ГИДРОПНЕВМАТИЧЕСКИЙ АЭРАТОР

Полезная модель относится к устройствам, обеспечивающим аэрацию (искусственное насыщение газом) сточной воды для окисления ее составляющих и предназначена для очистки хозяйственно-бытовых сточных вод в аэротенках, насыщения жидкости кислородом, а также для использования в различных технологических массообменных процессах.
Известна УСТАНОВКА ДЛЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ ХОЗЯЙСТВЕННО-БЫТОВЫХ СТОЧНЫХ ВОД (патент РФ на ПМ №111850), которая представляет собой емкость. В корпусе емкости размещена приемная камера и камера аэротенка с отводом очищенной воды, при этом обе камеры содержат аэраторы и эрлифты, подвод воздуха к которым осуществляется от двух компрессоров, размещаемых внутри или снаружи корпуса емкости, причем каждая камера снабжена разделительной перегородкой.
Известна УСТАНОВКА ДЛЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД (патент РФ на полезную модель №120643), содержащая емкость, разделенную перегородкой на отсеки, которые выполняют функцию приемного резервуара и активационного резервуара, снабженного средствами для подвода воздуха, подключенными к компрессору, и отвода очищенной воды. Средство для подвода воздуха в активационный резервуар выполнено в виде сдвоенного аэратора, расположенного в придонной части активационного резервуара, подключенный к компрессору, соединенному с микропроцессорным блоком управления выполненного с возможностью включения электромагнитных клапанов в соответствии с заданной программой подачи сжатого воздуха в активационный резервуар. Недостатками аналогов является низкая степень диспергирования пузырьков воздуха и как следствие низкая эффективность насыщения сточной воды газом.
Известно УСТРОЙСТВО ДЛЯ АЭРАЦИИ ЖИДКОСТИ (патент РФ №2189365), которое содержит воздушную камеру, к которой присоединен воздуховод, вихревую камеру соосно соединенную с вертикальной трубой. Воздушная камера расположена на перфорированном участке трубы, а вихревая камера располагается ниже воздушной камеры и имеющей диаметр в 3-5 раз больше диаметра трубы, к вихревой камере тангенциально подсоединен патрубок для подвода жидкости.
Недостатком является низкая степень первоначального диспергирования пузырьков воздуха и малое дальнейшее истирание пузырьков газо-водяной смеси за счет низкой скорости ее течения, которая обусловлена естественной циркуляцией воды в результате разности давления в трубе и вихревой камере.
Известен гидропневматический аэратор, содержащий воздушную камеру, к которой присоединен воздуховод, сообщающийся с вихревой камерой, которая соосно соединена с вертикальной трубой (патент на полезную модель №140558 C02F 3/16. C02F 1/74), рабочий орган располагающийся в вихревой камере и имеет генераторы акустических колебаний, которые выполнены в виде не симметричных газоструйных излучателей высокого давления и, расположенные по обеим сторонам щелевидных сопел, при этом впускное отверстие воздушной камеры сообщается только с одним излучателем.
Данное решение выбрано за прототип.
Недостатком указанного решения является то, что объем жидкости поступающий в вихревую камеру значительно меньше объема воздуха, в результате чего большая часть последнего не успевает раствориться в жидкости проходящей через вихревую камеру и через выгрузную камеру попадает в окружающую среду, что обуславливает низкую эффективность использования воздуха при насыщении сточной воды кислородом.
Целью полезной модели является повышение степени использования воздуха и соответственно эффективности насыщения жидкости кислородом.
Технический результат состоит в обеспечении высокой степени использования воздуха и эффективного смешивания его с водой.
Технический результат достигается за счет того, что гидропневматический аэратор, содержащий воздушную камеру, к которой присоединен воздуховод, сообщающийся с вихревой камерой, которая соосно соединена с вертикальной трубой, причем сверху воздушной камеры расположена вихревая камера, которые вместе объединены в одном корпусе, в верхней части через кольцевое отверстие вихревая камера сообщается с выгрузной камерой, располагающейся вокруг вертикальной трубы и имеющей тангенциально расположенный выходной патрубок, при этом вихревая камера содержит рабочий орган, который выполнен с возможностью вращения вокруг вертикальной оси и содержит как минимум пару генераторов акустических колебаний, выполненных в виде несимметричных газоструйных излучателей высокого давления, расположенных по обеим сторонам щелевидных сопел, причем впускное отверстие воздушной камеры сообщается только с одним излучателем высокого давления, а воздуховод выполнен с возможностью обеспечения наддува воздуха в воздушную камеру, отличающееся тем, что в выгрузной камере выполнен вводной напорный патрубок для подачи дополнительного объема жидкости, причем указанный вводной напорный патрубок и выходной патрубок тангенциально расположены по отношению друг к другу.
Предпочтительно, ось напорного патрубка расположена ниже оси выпускного патрубка. Предпочтительно, площадь сечения выпускного патрубка больше суммарной площади сечения патрубков для подачи жидкости.
Тангенциальный ввод для подачи дополнительного объема жидкости обеспечивает аэрацию сточных вод с использованием вихревого движения газожидкостного потока с генерацией в нем акустических колебаний, что обеспечивает совместную диспергацию газа и жидкости, увеличивает степень перемешивания двухфазной среды, интенсивно обновляет межфазную поверхность. За счет этого обеспечивается гомогенный дисперсный состав газожидкостной струи, увеличивается поверхность контакта «газ - жидкость» и как следствие - отдача кислорода пузырьками воздуха; увеличивается время пребывания аэрационного факела в жидкости, благодаря чему повышается объемный коэффициент массопередачи кислорода в жидкость.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, на которых изображено:
фиг. 1 - общий вид гидропневматического аэратора;
фиг. 2 - разрез Α-A гидропневматического аэратора;
фиг. 3 - вид Б гидропневматического аэратора.
Осуществление полезной модели
Гидропневматический аэратор состоит из корпуса 1 включающего воздушную камеру 2 с выпускными отверстиями 3, вихревую камеру 4 с расположенным в ней рабочим органом 5. Рабочий орган 5 имеет генераторы акустических колебаний 6, которые выполнены в виде несимметричных газоструйных излучателей высокого давления 7 и 8, расположенные по обеим сторонам сверхзвуковых щелевидных сопел 9. Впускное отверстие воздушной камеры 3 сообщается только с одним излучателем 8. Вихревая камера 4 сообщается с выгрузной камерой 10, которая имеет меньший диаметр и через отверстие 11 выполненное с кольцевым зазором относительно закрепленной на торцевой крышке 12 вертикальной трубы 13. Новизной полезной модели является то, что выгрузная камера 10 имеет тангенциально расположенные по отношению друг к другу выходной 14 и напорный патрубок 15.
Устройство работает следующим образом.
Энергоноситель (воздух) под давлением подается в воздушную камеру 2, в качестве источников наддува можно использовать компрессор или ресивер (на чертежах не указаны).
Из воздушной камеры 2 воздух поступает в вихревую камеру 4 через выпускные отверстия 3 к рабочему органу 5 в расположенные в нем генераторы акустических колебаний 6. Проходя, через несимметричные газоструйные излучатели 7 и 8 воздух попадает в щелевидное сопло 9, разгоняясь до скорости превышающей скорость звука. В связи с тем, лишь в одном газоструйном излучателе 8 расположено впускное отверстие коллектора 3, через которое проходит воздух под высоким давлением, а во второй газоструйный 7 воздух попадает одновременно с прохождением сквозь щелевидное сопло 9, обеспечивается получение пульсирующего режима истечения воздушного сверхзвукового потока. Кроме того, реализация возможности вращения рабочего органа 5 вокруг своей вертикальной оси позволяет изменять частотные характеристики сверхзвукового потока (струи) за счет изменения геометрических параметров газоструйных излучателей 7 и 8, что обеспечивает реализацию эффекта резонанса при диспергации жидкости поступающей в вихревую камеру 4.
Воздух, проходя через щелевое сопло 9, разгоняется до сверхзвуковой скорости, создавая вихрь, в центре которого образуется область пониженного давления, в которую через вертикальную трубу 13 всасывается аэрируемая жидкость, образуя в вихревой камере 4 газо-жидкостную смесь, которая через кольцевой зазор 11 выносится в выгрузочную камеру 10, где повторно смешивается с жидкостью поступающей через вводной напорный патрубок 15 и удаляется в окружающую среду через тангенциально расположенный к нему выходной патрубок 14.
Заявленное устройство позволяет создавать пузырьки размером не более 20 мк и за счет увеличения времени контакта жидкости и воздуха в выгрузной камере обеспечивает эффективное использование воздуха до 90-95% в системах биологической очистки сточных вод. Кроме того, в 3-5 раз возрастает срок эксплуатации системы аэрации при снижении энергопотребления от 4 до 10 раз.