УСТРОЙСТВО ДЛЯ АЭРАЦИИ И ПЕРЕМЕШИВАНИЯ СТОЧНЫХ ВОД
EFFLUENTS AERATOR-MIXER

Изобретение относится к области очистки сточных вод и может быть использовано, в частности, в аэротенках, локальных очистных сооружениях, аэрируемых прудах для аэрации и перемешивания очищаемых сточных вод.
Известен аэротенк для биологической очистки сточных вод, в котором аэрирование и перемешивание воды осуществляется за счет вдувания воздуха в ее поверхностные слои и создания с помощью эрлифта вертикального потока воды (патент РФ 2226182, МПК C02F 3/02 - аналог), ее аэрирование и перемешивание.
Наиболее близким к предлагаемому является устройство для аэрации и перемешивания сточных вод(патент РФ 2146659, МПК C02F 3/02 - прототип). Устройство для аэрации выполнено в виде пластины с отверстием в геометрическом центре. В отверстие нагнетается воздух средненапорным (0,5 - 1,5 кПа) вентилятором. Воздух, проходя под нижней поверхностью воды, перемешивается с ней, аэрируя ее. Данное устройство имеет следующие недостатки - необходимость развивать вентилятором довольно большое давление, до 1,5 кПа. Воздух проходит под пластиной в виде больших пузырьков, что неизбежно ограничивает скорость его растворения в воде. Пульсации пузырьков приводят к неустановившимся колебаниям всего устройства, что неизбежно отрицательно скажется на его работе. Насыщение кислородом воздуха осуществляется только в отношении тех слоев воды, которые непосредственно соприкасаются с пузырьками воздуха под пластиной.
Движение воды и, следовательно, перемешивание ее слоев пульсирующее и к тому же задействованы только поверхностные слои.
Задача предлагаемого изобретения - устранение указанных недостатков. Технический результат - повышение эффективности аэрации и перемешивания сточных вод, а также снижение энергозатрат.
Для решения указной задачи в устройстве для аэрации и перемешивания сточных вод, включающем источник сжатого воздуха и аэрирующий элемент, с целью повышения интенсивности и равномерности аэрации без пульсаций, улучшения качества перемешивания слоев воды в вертикальной плоскости и снижения энергозатрат аэрирующий элемент содержит наружный конус, внутренний конус, плавающий диск, скрепленные между собой регулировочными шайбами, и гибкий водозаборный рукав с утяжеленным нижним концом. Кроме того, плавающий диск выполнен в виде слабо выраженного обратного конуса и несет на себе все устройство. В центре диска имеется отверстие, в котором закреплен гибкий водозаборный рукав.
Сущность изобретения: способ аэрирования воды в результате скоростного прохождения организованных воздушных масс над водной поверхностью в стесненных условиях, турбулизации водного и воздушного потока в месте их соприкосновения, создание водновоздушной среды в данной области и как следствие интенсивная аэрация воды, выброс ее в окружающее пространство и создание водных потоков, приводящих к перемешиванию водных масс в водоеме.
Предлагаемое устройство содержит источник сжатого воздуха, аэрирующий элемент, водозаборный рукав и плавающий диск.
Особенность изобретения - использование в качестве источника сжатого воздуха низконапорного вентилятора и снижение энергозатрат на аэрирование воды.
Устройство изображено схематически на фиг.1. Оно состоит из низконапорного (200 - 400 Па) вентилятора 1, наружного конуса 2, внутреннего конуса 3, регулировочных шайб 4, плавающего диска 5 и водозаборного рукава 6. Нижний конец водозаборного рукава утяжелен. Длина его зависит от глубины водоема и от задач выполняемых устройством в каждом конкретном случае (биологическая очистка воды в локальных очистных сооружениях, аэрирование воды в аэротенках, биологических прудах и т.д.).
Груз, размещаемый на нижнем конце водозаборного рукава, снижает центр тяжести всего устройства, что повышает его остойчивость на воде и гасит возникающие при работе колебания. Это приводит к устойчивой работе устройства, равномерному аэрированию воды и ее перемешиванию.
Устройство работает следующим образом.
Устройство размещается в водоеме (очистное сооружение, аэротенк, аэрируемый пруд и т.п.) и закрепляется на месте. К нему подводится электрический кабель. Устройство плавает на воде, уровень воды проходит ниже наружного конуса, но выше плавающего диска. Работающий вентилятор создает равномерный воздушный поток между коническими поверхностями - наружным и внутренним конусами. Поверхности подобраны таким образом, что изменяют направление воздушного потока из вертикального в горизонтальное и обеспечивают равномерное истечение воздуха по всему периметру через щелевое отверстие между конусами. За краем внутреннего конуса щель образуется наружным конусом и водной поверхностью. Воздушный поток, проходя над водой, увлекает за собой поверхностный слой воды.
При этом происходит турбулизация воздушного потока, воздушные вихри срывают частички воды от поверхности, разбивают их на капли, резко увеличивая поверхность соприкосновения между воздухом и водой. Происходит интенсивное проникновение воздуха в водную массу. Проаэрированные частички воды падают обратно на водную поверхность и через щелевое отверстие выносятся из устройства. При этом образуется течение воды, выходящее из устройства в общий объем водоема - так называемое и часто встречающееся природное явление - «ветровой нагон». Например, западные ветра в Финском заливе поднимают уровень воды в устье Невы более чем на 2 метра.
Выходящий поток снижает уровень воды внутри устройства, понижается гидростатическое давление в центре и для его выравнивания образуется другое, вертикальное течение в водозаборном рукаве - водозамещение. Образовавшееся течение проходит по водозаборному рукаву и приносит с собой воду из глубинных слоев водоема.
Таким образом, в водоеме образуется круговой поток в вертикальной плоскости, который постоянно перемешивает накислороженные верхние слои воды с глубинными, в которых кислород уже израсходован на различные химические и биологические процессы, проходящие в водном объеме.
Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает хорошее насыщение кислородом воздуха аэрируемых вод и их перемешивание с небольшими энергетическими затратами.