Устройство для аэрации сточных вод Советский патент 1984 года по МПК C02F3/20 C02F103/20 

110 Изобретение относится к технике аэрации жи кости и может быть исполь зовано при очистке высококонцантрироваыных по органическим загрязнениям сточных вод, например сточных вод животноводческих комплексов, молочных заводов, или для стабилизации избыточного активного ила или осадков- городских сточных вод. Известен аэратор, представляющий собой лопастной винт, насаженный на вертикальный вал и расположенный в верхней части центральной трубы. Подача воздуха осуществляется компрес сором через диффузор, расположенньй : под винтом и выполненный из дырчатых труб ij . Однако использование данной конструкции аэратора при очистке высококонцентрированньпс сточных вод сопройождается некоторыми трудностями: во-первых, быстрым зарастанием диффузора растворенными в сточных водах соЛями, что выводит аэратор из строя во вторых, необходимость устройства дырчатых труб диффузора с максимально возможным размером отверстий связана с низким коэффициентом использования воздуха, так как пузьфек срываемый потоком жидкости с ди4кЬузора, очень KpyoHbLn. Это требует таеличенияобъема подаваемого воздуха, а следовательно, и увеличения эксплуа тационных затрат. Низкий коэффициент использования воздуха связан и с тем что пузырьки воздуха, срываемые пото .;ом-жидкости с дырчатой трубы, по ме ре продвижения по центральной трубе вниз из-за высокой их плотности слипаются, уменьшая общудо площадь контакта газа с жидкостью.Необходимость перемещения большого объема воздуха вниз по центральной трубе связана с дополнительной затратой -энергии, которая расходуется на преодоление подъемных сил пузырьков, что снижает эффективность аэрац ш. Целью изобретения является повышение надежности работы диффузора и более эффективное использование подаваемого воздуха путем тонкого его диспергирования при одновременном снижении энергозатрат. Указанная цель достигается тем., что а. устройстве, содержащем вертикальный вал с лопастнь№1 винтом, расположенным в верхней части центральной трубы, распределитель воздуха 1 и отра;«ательный конус, распределитель воздуха выполнен в виде кассеты из мелкопорнстьс:: эластичных трубок и установлен в нижней части центральной трубы под углом 50-60 к направлению движения. Отражательный конус выполнен с рифленой поверхностью воздуха. Для дополнительного эффективного диспергирования выходящего из цент-; ральной трубы воздуха диффузор расположен над отражательным конусом на расстоянии 0,5-0,7 Т, где Т - скорость движения жидкости в центральной трубе, м/с, 0, - коэффициент роста пузырьков, 1/с. Дпя повышения устойчивости диффузора к воздействию растворенных в сточных водах солей, кислот, щелочей и других примесей мелкопористые эластичные трубки выполнены из соле-кислотно-щелочномасло-бензостойкой резинь. На чертеже изображено предлагаемое азрационное устройство, разрез. Устройство имеет вертикальный вал 1, в нижней части которого крепится лопастной винт 2, расположенный в верхней части центральной трубы 3. Нижняя часть центральной трубы заканчивается отражательными конусом с рифленой поверхностью 4, Воздух поедается по трубе 5 диффузор 6, СОСТОЯЩИЙ из мелкопорпстых эластичных трубок 7 и устаноЕзленный под углом 50-60 паправлению двшкения жидкости над отражательным конусом на расстоянии, которое преодолевает поток жидкости в центральной трубе за 0,5-0,7 с. Устройство работает следующим разом. При подаче воздуха по трубе 5 к диффузору 6 мелкопористые эластичные трубки 7 расширяются 3 обеспечивая диспергирование воздуха на мелкие пузырьки диаметрог- I™ 1,5 мм Дкспергированный воздух увлекается потоком жидкости j создавщЕГмся при вращении вала 1 с лопастной мешалкой 2, к отра кательному конусу 4, При столкновенин газожидкостной смеси с рифленой поверхностью конуса 4 происходит дополнительное диспергирование аозяуу.в. после чего смесь из центральной трубы 3 поступает в рабочую камеру 8, гГде рассредотачивается по всему объему. Установка диффузора в нижней части центральной трубы сводит до миним;7ма

3108

движение пузырьков воздуха в ней, следовательно, значительно сокращаются затраты электроэнергии на преодоление подъемньсх сил, действующих на пузырьки при их перемещении сверху вниз. Экспериментальные исследования показали, что потребляемая мощность устройства с нижним расположением диффузора снижается на 8-10%.

С целью получения максимально возможного диаметра пузырьков диспергированного воздуха кассета из мелкопористых эластичных трубок расположена под углом 50-60° к направлению движения жидкости. Величина угла подобрана экспериментально и Объясняется следующим образом. При расположении кассеты под заданньи углом значительно уменьшается касательное напряжение, которое удерживает пузырьки. воздуха в поверхности трубок при воздействии на них набегающего потока жидкости. Поэтому пузырьки срываются жидкостью уже на начальном этапе формирО1 ания. Увеличение угла наклона кассеты сопроволодается увеличением сил сцепления воздуха с поверхностью, и пузырек успевает вырасти. При уменьшении величины угла касательное напряжение уменьшается. Однако при этом воздух продвигается к отражательному конусу узким пучком и вследствие большой его плотности происходит интенсивное укрупнение пузырьков до диаметра крупнопузырчатой азрадии (4-8 мм).

Средние размеры пузырьков воздуха при различном наклоне кассеты, определенные методом фотографирования на расстоянии 5 см от кассеты, пред ставлены в табл.1.

Описанное условие справедливо лиш для расположения кассеты в центральной трубе с находящимся там потоком

. . хсидкости.

Известно, что коэффициент использвания воздуха и эй Ьективность аэраци определяются величиной поверхности раздела лаадгюсть-воздук или диаметром пузырьков гоздуха.Поэтому необходимо,

f . 4

чтобы на протяжении всего пребывания воздуха в жидкости диаметр пузырьков оставался минимальным. Однако при выходе из диффузора пузырек в течение некоторого времени увеличивается за счет выравнивания давления внутри и снаружи пузырька. Экспериментально установлено, что время стаби- лизации диаметра составляет 0,5-0,7 с Поэтому диффузор размещается в предлагаемом устройстве над отражательным конусом на расстоянии, которое преодолевает поток жидкости в центральной трубе за 0,5-0,7 с.

Результаты исследований изменения диаметра пузьфька в центральной тру-, бе представлены в табл.2.

Для диспергирования сформировавшегося пузырька используют отражательньй конус и рифленую поверхность. Пузырьки воздуха ударяются о рифлену поверхность и за счет.изменения на-. правления движения потока растираются о неровности конуса. При уменьшении расстояния меж,ду диффузором и отражательным конусом давление внутри и снаружи пузырька не успевает стабилизироваться, вследствие чего его дробление затруднено. Увеличение же расстояния нежелательно, так как это вызывает дополнительные затраты электроэнергии.

Устройство ди(1)фузора из перфорированных эл.астичных трубок разрешает проблему зарастания отверстий солями, так как при отсутствии подачи воздуха они плотно сжимаются, предотвращая проикновение головых частиц диффузора, а при подаче - расширяются. В то же время такой диффузор обеспечивает очень тонкое диспергирование воздуха. Диаметр частиц составляет мм (данные получены в результате экспериментальных исследований), что в 3-3,5 раза меньше диаметра пузырьков, воздуха, образующихся при использованш ди4зфузора из дырчатых труб (4-8 ) . Это позволяет в несколько раз уменьшать расход потребного воздуха, что существенно отражается на эксплуатагдионных расход ах.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ АЭРАЦИИ СТОЧНЫХ вод, содержащее вертикальный вал с лопастным винтом, расположенным в верхней части центральной трубы, распределитель воздуха и отражательный конус, отличающееся тем, что, с целью повышения нг дежности работы устройства и эффективного -использования воздуха путем его тонкого диспергирования при одновременном снижении энергозатрат, распределитель воздуха, выполнен в виде кассеты из мелкопористых эластичных трубок и установлен в нижней части центральной трубы под углом 50-60 к напр влению движения воздуха. 2. Устройство по П.1, отличающееся тем, что отражательный конус, выполнен с рифленой поверхностью. S