СПОСОБ ОЧИСТКИ ВОДЫ И УСТАНОВКА ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 1997 года по МПК C02F7/00 

Изобретение относится к области очистки воды водоемов и потоков. Может найти применение для очистки водоемов и потоков воды от органических и иных загрязнений.

Известен способ очистки сточных вод, согласно которому в резервуаре осуществляют операции: аэрации и дегазации воды, удаления органических веществ за счет сорбции активированным углем и биологического окисления микроорганизмами, нагнетая сточную воду и воздух в этот резервуар [1]
Известный способ имеет недостатки высокую материало-, металло- и энергоемкость, так как операции выполняются в специальном аппарате, оснащенном нагнетателями воды и воздуха, эрлифтом, устройствами дегазации воды и ожижения слоя активированного угля. Это обуславливает ограниченную производительность, значительные капитальные, энергетические и эксплуатационные затраты, что и определяет невозможность широкого осуществления очистки воды потоков и водоемов, столь многочисленных и так загрязненных органическими и иными веществами.

Задачей изобретения является снижение затрат на очистку воды.

Указанная задача достигается тем, что в известном способе очистки воды, содержащем операции нагнетания воздуха и продувки воздуха через воду, воздух нагнетают одновременно с водой с использованием энергии ветра.

Кроме того, воздух и воду нагнетают с использованием энергии потока воды и ветра.

Кроме того, нагнетаемую воду разбрызгивают в атмосфере.

В соответствии с этим воздух и воду нагнетают одновременно посредством одного лишь гидростатического насоса, ротор которого вращается за счет энергии ветра. Нагнетаемую среду разделяют в гидроаккумуляторе, воду направляют потребителю, а воздух подают в устройство продувки воздуха через воду. Тем самым удовлетворяются две потребности одновременно. Вода потока или водоема насыщается кислородом воздуха, что активизирует жизнедеятельность микроорганизмов и очистку воды от органических и иных загрязнений. Такой способ не требует энергетических затрат и специальных установок - микроорганизмы находятся во всем объеме потоков и водоемов, а также на смачиваемой поверхности их. Тем самым обеспечивается существенное снижение капитальных, энергетических и эксплуатационных затрат, очистка воды осуществляется с минимальными затратами.

В результате разбрызгивания воды обеспечивается дегазация перекачиваемой гидростатическим насосом воды и аэрация ее в атмосфере.

В результате нагнетания воздуха и воды с использованием энергии ветра и воды используются два возобновляемых источника энергии, что позволяет повысить производительность очистки воды в случае медленных потоков и нерегулярных ветров.

Известна установка для очистки сточных вод, содержащая резервуар со слоями зернистого материала, устройства для нагнетания воды и воздуха, для циркуляции и аэрации очищаемой воды, дренажное устройство [II]
Известная установка имеет недостатки значительные габариты и металлоемкость, высокую энергоемкость из-за большого расхода воздуха, подаваемого нагнетателем в эрлифт. Это обусловливает значительные капитальные, энергетические и эксплуатационные затраты, что и определяет невозможность широкого осуществления очистки воды потоков и водоемов, столь многочисленных и так загрязненных органическими и иными веществами.

Задачей изобретения является снижение затрат на очистку воды.

Указанная задача достигается тем, что в известном устройстве для очистки воды, содержащем нагнетатель воздуха с приводным устройством, устройство для продувки воды воздухом, рабочий орган нагнетателя выполнен в виде спирального канала, а его приводное устройство выполнено в виде ветрового колеса, соединенного с рабочим органом механической передачей.

Кроме того, рабочий орган нагнетателя снабжен приводным устройством, взаимодействующим с потоком воды и расположенным на рабочем органе, причем ветровое колесо с рабочим органом соединено посредством муфты свободного хода.

Кроме того, установка снабжена устройством для разбрызгивания нагнетаемой воды в атмосфере.

В результате вышеуказанного ротор гидростатического насоса вращается ветром, а рабочий орган насоса в виде спирального канала на роторе осуществляет нагнетание воды и воздуха. Вода направляется потребителю, а сжатый воздух используется для аэрации воды.

В результате использования устройства для разбрызгивания воды перекачиваемая насосом вода подвергается дегазации и аэрации. Устройство выполняет лишь одну функцию аэрирует воду.

В результате того, что ветровое колесо соединено с ротором гидростатического насоса посредством механической передачи с муфтой свободного хода, а ротор имеет лопасти, устройство для своего функционирования использует два возобновляемых источника энергии потока воды и ветра. При низком уровне скорости ветра муфта свободного хода отсоединяет ротор насоса от ветрового колеса, обеспечивая вращение ротора потоком воды. При определенном уровне скорости ветра ротор насоса начинает вращаться ветровым колесом, что обеспечивает повышение производительности насоса пропорционально скорости ветра. В результате этого средняя и абсолютная производительность насоса существенно возрастают. При этом с целью уменьшения сопротивления ротора вращению от ветрового колеса лопасти приводного устройства ротора выполнены отбекаемыми или складывающимися.

Конкретное выполнение заявляемого способа приведено ниже на примере устройства, реализующего этот способ.

На фиг. 1 схематически изображено предлагаемое устройство.

На фиг.2 разрез А-А на фиг.1.

На фиг.3 изображено устройство разбрызгивания воды.

На фиг.4 дана схема отдельного гидроаккумулятора с патрубками для подключения потребителей.

На фиг. 5 изображено устройство с муфтой свободного хода в механической передаче и лопастями на роторе насоса.

На фиг.6 изображена лопасть в виде ковша с обтекаемой поверхностью.

На фиг.7 изображено шарнирное крепление лопасти на роторе.

Установка для очистки воды содержит гидростатический насос 1, приводное устройство 2 ротора насоса 1, устройство аэрации 3.

Гидростатический насос 1 имеет ротор 4, рабочий орган в виде спирального канала 5 и гидроаккумулятор 6. Ротор 4 посредством подшипникового узла 7 и уплотнения 8 установлен в корпусе 9 установки. Спиральный канал 5 может быть выполнен винтовым или в виде архимедовой спирали. Канал 5 имеет открытый конец 10, а другим концом герметично соединен с осевым каналом 11 вала 12 ротора 4. Канал 11 сообщается с полостью совмещенного гидроаккумулятора 13, имеющего патрубок 14 для подачи воды потребителю и патрубок 15 для подачи сжатого воздуха в устройство аэрации 3. Устройство аэрации 3 в простейшем случае представляет собой перфорированную трубу, расположенную на дне или в толще воды потока или водоема, соединенную с патрубком 15 гидроаккумулятора 13 посредством трубопровода 16.

Приводное устройство 2 ротора 4 представляет собой ветровое колесо 17 на валу 18, установленном с помощью подшипникового узла 16 на платформе 20. Вал 18 соединен с угловым редуктором 21, закрепленным на платформе 20, и пустотелым валом 22, связанным с угловым редуктором 23, в свою очередь, соединенным с валом 12 ротора 4. При этом платформа 20 с помощью подшипникового узла 24 установлена на пустотелой опоре 25 с возможностью вращения относительно опоры 25, причем пустотелый вал 18 расположен внутри опоры 25, которая является частью общего корпуса 9. Гидроаккумулятор 13 установлен также на корпусе 9. Платформа 20 и угловой редуктор 21 обеспечивают поворот ветрового колеса 17 при изменении направления ветра.

Работает установка следующим образом.

При вращении ветрового колеса 17 ротор 4 и спиральный канал 5 вращаются, обеспечивая поочередный забор порций воды и воздуха открытым концом 10 канала 5 и перемещение этих порций по виткам спирального канала 5 от открытого конца 10 к осевому каналу 11 вала 12. Порции воды и воздуха закачиваются в гидроаккумулятор 13, обеспечивая повышение давления воздуха в этом гидроаккумуляторе 13 и подачу воды потребителю через патрубок 14, а сжатого воздуха через патрубок 15 в устройство аэрации 3. Сжатый воздух мелкими струями истекает из устройства аэрации 3, насыщая воду кислородом и активизируя жизнедеятельность микроорганизмов, окисляющих органическое и иные загрязнения. В результате вода очищается.

Возможно исполнение установки, когда она снабжена устройством разбрызгивания воды. В этом случае к патрубку 14 посредством трубопровода 26 подсоединяется тангенциальный канал 27 ввода воды в цилиндрическую камеру 28, имеющую осевой канал 29 с диффузором, формирующим круговую струю устройства 30 разбрызгивания воды в атмосфере.

Работает установка в данном исполнении аналогично описанному, за исключением того, что тангенциальный канал 27 и цилиндрическая камера 28 формируют свободный вихрь, который ускоряется (увеличивает окружную скорость) по мере движения от периферии к центру камеры 28. Ускоренный вихрь истекает в канал 29 и по диффузору канала 29 направляется в атмосферу, дробясь в ней на мельчайшие капельки. Вода дегазируется и насыщается кислородом, при этом перекачиваемые насосом 1 вода и воздух используются исключительно на очистку воды.

Возможно, когда механическая передача от ветрового колеса 17 к валу 12 ротора 4 снабжена муфтой 31 свободного хода, а на периферии ротора 4 равномерно расположены лопасти 32, взаимодействующие с медленно текущим потоком воды. Установка в таком исполнении использует два возобновляемых источника энергии.

Установка работает в данном исполнении аналогично описанному, за исключением того, что, при отсутствии ветра поток воды вращает ротор 4, обеспечивая непрерывное функционирование установки, но с минимальной производительностью. При увеличении скорости ветра до определенной величины ветровое колесо 17 начинает вращать ротор 4, обеспечивая при максимальной скорости ветра максимальную производительность насоса 1 и всей установки в целом. Вследствие этого повышается как средняя, так и абсолютная производительность установки.

Возможно исполнение установки, когда лопасти на роторе 4 выполнены в виде ковшей 33 с вогнутой рабочей поверхностью 34 и обтекаемой нерабочей поверхностью 35, обеспечивающей снижение величины сопротивления вращению ротора 4 от ветрового колеса 17. Работает установка в данном исполнении аналогично описанному.

Возможно исполнение установки, когда лопасти 36 на роторе 4 установлены с помощью шарнира 37, обеспечивающего поворот лопастей 36 на угол 90^o. Тем самым достигается складывание лопастей 36 при приводе ротора 4 от ветрового колеса 17 и возврат лопастей 36 в исходное рабочее положение при вращении ротора 4 потоком воды.

Работает установка в данном исполнении аналогично описанному за исключением того, что при вращении ротора 4 от ветрового колеса 17 лопасти складываются, снижая уровень трения ротора 4 о поток воды.

Заявляемый способ очистки воды и устройство для его реализации, обладая свойством преобразования энергии воды в потенциальную энергию воды и сжатого воздуха, имеет следующие преимущества.

1. Вода потоков и водоемов очищается без затрат электроэнергии и энергоносителей.

1. Минимальный объем капитальных затрат.

3. Незначительные эксплуатационные затраты.

4. Возможность улучшения экологического состояния водоемов и потоков воды с малыми скоростями течения.

5. Очистка воды совмещается с потребностью перекачивания воды для производственных нужд.

Использование: для очистки воды водоемов и потоков. Сущность изобретения: способ очистки воды содержит операции нагнетания и продувки воздуха через воду, причем воздух нагнетают одновременно с водой с использованием энергии ветра. Установка для очистки воды содержит нагнетатель воздуха с приводным устройством и устройство для продувки воды воздухом, при этом рабочий орган нагнетателя воздуха выполнен в виде спирального канала, а его приводное устройство выполнено в виде ветрового колеса, соединенного с рабочим органом механической передачей. Кроме того, рабочий орган нагнетателя воздуха снабжен приводным устройством, взаимодействующим с потоком воды и расположенным на рабочем органе, при этом ветровое колесо соединено с рабочим органом посредством муфта свободного хода. Кроме того, установка снабжена устройством для разбрызгивания нагнетаемой воды в атмосфере. 2 с. и 4 з. п.ф-лы, 7 ил.

1. Способ очистки воды, содержащий операции нагнетания воздуха и продувки им воды, отличающийся тем, что воздух нагнетают одновременно с водой с использованием энергии ветра. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что воздух и воду нагнетают с использованием энергии потока воды и ветра. 3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что нагнетаемую воду разбрызгивают в атмосфере. 4. Установка для очистки воды, содержащая нагнетатель воздуха с приводным устройством, устройство для продувки воды воздухом, отличающаяся тем, что рабочий орган нагнетателя воздуха выполнен в виде спирального канала, а его приводное устройство выполнено в виде ветрового колеса, соединенного с рабочим органом механической передачей. 5. Установка по п. 4, отличающаяся тем, что рабочий орган нагнетателя воздуха снабжен приводным устройством, взаимодействующим с потоком воды и расположенным на рабочем органе, причем ветровое колесо соединено с рабочим органом посредством муфты свободного хода. 6. Установка по пп.4 и 5, отличающаяся тем, что снабжена устройством для разбрызгивания нагнетаемой воды в атмосфере.