Устройство для аэрации сточных вод Советский патент 1984 года по МПК C02F3/20 

Изобретение относится к системам аэрации сточных вод в емкостях биол гической очистки, а также к переме.шивающим жидкость устройствам в емкостях больших объемов и может быть использовано в коксохимической, химической, нефтехимической, микробиологической и других отраслях про мьшшенности, а также в коммунальном И рыборазводящем хозяйствах. Известно устройство для аэрации сточных вод, содержащее емкость и вертикально установленные в ней открытые с обоих концов направляющие трубы с барботерами, соединенными с системой подачи воЗДуха низкого дав ления. Нижние концы труб расположены на небольшом расстоянии от дна, верхние - несколько вьше уровня жидкости. Трубы выполнены из полимерного материала. В качестве примера приводится бассейн объемом 1300 м% в котором установлено 136 труб. Уровень воды в бассейне 4м. Трубы равномерно расположены напло щади 325 м% расстояние между труба составляет 1,75 м. Диаметр труб рав 0,25 м, т.е. трубы расположены одна от другой на расстоянии 7 диаметров труб. Расход воздуха на одну трубу составляет 55,1 нм/ч . Недостатком данного устройства является низкая величина скорости жидкости в придонной части емкости, обусловленная равномерным расположе нием труб по площади емкости на зна чительном удалении одна от другой (около 7 диаметров). Указанное расположение труб, как правило, не обеспечивает необходимую величину придонной скорости жидкости в емкости - 0,25-0,3 м/с. Кроме того, большая высота труб, выступающих над уровнем жидкости, наряду с их значительной, удалённостью друг от друга исключает воз-можность взаимодействия восходявдах газожидкостных потоков от отдельных труб при их подъеме в слое жидкости что снижает эффективность работы устройства. Цель изобретения - повышение эфф тивности аэрации путем увеличения п донных скоростей воды и обеспечения взаимодействия соседних восходя щих газожидкостных потоков. Указанная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем емкость и вертикально установленные в ней открытые с обоих концов направляющие трубы с б.арботерами, соединенньо4И с системой подачи воздуха низкого давления, трубы сгруппированы в пакеты от 2 до 6 в каждом и верхние их кромки расположены под уровнем очищаемой жидкости в емкости, при этом вертикальные оси труб размещены на одной линии или образуют осесимметричные фигуры и расстояние между ними равно 1-5 диаметрам труб. При высоте труб, меньшей уровня жидкости в емкости, расположение их пакетами (группами) на близком расстоянии друг от друга приводит к тому, что возникает интенсивный приток жидкости к месту установки пакета аэраторов,т.е. увеличиваются придонные скорости жидкости, при этом взаимодействие (наложение) восходящих от соседних труб газожидкостных потоков обеспечивает высокийуровень турбулентности в объеме жидкости над пакетом, приводящий к дроблению газовых пузырей, благодаря чему увеличивается эффективность процесса аэрации. Эффективность растворения кислорода тем выше, чем больше поверхность контакта газа с жидкостью. Барботер продуцирует пузыри большого диаметра, обычно 20-30 мм. Уменьшить диаметр газовых пузырей, для развития поверхности контакта фаз, можно за счет уменьшения диаметра отверстий барботера, но отверстия диаметром менее 5 мм быстро засоряются при работе аэратора в сточной воде. Кроме того, даже мелкие газовые пузыри,поднимаясь к поверхности жидкости,коалесцируют уже на расстоянии 1 м от барботера,что приводит к сокращению поверхности контакта фаз. Более эффективного развития поверхности межфазного контакта мож но добиться путем дробления газових пузырей за. счет взаимодействия поднимающихся газожидкостных факелов от соседних труб, входящих в устройство. Угол расширения газожидкостного факела над трубой составляет 15-25, отсюда можно одределить расстояние между трубами, обеспечивающее взаимное перекрывание газожндкостных факелов на 30-70% их высоты в слое жидкости.

Таким образом, при работе устройства образуется зона взаимодействия газожидкостных факелов, где высокий ,уровень турбулентности приводит к интенсивному дроблению газовьпс пузырей вследствие высоких скоростей движения газожидкостной смеси, достигающих 2-2,5 м/с. В работе пакет подсасывает большое количество жидкости из придонной части емкости, обеспечивая контакт этой жедкости с воздухом.

Скорость жидкости в придонном слое определяется интенсивностью подсоса ее в аэрирующие трубы, т.е. производительностью последних по циркулирующей жидкости, и уменьшается по мере удаления от оси труб.

Например, для трубы диаметром 500 мм и высотой 700 мм при расходе воздуха в нее около 100 HMV4 придонная скорость жидкости уже на расстоянии 1,5 м от центра трубы менее 0,3 м/с, т.е. недостаточна для поддержания активного ила ьо взвешенном состоянии. Залегание активного ила снижает эффективность процесса окисления загрязнений в сточных водах.

При группировке эрлифтных труб в пакеты поля придонных скоростей жидкости, создаваемые отдельными эрлифтиь ш трубами, накладываются, появляются зоны повышенных скоростей, в результате чего исключается залегаиие активного ила и на значительном расстоянии от эрлифтной трубы. В частности, при компоновке указанных аэраторов в пакет из трех труб придонная скорость жидкости достаточна для поддержания активного ила во взвшенном состоянии на расстоянии более 3 м от центра каждой из труб, входящих в пакет, т.е. практически в зоне действия соседнего пакета. В результате повышается производительность емкости по окисляемым загрязнениям и эффективность очистки сточных вод

; На основании экспериментально установленных зависимостей предлагается использовать следующие соотношения для определения:

числа пакетов аэраторов в емкости

УУ

пk-3600

Т иаметра труб d 6,5.

высоты труб с целью обеспечения наиболее высокой степени использования кислорода воздуха

h 0,33 + 0,17 Н,

для обеспечения заданной кратности циркуляции жидкости в емкости

KU,.V

ь

«.k .-8т.б

где п - число пакетов аэраторов в емкости, шт.;

k - число труб в пакете, шт.;

V - объем жидкости в емкости, м

tf - необходимый процент растворения кислорода воздуха в жидкости при аэрации (КПД устройства,его эффективность), %;

d - диаметр труб, входящих в пакет, м;

q - расход воздуха, подаваемого в одну трубу, нмУч;

h - высота труб, м;

Н - высота слоя жидкости в емкости, м;

kU,- кратность циркуляции объем жидкости в емкости, проходящей через трубы, ч.

На фиг. 1 изображен элемент устройства (пакет) из двух труб, вид в аксонометрии; на фиГ. 2 - то же, продольный разрез; на фиг. 3 - элемент устройства (пакет) из трех труб продольньй разрез; на фиг. 4 - то же, вид в плане; на фиг. 5 - то же, вид в аксонометрии; на фиг. 6 - то же, вид в плане, на фиг. 7 - то же, фронтальный вид; на фиг. 8 - устрой ство с тремя пакетами труб, каждый из которых состоит из трех труб, вид в планер на фиг. 9 - устройство с четырьмя пакетами труб, каждый из которых состоит из четырех труб, вид в плане; на фиг. 10 - устройство с четьфьмя пакетами труб, каждый из которых сгруппирован из пяти труб, вид в плане; на фиг. 11 - устройство с четырьмя пакетами, из шести труб калщый, вид в плане.

Устройство для аэрации сточных вод в емкостях (фиг. 6 и 7) состоит из открытых с обоих концов труб

1, установленных ниже уровня жидкости. В нижней части труб или непосредственно под трубами установены барботеры 2, выполненные, например, в виде двух параллельных 5 горизонтальных труб с отверстиями верхней части. Барботеры 2 соединены с системой 3 подачи воздуха низкого давления через распределиель 4 воздуха, выполненньй в виде трубы большего диаметра. Трубы 1 естко соединены между собой стяжками 5.

Для равномерного распределения воздуха по барботерам различных труб барботеры 2 должны располагаться в одной горизонтальной плоскости. С этой целью устройство снабжено тремя perулйруйщимися по высоте сто йками 6, состоящими7 например, из нажимного болта 7 и подвижной стойки 8, установленной в направляющей 9.

Расстояние между осями соседних труб в пакете составляет от 1 до 5 иаметров труб. Расстояние между трубами выбирается в зависимости от высоты уровня жидкости в емкости. ля уровня жидкости до 2 м расстояние между трубами принимается рав- 30 ным 2 диaмeтpaм при 4 м - 3 диаметрам, при 6 м - 4 диаметрам и т.д.

Трубы, входящие в устройство, могут быть вьшолнены различными по высоте и диаметру. В этом случае 35 расстояние мелиу трубами выбирается по среднему диаметру их.

Устройство легко и точно собирается на простом приспособлении кондукторе.40

Трубы, входящие в устройство, могут быть изготовлены из различного материала, например стали, бетона, пластмассы, керамики и др.

Устройство для аэрации сточных 45 вод в емкости работает следующим образом.

Воздух низкого давления до 1 ати поступает по воздуховоду систекяа 3 и распределителю 4 в барботеры 2, вы-50 ходит через отверстия барботеров в виде пузырей, диаметр которых, как правило, в 5-10 раз больше диаметра отверстий, и поднимается к поверхности жидкости, образуя над 55 трубой расширяющийся газожидкостный факел.

За счет разности плотностей жидкости в емкости и газожидкостной смеси в трубе в нижнюю часть трубы подсасывается жидкость, вовлекаемая газом в спутное движение к поверхнЪсти. Во время этого движения происходит контакт жидкости с газом и растворение кислорода воздуха в воде

При размещении труб на небольшом расстоянии друг от друга группами ил пакетами газожидкостные фачелы соседних труб перекрьшаются, что приводит к интенсивному дроблению газовых пузырей. В работе пакет подсасывает большое количество жидкости из придонной части емкости, чем достигаютс повьш1енные придонные скорости жидкости, достаточные для поддержания активного ила во взвешенном состоянии на расстоянии более 3 м от центра каждой из труб, т.,е. в зоне действия соседнего пакета. В результате повьш1ается эффективность очистки сточных вод. .

При работе устройства с трубами различной высоты высокие трубы (3 м эффективны с точки зрения перемешива1 ия. Они при равном расходе воздуха перекачивают большее количество воды (фиг. 5). Трубы малой высоты (1м) эффективны с точки зрения растворения кислорода (фиг. 4) и менее металлоемки.

Сочетание высоких и низких труб в одном устройстве рекомендуется использовать в численном отношении 1:1. Это позволяет обеспечить высокую эффективность работы устройства и большую кратность циркуляции жидкости в емкости.

Применение предлагаемого устройства позволяет повысить величины придонных скоростей жидкости в емкости в среднем в 1,5 раза, а эффективность аэрации - в 1,2 - 1,3 раза.

Технико-экономическая эффективность изобретения определяется как повышением коэффициента использования кислорода воздуха, что позволяет уменьшить расход воздуха на аэрацию и, следовательно, расход электроэнергии на его компримирование и траспортировку, так и повьш1ением производительности очистных сооружений по окисляемьо4 загрязнениям за счет лучшего перемешивания активного ила.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ АЭРАЦИИ СТОЧНЫХ ВОД, содержащее емкость и вертикально установленные в ней открытые с обоих концов направляющие трубы с .барботерако, соединенными с системой подачи воздуха низкого давления, отличающееся тем, что, с целью повьпоения эффективности аэрации путем увеличения придонных скоростей и обеспечения взаимодействия соседних восходящих газожидкостных потоков, трубы сгруппированы в пакеты от 2 до 6 в каждом и верхние их кромки расположены под уровнем очищаемой жидкости в емкости, при этом вертикальные оси труб раз(П мещены на одной линии или образуют осесимметричные фигуры и расстояние между ними равно 1-5 диаметрам труб..

(Риг,

Фиг,3

воздух

Умвен мидкости $ efnrycmu

((w

(Й.

5

4/

иг. 9