АЭРОТЕНК Российский патент 2004 года по МПК C02F3/22 C02F3/22 C02F101/30 C02F103/34 

Изобретение относится к технике биологической очистки загрязненных вод.

Известны и нашли широкое применение аэротенки с барботажной системой аэрации очищаемой воды. Эти аэротенки представляют собой прямоугольные емкости или многоходовые бетонные емкости. На дне емкости располагается воздухораспределительный канал (коллектор) с аэрирующими воздухораспределительными устройствами барботажного типа, например, с фильтросными пластинами или перфорированными трубами, позволяющими диспергировать воздух до мельчайших пузырьков. Эти устройства располагаются в непосредственной близости от дна. К аэрирующим воздухораспределительным устройствам подводится воздуховод от воздуходувки (см. Канализация. - М.: Стройиздат, 1975, рис.4,127 и 4,128).

Для этих аэротенков применяются дорогостоящие и сложные в эксплуатации малопроизводительные высоконапорные воздуходувные машины - воздуходувки с напором 4000-6000 кгс/м², потребляющие много энергии (известно, что расход энергии пропорционален произведению расхода воздуха на напор). Окислительная способность этих аэротенков ограничена производительностью воздуходувок.

Указанный недостаток частично устранен в аэротенках с низконапорной системой аэрации ИНКА (см. там же, с.380, рис.4,115. Канализация. С.В.Яковлев, Ю.М.Ласков, Москва, Стройиздат, 1978, с.175, рис.11.15). Она представляет собой аэротенк - бетонный канал прямоугольного сечения. Вдоль канала ближе к одной из стенок расположена вертикальная стенка, не доходящая до дна и до верхнего уровня воды при заполнении емкости водой. Стенка разделяет канал на две части: меньшую - подъемный циркуляционный канал и большую - опускной циркуляционный канал. Над подъемным каналом на глубине 500-1000 мм ниже предполагаемого уровня воды расположены воздухораспределительные - аэрирующие устройства - барботеры, которые находятся над подъемным водоводом на уровне верхней кромки погружной разделительной стенки. Применение дутьевых вентиляторов с напором 500-1000 кгс/м² вместо воздуходувок с напором 5000 кгс/м² позволяет в 5-10 раз увеличить количество аэрирующего воздуха и, если бы была обеспечена хорошая циркуляция жидкости, то окислительную способность аэротенка (производительность) можно было бы увеличить в 3-5 раз. У автора заявки есть опыт использования вентиляторного воздуха при выращивании кормовых дрожжей (это тоже аэробные микроорганизмы, как и активный ил) (авторское свидетельство СССР №644821). За счет применения вентиляторного воздуха удалось увеличить производительность дрожчана в 4,96 раза и уменьшить удельный расход энергии в 4,22 раза. Аэротенк системы ИНКА взят в качестве прототипа.

Как показали испытания этих аэротенков, удельный расход электроэнергии на 1 кг БПК (биологического потребления кислорода) был выше, чем у аэротенков с высоконапорной системой аэрации

(см. Худенко Б.М., Шпирт Е.А. Аэраторы для очистки сточных вод. ВОДГЕО. -М.: Стройиздат, 1973, с.45).

Это связано с тем, что в этих аэротенках очень слабая циркуляция жидкости. Энергия аэрлифта воздуха, могущая приводить в движение жидкость, используется очень слабо (КПД использования аэрлифта низкий). Этот КПД снижается пропорционально уменьшению отношения высоты барботирования воздуха (от воздуховыпускных отверстий до верхнего уровня воды) к ширине барботажного участка. При аэрлифте пузырьки воздуха транспортируют за собой воду до границы раздела сред (до уровня воды). Уровень воды в подъемном водоводе несколько повышается и часть воды, находящаяся ближе к погружной пергородке, переливается через нее, а часть воды, находящаяся на расстоянии от перегородки, идет противотоком вниз навстречу восходящему потоку, препятствуя ему, пока снова ни подхватится пузырьками воздуха. При такой аэрации циркуляция воды в аэротенке очень слабая. Активный ил откладывается на дне аэротенка и не получает необходимого количества кислорода, а более интенсивной аэрации подвергаются слои жидкости с очень низкой концентрацией активного ила. Процент утилизации микроорганизмами кислорода, содержащегося в аэрирующем воздухе и растворяемого в воде, резко падает.

Целью настоящего изобретения является повышение эффективности биологической очистки загрязненных вод в аэротенках, а именно повышение удельной производительности аэротенков, увеличение коэффициента использования объема аэротенка (повышение окислительной способности аэротенка - увеличение потока очищаемой жидкости в несколько раз), снижение удельных затрат энергии.

Указанная цель достигается тем, что в известном аэротенке для биологической очистки загрязненных вод, содержащем емкость (как минимум одну), подводящий и отводящий водоводы (трубопроводы) очищаемой жидкости и активного ила, воздуховод для подвода аэрирующего воздуха и подъемный и опускной циркуляционные каналы (водоводы) внутри основной емкости, образованые, как минимум, одной дополнительной разделительной стенкой, не доходящей до дна и до предполагаемого уровня жидкости, аэрирующие воздухораспределительные устройства (барботеры) расположены в верхней части циркуляционного канала ниже верхней кромки разделительной стенки в непосредственной близости от отбортовки или в самой отбортовке.

Кроме того, указанная цель может быть достигнута, если подъемный и опускной циркуляционные каналы могут быть выполнены в виде двух параллельных перегородок, либо в виде нескольких вертикальных перегородок, соединенных между собой в виде короба прямоугольного или другого сечения, либо в виде обечайки, при этом аэрирующие воздухораспределительные устройства расположены в верхней части циркуляционного канала ниже верхней кромки разделительной стенки в непосредственной близости от отбортовки или в самой отбортовке.

Выполнение разделительной стенки погружной с отбортовкой в сторону опускного циркуляционного канала и установка над подъемным циркуляционным каналом отбойного направляющего устройства, то есть выполнение верхней части подъемного циркуляционного водовода в сечении в виде рукава или расходящихся руковов в сторону опускного канала и расположение устья этого водовода над опускным каналом и расположение аэрирующих воздухораспределительных устройств (барботеров) в верхней части циркуляционного водовода в непосредственной близости от отбортовки или в наклонной (рукавной) части этого водовода увеличивает в несколько раз КПД аэрлифта, в несколько раз увеличивается подъемная сила воздушных пузырьков. Каждый элементарный пузырек воздуха заканчивает действие подъемной силы над опускным каналом, а не над подъемным. Появляется эжектирующий эффект воздуха. Скорость подъема жидкости в подъемном водоводе возрастает в несколько раз. Возрастает кратность циркуляции жидкости и придонные скорости движения воды. Такая конструкция позволяет использовать низконапорный вентиляторный воздух даже с давлением 150-300 кгс/м² (у ИНКА - 800 кгс/м²).

Использование низконапорного вентиляторного воздуха с более низким давлением, чем у прототипа, для аэрации жидкости позволит увеличить подачу этого воздуха и увеличить движущую силу аэрлифта этого воздуха для достижения более высокой кратности циркуляции жидкости в аэротенке, увеличить окислительную мощность аэротенка за счет увеличения в несколько раз потока загрязненной жидкости.

Реконструировав типовой аэротенк, использующий высоконапорный воздух, или аэротенк системы ИНКА на предложенный в данном изобретении, и установив дутьевые вентиляторы вместо воздуходувок, можно увеличить его производительность в 3-5 раз при многократном снижении удельных затрат энергии.

На фиг.1 схематически показано поперечное сечение аэротенка, у которого подъемный циркуляционный канал расположен сбоку емкости, причем стенка емкости является одной из образующих этого водовода, а погружная стенка, разделяющая емкость аэротенка на подъемный и опускной циркуляционные каналы, является единственной, барботажные воздухораспределительные аэрирующие устройства (барботеры) выполнены в виде множества перфорированных труб, присоединенных одним концом к воздуховоду (коллектору), а другим к находящимся в подъемном циркуляционном канале.

На фиг.2 схематически показано поперечное сечение аэротенка, где подъемный циркуляционный канал образован двумя погружными стенками, не доходящими до дна и до предполагаемого уровня жидкости, а аэрирующие воздухораспределительные устройства расположены в отбойном направляющем устройстве. Кроме того, поперечное сечение аэротенка на фиг.2 можно представить как сечение по одному из нескольких подъемных каналов прямоугольного или круглого сечения с отбортовкой и отбойным направляющим устройством.

На фиг.3 схематически показано поперечное сечение аэротенка, где подъемный циркуляционный канал образован двумя погружными разделительными стенками, не доходящими до дна и до предполагаемого уровня жидкости и имеющими отбортовки и упирающимися в торцевые стенки основной емкости, а над подъемным каналом расположено отбойное направляющее устройство в виде плоскостей или криволинейных поверхностей, разделяющих водовод (в вертикальном сечении) на два наклонных, расходящихся в разные стороны рукава. Подвод воздуха от дутьевого вентилятора осуществлен с двух сторон (в каждый рукав отдельно), причем аэрирующие воздухораспределительные устройства (барботеры) расположены в отбортовке (в нижней образующей наклонной части циркуляционного подъемного водовода).

Поперечное сечение аэротенка на фиг.3 можно также представить, как сечение аэротенка, подъемный циркуляционный канал (каналы) которого выполнен (выполнены) из нескольких погружных, расположенных друг за другом, с отбортовкой (показано сечение по одному из каналов) или из нескольких, расположенных друг за другом коробов прямоугольного или другого сечения с отбортовкой, и аэрирующие воздухораспределительные устройства находятся в отбортовке. Причем подвод воздуха от дутьевого вентилятора осуществлен с двух сторон (в каждый рукав отдельно). Аэрирующие воздухораспределительные устройства (барботеры) выполнены в виде воздухораспределительного коллектора с отверстиями, расположенными в отбортовке (в нижней образующей наклонной части циркуляционного подъемного водовода).

Аэротенк содержит как минимум одну емкость 1, через которую пропускают очищаемую воду. Аэротенк может представлять собой несколько последовательно соединенных емкостей 1. Имеются подводящий и отводящий водоводы (трубопроводы) и водовод (трубопровод) активного ила, которые не показаны на чертеже. Имеется вертикальный подъемный циркуляционный канал 2, образованный погружной стенкой 3 (на фиг.1) или двумя стенками (перегородками) 3 или погружной обечайкой 3, имеющей отбортовку 4 в сторону опускного канала 5. Выше отбортовки (отбортовок) на некотором расстоянии от нее (от них) установлены отбойные наклонные направляющие устройства в виде плоскостей (пластин) или криволинейных поверхностей 6, перекрывающих сверху подъемный циркуляционный канал 2 и образующих вместе с отбортовкой наклонные циркуляционные каналы 7 (верхнюю наклонную часть вертикального циркуляционного водовода 2). Циркуляционные подъемные каналы, показанные на фиг.2 и 3, могут быть прямоугольного сечения, круглого сечения в виде обечайки или любого другого сечения или он может быть выполнен в виде одного длинного подъемного циркуляционного канала 2.

Имеется дутьевой вентилятор 8, который может быть один на несколько подъемных циркуляционных каналов или их может быть несколько (на каждый подъемный циркуляционный канал), воздуховод 9, воздушный коллектор 10 (который необязателен при установке нескольких дутьевых вентиляторов), аэрирующие воздухораспределительные устройства 11 (на фиг.1 эти устройства выполнены в виде перфорированных труб, подсоединенных воздуховодом к дутьевому вентилятору, на фиг.2 эти устройства выполнены в виде отверстий в отбойном направляющем устройстве, к которым примыкает воздуховод, на фиг.3 эти устройства выполнены в виде отверстий в отбортовке, к которым примыкает воздуховод. Во всех случаях аэрирующие воздухораспределительные устройства (барботеры) расположены ниже верхней кромки погружной стенки.

Выше направляющих пластин 6 может образоваться мертвая зона (зона с отсутствием циркуляции жидкости), поэтому в нижней части клина, образованного плоскостями (пластинами) 6, выполняются небольшие отверстия 12 (на фиг.1 это щель 12 или группа отверстий) для образования над пластинами слабой циркуляции жидкости. Цифрой 13 обозначен предполагаемый уровень жидкости в аэротенке.

Описанный аэротенк работает следующим образом.

Загрязненная органикой вода подается в емкость 1 по подающему водоводу (трубопроводу), туда же подается активный ил. Дутьевой вентилятор 8 подает воздух по воздуховоду 9 через коллектор 10 (или без него) в аэрирующее воздухораспределительное устройство (барботер) 11, представляющее собой воздушный коллектор с отверстиями (это могут быть щели, отверстия круглого сечения, треугольного или любого другого или перфорированные трубы, присоединенные к воздушному коллектору). Осуществляется среднепузырчатая аэрация. Пузырьки воздуха, выходя из отверстий, попадают в водяную среду, и устремляются по наклонному водоводу 7 вверх, увлекая за собой воду. Осуществляется наклонный аэрлифт. Действие аэрлифта пузырька воздуха на частицу в жидкости прекращается, когда эта частица оказывается за чертой подъемного циркуляционного канала - в опускном канале. Осуществляется как бы эжекция жидкости воздухом. Скорость подъема жидкости по каналу 2 становится значительной (значительно выше скорости естественного опускания частиц активного ила под действием силы тяжести). Более значительными становятся и придонные горизонтальные составляющие скорости движения воды. Активный ил перестает откладываться в застойных зонах из-за отсутствия последних. Все это приводит к тому, что аэрации подвергается жидкость с наибольшей концентрацией активного ила, дает возможность повысить среднюю концентрацию активного ила, дает возможность повысить среднюю концентрацию активного ила в воде и окислительную способность аэротенка. Активный ил, потребляя кислород из аэрирующего воздуха и усваивая органические примеси, содержащиеся в воде, накапливает биомассу и очищает воду.

Выполнение подъемного циркуляционного канала, одной из стенок которого является стенка самой емкости (канала) с отбортовкой и с отбойным устройством над этим водоводом и над отбортовкой перекрывающим по площади подъемный циркуляционный водовод (то есть выполнение верхней части водовода в виде наклонного рукава), или выполнение этого водовода в виде прямоугольного короба (шахты) на некотором расстоянии от основной стенки емкости (канала), например, по оси канала, разделяющегося в верхней части на два наклонных, расходящихся в разные стороны рукава, или выполнение подъемного циркуляционного водовода в виде обечайки (одной или нескольких) с расширением (отбортовкой) в верхней части и с отбойным устройством над подъемным каналом, перекрывающим по площади этот канал и разделяющим этот водовод на два наклонных рукава (если рассматривать в продольном сечении), и расположение аэрирующих воздухораспределительных устройств в верхней части циркуляционного канала ниже верхней кромки разделительной стенки в непосредственной близости от отбортовки или в самой отбортовке позволяет использовать дешевый низконапорный вентиляторный воздух вместо компрессорного или высоконапорного вентиляторного, увеличить в несколько раз поток аэрирующего воздуха и передачу воздухом кислорода микроорганизмам, увеличивает КПД аэрлифта, кратность циркуляции жидкости, увеличить скорость циркуляции жидкости внутри аэротенка, предотвращает образование мертвых зон и отложений активного ила на дне аэротенка. Это позволяет уменьшить расход электроэнергии на аэрацию при увеличении расхода аэрирующего воздуха, увеличить концентрацию активного ила, повысить производительность аэротенка по потоку воды и по окислительной способности на единицу объема аэротенка.

Изобретение относится к технике биологической очистки загрязненных вод. Аэротенк содержит как минимум одну емкость, подводящий и отводящий водоводы очищаемой жидкости и активного ила, воздуховод для подвода аэрирующего воздуха и подъемный и опускной циркуляционные каналы внутри основной емкости, образованные как минимум одной разделительной стенкой, не доходящей до дна и до предполагаемого уровня жидкости, аэрирующие воздухораспределительные устройства. Разделительная стенка имеет отбортовку в верхней части в сторону опускного канала может быть выполнена в виде двух параллельных перегородок, либо в виде нескольких вертикальных перегородок, соединенных между собой в виде короба прямоугольного или другого сечения, либо в виде обечайки. Над подъемным циркуляционным каналом, включая отбортовку, расположено с зазором отбойное направляющее устройство. Аэрирующие воздухораспределительные устройства расположены в верхней части циркуляционного канала ниже верхней кромки разделительной стенки в непосредственной близости от отбортовки. Технический результат: повышение эффективности биологической очистки. 3 ил.

Аэротенк для биологической очистки загрязненных вод, содержащий как минимум одну емкость, подводящий и отводящий водоводы очищаемой жидкости и активного ила, воздуховод для подвода аэрирующего воздуха, и подъемный и опускной циркуляционные каналы внутри основной емкости, образованные как минимум одной разделительной стенкой, не доходящей до дна и до предполагаемого уровня жидкости, аэрирующие воздухораспределительные устройства, отличающийся тем, что разделительная стенка имеет отбортовку в верхней части в сторону опускного канала, а над подъемным циркуляционным каналом, включая отбортовку, расположено с зазором отбойное направляющее устройство, образующее вместе с отбортовкой наклонную часть подъемного циркуляционного канала, причем разделительная стенка может быть выполнена в виде двух параллельных перегородок, либо в виде нескольких вертикальных перегородок, соединенных между собой в виде короба прямоугольного или другого сечения, либо в виде обечайки, при этом аэрирующие воздухораспределительные устройства расположены в верхней части циркуляционного канала ниже верхней кромки разделительной стенки в непосредственной близости от отбортовки.