ТРУБЧАТЫЙ АЭРАТОР

Полезная модель относится к оборудованию для очистки сточных вод, а именно к аэрационным системам, в частности к трубчатым аэраторам, и может быть использована при биологической очистке сточных вод в аэротенках с применением активного ила.
3
3
3
Аэрационные системы используются при флотации, в аэробных стабилизаторах осадка, в водоемах, но самое распространенное применение аэрационные системы получили в аэротенках на стадии биологической очистки. На этой стадии очистки сообщество микроорганизмов - бактерий, простейших и ряда высших организмов (активный ил) в условиях аэробиоза осуществляют процесс естественной очистки сточных вод, поедая присутствующую в них органику. Для нормальной жизнедеятельности организмам активного ила требуются малые количества растворенного кислорода. Критической концентрацией считается 0,2 мг/дм, вполне удовлетворительной - 0,5 мг/дм растворенного кислорода. Однако активный ил не терпит залежей и при малейшем застое начинает гибнуть от собственных метаболитов (процесс загнивания активного ила). Поэтому нормы на содержание растворенного кислорода (не менее 1,0-2,0 мг/дм в любой точке аэротенка) предполагают обеспечение интенсивного перемешивания иловой смеси с целью ликвидации ее залежей. При концентрации растворенного кислорода, превышающей максимально необходимую критическую величину, степень активности микроорганизмов не увеличивается, и очистка не улучшается. Поэтому для каждого очистного сооружения устанавливается своя «критическая концентрация» кислорода, причем степень его поглощения определяется, главным образом, характером и концентрацией загрязнений. Подача воздуха обеспечивает несколько процессов, происходящих с активным илом: дыхание организмов, перемешивание иловой смеси, удаление метаболитов, хемоокисление загрязняющих веществ.
Одной из причин плохих аэрационных условий для активного ила является сокращение подаваемого воздуха, в частности ввиду засорения фильтрующих воздух элементов (фильтросных пластин, дырчатых труб, пор диспергирующего покрытия аэратора). Еще одной причиной является неравномерность распределения воздуха внутри аэратора и, следовательно, в объеме воды.
Важным также является размер пузырей воздуха, подаваемых через диспергирующее покрытие аэраторов. При крупнопузырчатой аэрации размер пузыря воздуха достигает 5-6 мм, и использование кислорода активным илом при этом составляет 6-7%, что не создает идеального массопереноса растворенного кислорода из жидкости в клетку. При уменьшении размера пузыря воздуха до 2-2,5 мм увеличивается использование кислорода до 8-12%. Применение мелкопузырчатой аэрации позволяет аэрофилам заместить микроаэрофилов в активном иле, что приводит к значительному улучшению качества очистки, улучшению седиментационных характеристик активного ила, его влагоотдающих свойств, повышению уровня метаболизма, сокращению прироста, а также возрастанию устойчивости организмов ила к воздействию токсичных веществ.
Таким образом, актуальной является проблема обеспечения бесперебойного аэрирования активного ила с одновременным улучшением массообменных характеристик аэраторов.
Известен трубчатый аэратор, описанный в авторском свидетельстве СССР №1803391, опубликованном 23.03.1993 г., содержащий опорную трубу с радиальными отверстиями и диспергирующее покрытие, при этом опорная труба выполнена с продольными ребрами на наружной поверхности, радиальные отверстия расположены между продольными ребрами, диспергирующее покрытие выполнено двухслойным - внутренний слой выполнен из волокнистого материала, плотно навитого на опорную трубу, а наружный слой - в виде сплошного покрытия из волокнистого материала, причем площадь сечения между смежными ребрами и диспергирующим покрытием не превышает половины площади сечения радиального отверстия.
К недостаткам вышеописанного изобретения относятся относительная сложность конструкции аэратора, относительно низкая диспергирующая способность и недостаточная равномерность распределения диспергирующей среды.
Ближайшим аналогом заявляемой полезной модели, выбранным в качестве прототипа, является трубчатый аэратор, описанный в патенте Российской Федерации №2112753, опубликованном 10.06.1998 г., содержащий трубу с радиальными отверстиями и диспергирующее покрытие, внутренний диаметр которого составляет 1,3-1,5 наружного диаметра трубы с радиальными отверстиями.
Недостатком указанного решения является неравномерное распределение воздуха, выходящего из радиальных отверстий опорной трубы, по диспергирующему покрытию по всей длине аэратора.
Задачей заявляемой полезной модели является создание такого трубчатого аэратора, который будет конструктивно простым и надежным, оптимальная конструкция которого позволит обеспечить удобство монтажа и исправную работу аэратора, его улучшенные массообменные характеристики, а также будет характеризоваться равномерной эпюрой распределения воздуха при сниженных потерях напора.
Поставленная задача решается тем, что разработан трубчатый аэратор, содержащий трубу с радиальными отверстиями и диспергирующее покрытие, при этом внутренний диаметр диспергирующего покрытия составляет 1,06-1,29 наружного диаметра трубы с радиальными отверстиями.
В отличие от прототипа, заявляемый объект ввиду своих конструктивных особенностей, в частности, ввиду отличительного от прототипа признака, а именно того, что внутренний диаметр диспергирующего покрытия составляет 1,06-1,29 наружного диаметра трубы с радиальными отверстиями, характеризуется равномерной эпюрой распределения воздуха при сниженных потерях напора, что улучшает массообменные характеристики трубчатого аэратора по сравнению с прототипом, а, следовательно, обеспечивает улучшенный технический результат. Изменение указанного в прототипе диапазона соотношений внутреннего диаметра диспергирующего покрытия к наружному диаметру трубы с радиальными отверстиями объясняется тем, что при постоянных значениях диаметра диспергирующего покрытия и толщины стенки трубы с радиальными отверстиями проходное сечение трубы с радиальными отверстиями при соотношении внутреннего диаметра диспергирующего покрытия к наружному диаметру трубы в диапазоне 1,06-1,29 будет больше, чем у трубы при указанном соотношении в диапазоне 1,3-1,5, а, следовательно, будет больше диаметр проходного сечения, при этом, согласно законам динамики тела переменной массы, чем больше диаметр проходного (внутреннего) сечения, тем равномернее эпюра распределения воздуха и тем большую суммарную площадь отверстий можно применить при такой же эпюре распределения, что, в свою очередь, ведет к уменьшению потери напора.
Предпочтительным является такое осуществление полезной модели, при котором диаметр радиальных отверстий составляет 2-5 мм. При этом диаметр пузырьков, образованных наружным диспергирующим покрытием трубчатого аэратора после прохождения воздуха сквозь указанные радиальные отверстия составляет 2-3 мм, что обеспечивает мелкопузырчатую аэрацию, а, следовательно, улучшенные массообменные характеристики аэратора и диспергированного воздуха. Также такой диапазон величин радиальных диаметров отверстий дает возможность выполнить до 12 отверстий в перпендикулярном сечении трубы с равным угловым шагом, что обеспечивает сборку аэрирующих элементов в плеть без предварительного нанесения на них совмещающих меток при приемлемой скважности, а, следовательно, обеспечивает удобство монтажа конструкции.
Предпочтительно трубчатый аэратор дополнительно содержит кольцевые вставки между трубой с радиальными отверстиями и диспергирующим покрытием, обеспечивающие кольцевой зазор между указанными трубой и диспергирующим покрытием. Благодаря наличию в межтрубном пространстве указанных кольцевых вставок обеспечивается не только равномерная разгрузка аэратора, но и максимальная рабочая поверхность наружного диспергирующего покрытия, что увеличивает количество пузырьков воздуха. Благодаря зазору происходит разделение функций равномерного распределения воздуха по длине аэратора и его диспергации, за счет чего добиваются равномерной эпюры распределения воздуха при заранее заданной посредством числа отверстий и их диаметра необходимой потере напора. Уменьшение потери напора, в свою очередь, улучшает массообмен, поскольку чем меньше сопротивление, тем больше воздуха попадет через аэратор в воду. Также нижняя часть кольцевого зазора между трубой и диспергирующим покрытием выполняет функцию грязенакопителя, что предотвращает забивание диспергирующего покрытия пылью и продуктами коррозии воздушных коллекторов и, в свою очередь, повышает надежность и работоспособность аэратора. При помощи кольцевых вставок происходит секционирование аэратора на отсеки (секции), при этом при нарушении целостности диспергирующего покрытия в пределах одной из секций процесс диспергации воздуха через соседние секции осуществляется без изменений, что также повышает надежность аэратора и его работоспособность в экстренных ситуациях.
Предпочтительным является такое исполнение полезной модели, при котором расстояние между кольцевыми вставками составляет 1,5-7 наружных диаметров трубы с радиальными отверстиями.
В одном из предпочтительных вариантов осуществления суммарная площадь радиальных отверстий в трубе на 1 метр (погонный метр) составляет 0,013-0,35 площади внутреннего диаметра диспергирующего покрытия, в зависимости от длины плети аэраторов и удельного расхода воздуха на погонный метр.
Указанные значения и соотношения диаметров, расстояний и площадей рассчитаны экспериментальным путем и являются оптимальными. При отступлении от указанных пределов не достигаются требуемые технические характеристики аэратора, в частности равномерная эпюра распределения воздуха, и его надежная работа.
Заявляемая полезная модель поясняется при помощи графических материалов, приведенных ниже.
На Фиг.1 изображен трубчатый аэратор в продольном разрезе.
Трубчатый аэратор состоит из трубы 1, имеющей наружный диаметр d, с выполненными в ней радиальными отверстиями 2 и диспергирующего покрытия 3, имеющего внутренний диаметр D. Между трубой 1 аэратора и диспергирующим покрытием 3 установлены кольцевые вставки 4, образующие секции 5.
Заявляемый трубчатый аэратор работает следующим образом.
Подаваемый в трубу 1 воздух для аэрации направляют через радиальные отверстия 2 трубы 1 в зазор между трубой 1 и диспергирующим покрытием 3, разделенный на секции 5 посредством кольцевых вставок 4. Далее через диспергирующее покрытие 3 воздух диспергируют и направляют в аэрируемую жидкость, обеспечивая ее аэрацию.
Таким образом, заявляемая полезная модель представляет собой трубчатый аэратор, который является конструктивно простым и надежным, оптимальная конструкция которого позволяет обеспечить удобный монтаж и исправную работу аэратора, его улучшенные массообменные характеристики, а также характеризуется равномерной эпюрой распределения воздуха при сниженных потерях напора.