбины 10 винтолопастной стабилизируется, благодаря постоянному притоку воды по высоте бассейна в автоматическом режиме. Максимальная скорость вращения имеет место, когда выполняются вышеприведенные конструктивные размеры лопастей турбины 10, диаметра насадка 1, т.е. при угле установке наклона лопастей в количестве 4…8 шт. и скорости воды не менее 1…3 м/с, что приводит к значительному общему напору воды и скорости в сторону конфузора 13, соответственно приводит к значительному увеличению объема вовлекаемого воздуха и интенсивности аэрирования воды по сравнению с прототипом, что позволяет проводить более глубокую очистку воды. Таким образом, происходит интенсивный массообмен и аэрирование воды.

В свою очередь кпд турбины учитывает потери, возникающие вследствие поступления воды на входе и выходе из нее, потери, возникаемые во всех других деталях узлов устройства.

Эффективность предлагаемого устройства заключается в том, что оно обеспечивает реализацию технической схемы увеличения количества растворенного в воде кислорода примерно не менее чем вдвое, что увеличивает эффективность аэрации, что позволяет проводить более глубокую очистку воды, при этом, чтобы получить увеличение расхода, в конце устройства выгодно иметь диффузор в виде расширяющегося насадка, снижая потери напора и увеличивая площадь распространения (распыления) пузырьков воздуха в глубину очистки воды.

Устройство для аэрации воды, содержащее насадок, запорную головку с отверстиями и гибкими щетками, вал, отличающееся тем, что насадок снабжен коаксиально внутри винтолопастной турбиной с возможностью вращения относительно своей оси, при этом выход насадка выполнен конфузором и сообщен с диффузором через смесительную камеру, а воздухоподающая трубка с вентилем нижним концом установлена на входе в корпус конфузора, конец которой направлен в сторону наиболее узкого сечения конфузора в месте соединения со смесительной камерой, причем трубка воздухоподающая с вентилем сообщена с атмосферой.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к системам очистки воды и может быть использовано для очистки нефтесодержащих и сточных вод. Устройство для очистки нефтесодержащих и сточных вод содержит ступени очистки, соединенные последовательно вдоль потока очищаемой воды и отделенные между собой посредством перегородок 7, насос, аэрирующие узлы 12, 13, 14, трубопровод подвода очищаемой 15 и трубопровод отвода очищенной 16 воды.

Изобретение относится к производству питьевой воды, в том числе фасованной в емкости разной вместимости. Глубинную воду охлаждают до температуры +4÷0°C, затем под давлением в емкости 0,2÷0,6 МПа насыщают ее озоном и пищевым газом непосредственно перед розливом и укупориванием.

Изобретение относится к системам очистки воды и может быть использовано для очистки нефтесодержащих и сточных вод. Установка для очистки нефтесодержащих и сточных вод содержит по меньшей мере две ступени очистки, соединенные последовательно вдоль потока очищаемой воды и разделенные между собой посредством перегородок 7.

Изобретение относится к устройствам для доочистки водопроводной, артезианской, колодезной и другой условно питьевой воды. Водоочиститель включает расположенные последовательно в одном продольном сосуде зону замораживания воды с кольцевой морозильной камерой, зону вытеснения примесей из фронта льда и концентрации примесей в виде рассола, зону перехода воды из твердого состояния в жидкое с кольцевым нагревательным элементом, раздельные патрубки для вывода примесей в виде рассола и талой питьевой воды, расположенные в нижней части сосуда, приводное устройство перемещения стержня замороженной воды в виде кольца с резьбой на внутренней поверхности и с зубчатым приводом вращения на наружной поверхности, а также разобщающее устройство в виде трубы с кольцевой режущей частью, согласно изобретению, в зоне замораживания воды установлен с возможностью вращения относительно своей оси на шариковых опорах дополнительный цилиндр с приводом вращения в виде зубчатого зацепления, при этом на внутренней поверхности цилиндра размещена резьба в направлении перемещения стержня замороженной воды.

Изобретение относится к области переработки растворов цветной металлургии и может быть использовано для отраслей промышленности, в технологии которых присутствуют мышьяк и селенсодержащие растворы.

Изобретение относится к газоразрядным источникам света, в частности к ультрафиолетовой эксимерной лампе, а также к системе и способу для обработки текучей среды. Ультрафиолетовая эксимерная лампа содержит два электрода и несколько герметизированных трубок, причем некоторые из трубок содержат внутри эксимерный газ, трубки размещены частично между двумя электродами, при этом электроды не размещены между любыми из нескольких герметизированных трубок.

Изобретение относится к комбинированным способам обработки и обеззараживания воды с применением химических компонентов и физических воздействий для получения чистой воды в замкнутом контуре и предназначено для удаления биологического загрязнения из балластных вод водного транспорта и в других отраслях промышленности, где требуются компактные установки по очистке жидкостей.

Изобретение относится к мембранной технике и может быть использовано в процессах очистки сточной воды методом обратного осмоса. Устройство для очистки сточных вод содержит устройство обратного осмоса, емкость - усреднитель очищенной воды, насос, магнитные клапаны, запорную арматуру, расширительный бак, сетчатый фильтр, устройство обратного осмоса первой ступени, отстойник обратного осмоса, накопительную емкость концентрата с погружным насосом, устройство обратного осмоса второй ступени, при этом используют обратноосмотические мембраны рулонного типа с открытым каналом, в которых отсутствует турбулизирующая сетка, а устройство обратного осмоса второй ступени выполнено с возможностью циркуляции в нем концентрата.

Изобретение относится к способу получения чугуна или жидких стальных полупродуктов. Содержащее железную руду сырье и при необходимости добавки восстанавливают в по меньшей мере одном восстановительном агрегате (2) посредством восстановительного газа и по меньшей мере часть выплавляют в плавильном агрегате (1) при добавлении угля с образованием восстановительного газа.

Изобретение относится к использованию магнитных наночастиц для избирательного удаления биопрепаратов, молекул или ионов из жидкостей. Химический состав включает магнитные наночастицы, поверхности которых функционализированы амином и дополнительно веществом, выбранным из веществ, реверсивно вступающих в реакцию и реверсивно соединяющихся с предопределенной мишенью в жидкости на водной основе.

Изобретение относится к системам очистки воды и может быть использовано для очистки нефтесодержащих и сточных вод. Устройство для очистки нефтесодержащих и сточных вод содержит ступени очистки, соединенные последовательно вдоль потока очищаемой воды и отделенные между собой посредством перегородок 7, насос, аэрирующие узлы 12, 13, 14, трубопровод подвода очищаемой 15 и трубопровод отвода очищенной 16 воды.

Изобретение относится к системам очистки воды и может быть использовано для очистки нефтесодержащих и сточных вод. Установка для очистки нефтесодержащих и сточных вод содержит по меньшей мере две ступени очистки, соединенные последовательно вдоль потока очищаемой воды и разделенные между собой посредством перегородок 7.

Изобретение относится к устройствам для перемешивания, эмульгирования, гомогенизации жидких сред и может быть использовано для проведения и интенсификации гидродинамических физико-химических, тепломассообменных процессов в системах «жидкость-жидкость» и жидкость-газ».

Изобретение относится к дезинфицирующему устройству общего характера с использованием озона, более конкретно изобретение относится к дезинфицирующему устройству с использованием озона, которое подходит для обработки пищи, хотя может быть применено и в других областях.

Изобретение относится к области конструкций массообменных аппаратов для газожидкостных систем, применяемых в химической, горнорудной, микробиологической промышленностях и других отраслях, и может быть использовано для биологической очистки природных, сточных и промышленных вод, газификации питьевых вод, флотации различных пульп посредством аэрации жидких сред различными газами.

Изобретение относится к высокоскоростной аэрации для упрощения добавления газа в поток жидкости и касается способа высокоскоростной газовой диффузии. Включает стадии: расположение по меньшей мере одного диффузора в верхней части резервуара; заполнение верхней части резервуара газом для создания газовой зоны; пропускание необработанной жидкости по меньшей мере через один диффузор для создания по меньшей мере двух потоков жидкости, которые сталкиваются друг с другом в газовой зоне в сдвигающем действии, которое заставляет жидкость взаимодействовать с газом; сбор и удаление аэрированной жидкости из нижней части резервуара.

Изобретение относится к устройствам для смешения жидкостей и газов с получением пены и может быть использовано в нефтегазодобывающей промышленности для приготовления пены с целью пенокислотной обработки пласта.

Изобретение относится к устройству для ввода жидкой среды в выхлопные газы, выходящие из двигателя внутреннего сгорания. Устройство (1) для ввода жидкой среды в выхлопные газы, выходящие из двигателя внутреннего сгорания, содержит смесительную камеру (3), которая предназначена для того, чтобы через нее проходил поток выхлопных газов, и которая имеет на своем выходном конце (5) торцевую стенку (7) из теплопроводного материала, которая служит в качестве торцевой поверхности смесительной камеры (3), средство (12) ввода под давлением, предназначенное для ввода жидкой среды под давлением в виде распыленной струи в смесительную камеру (3) или в выхлопные газы, которые направляются в смесительную камеру (3), выхлопной канал (13), который расположен рядом со смесительной камерой (3), предназначен для того, чтобы по нему проходил поток выхлопных газов, и отделен от смесительной камеры (3) указанной торцевой стенкой (7).

Изобретение относится к промышленной обработке питьевой воды озонированием. Диспергатор озоно-воздушной смеси для обработки питьевой воды в барботажном контактном резервуаре включает корпус 1 тарельчатой формы, выполненный из титана, с перфорированной лазером крышкой 2, обращенной при установке в контактном резервуаре вверх в сторону горизонта свободной поверхности воды, штуцер 4 для приема озоно-воздушной смеси внутрь полости диспергатора, пристыкованный к основанию диспергатора.

Аэратор // 2559494
Изобретение относится к технике очистки сточных вод и может быть использовано при биологической очистке сточных вод в аэротенках с активным илом. В аэраторе противоположно расположенные продольные неперфорированные участки эластичного рукава частично соединены между собой с образованием двухслойной горизонтальной полосы с продольной осью симметрии, совпадающей с продольными осями симметрии продольных неперфорированных участков, и сжаты с помощью крепежных элементов между элементами продольной жесткости, с образованием по обе стороны от двухслойной горизонтальной полосы рукава двух одинаковых параллельных трубчатых перфорированных эластичных мембран с горизонтально расположенными параллельными осями.

Изобретение может быть использовано для безреагентной очистки промышленных отвальных, дренажных вод, в алмазодобывающей промышленности, горной промышленности и гидротехнических сооружениях для предварительной подготовки воды. Способ безреагентной очистки карьерных вод включает непрерывное гидроакустическое воздействие на очищаемую карьерную воду волнами звукового диапазона частот с гидроакустической коагуляцией тяжелых металлов с взвешенными веществами и последующей их концентрацией в гидроакустически уплотненных осадках в последовательно функционально соединенных главном отстойнике 11, первом 17 и втором 18 дополнительных отстойниках. Дополнительно с выхода второго дополнительного отстойника сбрасывают средний слой карьерной воды. В качестве главного отстойника используют секционный отстойник грубой очистки карьерной воды 11. В качестве первого дополнительного отстойника используют углубленные и расширенные водосборные канавы 17, построенные в районе рассредоточенных выпусков из водовода для карьерной воды от секционного отстойника 11 грубой очистки карьерной воды до поля поверхностной фильтрации 21. В качестве второго дополнительного отстойника используют полуоткрытый отстойник 18 - заполненную осветляемой карьерной водой часть поля поверхностной фильтрации. В качестве третьего дополнительного отстойника используют отстойник-накопитель 20. Дополнительно используют фильтровальную дамбу 19, являющуюся выходом из полуоткрытого отстойника и входом в отстойник-накопитель, и поле поверхностного стока 21 - участок природного ландшафта от выхода из отстойника-накопителя 20 до входа в природный водоток. Осуществляют гидроакустическую дегазацию карьерной воды и гидроакустическое осаждение исходных и ранее гидроакустически скоагулированных взвешенных веществ путем направленного сверху вниз излучения гидроакустических волн звукового диапазона частот и ультразвукового диапазона частот. С выхода секционного отстойника 11 грубой очистки сбрасывают весь объем карьерной воды. С выхода второго дополнительного отстойника 18 через фильтровальную дамбу 19 в третий дополнительный отстойник 20 сбрасывают средний слой карьерной воды. Осуществляют гидроакустическое уплотнение тел водоупорных дамб всех трех дополнительных отстойников путем направленного в их сторону излучения гидроакустических волн звукового диапазона частот и ультразвукового диапазона частот. Изобретение позволяет осуществить поэтапную качественную очистку карьерной воды до норм, требуемых природоохранным законодательством, а также эффективное безреагентное уплотнение осадка при минимальных финансово-временных затратах с обеспечением безопасности для человека и окружающей природной среды. 9 ил.
Наверх