МЕМБРАНА АЭРАТОРА
AERATOR MEMBRANE

Усовершенствование относится к биологической очистке сточных вод, в частности к устройствам для пневматической аэрации, и может быть использовано в аэротенках очистных сооружений при биологической очистке сточных вод, в рыбохозяйственных водоемах при искусственном выращивании рыбы.
Известна мембрана аэратора, содержащая эластичную мембрану с перфорациями (см. Membrane Disc. SANITAIRE Aeration Systems, ).
Известная мембрана аэратора работает только верхней своей частью. Под аэратором на дне аэротенка получается застойная зона с накоплением оседающего на дно активного ила. Простое увеличение затраты воздуха через аэратор не помогает освободиться от застойных зон под аэратором. Кроме того, из-за растяжения перфорированной диспергирующей поверхности эластичной мембраны при повышении пневматической нагрузки происходит увеличение степени открытия отверстий в мембране, и, как следствие, перерасход сжатого воздуха через мембрану с укрупнением пузырьков воздуха над мембраной.
Известна мембрана аэратора (см. описания изобретений к патентам Российской Федерации №2220917, опубл. 10.01.2004, №2334686, опубл. 27.09.2008, №2334688, опубл. 27.09.2008), содержащая кольцевую эластичную мембрану с перфорациями и центральным отверстием.
При работе известной мембраны аэратора образуется пониженное давление в
водовоздушном потоке над центральным отверстием, в которое поступает вода из-под аэратора и увлекает в водовоздушный поток осевший ил при аэрации сточных вод. Из-за пониженного давления в водяном потоке над центральным отверстием, которое образуется от окружения центрального отверстия водовоздушным кольцом, происходит сужение водовоздушного потока от периферии кольцевой эластичной мембраны.
В основу усовершенствования поставлена задача создания мембраны аэратора, в котором за счет конструктивного выполнения предполагается устранить вышеописанные недостатки при улучшении эффективности переноса кислорода.
Поставленная задача решается тем, что мембрана аэратора, содержащая кольцевую эластичную мембрану с центральным отверстием, отличается тем, что величина диаметра d центрального отверстия больше или равна величине 8 ширины кольца кольцевой мембраны.
Мембрана аэратора содержит последовательно чередующиеся по кольцу перфорированные и неперфорированные участки.
Мембрана аэратора содержит, по меньшей мере, от трех перфорированных и от трех неперфорированных участков.
Мембрана аэратора содержит неперфорированные участки большей толщины, чем перфорированные участки, неперфорированные участки выступают снаружи кольцевой эластичной мембраны, неперфорированные участки простираются от внешней боковой поверхности до внутренней боковой поверхности кольцевой эластичной мембраны.
Технический результат: Когда величина диаметра d центрального отверстия больше или равна величине 5 ширины кольца кольцевой мембраны, в центральное отверстие снизу имеет доступ большее количество воды и над кольцевой мембраной происходит меньшее сужение водовоздушного потока от периферии кольцевой эластичной мембраны.
При последовательно чередующихся по кольцу перфорированных и неперфорированных участках к водовоздушному потоку от кольцевой мембраны вода поступает не только со стороны внешней и внутренней боковых поверхностей кольцевой мембраны, но и между перфорированными участками, что улучшает аэрацию воды и массоперенос в водовоздушном потоке над кольцевой мембраной.
Когда мембрана аэратора содержит от трех перфорированных и от трех неперфорированных участков, улучшается аэрация воды и массопренос в водовоздушном потоке над кольцевой мембраной.
Когда мембрана аэратора содержит неперфорированные участки большей толщины, чем перфорированные участки, при работе мембраны неперфорированные участки большей толщины менее эластичны и менее вздуваются от давления сжатого воздуха, чем перфорированные участки меньшей толщины. При этом сказывается влияние гидростатического давления воды, которое над неперфорированными участками на несколько мм водяного столба выше, чем над вздутыми от давления сжатого воздуха перфорированными участками меньшей толщины, что облегчает доступ воды в водовоздушный поток между перфорированными участками по кольцу мембраны.
Неперфорированные участки выступают снаружи кольцевой эластичной мембраны, так как внутренняя сторона мембраны выполнена гладкой для плотного прилегания к ответной гладкой поверхности в корпусе аэратора при отключении подачи сжатого воздуха в аэратор. При этом гладкие поверхности корпуса и мембраны под действием гидростатического давления (в зависимости от глубины аэротенка и глубины погружения аэратора может достигать несколько метров водяного столба) работают как обратный клапан, который препятствует доступу воды из аэротенка в аэратор.
Неперфорированные участки простираются от внешней боковой поверхности до внутренней боковой поверхности кольцевой эластичной мембраны из-за того, что мембрана прижата к корпусу по внешней и по внутренней боковым поверхностям кольцевой мембраны, что важно для целенаправленной подачи сжатого воздуха к перфорированным участкам, из которых сжатый воздух диспергируется через перфорации в воду с образованием в ней водовоздушного потока.
В дальнейшем усовершенствование поясняется примером выполнения и чертежами, на которых:
Фиг.1. Мембрана аэратора. Вид сверху.
Фиг.2. Мембрана аэратора. Сечение А-А на фиг.1.
Фиг.3. Мембрана аэратора. Вид сверху. Альтернативный вариант.
Фиг.4. Мембрана аэратора. Сечение В-В на фиг.3.
Фиг.5. Мембрана аэратора. Вид В на фиг.2, фиг.4.
Фиг.6. Мембрана аэратора. Схематичный вид сбоку на развертку по средней линии части кольца мембраны для альтернативного варианта при ее работе в воде.
Фиг.7. Мембрана аэратора. Схематичный вид сбоку на диаметральное сечение аэратора при его работе в воде.
Фиг.8. Мембрана аэратора. Схематичный вид сбоку на диаметральное сечение мембраны совместно с корпусом без подачи в аэратор сжатого воздуха.
Перечень обозначений на чертежах
1. Кольцевая эластичная мембрана.
2. Центральное отверстие.
3. Перфорированный участок.
4. Неперфорированный участок.
5. Внешняя боковая поверхность.
6. Внутренняя боковая поверхность.
7. Корпус аэратора.
8. Элементы замкового соединения с корпусом аэратора.
9. Водовоздушный поток.
10. Водяной поток над центральным отверстием 2.
11. Водяной поток над неперфорированным участком мембраны 1.
δ - ширина кольца кольцевой мембраны.
d - диаметр центрального отверстия.
D - диаметр кольцевой мембраны.
T - ширина перфорированного участка.
H - ширина неперфорированного участка.
Конкретные примеры выполнения мембраны аэратора приведены
на фиг.1-8. Устройство содержит кольцевую эластичную мембрану 1 с перфорациями и центральным отверстием 2, в которой величина диаметра d центрального отверстия больше или равна величине δ ширины кольца кольцевой мембраны. Мембрана аэратора содержит последовательно чередующиеся по кольцу перфорированные участки 3 и неперфорированные участки 4. Мембрана аэратора содержит, по меньшей мере, от трех перфорированных участков 3 и от трех неперфорированных участков 4. Мембрана аэратора содержит неперфорированные участки 4 большей толщины, чем перфорированные участки 3, неперфорированные участки 4 выступают снаружи кольцевой эластичной мембраны 1, неперфорированные участки 4 простираются от внешней боковой поверхности 5 до внутренней боковой поверхности 6 кольцевой эластичной мембраны 1. Внутренняя сторона мембраны выполнена гладкой для плотного прилегания к ответной гладкой поверхности в корпусе 7 аэратора. Мембрана 1 прижата к корпусу 7 по внешней и по внутренней боковым поверхностям 5, 6, и крепится к корпусу 7 аэратора с помощью элементов 8 замкового соединения.
Ширина Н части кольца неперфорированных участков 4 между смежными перфорированными участками 3 может составлять от 10 до 40 мм. Ширина части кольца T в диаметральной плоскости перфорированных участков 3 может составлять от 50 до 150 мм.
Устройство работает следующим образом.
Когда величина диаметра d центрального отверстия 2 больше или равна величине δ ширины кольца кольцевой мембраны 1, в центральное отверстие 2 снизу имеет доступ большее количество воды и над кольцевой мембраной происходит меньшее сужение водовоздушного потока 9 от периферии кольцевой эластичной мембраны 1. При последовательно чередующихся по кольцу перфорированных участках 3 и неперфорированных участках 4 к водовоздушному потоку 9 от кольцевой мембраны 1 вода поступает не только со стороны внешней и внутренней боковых поверхностей 5, 6 кольцевой мембраны 1, но и между перфорированными участками 3, что улучшает аэрацию воды и массопренос в водовоздушном потоке 9 над кольцевой мембраной 1. Когда кольцевая мембрана 1 аэратора содержит от четырех перфорированных и от четырех неперфорированных участков 3, 4, улучшается аэрация воды и массопренос в водовоздушном потоке 9 над кольцевой мембраной 1. Когда кольцевая мембрана 1 аэратора содержит неперфорированные участки 4 большей толщины, чем перфорированные участки 3, при работе мембраны 1 неперфорированные участки 4 большей толщины менее эластичны и менее вздуваются от давления сжатого воздуха, чем перфорированные участки 3 меньшей толщины. При этом сказывается влияние гидростатического давления воды, которое над неперфорированными участками 4 на несколько мм водяного столба выше, чем над вздутыми от давления сжатого воздуха перфорированными участками 3 меньшей толщины, что облегчает доступ воды в водовоздушный поток 9 между перфорированными участками 3 по кольцу мембраны 1. Неперфорированные участки 4 выступают снаружи кольцевой эластичной мембраны 1, так как внутренняя сторона мембраны 1 выполнена гладкой для плотного прилегания к ответной гладкой поверхности в корпусе 7 аэратора при отключении подачи сжатого воздуха в аэратор. При этом гладкие поверхности корпуса 7 и мембраны 1 под действием гидростатического давления работают как обратный клапан, который препятствует доступу воды из аэротенка в аэратор. Неперфорированные участки 4 простираются от внешней боковой поверхности 5 до внутренней боковой поверхности 6 кольцевой эластичной мембраны 1 из-за того, что мембрана 1 прижата к корпусу 7 по внешней и по внутренней боковым поверхностям 5, 6, что важно для герметизации и для целенаправленной подачи сжатого воздуха к перфорированным участкам 3, из которых сжатый воздух диспергируется через перфорации в воду с образованием в ней водовоздушного потока 9.