БЕЗВАКУУМНЫЙ ВОДОСЛИВ-АЭРАТОР

Полезная модель относится к области обработки транспортируемых сточных вод, а именно к аэрации транспортируемого потока посредством гидравлических прыжков, и может найти обширное применение в самотечных системах транспортирования как хозяйственно-бытовых, так и других категорий сточных вод.
Известен способ предочистки транспортируемых сточных вод в напорном или безнапорном режимах в трубопроводах или лотках, включающий подачу реагентов в сточные воды, с целью снижения содержания в транспортируемых сточных водах сероводорода, органических веществ и паразитарных загрязнений [Заявка на изобретение RU № 2020102918, МПК C02F 1/00, C02F 1/50, опубл. 23.07.2021].
Недостатком данного способа является необходимость эксплуатационных затрат на дозаторы реагентов, а также затрат на сами реагенты (пероксид водорода, гипохлорит натрия).
Известен канализационный колодец с самовращающимся аэратором для самотечных коллекторов сетей водоотведения, сущность которого заключается в том, что канализационный колодец с самовращающимся аэратором для самотечных коллекторов сетей водоотведения включающий смотровой канализационный колодец, берму, дополнительно содержит вал, опоры, аэраторы в виде дисков, при этом боковые поверхности дисков имеют цельные и/или разрезные радиальные выступы [Патент RU № 130327, МПК E03F 5/18, опубл. 20.07.2013].
Недостатком данного устройства является сложность в эксплуатации и необходимостью частой прочистки дисков-аэраторов для предотвращения аварийных ситуаций в работе коллектора.
Задача полезной модели заключается в продлении срока службы канализационных коллекторов и уменьшении нагрузки на очистные сооружения канализации, а также снижение затрат на эксплуатацию и капитальный ремонт сетей водоотведения за счет снижения агрессивности сточных хозяйственно-бытовых или иных вод.
Технический результат заключается в повышении эффективности обогащения сточных вод кислородом, содержащемся в воздушной смеси подсводного пространства коллектора или канализационного колодца.
Технический результат достигается за счет эффективного обогащения сточных вод кислородом, содержащемся в воздушной смеси подсводного пространства коллектора или канализационного колодца, в результате которого, будет предотвращено возникновение анаэробных условий, сульфатредукции и, как следствие, биодеградации белка, в результате которого происходит дополнительное поступление серосодержащих соединений в подсводное пространство. При снижении агрессивности сточных хозяйственно-бытовых или иных вод, будет продлен срок службы канализационных коллекторов и уменьшена нагрузка на очистные сооружения канализации, а также снижены затраты на эксплуатацию и капитальный ремонт сетей водоотведения.
Посредством безвакуумного излива и гидравлических прыжков в круглом сечении лотка трубы, образующихся после излива (фиг. 1), осуществляется насыщение кислородом и создается турбулентное течение переливающегося через него объема сточной жидкости. Теоретическая основа устройства базируется на законе движения жидкости по трубам или закона Бернулли: при уменьшении сечения истечения жидкости на водосливе увеличивается ее скорость течения и, соответственно, ее кинетическая энергия. Из закона сохранения энергии следует, что прирост кинетической энергии должен компенсироваться уменьшением потенциальной энергии, потому что полная энергия должна оставаться постоянной. Потенциальная энергия упругого взаимодействия уменьшается, и, следовательно, давление жидкости, в результате чего кислород, содержащийся в подсводной среде, растворяется в жидкости потока.
Сущность полезной модели поясняется чертежами.
На Фиг.1 изображен процесс излива с образованием гидравлических прыжков.
На Фиг. 2 представлен водослив практического профиля.
Безвакуумный водослив-аэратор включает самотечный трубопровод 1 с уклоном и водослив 2. Водослив 2 выполнен в форме практического профиля в виде гиперболического параболоида (фиг. 2) и встроен в лоток трубопровода 1 и достигает до 50% его внутреннего диаметра. В случае превышения высотой водослива 50% внутреннего диаметра трубопровода, площадь изливаемой поверхности уменьшается, понижая эффективность образования гидравлических прыжков.
Изготавливается водослив 2 на 3Д принтере.
Внешний вид водослива 2 соответствует гиперболическому параболоиду. После монтажа такой формы в трубопровод 1 посредством эпоксидной смолы или однокомпонентного тиксотропного ремонтного состава, транспортируемая жидкость переливается через водослив 2 безвакуумной струей, с образованием одного или нескольких гидравлических прыжков, в результате которых, кислород, содержащийся в газовоздушной смеси колодца или подсводного пространства коллектора растворяется в переливающейся сточной жидкости, препятствуя развитию анаэробных условий и поступлению серосодержащих соединений из сточной жидкости.
За счет использования устройства осуществляется предотвращение процессов разложения в сточных водах, находящихся в анаэробной среде, вследствие длительной транспортировки, в течение одного и более часов. При низких концентрациях кислорода процесс сульфатредукции катализируется, так как при биодеградации белка в анаэробных условиях происходит дополнительное поступление серосодержащих соединений, высокая концентрация которых, неблагоприятно сказывается на общих показателях сточных вод. За счет насыщения сточных вод кислородом, устройство ингибирует анаэробные процессы, происходящие при транспортировании сточных вод, что позволит продлить срок службы самотечных канализационных коллекторов, сократить затраты на аэрацию сточных вод на очистных станциях и снизить расходы на эксплуатацию.
1
2
3
общ
1
2
D
1
2
Результаты зависимости прироста концентрации растворенного кислорода в жидкости от длины гидравлического прыжка представлены в таблице 1, где L - длина первого прыжка, L - длина второго прыжка, L - длина третьего прыжка, L - общая длина, H - глубина первого прыжка, H - глубина второго прыжка, H - устоявшаяся глубина в течении нижнего бьефа,  - величина растворенного кислорода в верхнем бьефе (до водослива),  - величина растворенного кислорода в нижнем бьефе (после гидравлического прыжка), ОВП - значение окислительно-восстановительного потенциала в верхнем бьефе (до водослива), ОВП - значение окислительно-восстановительного потенциала в нижнем бьефе (после гидравлического прыжка).
В данной таблице представлены значения величин прыжка и концентраций при различных уклонах трубы ∅160 мм с установленным водосливом высотой 60 мм. Испытания производились при t воды 22°С.
Таблица 1
Величина уклона i
L<sub>1</sub>
L<sub>2</sub>
L<sub>3</sub>
L<sub>общ</sub>
H<sub>1</sub>
H<sub>2</sub>
H<sub>D</sub>
<img file="00000001.jpg" he="6" wi="6" img-content="undefined" img-format="jpg" /> мг/л
<img file="00000002.jpg" he="6" wi="6" img-content="undefined" img-format="jpg" /> мг/л
ОВП<sub>1</sub> мВ
ОВП<sub>2</sub> мВ
0,007
64
84
55
370
30
16
15
7,65
7,97
190
249
0,01
50
73
76
380
26
14
10
7,91
8,1
267
238
0,012
90
125
68
440
31
17
15
7,94
8,2
303
299
0,015
85
95
51
510
34
21
15
7,72
7,98
308
304
0,02
95
82
41
540
32
20
15
7,73
7,92
295
308
Как видно из данных таблицы 1, при увеличении уклона увеличивается суммарная длина прыжков жидкости, а изменение концентрации растворенного кислорода коррелирует с изменением значения ОВП. Кроме того, просматривается прямо пропорциональная зависимость между увеличением суммарной длины прыжков и растворение кислорода в жидкости.