ВОДОСЛИВНОЙ АЭРАТОР ПОВЕРХНОСТНОГО ТИПА

Полезная модель относится к аэраторам, использующим энергию переливающегося через водослив потока, который захватывает мелкие пузырьки газа, увлекая их в нижнюю часть резервуара, и может быть применено при очистке сточных вод, например, в аэротенках.
Известен эрлифтный аэратор (Справочное пособие к СНиП. - М.; Стройиздат. 1990 г., с. 44, 61).
Однако эрлифтные аэраторы так же, как и пневматические требуют установки воздуходувных устройств. Это вызывает повышенный расход электроэнергии на аэрацию в сравнении с другими аэрационными системами.
В эрлифтных аэраторах воздух через систему дырчатых труб подается в расширяющуюся нижнюю часть цилиндрического корпуса. Выходящий воздух поднимается и в результате эрлифтного эффекта увлекает за собой большую массу жидкости, которая через кольцевой направляющий конус переливается на периферию резервуара. В результате создается кольцевой гидравлический прыжок, расширяющийся книзу поток жидкости, захватывает мелкие пузырьки газа и увлекает их в нижнюю часть резервуара. Одновременно этот поток подсасывается в цилиндрический корпус, что способствует хорошему перемешиванию жидкости и
обогащению ее кислородом. Таким образом, происходит достаточно интенсивный массообмен.
Наиболее близким по технической сущности является устройство для аэрации жидкости по патенту №2220113. Здесь внесение кислорода воздуха в рабочую жидкость осуществляется за счет инверсии струи на зубчатых водосливах, в водоворотной зоне гидравлического прыжка, и за счет дополнительного его вовлечения при переливе и падении через переливную кромку водобойного колодца.
Однако данное устройство требует существенных капитальных затрат для строительства, а при возникновении аварийных ситуаций требует применения грузоподъемных механизмов для их устранения
Задача полезной модели в снижении капитальных на строительство аэратора и упрощении его эксплуатационных характеристик, как-то замена при аварии, возможность расположения в любой точке поверхности жидкости в аэрируемом резервуаре, выполнение ремонтно-профилактических работ.
Сущность полезной модели заключается в том, что водосливной аэратор поверхностного типа содержит вертикальную полую колонну, верхняя часть которой оборудована водосливом с тонкой стенкой, периметральный водобойный колодец с подпорной стенкой с водосливом, водосливы выполнены зубчатые с тонкой стенкой, дополнительно вертикальная колонна выполнена короткой не связанной с дном
зубчатые водосливы 2, в нижней части полой колонны присоединена аэрационных резервуаров, нижняя часть колонны соединена с мешалкой со струенаправляющим кольцом, а под периметральным колодцем расположен поплавок для создания плавучести над свободной поверхностью аэрируемой жидкости.
Полезная модель предназначена для снижения капитальных затрат на строительство и реконструкцию аэрационных систем, и упрощение эксплуатационных характеристик аэратора при сохранении основных технологических преимуществ прототипа.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг.1. представлен вид сбоку, на фиг.2. вид сверху.
Водосливной аэратор поверхностного типа состоит из короткой вертикальной полой колонны 1, в верхней части которой выполнены зубчатые водосливы 2, в нижней части полой колонны присоединена мешалка 3 со струенаправляющим кольцом 4, средняя часть колонны соединена с периметральным водобойным колодцем 5, на подпорной стенке которого установлен зубчатый водослив с тонкой стенкой 6, под периметральным водобойным колодцем 5 устроен поплавок 7 с защитой 8 от внешних повреждений.
Выполнение полой колонны короткой не связанной с дном аэрационного резервуара, использование мешалки со струенаправляющим кольцом и поплавка под периметральным водобойным колодцем позволяет при сохранении высоких технологических параметров прототипа в 3-5 раз
снизить капитальные затраты на изготовление и монтаж водосливного аэратора, упростить его эксплуатационные характеристики. Работы, связанные с профилактикой водосливного аэратора поверхностного типа, заменой его основных узлов, существенно упрощаются, т.к. водосливной аэратор поверхностного типа практически плавает на поверхности аэрируемой жидкости и легко доступен для осмотра и устранения неполадок. Характерной особенностью водосливного аэратора поверхностного типа является также использование мешалки со струенаправляющим кольцом, которая, по сути, представляет собой низконапорный насос, способный эффективно перекачивать большие расходы жидкости с напором от 1,0 до 1,5 м.
Водосливной аэратор поверхностного типа работает следующим образом. Мешалка 3 со струенаправляющим кольцом 4 забирает обрабатываемую жидкость и подает ее в верхнюю часть короткой вертикальной полой колонны 1. Напор создаваемый мешалкой 3 позволяет жидкости, поднимаясь по полой колонне 1 переливаться через зубчатый водослив с тонкой стенкой 2. В нижней части струи имеет место инверсия, что приводит к захвату воздуха в струю. Далее переливаясь через водослив 2, струя жидкости попадает в водобойный колодец 5, рассчитанный таким образом, что в нем образуется интенсивная водоворотная зона гидравлического прыжка, в которой происходит активное вовлечение воздуха в жидкость. Газожидкостная смесь, переливаясь через зубчатый
водослив 6 на выходе из периметрального водобойного колодца 5, попадает на поверхность аэрируемой жидкости, дополнительно вовлекая значительное количество воздуха, интенсифицируя массообмен. Далее она поступает в зону всасывания мешалки 3 со струенаправляющим кольцом 4, осуществляя, таким образом, рециркуляцию и активное внесение кислорода воздуха в жидкости. Весь водосливной аэратор поверхностного типа удерживается на плаву, на определенном расстоянии кромки водослива 6 до свободной поверхности жидкости ~ 0,4-0,5 м, при помощи поплавка 7, защищаемого от разрушения защитой 8.
2
2
Удельная мощность заявляемого устройства составляет 0,25 кВт-ч/кгО, а у устройства для аэрации жидкости по патенту №2220113 (прототип) 0,33 кВт-ч/кгО.
Сравнение основных параметров систем аэрации в соответствии с рекомендациями СНиП 2.04.03-85 и данными других авторов приведены в таблице ниже
Анализ данных таблицы показывает преимущества заявляемого устройства по одному параметру в сравнении с прототипом.
Однако, предлагаемый водосливной аэратор поверхностного типа, обеспечивая высокие массообменные характеристики и технологические параметры сооружения, вследствие существенно меньшей стоимости мешалок со струенаправляющим кольцом их низкой энергоемкости и
отсутствия затрат на строительные и монтажные работы, в 3-4 раза сокращает капитальные затраты по его использованию.
Параметры системы аэрации
Заявляемый водосливной аэратор поверхностного типа
Устройство для аэрации жидкости по патенту №2220113
Мелкопузырчатая система аэрации, I=10,0м<sup>3</sup>/м<sup>2</sup>*ч
Объемный коэффициент массопередачи, Kv=1/час.
16,72
16,72
7,30
Эффективность аэрации, кгО<sub>2</sub>/кВт-ч
4,00
3,33
1,79
Интенсивность перемешивания, Вт/м<sup>2</sup>
46,00
45,45
27,20
Несомненным достоинством является снижение затрат на эксплуатацию данного оборудования в сравнении с прототипом.