устройство для аэрации воды

Формула изобретения

1. Устройство аэрации воды для флотационной установки, состоящее из насоса, подводящего нижнего и отводящего верхнего трубопроводов и трубопровода подачи воздуха, отличающееся тем, что оно снабжено напорной трубой, рассекателем потока и редукционным клапаном, причем напорная труба установлена вертикально и присоединена верхней своей частью к отводящему трубопроводу, нижней частью к редукционному клапану, рассекатель потока установлен внутри напорной трубы, а трубопровод подачи воздуха выполнен в виде капиллярной трубки.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что редукционный клапан выполнен в виде двух дисков, образующих радиальную щель.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что выход редукционного клапана соединен с газожидкостным сепаратором.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к устройствам для насыщения воды воздухом и может быть использовано, например, в составе флотационной установки по очистке сточных вод.

Существуют различные конструкции аэраторов воды. Часть из них основана на распылении воздуха в воде в виде мелких пузырьков за счет использования различного рода волокнисто-пористых тел (см., например, патент РФ N 2048456, кл. C 02 F 1/74, 3/02, опубл. 20.11.95). В таких конструкциях типичный размер пузырьков обычно от 2 до 5 мм, что не обеспечивает высокого качества работы флотатора ввиду малой поверхности пузырьков и их высокой скорости всплытия (около 0,2 м/с).

Другие устройства аэрации основаны на предварительном растворении воздуха в воде при давлении 0,3-1,0 МПа и последующей декомпрессии воды, вследствие чего воздух выделяется из пересыщенного раствора в виде мелких пузырьков диаметром 50-100 мкм. Такие устройства содержат напорный бак, редукционный клапан и насос (см., например, книгу Копылов А.А. Очистка сточных вод и уплотнение осадков целлюлозно-бумажного производства. М., 1983, с.42). Недостатком этих устройств является необходимость в использовании напорных баков большого объема и невозможность получения пузырьков диаметром менее 50 мкм.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению, выбранному в качестве прототипа, является устройство для аэрации воды, использующееся в составе флотационной установки (см. книгу Копылов А.А. "Очистка сточных вод и уплотнение осадков целлюлозно-бумажного производства", М., 1983, с.24). Оно содержит насос, подводящий нижний и отводящий верхний трубопроводы и трубопровод подачи воздуха.

Работает устройство следующим образом. Подлежащая насыщению воздухом вода в подводящем трубопроводе смешивается с воздухом, нагнетаемым по трубопроводу подачи воздуха. Водовоздушная смесь эмульгируется в крыльчатке насоса и поступает в отводящий трубопровод.

Однако известное устройство обладает существенными недостатками. Основные из них это низкая концентрация растворенного воздуха, т.к. лишь небольшая часть воздуха растворяется в воде ввиду малого времени контактирования пузырьков воздуха с водой и относительно низкого давления, а также неустойчивая работа устройства из-за сепарации воздуха в подводящем и отводящем трубопроводах и попадания большого количества воздуха в крыльчатку насоса.

Задача, решаемая предлагаемым изобретением, - совершенствование устройства аэрации воды.

Технический результат от использования изобретения - повышение концентрации пузырьков воздуха в воде, уменьшение их размеров и повышение устойчивости работы устройства.

Указанный результат достигается тем, что устройство для аэрации воды, состоящее из насоса, подводящего нижнего и отводящего верхнего трубопроводов и трубопровода подачи воздуха, снабжено напорной трубой, рассекателем потока и редукционным клапаном, причем напорная труба установлена вертикально и присоединена верхней своей частью к отводящему трубопроводу, нижней частью присоединена к редукционному клапану, рассекатель потока установлен внутри напорной трубы, а трубопровод подачи воздуха выполнен в виде капиллярной трубки. Редукционный клапан выполнен в виде двух дисков, образующих радиальную щель. Выход редукционного клапана может быть соединен с газожидкостным сепаратором.

На фиг. 1 изображено устройство аэрации воды; на фиг. 2 - рассекатель потока; на фиг. 3 - редукционный клапан.

Устройство содержит насос 1 высокого давления, например, плунжерного типа, вход которого соединен с водяной емкостью 2, подводящим нижним трубопроводом 3 и трубопроводом 4 подачи воздуха, выполненным в виде капиллярной трубки диаметром менее 1 мм, с компрессором 5. Выход насоса 1, находящийся выше его входа, соединен отводящим верхним трубопроводом 6 с верхней частью напорной трубы 7. Напорная труба 7 установлена вертикально, внутри нее в верхней половине установлен рассекатель потока 8, нижняя часть напорной трубы 7 присоединена к редукционному клапану 9, содержащему дроссель 10 и выполненному в виде двух дисков 11, 12, образующих радиальную щель 13. При необходимости выход редукционного клапана 9 может быть соединен с газожидкостным сепаратором 14. Рассекатель потока 8 выполнен в виде конуса с отверстиями 15 (фиг. 2).

Устройство работает следующим образом. Вода из водяной емкости 2 под давлением 0,2-0,6 МПа подается на вход насоса 1 высокого давления. Насос 1 установлен так, чтобы вход насоса находился ниже его выхода. Воздух от компрессора 5 под давлением на 0,1-0,2 МПа выше давления воды в водяной емкости 2, через капиллярную трубку 4 (ее длиной регулирует гидравлическое сопротивление и, следовательно, подачу воздуха) подается в подводящий нижний трубопровод 3 насоса 1. Общий объемный расход воздуха не должен превышать 1,5-2,0% от расхода воды, что обеспечивает устойчивость работы насоса. Далее поток водовоздушной смеси под давлением 3,0-10,0 МПа по отводящему верхнему трубопроводу 6 подается в верхнюю часть напорной трубы 7. Внутри напорной трубы установлен рассекатель потока 8, обеспечивающий выравнивание потока по ее сечению, а также дополнительное диспергирование потока. Вода, проходя через напорную трубу 7, полностью растворяет поступивший воздух за время не более 10 сек. Это происходит ввиду повышенного давления в ней, в 5-15 раз превышающего традиционное, а также интенсивного распыления и перемешивания воды и воздуха в напорной трубе 7.

Затем поток воды с растворенным в ней воздухом проходит через дроссель 10 редукционного клапана 9, где происходит выделение мелких воздушных пузырьков с диаметром 10-20 мкм. В традиционных конструкциях с давлением в сатураторе 0,3-0,7 МПа диаметр пузырьков не менее 50-100 мкм. Для поддержания большого давления внутри напорной трубы 7 приходится применять дроссель весьма малого диаметра около 1 мм, поэтому скорость течения воды в дроссельном отверстии достигает 100 м/с и более. Это приводит, во-первых, к образованию пузырьков 10-20 мкм диаметром, что благоприятно для флотационных процессов, и, во-вторых, к сильной коалесценции пузырьков вследствие динамической сепарации газожидкостного потока, снижающей эффективность устройства.

Для устранения или уменьшения этого негативного фактора редукционный клапан 9 выполнен в виде двух дисков 11 и 12, образующих радиальную щель 13 и понижающих скорость потока в десятки раз.

Для удаления крупных пузырьков, образующихся вследствие остаточной коалесценции, например, из-за неоптимального проведения процесса или иных причин, на выходе устройства установлен сепаратор 14. Поток воды, содержащий пузырьки различного диаметра, поступает в верхнюю часть сепаратора и далее уходит через сливной патрубок в его нижней части. Мелкие пузырьки увлекаются потоком, а крупные с диаметром более 2 мм скапливаются в верхней части сепаратора, образуя газовую полость, которая постепенно вытесняет воду из сепаратора. Как только уровень воды достигает установленного минимума, открывается клапан сброса избыточного воздуха. Таким образом, обеспечивается производство воды, насыщенной весьма мелкими пузырьками, что повышает устойчивость работы устройства и позволяет эффективно флотировать частицы в системах флоторазделения или очистки воды.