Устройство для аэрации воды

 

Изобретение относится к устройствам для аэрации воды и может быть использовано при биологической очистке бытовых и производственных сточных вод, подготовке питьевой воды, а также для аэрации воды в водоемах. Устройство содержит водоподводящий и воздухозаборный трубопроводы, трубу Вентури с соплом, камерой смешения и диффузором. Фильтросная труба установлена концентрично внутри камеры смешения и примыкает одним концом к соплу, другим - к диффузору, имеет поры, увеличивающиеся в размере по длине от узкого конца к широкому. На концах фильтросной трубы размещены резиновые манжеты, образующие кольцевую камеру с перфорированной стенкой камеры смешения и наружней поверхностью фильтросной трубы. Труба Вентури размещена коаксиально внутри водоподводящего трубопровода с образованием между ними вакуумной камеры, сообщающей кольцевую камеру через отверстия с воздухозаборным трубопроводом. Вакуумная камера снабжена водовыпускным патрубком, присоединенным к ее нижней части. Технический результат: интенсификация процесса растворения воздуха в воде за счет получения тонкодисперсных пузырьков. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к устройствам для аэрации воды и может быть использовано при биологической очистке бытовых и производственных сточных вод, подготовке питьевой воды, а также для аэрации воды в водоемах.

Известно устройство для аэрации воды, содержащее водоподводящий и воздухозаборный трубопроводы и водовоздушный эжектор с соплом, камерой смешения и диффузором [1]. Однако такое устройство обладает сравнительно низкой окислительной способностью и малой степенью использования кислорода воздуха, что обусловлено недостаточной интенсивностью массообменного процесса растворения воздуха в воде. Это связано с наличием крупнодисперсных воздушных пузырьков, образующихся в процессе вовлечения и дробления атмосферного воздуха в камере смешения эжектора, в результате чего получается недостаточно развитая площадь межфазового контакта, что неблагоприятно отражается на процессе диффузии кислорода воздуха в воду.

Известно также наиболее близкое по совокупности признаков устройство для аэрации воды, содержащее водоподводящий и воздухозаборный трубопроводы и трубу Вентури [2] (прототип). Однако и это устройство обладает также невысокой окислительной способностью, так как подсос воздуха в трубу Вентури не обеспечивает получения тонкодиспергированных воздушных пузырьков.

Задача изобретения - интенсификация процесса растворения воздуха в воде за счет получения тонкодиспергированных воздушных пузырьков. Эта задача достигается тем, что устройство для аэрации воды, содержащее водоподводящий и воздухозаборный трубопроводы и трубу Вентури, состоящую из последовательно соединенных между собой сопла, камеры смешения и диффузора, в отличие от прототипа дополнительно снабжено фильтросной трубой, установленной концентрично внутри камеры смешения, примыкая одним концом к соплу, а другим - к диффузору, и резиновыми манжетами, размещенными на концах фильтросной трубы, образующими совместно с внутренней поверхностью камеры смешения и наружной поверхностью фильтросной трубы кольцевую камеру, причем камера смешения выполнена перфорированной, а труба Вентури размещена коаксиально внутри водоподводящего трубопровода с образованием между ними герметичной вакуумной камеры, сообщающей кольцевую камеру с воздухозаборным трубопроводом. При этом фильтросная труба выполнена расширяющейся, с порами, увеличивающимися по ее длине от узкого конца к широкому, и ориентирована широким концом к диффузору. Кроме того, устройство снабжено водовыпускным патрубком, присоединенным к нижней части вакуумной камеры.

Наличие фильтросной трубы, установленной концентрично внутри камеры смешения и примыкающей концами к соплу и диффузору, позволяет подсасывать в проточную часть эжектора тонкодиспергированный воздух, который в виде мелких пузырьков аэрирует воду. В результате этого получается сильно развитая площадь межфазового контакта воздуха и воды, что интенсифицирует процесс растворения атмосферного воздуха в воде.

Наличие резиновых манжет, размещенных на концах фильтросной трубы, и кольцевой камеры, образованной между внутренней поверхностью перфорированной стенки камеры смешения и наружной поверхностью фильтросной трубы, обеспечивает герметичность и надежность крепления фильтросной трубы. При этом возникающие при работе устройства динамические нагрузки на фильтросную трубу гасятся резиновыми манжетами и перфорированной стенкой камеры смешения. Кроме того, наличие кольцевой камеры с перфорированной стенкой обеспечивает равномерное распределение воздуха по всей наружной поверхности фильтросной трубы.

Размещение трубы Вентури коаксиально внутри водоподводящего трубопровода позволяет образовать между ними герметичную вакуумную камеру, выполняющую функцию ресивера. Величина вакуума в этой камере изменяется в зависимости от степени открытия регулирующего вентиля, установленного на воздухозаборном трубопроводе, что позволяет регулировать расход подсасываемого воздуха, размер и частоту образования воздушных пузырьков в зависимости от режима работы устройства.

Так как при подсосе воздуха по всей длине фильтросной трубы объемный расход водовоздушной смеси увеличивается, то для обеспечения постоянной скорости и предотвращения срыва вакуума целесообразно фильтросную трубу выполнять расширяющейся от ее входа, обращенного к соплу, к выходу, обращенному к диффузору. При работе устройства давление внутри фильтросной трубы изменяется вдоль ее длины, увеличиваясь от входа к выходу. В связи с этим для получения равномерной концентрации пузырьков воздуха как по количеству, так и по дисперсности во всем объеме фильтросной трубы целесообразно выполнять фильтросную трубу с порами, увеличивающимися в размере по ее длине от входа к выходу.

В случае аварийной остановки работы устройства вода через микропоры фильтросной трубы может заполнить кольцевую и вакуумную камеры. Для восстановления работоспособности устройства в этом случае предусмотрен водовыпускной патрубок, снабженный запорным вентилем и присоединенный к нижней части вакуумной камеры.

На фиг. 1 изображено устройство для аэрации воды, продольный разрез; на фиг.2 - разрез А-А по фиг.1.

Устройство для аэрации воды содержит водоподводящий 1 и воздухозаборный 2 трубопроводы и трубу Вентури с последовательно соединенными между собой соплом 3, перфорированной камерой смешения 4 и диффузором 5. Внутри камеры смешения 4 концентрично установлена расширяющаяся фильтросная труба 6, примыкающая узким концом к соплу 3, а широким - к диффузору 5. Фильтросная труба имеет поры, увеличивающиеся в размере по ее длине от узкого конца к широкому. На концах фильтросной трубы 6 размещены резиновые манжеты 7, которые вместе с внутренней поверхностью перфорированной камеры смешения 4 и наружной поверхностью фильтросной трубы 6 образуют кольцевую камеру 8. Труба Вентури размещена коаксиально внутри водоподводящего трубопровода 1 с образованием вакуумной камеры 9, герметичность которой обеспечивается уплотнительными кольцами 10. Кольцевая камера 8 сообщена посредством отверстий 11 в стенке перфорированной камеры 4 и вакуумной камеры 9 с воздухозаборным трубопроводом 2. К нижней части вакуумной камеры 9 присоединен водовыпускной патрубок 12, снабженный запорным вентилем 13. На воздухозаборном трубопроводе 2 установлен регулирующий вентиль 14.

Устройство работает следующим образом.

Вода подается по водоподводящему трубопроводу в сопло 3 трубы Вентури и ускоряется в нем с образованием вакуумной полости внутри фильтросной трубы за счет уменьшения площади поперечного сечения. В возникшую вакуумную полость по воздухозаборному трубопроводу 2 через вакуумную камеру 9, отверстия 11, кольцевую камеру 8 и поры фильтросной трубы 6 воздух засасывается из атмосферы. Пройдя через поры фильтросной трубы, он в виде мелких пузырьков аэрирует поступающую воду с образованием мелкодисперсной водовоздушной эмульсии. Так как время диспергирования в этих условиях очень мало, а площадь поверхности контакта пузырьков воздуха с водой и скорость ее обновления высоки, то интенсивность массообмена высока. Попав далее в диффузор 5, водовоздушная смесь снижает свою скорость при одновременном повышении давления, что обеспечивает дальнейшее насыщение воды кислородом воздуха вследствие повышения его парциального давления в воздушных пузырьках. При этом под действием атмосферного воздуха резиновые манжеты 7 плотно прижимаются к наружной поверхности фильтросной трубы 6 и внутренней поверхности перфорированной камеры смешения 4, обеспечивая герметичность и надежность крепления фильтросной трубы 6.

Наличие кольцевой камеры 8 и перфорированной камеры смешения 4 обеспечивает равномерное распределение воздуха по всей наружной поверхности фильтросной трубы 6. Возникающие при работе устройства динамические нагрузки на фильтросную трубу гасятся при этом резиновыми манжетами 7 и перфорированными стенками камеры смешения 4. Увеличение объемного расхода водовоздушной смеси вдоль фильтросной трубы компенсируется увеличением площади поперечного сечения за счет ее расширения, что обеспечивает постоянство скорости потока вдоль длины трубы и предотвращает срыв вакуума в ней. Увеличивающиеся в размере поры по длине фильтросной трубы обеспечивают получение равномерной концентрации пузырьков воздуха как по объему, так и по дисперсности во всем объеме внутри фильтросной трубы.

При изменении режима работы устройства, например за счет изменения расхода подаваемой воды, изменяется величина вакуума внутри фильтросной трубы, поэтому для поддержания необходимого размера и частоты образования воздушных пузырьков за счет поддержания постоянного перепада давления между наружной и внутренней поверхностями фильтросной трубы изменяется величина вакуума внутри вакуумной камеры 9 путем открытия или закрытия регулирующего вентиля 14. При запуске устройства или его аварийной остановки из-за недостаточной величины вакуума внутри фильтросной трубы вода через микропоры фильтросной трубы заполняет кольцевую и вакуумную камеры. При этом запуск устройства осуществляют при открытом вентиле 13 на водовыпускном патрубке 12. После выхода устройства на нормальный режим работы запорный вентиль 13 закрывается.

Источники информации 1. Авторское свидетельство СССР 814890, МКИ С 02 F 3/20, 1981.

2. Сивак В.М., Янушевский Н.Е. Аэраторы для очистки природных и сточных вод. Львов, 1994, стр. 74-75.

Формула изобретения

1. Устройство для аэрации воды, содержащее водоподводящий и воздухозаборный трубопроводы и трубу Вентури, состоящую из последовательно соединенных между собой сопла, камеры смешения и диффузора, отличающееся тем, что оно снабжено фильтросной трубой, установленной концентрично внутри камеры смешения, примыкая одним концом к соплу, а другим - к диффузору, и резиновыми манжетами, размещенными на концах фильтросной трубы, образующими совместно с внутренней поверхностью камеры смешения и наружной поверхностью фильтросной трубы кольцевую камеру, причем камера смешения выполнена перфорированной, а труба Вентури размещена коаксиально внутри водоподводящего трубопровода с образованием между ними герметичной вакуумной камеры, сообщающей кольцевую камеру с воздухозаборным трубопроводом.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что фильтросная труба выполнена расширяющейся, с порами, увеличивающимися по ее длине от узкого конца к широкому, и ориентирована широким концом к диффузору.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно снабжено водовыпускным патрубком, присоединенным к нижней части вакуумной камеры.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2