ИМПУЛЬСНЫЙ АЭРАТОР Российский патент 1999 года по МПК C02F3/22 

Изобретение относится к струйным аэраторам, использующим энергию движущейся жидкости для создания развитой поверхности газожидкостного контакта.

Для аэрации обрабатываемых сточных вод находят применение эжекторные аппараты, тип струйного аэратора, в котором используется кинетическая энергия струи рабочей жидкости при напорном истечении через сопло в камеру смешения [1] . (см. Попкович Г.С., Репин Б.Н., Системы аэрации сточных вод, М., Стройиздат, 1986 г., с. 136).

Однако для создания необходимого разряжения сточная жидкость подается через сопло с большой скоростью, и циркуляционные насосы должны быть высоконапорными, что, во-первых, увеличивает стоимость системы аэрации сточных вод, а во-вторых, влечет за собой повышение энергозатрат.

Применяются низконапорные циркуляционные насосы при аэрации сточных вод другим типом струйного аэратора - шахтного, где диспергирование атмосферного воздуха обеспечивается за счет эжектирования его свободнопадающей струей аэрируемой жидкости. Из таких устройств наиболее близким по технической сущности и достигаемым результатам к данному изобретению является устройство для аэрирования жидкости [2]. Устройство содержит резервуар, циркуляционный насос, аэрационные трубы, заглубленные до дна аэротенка. В верхней части аэрационных труб соосно установлено сопло с воздушной трубкой. Циркулирующая обрабатываемая сточная жидкость, попадая в аэрационную трубу в верхней ее части и стекая вниз, захватывает два потока воздуха посредством воздушной трубки и кольцевой щели, образованной соплом и стенкой аэрационной трубы. (см. патент РФ N 2038332, C 02 F 3/22, 1995 г.).

Недостатком данного устройства (а также всех струйных аэраторов шахтного типа) является то, что эжектирующая способность жидкости зависит от скорости ее движения, которая достигает наибольшего значения на участке аэрационной трубы (не заглубленной), равной 90d_тр от места входа в нее жидкости. Для того чтобы максимально увеличить объемный коэффициент эжекции воздуха данного устройства, необходимо значительно увеличивать высоту не заглубленной части аэрационных труб, что значительно усложняет конструкцию устройства, а также приводит к дополнительным затратам энергии на подъем жидкости.

Изобретение направленно на увеличение скорости движения жидкости в аэрационных трубах и создание условий напорного истечения рабочей струи, без увеличения затрат энергии на перекачку жидкости, в струйных аэраторах.

Указанные недостатки могут быть устранены тем, что импульсный аэратор снабжается распределительными камерами, в каждой из которых установлен сифонный стакан с отводной трубкой. При срабатывании сифона и импульсной подачи с большой скоростью обрабатываемой жидкости необходимо, чтобы его работа не нарушалась преждевременно созданным разряжением под сифонным стаканом вытекающей из отводной трубы жидкостью после окончания действия сифона. Это обеспечивается тем, что свободный конец воздушной трубки сифона подсоединяется к вертикально установленному воздушному стакану-регулятору с гидрозатвором. Нижний конец отводной трубы сифона сужается, образуя сопло. Это необходимо для образования в нижней части отводной трубы сифона небольшого подпора жидкости над соплом, предотвращая поступление атмосферного воздуха через сопло вовнутрь отводной трубы сифона и пространства под сифонным стаканом, во время зарядки сифона, а также для увеличения скорости движения жидкости. Сопло отводной трубы сифона соосно вставлено в конусную насадку аэрационной трубы, образуя кольцевую щель для подсоса атмосферного воздуха.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен продольный разрез импульсного аэратора в момент удаления жидкости из распределительной камеры под действием сифона; на фиг. 2 - продольный разрез распределительной камеры перед срабатыванием сифона; на фиг. 3 - то же после прекращения действия сифона; на фиг. 4 - продольный разрез нижней части отводной трубы с размещенной внутри воздушной трубкой.

Позиции на чертежах обозначают: трубопровод подачи циркуляционной обрабатываемой жидкости - 1; распределительная камера - 2: сифонный стакан - 3; воздушная трубка сифона - 4; воздушный стакан-регулятор с гидрозатвором - 5; отводная труба сифона - 6; сопло - 7; аэрационная труба - 8; конусная насадка - 9; аэрируемый резервуар - 10; кольцевая щель подсоса атмосферного воздуха - 11; циркуляционный насос - 12: воздушная трубка, размещенная в нижней части отводной трубы - 13.

Импульсный аэратор состоит из распределительных камер 2, в каждой из которых установлен сифонный стакан 3 с воздушной трубкой сифона 4 и воздушным стаканом-регулятором с гидрозатвором 5; отводных труб сифона 6 с соплом 7; аэрационных труб 8 с конусной насадкой 9, циркуляционного насоса 12 с трубопроводом подачи обрабатываемой жидкости 1.

Аккумулирование обрабатываемой жидкости в распределительной камере 2, а затем импульсная подача через сопло 7 отводной трубы сифона 6 в аэрационную трубу 8 - наиболее эффективный метод, т.к. не требует никаких энергозатрат на создание условий напорного истечения рабочей жидкости. Скорость движения обрабатываемой жидкости в отводной трубе сифона 6 превышает 1 м/с, а истечение обрабатываемой жидкости из сопла 7 отводной трубы сифона 6 в конусную насадку 9 аэрационной трубы 8 еще с большей скоростью, создает интенсивный подсос воздуха. При правильном подборе диаметра аэрационной трубы, эжектирующая способность движущейся в ней водовоздушной смеси возрастает на сравнительно коротком расстоянии (~10 d_тр) от входа в аэрационную трубу. Высота аэрационной трубы, расположенной над уровнем аэрируемой жидкости зависит в большей степени от глубины погружения ее нижнего конца под уровень аэрируемой жидкости (т.к. необходим подпор обрабатываемой жидкости в аэрационной трубе для преодоления гидравлических сопротивлений в погруженной части аэрационной трубы).

Геометрические размеры воздушного стакана-регулятора 5, воздушной трубки сифона 4 подбираются в зависимости от расхода циркуляционной обрабатываемой жидкости, размеров отводной трубы сифона 6. Длина и диаметр отводной трубы сифона 6 назначаются исходя из расхода циркуляционной обрабатываемой жидкости и ее минимальной эжектирующей способности, при движении в отводной трубе сифона, для зарядки сифона.

По мере поступления рециркулирующей жидкости, уровень ее в распределительной камере 2 поднимается и, достигая верхнего края отводной трубы сифона 6, начинает изливаться, захватывая находящийся под сифонным стаканом воздух, увлекает его вниз, создавая разряжение сифоне (см. фиг. 2): сифон немедленно заряжается и начинается напорный режим движения жидкости в отводной трубе сифона 6 (см фиг. 1). Как только уровень жидкости в распределительной камере 2 понизится до открытого конца воздушного стакана-регулятора 5, начинается отдельное понижение уровней в распределительной камере 2 и в стакане-регуляторе 5, причем прорыв воздуха, через воздушный стакан-регулятор 5 и воздушную трубку сифона 6 под сифонный стакан 3 и, останавливая его действие, происходит тогда, когда уровень в распределительной камере снизится до заданного. Высота воздушного стакана-регулятора 5 позволяет поступать воздуху в пространство под сифонным стаканом до опорожнения отводной трубы сифона 6, обеспечивая необходимым количеством воздуха возникающую эжекцию, при вытекании жидкости из отводной трубы сифона 6, во время заполнения распределительной камеры 2 рабочей циркулирующей жидкостью (см. фиг. 3). Цикл повторяется.

Если вовнутрь нижней части отводной трубы сифона 6 поместить воздушную трубку 13, верхний конец которой сообщается с атмосферой, а нижний введен коаксиально в сопло, то по ней эжектируется воздух под действием разряжения, образующегося при обтекании трубки струей жидкости (см фиг. 4). В сочетании с аэрационными трубами повышается эффективность эжекции воздуха, а при подаче водовоздушной струи на поверхность жидкости аэрационного резервуара или при небольшом заглублении, отводную трубу сифона 6 можно использовать самостоятельно, как струйный аэратор.

Импульсный аэратор работает следующим образом. Циркуляционный насос 12 непрерывно по напорному трубопроводу 1 подает обрабатываемую жидкость в распределительные камеры 2. После заполнения одной из распределительных камер 2 до определенного уровня, происходит зарядка сифона 3 и происходит интенсивное удаление жидкости из распределительной камеры 2 по отводной трубе сифона 6 через сопло 7 в аэрационную трубу 8 с конусной насадкой 9. Сопло отводной трубы 6 соосно введено в конусную насадку, образуя кольцевую щель 11, через которую интенсивно поступает атмосферный воздух в аэрационную трубу, диспергируется и, в виде водовоздушной смеси, поступает в аэрационный резервуар 10.

Частота импульсной подачи обрабатываемой жидкости задается технологической необходимостью аэрирования жидкости и расходом циркулирующей обрабатываемой жидкости при соответствующем подборе объема распределительной камеры.

По экспериментальным данным, полученным на очистных сооружениях (р.п. Матвеево Курган, Ростовской области, сточные воды молочного маслозавода: г. Новороссийск, стоки хоз-бытовые), объемный коэффициент эжекции импульсных аэраторов достигает значений для эжекторных аэраторов. Эффективность действия импульсных аэраторов по производительности кислорода на 1 кВт•ч затраченной энергии значительно превосходит эффективность аэраторов и находится на уровне пневматических аэраторов из дырчатых труб.

Импульсный ввод водовоздушной смеси в аэрируемый резервуар с расходом, значительно превышающим циркуляционный расход, способствует интенсивному перемешиванию иловой смеси в резервуаре без дополнительных на то энергозатрат, повышает степень использования кислорода воздуха.

Источники информации
1. Попкович Г.С., Репин Б.И. Системы аэрации сточных вод. - М.: Стройиздат, 1986, с. 136.

2. Патент России N 2038332, C 02 F 3/22, 1995.

Импульсный аэратор предназначен для аэрации воды при очистке сточных вод. Устройство содержит резервуар, аэрационные трубы с конусными насадками, распределительные камеры, в каждой из которых установлены сифонный стакан с отводной трубой и воздушный стакан-регулятор с гидрозатвором. Воздушная трубка сифонного стакана присоединена к воздушному стакану-регулятору, а нижний конец отводной трубы выполнен сужающимся в виде сопла и расположен соосно в конусной насадке аэрационной трубы с образованием кольцевой щели. В устройстве достигается увеличение скорости движения жидкости в аэрационных трубах и создание условий напорного истечения рабочей струи без увеличения затрат энергии на перекачку жидкости. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Импульсный аэратор, содержащий резервуар, циркуляционный насос с трубопроводом подачи обрабатываемой жидкости и аэрационные трубы с конусными насадками, отличающийся тем, что он снабжен распределительными камерами, в каждой из которых установлены сифонный стакан с отводной трубой и воздушный стакан-регулятор с гидрозатвором, при этом воздушная трубка сифонного стакана присоединена к воздушному стакану-регулятору и нижний конец отводной трубы выполнен сужающимся в виде сопла и расположен соосно в конусной насадке аэрационной трубы с образованием кольцевой щели. 2. Импульсный аэратор по п.1, отличающийся тем, что он снабжен дополнительной воздушной трубкой, верхний конец которой сообщен с атмосферой, а нижний введен коаксиально в сопло.