Устройство для аэрирования воды Советский патент 1988 года по МПК C02F3/20 

(21)4003404/23-26

(22)07.01.86

(46) 23.04.88. Бюл. № 15

(71)Всесоюзный научно-исследовательский институт по охране вод

(72)Г.Г.Чернявский и И.Г.Нетюхайло

(53)628.356(088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР № 977398, кл. С 02 F 1/00, 1981.

(54)УСТРОЙСТВО ДЛЯ АЭРИРОВАНИЯ ВОДЫ

(57)Изобретение относится к обработке природных и сточных вод и позволяет повысить эффективность и экономичность аэрирования путем интенсификации перемешивания газа с водой и перенасыщения воды кислородом. Устройство содержит напорную установку 1

с трубопроводом 2 впуска воды в аэратор, который выполнен из гидравлического тарана и водовоздушного эжектора. Гидравлический таран состоит из сбросного клапана 7 и воздушного колпака 6, Водожидкостньй эжектор 4, имеющий обратньй клапан 8, установлен между сбросным клапаном 7 и воздушным колпаком 6. Из напорной установки 1 вода под напором поступает по подающему трубопроводу 2 в камеру 5 тарана и через сбросной клапан 7 изливается в приемную емкость 12. Под действием изливающейся струи (гидродинамического напора) сбросной клапан 7 закрывается, происходит мгновенная остановка движения воды, а давление повышается в 1-5-20 раз по сравнению с давлением, создаваемым напорной установкой 1, т.е. npd- исходит явление, назьшаемое гидравлическим ударом. 3 ил.

с (Q

(Л

У

/7

00

со

/ Ш/5

ел

/

Изобретение относится к биологической очистке воды, к технике аэрирования природной вбды с малым содержанием кислорода и сточных вод в аэротенках.

Цель изобретения г повышение .эффективности и экономичности путем интенсификации перемешивания газа с водой и перенасыщения воды кислородом.

На фиг. 1 изображено устройство для аэрирования воды, продольный разрез; на фиг, 2 - устройство с па- раллельньм соединением аэраторов, вид в плане; на фиг. 3 - то же, с последовательным соединением аэраторов, продольный разрез.

Устройство для аэрирования воды содержит напорную установку 1 (например, насос, напорную емкость и т.д.) с подающим трубопроводом 2, к которому присоединен аэратор со сбросным трубопроводом 3 подачи воды в аэрируемую зону. Аэратор выполнен в. виде соединенных между собой гидравлического тарана и водовоздушного эжектора 4 Гидравлический таран состоит из камеры 5 и воздушного колпака 6.- При этом подающий трубопровод 2 присоединен к камере 5 тарана с одной стороны, а водовоздушный эжектор 4, воздушный колпак 6 и сбросной трубопровод 3 подачи воды в аэрируемую зону - последовательно с другой стороны. Камера 5 тарана снабжена сбросным клапаном 7, водовоздушньш эжектор 4 - обратным клапаном 8, расположенным на воздушной трубке 9, воз- душны л колпак 6 - напорным 10 и воздушным 11.клапанами. Под камерой 5 тарана расположена приемная емкость 1.2.

К подающему трубопроводу 2 могут быть присоединены два и более аэратора, которые между собой могут быть соединены параллельно (фиг. 2) или последовательно (фиг. 3). Может быть использовано одновременно соединение аэраторов последовательно-параллельное.

Устройство для аэрирования воды работает следующим образом.

Исходное положение клапанов следующее: сбросной 7 и воздушньй 11 клапаны открыты, обратный 8 и напюр- ньш 10 закрыты.

Из напорной установки 1 вода под напором Н поступает по подающему трубопроводу 2 в камеру 5 тарана и через сбросной клапан 7 изливается в приемную емкость 12. Под действием

изливающейся струи (гидродинамического напора) сбросной клапан 7 закрывается, отчего происходит мгновенная остановка движения воды, при этом давление повышается в 15-20 раз по

сравнению с давлением, создаваемым напорной установкой 1, т.е. происходит явление, называемое гидравлическим ударом.

При истечении струи через сбросной

клапан-7 в приемную емкость 12 напора Н напорной установки 1 недостаточно -для открытия напорного клапана 10 и работы водовоздушного эжектора 4, а обратный клапан 8 предотвращает

выход воды через воздушную трубку 9 в атмосферу, что и дает возможность работы гидравлического тарана при закрытии сбросного клапана 7, и только при давлении, развиваемом гидравлическим тараном (до 1 МПА), в суженной части водовоздушного эжектора 4 скорость течения воды становится настолько велика, что давление в во- довоздушном эжекторе 4 падает ниже

атмосферного, обратньй клапан 8 от- крывается и воздух по воздушной трубке 9 засасьшается из атмосферы в водоБОздушный эжектор 4, насьш5ая воду и интенсивно с нею перемешиваясь. За водовоздушным эжектором 4 давление снова становится значительно вьш1е атмосферного, за счет чего одновременно открывается напорный клапан 10 и закрывается воздушньш

клапан 11. Воздух, находящийся в воздушном колпаке 6, сжимается поступающей через напорньй клапан 10 Ьодовоздушной смесью под большим давлением, развиваемым гидравличесКИМ тараном, и перенасыщенная кислородом воздуха вода из воздушного колпака 6 по сбросному трубопроводу 3 выталкивается в аэрируемую зону.

В связи с этим давление в воздушном колпаке 6 падает, при этом воздушный клапан 11 открывается, напорный 10 и обратньй 8 клапаны закрываются. Под собственным весом, превышающим напор Н, сбросной клапан 7 открывается, и цикл повторяется.

Положения, когда сбросной клапан 7 не полностью закрыт, а напорный 10 уже открыт, не может быть, так как сбросной клапан 7 закрывается под

действием изливающейся струи (гидро динамического напора), поступающей из напорной емкости 1 под напором а напорный клапан 10 отрегулирован так, что открывается только после со вершения гидравлического удара, т.е. при давлении, возросшем до 15 Н и более.

При необходимости повьшения степе ни насьш1ения кислородом воды, вводимой в аэрирующую зону, аэраторы, сое тоящие из гидравлического тарана и газожидкостного эжектора А, соединяют последовательно (фиг. 2). При необходимости расширения зоны аэрации и увеличения объема вводимой насьпцен ной ВОДЬ при наличии одной напорной установки достаточной мощности аэраторы соединяют параллельно (фиг. 3). Если требуется расширить зону аэрации, ввести большее количество насыщенной воды и при этом повысить степень насыщения кислородом воды, то аэраторы соединяют последовательно- параллельно.

С целью наиболее эффективного использования гидравлического тарана при насыщении воды в аэрируемой зоне кислородом необходимо знать минимальное количество, подаваемой из гидравлического тарана в аэрируемую зону перенасыщенной кислородом воды для насыщения ее в аэрируемой зоне до заданной концентрации. Расход во- , подаваемой в гидравлический таран, определяется по формуле

(Ci - С,)

Q.

(- - 1)-с,

а.ъ )

(1).

a.з

где QI

расход воды, подаваемой в гидравлический таран.

м/

С;

а.З

т.

- расход воды аэрируемой

W зоны, M.VC, Qa.3 -

объем аэрируемой зоны, время аэрации, ч; концентрация растворенного в аэрируемой зоне кислорода до аэрации, заданная концентрация растворенного, в аэрируемой зоне кислорода, получаемая в процессе аэрации, г/м ;

давление, развиваемое гидравлическим тараном, м вод. ст.;

- плотность воды, кг/м ;

-скорость течения воды в подающем трубопроводе; м/с-,

-скорость распространения ударной волны, для стальных трубопроводов

-10

С„ -

1425

15

20

25

30

35

40

45

$ а.г.

где 1) - диаметр подающего трубопровода, м;

толщина стенки подающего трубопровода, м, давление в аэрируемой зоне на глубине выпуска воды из перфорированного трубопровода, м.

Количество воды, подаваемой в гидравлический таран и рассчитанной по . формуле (1), минимальное для насыще- ПИЯ воды в аэрируемой зоне от концентрации С до заданной концентрации С. В связи с тем, что заранее известен минимальньй расход воды на подачу ее в гидравлический таран, необходимо соответственно затратить минимальное количество энергии, а это, в свою очередь, приводит к повьш1ению эффективности и экономичности насьш е- ния воды кислородом.

Пример. Рассчитывают необходимое количество воды, которое необходимо подать в короб, и затраты энергии для условий известного примера, т.е. время аэрации составляет t 5 ч, зона аэрации: диаметр Dg 9 м, глубина аэрации Н 2,5 м, концентрация кислорода в воде водоема до аэрации Ci 5 г/м- , после аэрации С 9,2 избыточное давление воды в аэраторе Р.. 7,7 х X 10 Па (77 м вод. ст.), аэратор погружен на глубину 1,3 м, т.е. на глубине погружения аэратора давление составляет Pa.i,. 41,63 м вод. ст. Тогда расход воды через аэратор

50

1 2

В то же время в известном устройстве вода из аэратора в смесителе смешивается с неазрируемой водой водоема в соотношении 1:3,6 при производительности смесителя по воде 38,6 , т.е. расход воды через

аэратор Q, 10,7 , что в 4 раза больше рассчитанного по формуле (1), а это означает, что бьшн излишки расхода воздуха в водовоздушной смеси, которьй вышел из аэратора неиспользованным водой водоема. Так как при расчете затрачиваемой насосо энергии для подачи воды и компрессором - для воздуха она пропорциональна расходу, то в данном случае бьш перерасход энергии, на исключение чего и направлен предлагаемый способ аэрации воды. Таким образом, предлагаемое устройство значительно проще по конструкции и в эксплуатации, может аэрировать большие объемы воды при минимальных затратах энергии.

Использование предлагаемого изобретения обеспечивает повьшение эффек тивности аэрирования, расширение области применения, так как может быть эффективно использовано для аэрации как аэротенков, так и любых водных объектов, снижение энергетических затрат, повьш1ение надежности работы и упрощение эксплуатационного обслуживания.

Предлагаемое устройство может быть успешно использовано для аэрации водных объектов в любое время года в аэротенках, а также в системах очистки и обработки воды, системах подготовки воды для питьевого, хозяйственного и технического водоснабжения.

Формула изобретения

Устройство для аэрирования воды, содержащее напорную установку с трубопроводом впуска воды в аэратор и трубопроводом выпуска насыщенной воды, отличающееся тем, что, с целью повьш1ения эффективности и экономичности путем интенсификации перемешивания газа с водой и перена- воды кислородом, аэратор выполнен из гидравлического тарана, состоящего из сбросного клапана и воздушного колпака, и газожидкостного эжектора с обратным клапаном, при этом газожидкостньм эжектор установлен между сбросным клапаном и воздушным колпаком гидравлического тарана.

V Л9

Фиг. 2

11 (.ff

Фиг.З