Аэратор

Полезная модель относится к области напорных гидравлических водовоздушных систем, обычно используемых в системах очистки воды, в части аэрации воды и/или сепарации (сброса) избыточного воздуха.
Известен аэратор, содержащий корпус (аэрационную колонну в виде баллона типоразмера 0844, 1044, 1344 или большего) и предназначенные для отвода воздуха трубку и соединенный с ней воздухоотделительный клапан (http://akwaservice.ru/catalog/Sistema_ochistki_vodi_kottedzha/Napornie_aeratsionnie_sistemi/Aeratsiya_kompressornaya/).
Указанный аэратор является наиболее близким по технической сущности к полезной модели, поскольку также предназначен для аэрации и сепарации под давлением, в силу чего принят в качестве наиболее близкого аналога.
Недостатками известного решения являются большие габаритные размеры и недостаточная эффективность работы.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является повышение эффективности работы аэратора в части улучшения аэрации и сепарации избыточного воздуха при меньших занимаемых объемах и капитальных затратах.
Технический результат полезной модели заключается в повышении эффективности работы аэратора и достигается тем, что аэратор содержит корпус и предназначенные для отвода воздуха трубку и соединенный с ней клапан, причем внутреннее пространство корпуса заполнено кольцами Паля, а на входе в корпус и выходе из него установлены распределительные диски.
Вход корпуса снабжен патрубком, в котором выполнены отверстия для подвода воды и воздуха.
Отверстие для подвода воздуха выполнено в боковой стенке патрубка.
Полезная модель поясняется чертежами:
фиг. 1 - аэратор согласно полезной модели, вид в разрезе;
фиг. 2 - аэратор согласно полезной модели, вид сбоку;
фиг. 3 - аэратор согласно полезной модели, вид спереди (со стороны входа);
фиг. 4 - аэратор согласно полезной модели, вид в перспективе;
фиг.5 - распределительный диск.
Аэратор согласно полезной модели предназначен для напорной аэрации воды и/или сепарации избыточного воздуха. Аэратор обычно устанавливают перед фильтрами с зернистой загрузкой. Подачу воздуха осуществляют перед аэратором с помощью безмасляных компрессоров, работой которых управляет блок управления.
2
2
4
Аэратор согласно полезной модели совмещает в одном устройстве процессы насыщения воды кислородом воздуха и функцию отделения избыточного воздуха под давлением. При этом может происходить снижение содержания присутствующих в воде газов: сероводорода (HS), диоксида углерода (CO), метана (CH) и/или радона (Rn).
Аэратор содержит корпус 1 и предназначенные для отвода воздуха трубку 2 и соединенный с ней клапан 3, причем внутреннее пространство корпуса заполнено кольцами 4 Паля, а на входе в корпус 1 и выходе из него установлены распределительные диски 5 и 6, соответственно, содержащие отверстия, улучшающие смешение и растворение воздуха.
Водовоздушная смесь, которая образуется из поступающей воды и введенного на входе воздуха в верхней части корпуса, проходит распределительный диск 5 и поступает в воздушную подушку корпуса 1, внутренний объем которого заполнен кольцами 4 Паля. Внутреннее пространство аэратора условно можно разделить на две зоны: верхнюю (воздушную подушку), в которой в основном происходит аэрации воды, и нижнюю, в которой накапливается вода и происходит сепарация избыточного воздуха.
Граница между зонами устанавливается и поддерживается с помощью указанной трубки 2 (стояка), соединенной с указанным воздухоотделительным клапаном 3, через который избыток воздуха сбрасывается из аэратора. Длина трубки определяет уровень воды в аэраторе и, следовательно, объемы и соотношения верхней (воздух) и нижней (вода) зон. Соотношение верхней и нижней зон по высоте поддерживается в пределах 1,0-2,0.
2
2
4
На диске 5 и кольцах 4 Паля происходят интенсивные сорбционно-десорбционные процессы, процессы адгезии и коалесценции пузырьков воздуха, результатом которых является переход кислорода из воздуха в воду, а присутствующих в воде газов (HS, CO, CH и/или Rn) - в воздушный объем. При этом также происходит разделение избыточного воздуха и воды. Избыточный воздух отводится сверху через трубку 2 и далее воздухоотделительный клапан 3. Вода накапливается в нижней части аэратора, откуда через нижний выход идет на фильтры.
Корпус аэратора собран из труб и фитингов ПВХ.
В таблице 1 приведены предельные размеры и пропускная способность аэратора согласно полезной модели, а в таблице 2 - стандартные размеры и пропускная способность.
Обозначения, приведенные в таблицах 1 и 2:
3
Q - пропускная способность, м/ч;
вн
V - внутренний объем, л;
D - диаметр корпуса, мм;
D1 - присоединительные размеры, вход-выход, «под вклейку», мм;
D2 - диаметр распределительного диска, мм;
H - высота корпуса, мм;
H1 - общая высота, мм;
B - монтажная ширина, мм;
B1 - габаритная ширина, мм.
Распределительные диски 5 и 6 могут иметь различную конструкцию в зависимости от качества воды и требований к аэрации. Уменьшение размеров и увеличение общего периметра отверстий увеличивает эффективность протекающих процессов, но при этом возрастает скорость зарастания железом. Для воды, содержащей железо, устанавливают диски с отверстиями, изготовленные из перфорированных листов оцинкованной или нержавеющей стали, имеющих толщину 0,8-1 мм. На фиг. 5 показан стандартный распределительный диск из нержавеющей стали AISI 304, имеющий толщину 0,8-1 мм и отверстия для обезжелезивания, занимающие 50-70% от общей площади. Характерный размер 8-10 мм и площадь отверстий диктуются скоростью зарастания отверстий железом.
Эффективность работы можно значительно увеличить, если использовать два последовательно соединенных аэратора согласно полезной модели, причем в первом аэраторе, который выполняет функцию смесителя, рекомендуется заглушить отвод для воздуха, а во втором аэраторе, который выполняет функцию сепаратора воздуха, - заглушить точку впрыска воздуха. Такая комбинация позволяет увеличить растворимость воздуха и обеспечить большее время контакта кислорода с водой до попадания на фильтры.
Аэратор согласно полезной модели в сравнении с наиболее близким аналогом имеет ряд особенностей:
- все внутреннее пространство заполнено кольцами Паля, что улучшает процесс растворения кислорода и отделения избытка воздуха за счет увеличения турбулентности потока воды, протекающих процессов адгезии и коалесценции пузырьков воздуха;
- на входе и выходе установлены специальные распределительные диски, в которых имеются отверстия, улучшающие смешение воздуха с водой и растворение воздуха в воде;
- отсутствует многофункциональный оголовок для подачи и отбора воды и воздуха;
- аэратор собирается из доступных труб и фитингов ПВХ вместо высоконапорного корпуса колонны;
- обладает повышенной пропускной способностью при меньших габаритах, массе и капитальных затратах.
В таблице 3 приведены технические характеристики аэрационной колонны наиболее близкого аналога.
3
3
3
Если взять максимальное по производительности устройство аэрационной колонны Q 2160-AP200 и сравнить по внутреннему объему с аналогичным (уже минимальным по производительности) аэратором ATS-0090AP согласно полезной модели (см. таблицу 2), то можно сделать следующие выводы: объем аэратора согласно полезной модели меньше в 44 раза (7 л против 310 л), причем если максимальная производительность аэрационных колонн ограничивается 18 м/ч, то стандартная пропускная способность аэратора согласно полезной модели составляет 120 м/ч (а под заказ максимальная производительность аэратора согласно полезной модели может достигать 1000 м/ч).
Таким образом, в полезной модели обеспечивается повышение эффективности работы аэратора при меньших занимаемых объемах, т.к. все внутреннее пространство заполнено кольцами Паля, а на входе и выходе применены распределительные диски.
Кроме того, благодаря забору снизу (из нижней части корпуса аэратора) и кольцам Паля во всем внутреннем пространстве (водяная и воздушная зоны) обеспечивается возможность создания повышенной доли воздушной зоны от общего внутреннего объема устройства аэратора, при этом забор воды из нижней части аэратора улучшает процесс сепарации и снижает риск проскока избыточного воздуха.