Способ аэрирования воды и устройство для его осуществления Советский патент 1982 года по МПК C02F7/00 B01F3/04 C02F103/02 

Изобретение относится к аэрированию вод, а именно сточных вод при их обработке в аэротенках или природных вод с малым содержанием кислорода.

Известен способ аэрирования воды воздухом, пропущенным через пористые перегородки 1.

Однако этот способ дает малую поверхность раздела жидкой и газовой фазы, низкую скорость растворения . газа в воде и, вследствие этого, низкий процент растворения подаваемого в воду газа.

Наиболее близкими по технической сущности к предлагаемым является способ и устройство для аэрирования стоячих природных вод воздухом или кислородсодержащим газом, диспергированными в трубе Вентури. Насос высокого давления забирает воду и подает ее в сопло с трубой Вентури (смеситель). В трубу Вентури поступает воздух , который диспергируется там. Водовоздушная смесь под давлением подается в аэрируемую зону на желаемой глубине Г2.

; При механическом дроблении воздуха в смесителе пррисходит перемешивание жидкой и газовой фазы. Подсосанный и раздробленный воздух на срезе сопла смесителя выделяется из водо-воздушной смеси в виде пузырей 0,05-10 3- Д,. Пузыри таких размеров достаточно быстрю поднимаются на поверхность воды, и,вследствие большой скорости подъема и малой поверхности раздела фаз значительного растворения воздуха в воде

10 не происходит. Таким образом, при помощи этого устройства достичь высокой концентрации кислорода в аэрируемой зоне при Однократном ее перекачивании не удается.

15

Для достижения высокой концентрации кислорода в воде аэрируемой зоны (например, с 5 мг/л - исходное значение - до 9 мг/л и выше) при использовании устройства требуется

20 многократное перекачивание всего объема воды, что дает постепенное ее насыщение кислородом. Однако это делает процесс насыщения энергоемким, длительным и потому мало эффек25тивным.

Цель изобретения - повышение концентрации кислорода в аэрируемой воде при однократном ее перекачивании.

Поставленная цель достигается теМ(

30 что часть воды, подаваемой насосом.

распыляют в аэраторе под избыточным давлением в среде кислородсодержащего газа, затем смешивают насыщенную кислородом воду с неаэрированной водой и подают ее в аэрируемую зону.

Соотношение воды, подаваемой в аэратор, и неаэрируемой воды, подаваемой в смеситель, составляет 1:1,2-6. .

Устрйоство для аэрирования воды содержит насос для подачи воды и. смеситель, аэратор с форсунками, патрубок для соединения аэратора с ниточником давления через регулятор давления и.патрубок подачи воды.

При распылении воды в аэраторе в среде кислородсодержащего газа пр избыточном давлении достигается концентрация кислорода в воде, превышающая равновесную при атмосферном давлении. При последующем смешении насыщенной кислородом воды с неаэрированной водой в смесителе на выходе из смесителя содержание кислорода в воде остается выше равновесного на 50-100%. Струя воды из смесителя несет растворенный кислород с. концентрацией выше равновесной. Избыточное (сверхравновесное) количество кислорода выделяется в воде в виде мельчайших пузырьков (размер пузырьков газа меньше, чем размер пузырьков, полученных любым другим способом), а вода с равновесным содержанием кислорода перемешивается с водой водоёма или аэротенка, повышая тем самым концентрацию кислорода в аэрируемой зоне. Пузырьки, выделяющиеся в воде, поднимаются вверх. Так как размерпузырьков минимально возможный, то мала и скорость И1 подъема (по сравнению со скоростью подъема пузырьков, полученных любым другим способом), а поверхность раздела фаз газ-жидкость максимально возможная. При малой скорости подъема пузырьков и при большой поверхности раздела фаз наблюдается интенсивное растворение кислорода в воде аэрируемой зоны, что. также является источником насыщения воды кислородом.

При соотношении воды, подаваемой в аэратор, и неаэрируемой воды, подаваемой в смеситель, ниже 1:1,2, |п зоизводительность аэрации падает почти в два раза, если же это соот(1Ьшение превышает 1:6, то резко снижается коэффициент полезного использования кислорода, расходуемого на аэрацию.

На чертеже представлено устройство для осуществления предлагаемого способа.

Устройство для аэрирования воды включает насос 1 для подачи воды, смеситель 2, аэратор 3., в стенки

которого вмонтированы форсунки 4. В аэраторе имеется регулятор 5 уровня воды, установленный на входе аэрированной воды в смеситель. Давление газа в аэраторе поддерживается постоянным с помощью регулятора 6 давления, установленного на газовой .коммуникации, соединенной с аэратором. Устрюйство может быть установлено на любой желаемой глубине водоема или аэротенка и повернуто в любую сторону.

Устройство работает следующим образом.

Часть воды, подаваемой насосом, распыляют в аэраторе под избыточным давлением в среде кислородсодержа- щего газа, затем смешивают насыщенную кислородом воду с неаэрированной водой и подают в аэрируемую зону.

Пример. Аэратор (объемом 0,07 м) устанавливают в водоеме на глубине 1,3 м. Насос подает в аэратор воду под давлением 7,7-10 Па. Концентрация кислорода в воде водоема до аэрации 5 мг/л. Концентрация кислорода в воде внутри аэратора 85 мг/л. Вода из аэратора поступает в смеситель, где смешивается в соотношении 1:3,6 с неаэрированной водой из водоема, в результате чего на выходе из смесителя концентрация кислорода в воде 22-23 мг/л. При температуре 280 К равновесная концентрация растворенного в воде водоема кислорода составляет 13-14 мг/ Остальное количество кислорода (8-10 мг/л) выделяется в виде пузырьков и дополнительно насыщает килородом воду за счет растворения гаЗа при подъеме пузырька вверх. При производительности смесителя 38,6 через 5 ч работы устройства концентрация кислорода в воде зоны аэрации (площадь, ограниченная окружностью радиусом 9 м, при глубине водоема 2,5 м) достигает 9,2 мг/л.

В таблице представлены сравнительные данные результатов испытани предлагаемого способа, и способа принятого за прототип.

Для удобства сравнения рассматриваемых способов и устройств условия испытаний приняты одинаковыми в обоих вариантах: аэрируемая зона очерчена радиусом 9,5 м, глубина водоема 2,5 м, производительность устройства 38,6 , Цель - достижение концентрации kиcлopoдa в аэрируемой зоне 9,29,7 мг/л.

Как следует из приведенных данных, предлагаемые способ и устройство характеризуются высокой эффективностью, время аэрации сокращается в 12-60 , во столько же раз

сокращается количество перекачиваемой воды, что снижает затраты на электроэнергию при эксплуатации насосов и амортизацию установки.

Главным показателем, обуславливающим повышение эффективности способа и устройства, является обеспечение высокой выходной концентрации кислорода в воде на выходе из устройства

Устройство рекомендуется использовать для повышения концентрации кислорода в водоемах питьевого водоснабжения и рыбоводческих прудах для предотвращения замора рыбы и загнивания воды, а также для аэрирования сточных вод при обработке их в аэротенках для интенсификации процессов окисления.

Изменение концентрации кислород в воде после прохождения через установку (на выходе из устройства) , мг/л

Концентрация кислорода в воде аэрируемой зоны водоема, мг/л, через, ч:

О (исходная концентрация)

2

3,5

5

15 Длительность аэрации, ч

Кратность обмена (отношение объема перекачиваемой воды к объему аэрированной зоны водоема)

Формула изобретения

и подачу ее в аэрируемую зону, о т личающийся тем, что, с целью повышения концентрации кислорода в аэрируемой воде при однократном ее прокачивании, часть воды насыщают кислородом путем распыления ее в аэраторе при избыточном давлении кислородсодержащего газа, затем смешивают насыщенную кислородом воду с неаэрированной водой.

1-1,5

17-18

5

7,25

8,61

9,72 аэрирование закончено

4,3-5

4,69

0,23-0,27

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2. Заявка ФРГ № 2447337, 45 кл. С 02 В 1/00, опублик. 15.04.76.