УСТРОЙСТВО ДЛЯ НАСЫЩЕНИЯ ВОДЫ КИСЛОРОДОМ
DEVICE FOR WATER SATURATION WITH OXYGEN

Изобретение относится к области насыщения жидкостей газом, а более точно касается аэрирующего устройства.
Изобретение может быть использовано в системах пневматической аэрации природных и производственных сточных вод при их биологической очистке, в системах флотации, для подачи воздуха при очистке природных и производственных сточных вод.
Известно комбинированное устройство для биохимической очистки сточных вод, содержащее биофильтр с системой орошения, размещенной над аэротенком-отстойником с подающими трубами для струйной аэрации жидкости, циркуляционный насос, подающий сточную воду в аэрационные трубы, внутри верхней части которых имеются направляющие выступы в виде спиралей (RU №2220915).
Известно устройство для биохимической очистки сточных вод, содержащее аэротенк с узлом аэрации, выполненным в виде эжектора с прикрепленной к его выходу аэрационной трубой, и трубопроводы, подводящие и отводящие сточные воды, внутри входной части аэрационной трубы установлен патрубок с направляющими выступами в виде цилиндрических спиралей, вызывающих в циркулирующей иловой смеси кавитацию, обеспечивающую интенсивное диспергирование в ней пузырьков воздуха, засасываемого эжектором, и равномерное распределение последних по сечению потока иловой смеси (RU №2279408).
Известно устройство, которое содержит водоподводящую трубу с коническим соплом и коаксиально расположенным конфузором, воздухоподводящую трубу, смесительную камеру и диффузор. Водоподводящая труба связана с трубопроводом подачи воды через цилиндрическое распределительное устройство, расположенное коаксиально снаружи воздухоподводящей трубы, являющейся одновременно конфузором. Распределительное устройство подачи воды в сопло снабжено не менее чем тремя патрубками, оси которых расположены под острым углом к оси водоподводящей трубы. Площадь сечения воздухоподводящей трубы больше площади сечения водоподводящей трубы в 1,5 раза. Площадь сечения распределительного устройства больше площади воздухоподводящей трубы не менее чем в 1,25 раза. Суммарная площадь сечения всех патрубков равна площади сечения распределительного устройства (RU 1224833).
Недостатки известных устройств - пассивное насыщение капель струи жидкости кислородом воздуха в течение ограниченного промежутка времени при значительном увеличений размеров и стоимости аэрирующего устройства.
Известно устройство для аэрации жидкости, состоящее из центрального стояка с конической воронкой в верхней части, футляра, расположенного вокруг центрального стояка, заканчивающегося в верхней части мини-резервуаром и установленного на горизонтальной заглушке, через которую проходит центральный стояк. При этом центральный стояк с футляром образуют напорную полость, внизу ограниченную горизонтальной заглушкой. Патрубок с фланцем для ввода исходной жидкости расположен в нижней части футляра. Устройство дополнительно снабжено воздушными трубами, размещенными вертикально в напорной полости, при этом их нижние концы входят на разных горизонтах внутрь центрального стояка на участке от нижнего обреза конической воронки до горизонтальной заглушки. Их верхние концы выведены выше уровня обрабатываемой жидкости в мини-резервуаре. Для эжекции воздуха внутрь центрального стояка воздушные трубы своими нижними концами входят в полость центрального стояка посредством полуотводов, при этом обрезы их сечений обращены по направлению потока (RU №2181343).
Известно устройство для аэрации жидкости, содержащее вертикально расположенную трубу, воздуховод, воздушную камеру. Воздуховод подсоединен к воздушной камере, расположенной на перфорированном участке трубы. Устройство дополнительно снабжено соосно соединенной с трубой вихревой камерой. Вихревая камера располагается ниже воздушной камеры. Диаметр вихревой камеры в 3-5 раз больше диаметра трубы. К вихревой камере тангенциально подсоединен патрубок для подачи жидкости (RU 2189365).
Недостатком известной системы является сложность конструкции аэратора при недостаточно высокой эффективности аэрации.
Также известен технический оксигенатор, состоящий из корпуса, трубы подведения жидкости, трубы слива насыщенной воды, клапана подачи кислорода, трубы слива грязи, датчика регулятора уровня и блока управления (электронный ресурс: http://centr-plastik.ru/razvedenie-ryby-v-basseinakh/oksigenator/).
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению (прототип) является устройство (US 7571899 В2, опубл. 11.08.2009). Известное устройство для насыщения воды кислородом состоит из удлиненного цилиндрического корпуса, трубы подачи газообразного кислорода, трубы подачи воды и трубы выхода воды (добавлен новый прототип).
К недостаткам известных систем следует отнести сложность конструкций аэраторов при низкой эффективности аэрации и громоздкости конструкции.
Задачей создания и техническим результатом предлагаемого технического решения является получение устройства упрощенной конструкции, обеспечивающего эффективную аэрации воды, повышение надежности эксплуатации, упрощение монтажа устройства аэрации и удешевление процесса аэрации.
Заявляемый технический результат достигается путем создания устройства для насыщения воды кислородом, который состоит из удлиненного цилиндрического корпуса, в верхней части которого выполнены труба для подачи газообразного кислорода, кран для выпуска газа и труба подачи воды, соединенная с отсеком приема воды и отсеком разгона воды, при этом диаметр отсека разгона воды превышает диаметр отсека приема воды, удлиненный цилиндрический корпус своей нижней частью герметично закреплен внутри цилиндрического основания, содержащего по меньшей мере одну трубу выхода воды, при этом на нижней части удлиненного корпуса вдоль всей окружности выполнены прорези для прохождения воды, а между стенками удлиненного корпуса и основания выполнена система вертикальных барьеров, позволяющая жидкости двигаться в различных направлениях.
Устройство для насыщения воды кислородом может быть изготовлено из полипропилена толщиной от 3 до 5 мм или из любого другого подходящего инертного материала.
В предпочтительном варианте исполнения удлиненный цилиндрический корпус выполняется высотой не более 1000 мм и в диаметре не более 350 мм. Основание выполняется высотой не более 550 мм и диаметром не более 650 мм.
Труба подачи воды, при необходимости оборудованная насосом, соединена с отсеком приема воды и отсеком разгона воды, при этом диаметр отсека разгона воды превышает диаметр отсека приема воды, и в предпочтительном варианте исполнения труба подачи воды имеет диаметр 100 мм, отсек приема воды 160 мм, а отсек разгона воды не превышает 220 мм.
Система вертикальных барьеров может быть выполнена с помощью встроенного между удлиненным цилиндрическим корпусом и основанием кольца, герметично закрепленного на донной части основания. Предпочтительно кольцо выполняется диаметром от 460 до 500 мм и высотой от 300 до 400 мм.
В предпочтительном варианте исполнения основание в своей нижней части содержит дополнительный кран для слива воды.
В предпочтительном варианте исполнения цилиндрический удлиненный корпус на высоте, не превышающей высоту основания, содержит вдоль всего диаметра удлиненные прорези предпочтительно шириной от 3 до 15 мм и длиной не более 200 мм.
В предпочтительном варианте исполнения основание содержит две трубы выхода воды, выполненные напротив друг друга. Предпочтительно трубы выхода воды расположены на расстоянии от 5 до 25 мм от дна.
Ниже приводится пример осуществления предложенного технического решения, никоим образом не ограничивающий иные возможные способы его реализации.
На фиг. 1 выполнен общий вид заявляемого устройства для насыщения воды кислородом.
На фиг. 2 выполнен вид устройства для насыщения воды кислородом в разрезе.
На фиг. 3 выполнен вид устройства для насыщения воды кислородом в разрезе с демонстрацией прохождения жидкости.
Устройство для насыщения воды кислородом выполнено из удлиненного цилиндрического корпуса 1, в верхней части которого выполнены труба для подачи газообразного кислорода 2, кран для выпуска газа (на чертеже не показан) и трубу подачи воды 3, соединенную с отсеком приема воды 4 и отсеком разгона воды 5. Своей нижней частью 6 удлиненный корпус 1 герметично закреплен внутри цилиндрического основания 7. Основание содержит две трубы выхода воды 8, выполненные напротив друг друга. На нижней части удлиненного корпуса 1 вдоль всей окружности выполнены прорези 9 для прохождения воды. Между стенками удлиненного корпуса 1 и основания 7 выполнено кольцо 10, образующее систему вертикальных барьеров. Цилиндрический удлиненный корпус 1 содержит вдоль всего диаметра удлиненные прорези 11 для возврата кислорода.
Работает устройство следующим образом. Направление движения потока воды на чертеже изображено стрелками.
Насосом вода подается в устройство для насыщения воды кислородом по трубе подачи воды 3 в отсек приема воды 4, затем вода разгоняется между отсеком приема воды 4 и отсеком разгона воды 5 и направляется вертикально вниз. Через трубу для подачи газообразного кислорода подается кислород, который наполняет центральный корпус. Устройство для насыщения воды кислородом наполняется водой на высоту основания. Далее вода под давлением падает вниз, проходя через наполненный кислородом центральный корпус, и ударяется о поверхность воды в нижней части устройства. При ударе падающего потока воды о поверхность воды в нижней части центрального корпуса образуется взвесь мелких частиц воды и кислорода, что влечет активное растворение кислорода в воде. Далее обогащенная кислородом вода проходит через нижние прямоугольные прорези 9 нижней части основания, поднимается вверх между внешней стенкой центрального корпуса 1 и стенкой кольца 10, далее вода разворачивается в обратную сторону, проходя между стенками кольца 10 и основания 7, и по трубам выхода воды 11 выводится за пределы устройства для насыщения воды кислородом.
Не растворившийся в воде газообразный кислород возвращается в полость центрального корпуса через выполненные в стенках корпуса прорези 12 и вновь подвергается растворению в воде.
Заявленное предложение промышленно применимо и имеет существенно более высокие эффективность и стабильность работы по сравнению с известными устройствами за счет конструктивной простоты. Низкая стоимость используемого материала, отсутствие электрических и сложных механических узлов и агрегатов позволяет существенно продлить срок службы устройства и делает устройство очень привлекательным с экономической точки зрения.
Благодаря своим небольшим размерам устройство может встраиваться в существующие системы водоочистки.