устройство для аэрации и перемешивания сточных вод

Формула изобретения

1. Устройство для аэрации и перемешивания сточных вод, включающее источник сжатого воздуха и аэрирующий элемент, отличающееся тем, что аэрирующий элемент выполнен в виде обладающей плавучестью пластины с отверстием в геометрическом центре, а в качестве источника сжатого воздуха используется установленный на пластине вентилятор, нагнетательный патрубок которого присоединен к отверстию пластины.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что пластина имеет форму круга, а к ее нижней поверхности прикреплены лопасти выпукло-вогнутой формы под углом к радиусу пластины.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области биологической очистки сточных вод и может быть использовано, в частности, в аэротенках, аэрируемых прудах для аэрации и перемешивания очищаемых сточных вод.

Известно устройство для аэрирования жидкости, содержащее корпус с аэрирующим элементом в виде диска из волокнисто-пористого полиэтилена и соединенный с ним воздухопровод [1].

В процессе работы этого устройства происходит засорение аэрирующего элемента, что вызывает увеличение потерь давления в нем и снижение эффективности аэрации. Необходимость периодической замены аэрирующего элемента усложняет эксплуатацию устройства. Эффективное перемешивание сточных вод имеет место только в зоне всплывания пузырей, а на периферии сооружения образуются застойные зоны. Для нагнетания воздуха в устройствах данного типа используются воздуходувки, развивающие давление 20 - 30 кПа, что требует больших энергетических затрат. Таким образом, недостатками данного устройства являются низкая эффективность аэрации и перемешивания, сложность эксплуатации и высокие энергозатраты.

Известно также устройство для аэрации воды, принятое нами за прототип, включающее источник сжатого воздуха и аэрирующий элемент, состоящий из закрепленной на вертикальном валу турбинной мешалки и барботера, расположенного непосредственно под мешалкой [2].

В данном устройстве размеры аэрирующего элемента, как правило, намного меньше размеров бассейна. Высокие скорости течения, которые создаются в непосредственной близости от аэрирующего элемента, по мере удаления от него быстро затухают, что вызывает образование застойных зон на периферии сооружения, снижение эффективности аэрации и перемешивания очищаемых вод. Для подачи воздуха на глубину 2-3 м требуется применение воздуходувок, развивающих давление 20-30 кПа, что связано с большими энергетическими затратами. Таким образом, недостатками данного устройства являются низкая эффективность аэрации и перемешивания очищаемых вод на периферии сооружения, а также высокие энергетические затраты.

Целью изобретения является устранение указанных недостатков - повышение эффективности аэрации и перемешивания сточных вод и снижение энергозатрат.

Для достижения этой цели в устройстве для аэрации и перемешивания сточных вод, включающем источник сжатого воздуха и аэрирующий элемент, согласно изобретению аэрирующий элемент выполнен в виде обладающей плавучестью пластины с отверстием в ее геометрическом центре, в качестве источника сжатого воздуха используется вентилятор, установленный на пластине, а нагнетательный патрубок вентилятора присоединен к отверстию пластины.

При этом пластина может быть выполнена в форме круга, а к ее нижней поверхности прикреплены лопасти выпукло-вогнутой формы под углом к радиусу пластины.

Устройство для аэрации и перемешивания сточных вод изображено схематически на фиг. 1 - общий вид на устройство сверху в варианте резервуара нецилиндрической формы, фиг. 2 - разрез по А-А на фиг. 1 в нерабочем положении, фиг. 3 - разрез по А-А на фиг. 1 во время работы устройства, фиг. 4 - общий вид на устройство сверху в варианте резервуара цилиндрической формы, фиг. 5 - разрез по Б-Б на фиг. 4 в нерабочем положении, фиг. 6 - разрез по Б-Б на фиг. 4 во время работы устройства, фиг. 7 - разрез по В-В на фиг. 5.

Устройство для аэрации и перемешивания сточных вод содержит заполненный очищаемыми сточными водами резервуар 1, который может иметь произвольную форму (в частности, цилиндрическую). На поверхности жидкости в резервуаре 1 в нерабочем положении свободно плавает пластина 2, обладающая положительной плавучестью, контур пластины 2 подобен линии уреза воды в резервуаре 1, в геометрическом центре пластины 2 расположено отверстие 3.

На поверхности пластины 2 установлен вентилятор 4. В качестве источника сжатого воздуха могут быть использованы широко распространенные вентиляторы низкого и среднего давления (0,5 - 1,5 кПа). Нагнетательный патрубок 5 вентилятора 4 присоединен к отверстию 3 пластины 2.

К нижней поверхности пластины 2 прикреплены лопасти 6 выпукло-вогнутой формы, размещенные под углом = 30 - 40^o к радиусу пластины.

Устройство работает следующим образом.

В нерабочем положении обладающая плавучестью пластина 2 плавает на поверхности очищаемых сточных вод в резервуаре 1. При включении вентилятора 4 подаваемый им воздух через нагнетательный патрубок 5 и отверстие 3 попадает под пластину 2. Под действием избыточного давления пластина 2 приподнимается, и нагнетаемый воздух растекается к ее краям.

Пульсации давления в турбулентном потоке воздуха под пластиной 2 деформируют поверхность жидкости, а силы тяжести стремятся вернуть ее в исходное положение, в результате чего на поверхности жидкости возникают гравитационные волны. Скорость течения воздуха над поверхностью жидкости будет больше над гребнями волн и меньше над впадинами волны. Следовательно, на основании уравнения Бернулли над впадиной волны давление воздуха будет больше, чем над гребнем, что будет способствовать увеличению амплитуды волн, омыванию нижней поверхности пластины и образованию концентрических воздушных пробок, перемещающихся от центра пластины 2 к ее краям. Такой режим течения воздуха характеризуется высокими значениями пульсаций скоростей и давлений, обильным пенообразованием, интенсивным обновлением поверхности раздела жидкости и воздуха, а следовательно, высокой эффективностью диффузионного переноса кислорода из воздуха в воду и аэрации.

Под воздействием потока воздуха и воздушных пробок, перемещающихся от отверстия 3 к краям пластины 2, возникает циркуляция жидкости в резервуаре 1, а следовательно, эффективное перемешивание.

В случае выполнения пластины 2 круглой формы с лопастями 6 на ее нижней поверхности потоки воздуха, воздушные пробки и волны, обтекая лопасти 6, прикрепленные под углом к радиусу пластины 2, вызывают образование реактивных сил, вращающих пластину 2, что создает дополнительное течение и повышает эффективность перемешивания жидкости.

Устройство для аэрации и перемешивания сточных вод эффективно в работе, так как перемешивает и аэрирует жидкость по всему объему резервуара, а использование вместо воздуходувок высокого давления вентилятора низкого или среднего давления позволяет значительно снизить энергозатраты.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР N 1463722, C 02 F 3/02, 1989.

2. Брагинский Л.Н., Евилевич М.А., Бегачев В.И. и др. Моделирование аэрационных сооружений для очистки сточных вод. - Л.: Химия, 1980, с. 33, рис. 1.12.