АЭРОТЕНК-ВЫТЕСНИТЕЛЬ
AERATION TANK-DISPLACER

Изобретение относится к области биологической очистки сточных вод и может быть использовано в различных отраслях промышленности и в коммунальном хозяйстве.
Известен аэротенк - вытеснитель (см. а.с. N 1318543, МКИ C 02 F 3/02. Бюл. N 23. 1987), содержащий корпус, разделенный перегородками на сообщающиеся последовательно коридоры, ширина каждого последующего коридора составляет 0,7-0,8 ширины предыдущего коридора, причем площади их вертикальных поперечных сечений равны между собой, вводы и выводы воды и активного ила, пневматическую систему аэрации с размещенными на дне каждого коридора фильтросами.
Недостатками являются недостаточное предотвращение образования застойных зон, особенно 1-го коридора аэротенка, и выпадение активного ила в осадок, ввиду геометрической конструкции сооружения.
Известен аэротенк-вытеснитель (Патент на изобретение №2155162, RU, C02F3/02, 27.08.2000), включающий корпус, разделенный перегородками на сообщающиеся последовательно коридоры, площади их вертикальных поперечных сечений равны между собой, вводы воды и активного ила, выводы очищенной воды и ила, пневматическую систему аэрации с фильтросами, размещенными на дне каждого коридора, при этом на вводе воды насажен суживающийся патрубок с жестко закрепленным завихрителем, состоящим из 4-х продольно расположенных пластин, торцевые поверхности которых повернуты относительно друг друга на 90°, а также корпус и перегородки аэротенка соединены с дном дугообразными элементами.
Недостатком является возрастание энергоемкости работы аэротенка-вытеснителя при длительной эксплуатации, когда наблюдается необходимость проведения дополнительных демонтажных работ по отделению загрязнений вертикальных поверхностей из-за налипания ила вследствие ламинарного движения очищаемых сточных вод в пограничном слое по высоте как корпуса, так и разделительных перегородок.
Технической задачей предлагаемого изобретения является поддержание нормированных энергозатрат при биологической очистке сточных вод путем снижения интенсивности налипания загрязнений на вертикальные поверхности корпуса и разделительных перегородок за счет турбулизации движения потока жидкости в пограничном слое. Это достигается вследствие выполнения на вертикальных поверхностях корпуса и разделительных перегородок ребер, продольно вытянутых снизу вверх в виде синусоидальных кривых, причем выпуклости и вогнутости каждой пары синусоидальных кривых расположены на одном уровне, что соответствует образованию в узлах стоячих волн, которые интенсифицируют турбулизацию пограничного слоя по высоте конструкции.
Технический результат достигается тем, что аэротенк-вытеснитель содержит корпус, разделенный перегородками на сообщающиеся последовательно коридоры, площади их вертикальных поперечных сечений равны между собой, вводы воды и активного ила, выводы очищенной воды и ила, пневматическую систему аэрации с фильтросами, размещенными на дне каждого коридора, при этом на вводе воды насажен суживающийся патрубок с жестко закрепленным завихрителем, состоящим из четырех продольно расположенных пластин, торцевые поверхности которых повернуты относительно друг друга на 90°, а также корпус и перегородки аэротенка соединены с дном дугообразными элементами, при этом на вертикальных плоскостях корпуса и разделительных перегородках выполнены ребра, расположенные в виде продольно вытянутых снизу вверх синусоидальных кривых, причем выпуклости и вогнутости каждой пары синусоидальных кривых расположены на одном уровне и образуют узлы стоячих волн.
На фиг. 1 изображен аэротенк-вытеснитель, разрез; на фиг. 2 - то же, вид в плане; на фиг. 3 - завихритель; на фиг. 4 - сужающийся патрубок; на фиг. 5 - вертикальная поверхность - поперечное сечение с ребрами в виде вытянутых снизу вверх синусоидальных кривых.
Аэротенк-вытеснитель содержит корпус 1, разделенный перегородками 2 на коридоры 3, сообщающиеся последовательно, причем площади их вертикальных поперечных сечений равны между собой. Аэротенк имеет вводы воды 4 и активного ила 5, на вводе воды имеется сужающийся патрубок 9 с жестко закрепленным завихрителем 10, состоящий из 4-х продольно расположенных пластин, торцевые поверхности которых повернуты относительно друг друга на 90°, выводы очищенной воды 6 и ила 7, пневматическую систему аэрации с фильтросами 8, размещенными на дне 11 каждого коридора 3. Корпус 1, перегородки 2 и дно 11 соединяют дугообразные элементы 12. На вертикальных поверхностях 13 как корпуса 1, так и разделительных перегородок 2 и равных между собой, выполнены ребра 14 в виде продольно вытянутых снизу вверх синусоидальных кривых 15. Выпуклости 16 и вогнутости 17 каждой пары 18 синусоидальных кривых 15 расположены на одном уровне 19 и образуют узлы 20 стоячих волн.
Устройство работает следующим образом.
По мере перемещения сточных вод по объему аэротенка-вытеснителя в местах контакта с вертикальными поверхностями 13 наблюдается налипание различных загрязнений, обусловленных ламинарно-спокойным движением потока в пограничном слое. Это приводит при длительной эксплуатации к ухудшению качества биологической очистки сточных вод и соответственно к необходимости проведения дополнительных ремонтно-профилактических работ по удалению загрязнений с вертикальных поверхностей 13 для поддержания нормированных показателей процесса обработки, что в конечном итоге и повышает энергоемкость работы аэротенка-вытеснителя.
Устранение налипания загрязнений на вертикальные поверхности 13 осуществляется путем перевода ламинарно-спокойного режима в пограничном слое на турбулентный без дополнительных энергозатрат на подачу воздуха в пневматическую систему аэрации через фильтросы 8. Для этого вертикальные поверхности 13 корпуса 1 и разделительные перегородки 2 выполнены с ребрами 14, которые завихряют пограничный слой, переводя его из ламинарного в турбулентный. При этом для снижения возрастающего гидравлического сопротивления перемещению жидкости в пограничном слое ребра 14 расположены в виде продольно вытянутых снизу вверх синусоидальных кривых 15. Это обеспечивает минимизацию сопротивления движущемуся потоку (см., например, стр.751-833, Некоторые замечательные кривые. Выгодский М.Я. Справочник по высшей математике. М., 1965-872 с., ил.) в пограничном слое с увеличением площади контакта (за счет дополнительной поверхности ребер) воздуха со смесью из очищаемой воды и ила.
Движущиеся в пограничном слое с потоком жидкости пульсирующие воздушно-паровые пузырьки при перемещении вдоль ребер 14 создают колебательные импульсы. В результате при наличии рядом расположенных пар 18 вытянутых снизу вверх ребер 14 в виде синусоидальных кривых 15 в расположенных на одном уровне 19 выпуклостях 16 и вогнутостях 17 образуются узлы 20 стоячих волн (см., например, Ландау Л.О., Лившиц Е.Н. Теоретическая физика, 1986, - 836 с., ил.), которые интенсифицируют турбулизацию пограничного слоя, что, в конечном итоге, практически предотвращает налипание загрязнений на вертикальные поверхности 13 корпуса 1 и разделительных перегородок 2. Следовательно, устраняется необходимость проведения внеплановых работ по удалению загрязнений с вертикальных поверхностей 13, и аэротенк-вытеснитель эксплуатируется в нормированных энергозатратных условиях.
Вода, предназначенная для очистки, поступает на ввод 4 аэротенка, на конце которого насажен сужающийся патрубок 9, имеющий завихритель 10. Проходя через сужающийся патрубок 9 и перемещаясь по завихрителю 10, вода закручивается, т.е. из струйного прямоточного движения переходит во вращательное, благодаря чему идет интенсивное перемешивание активного ила и воды, а также увеличивается площадь контакта смеси с воздухом, в результате чего повышается эффективность очистки воды. При вращательном движении воды и с помощью введения дугообразных элементов 12 в местах соединения перегородок 2 и корпуса 1 с дном 11 аэротенка слои смеси плавно обтекают все угловые соединения конструкции, что полностью исключает возникновение застойных зон на дне аэротенка. Дальнейшее перемешивание смеси и предотвращение выпадения активного ила в осадок осуществляются под действием подачи под давлением воздуха по фильтросам 8 в каждый коридор 3.
Оригинальность технического решения заключается в том, что снижение энергозатрат биологической очистки сточных вод при длительной эксплуатации, обусловленных образованием загрязнений на вертикальных поверхностях аэротенка-вытеснителя, достигается устранением их налипания путем турбулизации движения жидкости в пограничном слое за счет выполнения ребер, расположенных в виде продольно вытянутых синусоидальных кривых, выпуклости и впадины которых образуют узлы стоячих волн.