СПОСОБ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ И/ИЛИ АЭРАЦИИ ЖИДКОСТЕЙ, В ОСОБЕННОСТИ СТОЧНЫХ ВОД, В ОСОБЕННОСТИ С ПОМОЩЬЮ ЗАТОПЛЯЕМОГО АЭРАТОРА Российский патент 2012 года по МПК B01F3/04 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к способу перемешивания жидкостей, в особенности сточных вод, в особенности с помощью затопляемого погружного аэратора, содержащего, по меньшей мере, одно аэрационное устройство, расположенное на несущем устройстве.

Уровень техники

Современные установки для очистки сточных вод должны денитрифицировать сточные воды для достижения требуемой пороговой величины содержания нитратов. Денитрификация, то есть отделение связанного в нитрате кислорода и за счет этого высвобождение молекулярного азота, осуществляется в несколько биологических шагов с помощью соответствующих бактерий в бескислородной среде, то есть при отсутствии в реакторе растворенного кислорода.

Для оптимальной денитрификации требуется, с одной стороны, интенсивное перемешивание биомассы (бактерий) со сточными водами для увеличения пограничной площади и быстрого отвода денитрифицированной среды, и с другой стороны, наличие способных к разрушению углеродных соединений. Так, в первую очередь, аэробное С-разрушение, упрощенно говоря, «заставляет» денитрификацию отбирать кислород из нитрата.

В настоящее время этот процесс проводят с помощью различных шагов способа, причем в основном все шаги способа отличаются созданием бескислородной среды. В зависимости от величины концентрации азота в подаваемой среде требуются и являются обычными бескислородные объемы до 50% общего объема реактора.

Однако общая задача очистки в установке для очистки сточных вод (окисление углеродных продуктов, окисление аммония) требует в основном кислородной среды, в которой осуществляется главная аэробная очистка (разрушение углеродных соединений и аммония). При этом в таком реакторе с преобладающей кислородной средой невозможна никакая денитрификация.

Для решения этой проблемы существуют различные обходные пути, называемые одновременной денитрификацией, предшествующей денитрификацией и последующей денитрификацией.

При предшествующей денитрификации ил обратного стока (биомассу, смешанную с богатыми нитратами сточными водами) обычно направляют в отдельный бассейн, где его перемешивают с подаваемым потоком воды (с высоким содержанием углерода).

При одновременной денитрификации шаги способа проводят одновременно в одном реакторе, причем кислородный/бескислородный объемы отделяют друг от друга либо пространственно (путем целенаправленного дросселирования аэрации создают зоны в бассейне), либо по времени (путем циклического запуска и остановки аэрации). Используются также комбинации этих способов.

При последующей денитрификации, как подсказывает ее название, денитрификация следует за собственно аэрацией. Все три способа имеют свои преимущества и недостатки, причем последующая денитрификация считается несовременной.

В целом можно отметить, что одновременная денитрификация дает наибольшие преимущества. Для этого имеются следующие аргументы.

При аэрации бассейна имеет место нормальное разрушение (окисление) С и аммония. Если требуется одновременная денитрификация, аэрация должна быть либо локально снижена путем дросселирования, либо полностью остановлена. Однако для того чтобы обеспечить циркуляцию определенного реакторного объема, необходим определенный минимальный ввод воздуха, чтобы удерживать биомассу во взвешенном состоянии и за счет этого обеспечить возможность денитрификации и предотвратить осаждение ила.

Если аэрация прекращается полностью, должны использоваться перемешивающие устройства, чтобы обеспечить необходимый пограничный обмен веществ, как это и принято на практике. Если же осуществляется только дросселирование, может получиться так, что вводится слишком много кислорода и, соответственно, не создается бескислородных зон для эффективной денитрификации. Прежде всего это относится к случаям, когда подаваемые сточные воды имеют низкую концентрацию углерода. При этом требуемые для циркуляции количества воздуха всегда превышают те количества воздуха (или потребление кислорода), которые требуются бактериям для окисления.

Из европейского патентного документа ЕР 0249172 В1 (Nordenskjöld) известен способ аэрации и циркуляции сточных вод и активного ила с целью нитрификации и денитрификации с помощью множества перемещающихся над дном донных аэраторов, которые периодически проходят над дном. При этом для образования малоснабжаемых воздухом зон сточных вод или активного ила некоторые донные аэраторы целенаправленно имеют заниженную подачу воздуха, чтобы создавать зоны в бескислородном состоянии, обеспечивающие возможность денитрификации.

Недостаток системы заключается в том, что она требует множества подверженных отказам конструктивных компонентов, таких как запорные клапаны.

Из уровня техники известно множество средств и способов аэрации и приведения в движение сточных вод.

Так например, из патентного документа DE 19621116 С2 (Invent) известен донный распределитель газа, к которому может подсоединяться, по меньшей мере, один эластичный перфорированный шланг с подачей в него газа и который содержит полый корпус, сообщающийся с аэрационным устройством. Этот полый корпус предусмотрен в качестве донного распределителя для снабжения аэрационного устройства. Для того чтобы при эксплуатации в водоочистных установках удерживать такое устройство вблизи дна, необходимо предусмотреть соответствующие грузы, чтобы компенсировать плавучесть, обусловленную полыми пространствами в донном распределителе.

Из патентного документа DE 4001201 С1 (Nordenskjöld) известен плавучий аэратор для ввода воздуха в водную массу, в котором используемый в качестве так называемого погружного аэратора донный аэратор с помощью соединительных трубопроводов снабжается воздухом для аэрации водной массы. Донные аэраторы имеют ограниченный срок службы и, кроме того, подлежат периодической очистке или проверке через определенные промежутки времени очистных работ. Для этого донные аэраторы должны быть подняты из бассейна, как правило, в процессе эксплуатации установки по очистке или осветлению вод. Поскольку донные аэраторы при работе должны компенсировать плавучесть, они, как правило, снабжены балластными грузами. Подъем донного аэратора представляет собой тяжелую работу. Донный аэратор должен быть доставлен на водную поверхность, например, из бассейна для активного ила водоочистной установки, затем обслужен (очистка, инспекция, при необходимости ремонт) и затем снова погружен. Эти операции требуют больших затрат времени и средств и опасны для выполняющего их персонала. Кроме того, соответствующие компоненты плавучего аэратора или донного аэратора или даже погружного аэратора подвержены большим нагрузкам и напряжениям. В особенности для аэраторов с мембранными оболочками трудно предотвратить повреждения чувствительных мембран.

Из патентного документа US 5906774 (Parkson) известен плавучий аэратор с соединенным посредством штанги погружным аэратором, причем в области погружного аэратора расположены отдельные от него дополнительные так называемые надувные корпуса плавучести, которые должны способствовать решению описанной проблемы при подъеме погружного аэратора. Устройство работает таким образом, что для подъема погружного аэратора дополнительно расположенные корпуса плавучести надуваются и помогают подъему погружного аэратора на водную поверхность. Это значительно облегчает проведение операций обслуживания погружного аэратора. Однако такое устройство имеет тот важный недостаток, что надувные корпуса плавучести образуют дополнительно расположенные вокруг погружного аэратора конструктивные компоненты. Как в не надутом, так и в надутом состоянии помимо неудобной формы они подвержены повреждениям, а при пробивке каким-либо предметом полностью выходят из строя и не могут выполнять свои функции.

При эксплуатации водоочистных установок используются плавучие аэраторы, то есть поплавки, к которым подвешены поружные аэраторы, погруженные в воду установки для вдувания в воду воздуха или газов. В особенности в установках для очистки сточных вод такие устройства используются для аэрации активного ила. Другим примером использования является обогащение водной массы кислородом. В принципе известным образом здесь функционирует система аэрации под давлением, в которой атмосферный воздух всасывается компрессором и распределяется посредством распределительной системы трубопроводов на так называемые погружные аэраторы. Их задача, как правило, состоит в том, чтобы выпускать нагнетаемый воздух в виде мелких пузырьков, которые стремятся подняться от погружного аэратора к водной поверхности и на своем пути отдают кислород воде. При анаэробном способе такие устройства используются также для вдувания газов по тому же принципу, в особенности для создания циркуляции. По сравнению с классическими осветлительными установками с закрепленными на дне бассейна аэрационными элементами плавучая аэрация обладает особенными преимуществами. По этой причине плавучая аэрация с недавнего прошлого применяется очень интенсивно.

С увеличением размеров отдельных установок возрастает также число аэрационных элементов в расчете на одну установку. Скоро речь пойдет уже о нескольких тысячах аэрационных элементов в одной установке. Известны устройства, в которых так называемые аэрационные свечи собираются в комплект, подвешиваются с помощью соединительных линий, например шлангов или трубопроводов, на плавучем распределителе воздуха и работают вблизи дна под водой. В качестве аэрационных свечей известны так называемые трубчатые аэраторы из полиэфира или керамики или перфорированные мембранные материалы, как правило натянутые на опорные корпуса. В последние годы на рынке распространились аэраторы с перфорированными мембранами, так как они обеспечивают возможность наибольшего использования кислорода. Кроме того, стали использоваться так называемые дисковые или тарельчатые аэраторы.

Установки растущих размеров требуют все более обширных бассейнов и все больших водных глубин, которые уже сегодня достигают шести метров. Соответственно, по экономическим соображениям все больше аэрационных свечей комплектуется в одно аэрационное устройство. Существенная особенность работоспособного «плавучего» погружного аэратора или плавучей аэрации состоит в том, что помещенные под водой компоненты при эксплуатации устойчиво работают на высоте их использования и не имеют слишком высокой плавучести, которая приводила бы к всплытию и нарушению функциональной способности погружного аэратора. Так например, если плавучесть слишком велика, аэрационные устройства занимают при нормальной эксплуатации неустойчивое положение. Это может приводить к их частичному всплытию, зацеплению друг за друга с опасностью для эффективной работы всего аэрационного устройства или даже к повреждениям. Кроме того, легко представить себе, что в такой ситуации совершающие неконтролируемые движения устройства могут повреждать друг друга. Оптимально сконструированный погружной аэратор имеет ровно столько собственного веса, сколько ему нужно, с одной стороны, для создания силы удержания в устойчивом положении при эксплуатации. С другой стороны, собственный вес должен лежать в диапазоне величин, который обеспечивает возможность выполнения с ним операций для персонала по монтажу и эксплуатации.

Описанные аэрационные устройства по условиям эксплуатации подвергаются высокому износу. Они должны проходить очистку через определенные промежутки времени, а мембраны должны заменяться, так как срок их службы ограничен. Для этого аэрационные устройства или погружные аэраторы, на которых они установлены, нужно поднять из воды на водную поверхность. Как правило, это происходит на полном рабочем ходу установки, поскольку она не может быть отключена. Извлечение аэраторов из воды - тяжелое мероприятие, связанное с большими затратами и опасностью травм. Как правило, для этого требуется несколько человек. Особая трудность состоит в том, что все находящиеся под водой наружные поверхности становятся очень скользкими из-за слизистого «биологического» обрастания. Это дополнительно затрудняет обращение с плавучими аэраторами. Кроме того, при вытягивании из воды аэраторы и вспомогательные устройства часто подвергаются таким нагрузкам, что возможны повреждения материалов, такие как смятие шлангов, разрушение подсоединений шлангов и повреждение аэрационных мембран. Особенно негативным следствием длительных операций с отдельным плавучим или погружным аэратором может быть отложение активного ила в водной зоне обработки этим аэратором. При этом создается опасность того, что этот активный ил будет поврежден и вследствие этого будет нарушен биологический процесс в целом.

Раскрытие изобретения

Задачей изобретения является создание способа, позволяющего устранить или, по меньшей мере, значительно снизить недостатки известных решений уровня техники, а также создание погружного аэратора для осуществления этого способа.

В соответствии с изобретением решение поставленной задачи достигается за счет способа перемешивания и/или аэрации жидкостей, в особенности сточных вод, содержащего следующие циклически повторяемые шаги а) и b):

a) аэрируют жидкость в течение предварительно определенного первого промежутка (t1) времени с помощью погружного аэратора, содержащего, по меньшей мере, одно аэрационное устройство, расположенное на выполненном в виде затопляемого полого корпуса несущем устройстве, причем полый корпус затопляют, а через аэрационное устройство в жидкость подают воздух, за счет чего в жидкости обеспечивается возможность нитрификации,

b) перемешивают жидкость в течение предварительно определенного второго промежутка (t2) времени с помощью погружного аэратора, причем подачу воздуха через аэрационное устройство дросселируют или прекращают, при этом ранее затопленный полый корпус опорожняют путем снабжения воздухом под давлением для его заполнения газом или воздухом, в результате чего погружной аэратор принимает на себя функцию перемешивающего устройства, поднимается в жидкости наверх и перемешивает жидкость, за счет чего в жидкости обеспечивается возможность денитрификации.

Преимущества способа по изобретению заключаются, помимо прочих, в том, что после определенного промежутка времени аэрации следует промежуток времени без аэрации, в течение которого в данной области жидкости создается бескислородная зона, поскольку аэрация в ней полностью прекращена. Вместо фазы аэрации вводится фаза перемешивания за счет циклического затопления и удаления полого корпуса. Благодаря этому циклическому затоплению и удалению полого корпуса достигается постоянное движение аэратора вверх и вниз, посредством которого и осуществляется перемешивание.

Во время этого довольно резкого перемещения жидкости случайные выходы воздуха оказывают незначительное влияние на содержание кислорода в жидкости, поскольку, с одной стороны, количество воздуха значительно ниже, чем при нормальной аэрации, и с другой стороны, случайно выходящий воздух образует такие крупные пузыри, что не происходит передачи кислорода, так что бескислородное состояние не подвергается опасности. Специалисту в данной области известно, как это уже подробно описывалось выше, что для денитрификации требуются бескислородные состояния, которые затем должны прерываться кислородными состояниями, чтобы обеспечивать возможность нитрификации.

В предпочтительном решении по развитию изобретения первый и второй промежутки (t1, t2) времени регулируют посредством управляющего устройства. Преимущество решения заключается в том, что может достигаться денитрификация, точно отрегулированная в соответствии с нагрузкой жидкости.

Решение поставленной задачи достигается также за счет погружного аэратора, содержащего по меньшей мере одно расположенное на несущем устройстве аэрационное устройство. Погружной аэратор содержит по меньшей мере один затопляемый полый корпус, образованный несущим устройством.

Устройство по изобретению дает ряд преимуществ. Выполненное в виде затопляемого полого корпуса несущее устройство для аэрационного устройства решающим образом помогает снизить плавучесть погружного аэратора, когда он в процессе эксплуатации заполнен водой. За счет этого можно также частично обойтись без дополнительных грузов для погружного аэратора, которые должны компенсировать его плавучесть настолько, чтобы он устойчиво висел на своей рабочей высоте. Другими словами, можно свести эти грузы до минимума, чтобы собственный вес погружного аэратора не был слишком велик.

В предпочтительном примере осуществления изобретения затопляемый полый корпус выполнен в виде удлиненной трубы. Преимущество решения заключается в том, что для изготовления погружного аэратора могут использоваться недорогие стандартные компоненты.

В предпочтительном примере осуществления изобретения выполненное в виде затопляемого полого корпуса несущее устройство погружного аэратора выполнено в виде трубы прямоугольного, круглого или эллиптического сечения. Благодаря этому может достигаться выгодное индивидуальное приспособление погружного аэратора к предпочтительным аэрационным устройствам.

В предпочтительном примере осуществления изобретения затопляемый полый корпус оснащен устройством подвода воздуха под давлением для заполнения полого корпуса газом или воздухом. При этом все устройство может быть особенно просто доставлено к водной поверхности. Для этого в затопляемый полый корпус подается воздух под давлением, а находящаяся в нем вода удаляется, и поскольку полый корпус уже не затоплен, погружной аэратор может всплывать. Снабжение воздухом под давлением может осуществляться альтернативно от источника воздуха под давлением на лодке технического обслуживания, от предназначенной для этого системы снабжения в установке или путем соответствующего использования воздуха, предназначенного для аэрации воды.

В предпочтительном примере осуществления изобретения несущее устройство погружного аэратора содержит по меньшей мере частично окружающую его перфорированную мембрану и газовый подвод для подачи газа между несущим устройством и мембраной. За счет этого выгодным образом могут быть значительно проще реализованы уже известные из уровня техники аэрационные устройства, в особенности в комбинации с решением по изобретению. Выполненное в виде удлиненной трубы несущее устройство одновременно образует своей наружной стенкой боковую стенку прохода для воздуха. Другая стенка этого прохода образована пористой мембраной, которая герметично уплотнена относительно несущего устройства, не считая пор.

В предпочтительном примере осуществления изобретения полый корпус погружного аэратора содержит, по меньшей мере, первую торцевую часть, расположенную в первой концевой области полого корпуса, с первым каналом для снабжения аэрационного устройства и вторым каналом для заполнения полого корпуса газом или воздухом. Из уровня техники известен целый ряд способов расположения аэрационных устройств ниже уровня водного зеркала на постоянной высоте. По сравнению с ними решение по изобретению обеспечивает создание удобной для монтажа конструкции, содержащей немного компонентов. Это дает значительные экономические преимущества, а также экономию времени при монтаже и обслуживании погружного аэратора.

В особенно предпочтительном примере осуществления изобретения погружной аэратор отличается тем, что он в своей второй концевой области полого корпуса, противоположной первой концевой области полого корпуса, содержит вторую торцевую часть с каналом подачи для снабжения аэрационного устройства газом или воздухом и выпускным каналом. За счет этого выгодным образом обеспечивается повышенная, например удвоенная, подача воздуха за тот же промежуток времени и при тех же скоростях.

В следующем предпочтительном примере осуществления изобретения погружной аэратор отличается тем, что подвешен с помощью по меньшей мере двух устройств подвески. За счет этого он может быть подвешен в точном горизонтальном положении, что способствует равномерности образования пузырьков при аэрации.

В следующем предпочтительном примере осуществления изобретения погружной аэратор отличается тем, что по меньшей мере одно из устройств подвески выполнено в виде трубопровода снабжения для аэрационного устройства. Решение дает преимущество в упрощении устройства и в снижении риска запутывания между устройствами подвески и устройствами снабжения.

В следующем предпочтительном примере осуществления изобретения погружной аэратор отличается тем, что выпускной канал в положении использования расположен вблизи основания полого корпуса. При удалении погружного аэратора это выгодным образом облегчает вытеснение находящейся в полом корпусе текучей среды и препятствует короткому прямому потоку используемых для вытеснения газов над основанием полого корпуса.

В предпочтительном примере осуществления изобретения первый канал торцевой части снабжен обратными клапанами, которые препятствуют потоку жидкости, такой как сточные воды, из полого корпуса через первый канал. За счет этого надежно обеспечивается невозможность проникновения нежелательных материалов в линию снабжения воздухом аэрационного устройства.

В предпочтительном примере осуществления изобретения погружной аэратор отличается тем, что снабжен дополнительным балластным грузом. Это обеспечивает возможность настройки устройства по изобретению в соответствии с конкретными требованиями или рамочными условиями, предъявляемыми сточными водами или эксплуатацией погружного аэратора.

В предпочтительном примере осуществления изобретения погружной аэратор отличается тем, что полый корпус выполнен в виде плоского цилиндра, на цилиндрической окружной поверхности которого укреплены расположенные по схеме звезды выступающие наружу аэрационные устройства, например, в виде аэрационных свечей или подобных устройств. Такое выполнение погружного аэратора обеспечивает возможность использования принципов изобретения также и при других конфигурациях погружных аэраторов, в особенности таких, которые применяются в качестве децентрализованных отдельных аэраторов.

В предпочтительном примере осуществления погружного аэратора по изобретению он отличается тем, что полый корпус выполнен в виде плоского цилиндра, на верхней торцевой поверхности которого закреплены аэрационные устройства. Здесь так же, как и в предыдущем описанном примере выполнения, обеспечивается возможность индивидуальной настройки устройства в соответствии с конкретной, возможно уже существующей системой, причем здесь особенно явно проявляются превалирующие преимущества устройства по изобретению, то есть возможность не создающего проблем подъема погружного аэратора.

В предпочтительном примере осуществления изобретения погружной аэратор отличается тем, что затопляемый полый корпус выполнен в виде удлиненной трубы, на наружной стенке которой закреплены аэрационные устройства, отходящие от нее, по существу, перпендикулярно ей. Решение дает те же преимущества, что и два описанных выше примера осуществления. Эти преимущества заключаются в возможности адаптации и включения устройства по изобретению в уже существующие установки или в возможности создания комбинаций устройства по изобретению с различными вариантами компоновки, полыми корпусами и аэрационными устройствами в различных примерах выполнения.

Другие особенности и преимущества изобретения следуют из зависимых пунктов формулы изобретения.

Краткое описание чертежей

Далее со ссылками на прилагаемые чертежи будут подробно описаны примеры осуществления изобретения. На чертежах:

фиг.1 очень схематично изображает на виде с частичным разрезом погружной аэратор по изобретению в одном примере выполнения,

фиг.2 изображает в перспективе погружной аэратор по фиг.1,

фиг.3 очень схематично изображает на виде в перспективе погружной аэратор по изобретению в другом примере выполнения,

фиг.4 очень схематично изображает на виде в перспективе погружной аэратор по изобретению в следующем примере выполнения,

фиг.5 схематично изображает в разрезе погружной аэратор по фиг.4,

фиг.6 изображает погружной аэратор по изобретению в следующем примере выполнения,

фиг.7 изображает погружной аэратор по изобретению в следующем примере выполнения,

фиг.8 изображает в перспективе существенные конструктивные признаки погружного аэратора по фиг.7,

фиг.9 изображает погружной аэратор по изобретению в следующем примере выполнения,

фиг.10 изображает погружной аэратор по изобретению в следующем примере выполнения.

Осуществление изобретения

На фиг.1 очень схематично представлен погружной аэратор 4 с несущим устройством 3, на котором установлено аэрационное устройство 1. Несущее устройство 3 выполнено в виде затопляемого полого корпуса 2 с полым пространством 10, которое для большей наглядности здесь и в дальнейшем показано заштрихованным перекрестной штриховкой. Через газовый подвод 6 в аэратор подается по стрелке L, например, воздух, который проходит через несущее устройство 3 в аэрационное устройство 1. В области несущего устройства 1 стрелками B символически показан путь воздушных пузырьков, выходящих из аэрационного устройства 1 и поднимающихся к водной поверхности. Как показано на фиг.1 и 2, здесь несущее устройство 3 в виде затопляемого полого корпуса 2 выполнено в виде удлиненного прямоугольного параллелепипеда. В процессе работы погружного аэратора заштрихованная крест-накрест площадь в полом корпусе 2 может заполняться жидкостью или затопляться. За счет этого плавучесть погружного аэратора по изобретению снижается пропорционально затоплению полого корпуса 2 и достигается его устойчивое положение, например, вблизи схематично показанного дна 7.

Фиг.3 изображает погружной аэратор по изобретению в другом примере выполнения. Здесь несущее устройство 13 выполнено заодно с полым корпусом 12 в виде плоского цилиндра. На поперечине 18, которая, как это показано на фиг.3, соединена с несущим устройством 13 с возможностью прохода воздуха, расположены аэрационные устройства 11 со схематично показанными аэрационными свечами 15. Особое преимущество данного решения состоит в том, что затопляемый полый корпус 12 предназначен для всей батареи аэрационных свечей 15. В принципе подача воздуха в аэрационные устройства 11 осуществляется аналогично обеспечению газом в примере выполнения по фиг.1 и 2. Так, аэрационные устройства 11 снабжаются воздухом, который подается по стрелке L через газовый подвод 16, а воздушные пузырьки выходят из аэрационного устройства 11 по стрелкам B и поднимаются к водной поверхности.

На фиг.4 показан погружной аэратор 24 в следующем примере выполнения. Он содержит центральное несущее устройство 23 или центральный полый корпус 22, на котором по схеме звезды расположены аэрационные устройства 21. Аэрационные устройства 21 снабжаются аэрационным газом через газовый подвод 26 с распределением по схеме звезды. Для лучшего понимания решения по фиг.4 на фиг.5 погружной аэратор по фиг.4 схематично показан в разрезе. Воздух поступает по газовому подводу 26 и далее через воздушный канал 29 в аэрационное устройство 21, чтобы затем подняться по стрелкам B к водной поверхности.

На фиг.6 показан звездообразный погружной аэратор 34 по изобретению в следующем примере выполнения. Принцип действия его компонентов аналогичен описанному для примера выполнения по фиг.3 и 4. Решение обладает тем же упомянутым для решения по фиг.3 преимуществом в том, что множество аэрационных устройств скомбинированы с единственным затопляемым полым корпусом 32.

На фиг.7 показан погружной аэратор 44 по изобретению в следующем примере выполнения. Он содержит несущее устройство 43, которое одновременно выполняет функцию полого корпуса 42. Здесь газовый подвод 46 подсоединен с помощью не описываемого здесь соединительного устройства к торцевой части 401, которая плотно закрывает левую сторону погружного аэратора 41 во внутренней области несущего устройства 43, образующего полый корпус 42. В торцевой части 401 имеется канал 49 подачи газа, по которому воздух проходит и далее поступает через проточки 402 в несущем устройстве 43 в пространство между наружной стенкой 413 несущего устройства 43 и мембраной 403, окружающей наружную стенку 413. Далее воздух выходит через поры 404 мембраны 403 и может подниматься к водной поверхности по стрелкам В. Хомуты 405 закрепляют путем зажима мембрану 403 на наружной поверхности несущего устройства 43 или полого корпуса 42, выполненного, например, цилиндрическим. Внутреннее затопляемое полое пространство 410 показано заштрихованным перекрестной штриховкой. Подвод 406 воздуха под давлением также подсоединен к торцевой части 401 и сообщается с каналом 409, по которому полое пространство 410 полого корпуса 42 может быть заполнено воздухом под давлением. При этом находящаяся в полом пространстве 410 жидкость вытесняется по выпускному каналу 411, расположенному на правой стороне в торцевой части 412 погружного аэратора 41. При подаче воздуха под давлением по стрелке DL через подвод 406 и канал 409 в торцевой части 401 в полое пространство 410 погружного аэратора 41 находящаяся в полом пространстве 410 жидкость вытесняется по выпускному каналу 411 и удаляется из него. При этом плавучесть погружного аэратора 41 повышается, и он поднимается к водной поверхности.

За счет конструкции погружного аэратора в соответствии с изобретением посредством «закачивания» или опорожнения затопляемого полого корпуса с помощью воздуха под давлением погружной аэратор можно без проблем поднимать на водную поверхность для технического обслуживания. По окончании технического обслуживания погружной аэратор вновь опускают в воду, и полый корпус автоматически затопляется, так что погружной аэратор опускается в свое рабочее положение.

На фиг.7 показано также дно 47 бассейна, вблизи которого предусмотрено место использования погружного аэратора 41. В зависимости от толщины 414 и веса боковой стенки полого корпуса 42, а также материала полого корпуса 42 и объема полого пространства 410 можно настраивать желаемую плавучесть погружного аэратора 41.

Для упрощения представления на нижней стороне погружного аэратора 41 в чрезвычайно преувеличенном виде показано положение мембраны 403' при аэрации. При подаче воздуха под давлением между наружной поверхностью 413 полого корпуса 42 и мембраной 403 создается избыточное давление. Поры 404 эластичной мембраны 403 открываются и выпускают воздух из погружного аэратора 41 в направлении стрелок В.

На каналах 409 и 49 подачи газа в торцевой части 401 выборочным образом могут быть установлены обратные клапаны 407 и/или 408, чтобы предотвращать обратный поток жидкости из полого пространства 410 в каналы 409 или 49 подачи и тем самым загрязнение соответствующих воздушных трубопроводов 406 и 46.

На фиг.8 показаны существенные конструктивные признаки погружного аэратора 41 по фиг.7, который здесь показан в перспективе.

Само собой разумеется, что принципиальное решение по изобретению может использоваться также в тарельчатых аэраторах, имеющих конструктивные признаки, описанные применительно к примеру выполнения по фиг.7. Использование принципиального решения погружного аэратора по изобретению возможно в бесчисленном множестве вариантов осуществления. Определяемая пунктами формулы сфера защиты изобретения не ограничивается показанными примерами выполнения.

Показанный на фиг.9 погружной аэратор снабжен на левой стороне трубопроводом 521 снабжения, который обычно проходит наверх навстречу стрелке L, например, к не показанному источнику воздуха. Трубопровод 506 снабжения воздухом под давлением питает полое пространство воздухом для заполнения его газом или воздухом и удаления находящейся в нем жидкости для подъема погружного аэратора. Погружной аэратор может быть подвешен с помощью показанных сплошными или штриховыми линиями устройств 520 подвески. Однако он может быть подвешен также исключительно с помощью трубопровода 521 снабжения и одного из устройств 520 подвески или с помощью двух устройств 520 подвески.

Фиг.10 изображает следующий погружной аэратор, который показан с вырывом в середине длины. По сравнению с погружным аэратором по фиг.7 и 8 он снабжен газовыми подводами 46 от источника L воздуха на обоих концах. Выпускные каналы для вытесняемой жидкости могут быть выполнены на подходящей стороне на одной торцевой части, например, таким образом, как это показано и описано в примере выполнения по фиг.7 и 8. Само собой разумеется, что на этом погружном аэраторе по фиг.10 могут быть предусмотрены описанные выше устройства подвески.

Процесс перемешивания чередуют с процессом аэрации следующим образом.

Если после проведенной известным образом аэрации желательна фаза денитрификации, для введения бескислородной фазы в зоне вокруг погружного аэратора прекращают аэрацию посредством того, что прекращают подачу воздуха через каналы 46, 49 от трубопровода (трубопроводов) 521 снабжения. Затем в полое пространство 410 подают воздух под давлением по подводу 406 и каналу 409 и через выпускные каналы 411, 511 вытесняют находящуюся в нем текучую среду -, как правило, жидкость, такую как вода или сточные воды. При этом поднимается та сторона погружного аэратора, на которой на нем расположен подвод воздуха, погружной аэратор поворачивается в вертикальное положение и в заключение устанавливается в этом вертикальном положении во время подъема к водной поверхности. Процесс происходит точно так же, как при подъеме погружного аэратора для инспекции. После подъема подачу воздуха под давлением в полое пространство прекращают. Это приводит к тому, что полое пространство вновь заполняется жидкостью по выпускным каналам 411, 511, становится тяжелее и опускается при снижении плавучести. Когда погружной аэратор достигает своего нижнего положения, ограниченного устройствами подвески, процесс повторяется, то есть осуществляется новое опорожнение полого пространства 410 с тем результатом, что погружной аэратор вновь поднимается.

Таким образом, согласно изобретению бескислородная фаза для денитрификации создается за счет поочередного затопления и опорожнения полого пространства погружного аэратора, причем последний постоянно поднимается и опускается поочередно и таким путем «работает» в качестве мешалки.

Благодаря этому перемещению погружного аэратора, который при этом выполняет только функцию перемешивания, обеспечивается перемешивание воды и предотвращается оседание ила.

Для окончания денитрификации этот процесс заканчивают, погружной аэратор затопляют и в его «погружном положении» снова подают в него воздух для аэрации.

Перечень позиций

1, 11, 21, 31 Аэрационное устройство

2, 12, 22, 32, 42 Затопляемый полый корпус

3, 13, 23, 33 Несущее устройство

4, 14, 24, 34, 41, 44 Погружной аэратор

5, 15, 25, 35 Аэрационные свечи или мембранный аэратор

6, 16, 26, 36, 46 Газовый подвод

7, 47 Дно

9, 29 Воздушный канал

10 Полое пространство

18 Поперечина

49 Первый канал подачи

59 Второй канал подачи

401 Первая торцевая часть

402 Канал

403, 403' Мембрана

404 Пора

405 Хомут

406 Подвод воздуха под давлением

407 Обратный клапан

408 Обратный клапан

409 Канал

410 Полое пространство

411 Выпускной канал

412 Торцевая часть

413 Цилиндрическая наружная стенка

414 Толщина стенки

415 Дно

501 Торцевая часть

502 Канал

509 Канал

511 Выпускной канал

515 Дно

520 Устройство подвески

521 Трубопровод снабжения

B Стрелка направления движения пузырьков

L Стрелка направления подачи воздуха

DL Стрелка направления подачи воздуха под давлением

Изобретение относится к способу перемешивания и/или аэрации жидкостей, в особенности сточных вод, и может использоваться для очистки сточных вод. Жидкость аэрируют в течение первого промежутка времени с помощью погружного аэратора, содержащего аэрационное устройство, расположенное на выполненном в виде затопляемого полого корпуса несущем устройстве. Полый корпус затопляют, а через аэрационное устройство в жидкость подают воздух, за счет чего в жидкости обеспечивается возможность нитрификации. Далее жидкость перемешивают в течение второго промежутка времени с помощью погружного аэратора, причем подачу воздуха через аэрационное устройство дросселируют или прекращают, а ранее затопленный полый корпус опорожняют для его заполнения газом или воздухом. В результате этого погружной аэратор принимает на себя функцию перемешивающего устройства, поднимается в жидкости наверх и при этом перемешивает жидкость, за счет чего в жидкости обеспечивается возможность денитрификации. Технический результат состоит в возможности обеспечения нитрификации и денитрификации сточных вод в одном устройстве. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Способ перемешивания и/или аэрации жидкостей, в особенности сточных вод, содержащий следующие циклически повторяемые шаги а) и b):
a) аэрируют жидкость в течение предварительно определенного первого промежутка (t1) времени с помощью погружного аэратора, содержащего по меньшей мере одно аэрационное устройство (1), расположенное на выполненном в виде затопляемого полого корпуса (2, 42) несущем устройстве (3, 43), причем полый корпус (2, 42) затопляют, а через аэрационное устройство в жидкость подают воздух с обеспечением возможности нитрификации в жидкости,
b) перемешивают жидкость в течение предварительно определенного второго промежутка (t2) времени с помощью погружного аэратора, причем подачу воздуха через аэрационное устройство (1) дросселируют или прекращают, при этом ранее затопленный полый корпус (2, 42) опорожняют путем снабжения воздухом под давлением для его заполнения газом или воздухом, в результате чего погружной аэратор принимает на себя функцию перемешивающего устройства, поднимается в жидкости наверх и перемешивает жидкость с обеспечением возможности денитрификации в жидкости.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что первый и второй промежутки (t1, t2) времени регулируют посредством управляющего устройства.

3. Погружной аэратор для осуществления способа по п.1 или 2, содержащий по меньшей мере одно аэрационное устройство (1), расположенное на несущем устройстве (3, 43), причем погружной аэратор содержит по меньшей мере один затопляемый полый корпус (2, 42), образованный несущим устройством (3, 43).

4. Погружной аэратор по п.3, отличающийся тем, что затопляемый полый корпус (2, 42) выполнен в виде удлиненной трубы.

5. Погружной аэратор по п.4, отличающийся тем, что затопляемый полый корпус (2) выполнен в виде трубы прямоугольного, круглого или эллиптического сечения.

6. Погружной аэратор по любому из пп.3-5, отличающийся тем, что затопляемый полый корпус (2) оснащен устройством подвода воздуха под давлением для заполнения полого корпуса (2) газом или воздухом.

7. Погружной аэратор по любому из пп.3-5, отличающийся тем, что содержит перфорированную мембрану (403), по меньшей мере частично окружающую несущее устройство (3, 43), и газовый подвод (402) для подачи газа между несущим устройством (43) и мембраной (403).

8. Погружной аэратор по п.7, отличающийся тем, что содержит, по меньшей мере, первую торцевую часть (401), расположенную в первой концевой области полого корпуса (2), с первым каналом (49) для снабжения аэрационного устройства (1) воздухом под давлением и вторым каналом (409) для заполнения полого корпуса (2, 42) газом или воздухом, а также выпускной канал (411), расположенный во второй концевой области, противоположной первой концевой области, для вытеснения текучей среды, находящейся в полом корпусе.

9. Погружной аэратор по п.8, отличающийся тем, что содержит расположенную во второй концевой области полого корпуса (2), противоположной первой концевой области полого корпуса (2), вторую торцевую часть с каналом (59) подачи для снабжения аэрационного устройства (1) газом или воздухом и выпускным каналом (511).

10. Погружной аэратор по п.8, отличающийся тем, что подвешен с помощью по меньшей мере двух устройств (520) подвески.

11. Погружной аэратор по п.10, отличающийся тем, что по меньшей мере одно из устройств подвески выполнено в виде трубопровода (521) снабжения для аэрационного устройства (1).

12. Погружной аэратор по любому из пп.9-11, отличающийся тем, что выпускной канал (411) в положении использования расположен вблизи основания полого корпуса.

13. Погружной аэратор по любому из пп.8-11, отличающийся тем, что первый канал (49) и/или второй канал (409) снабжены обратными клапанами (407, 408), которые препятствуют потоку жидкости из полого корпуса (2) через первый или второй канал (409).

14. Погружной аэратор по любому из пп.3-5, отличающийся тем, что снабжен дополнительным балластным грузом.

15. Погружной аэратор по любому из пп.3-5, отличающийся тем, что полый корпус (2) выполнен в виде цилиндра, на цилиндрической окружной поверхности которого закреплены расположенные по схеме звезды выступающие наружу аэрационные устройства (21, 31).

16. Погружной аэратор по любому из пп.3-5, отличающийся тем, что полый корпус (2) выполнен в виде цилиндра, на верхней торцевой поверхности которого закреплены аэрационные устройства.

17. Погружной аэратор по п.4 или 5, отличающийся тем, что затопляемый полый корпус выполнен в виде удлиненной трубы, на наружной стенке которой закреплены аэрационные устройства (11), отходящие от нее, по существу, перпендикулярно.