УСТРОЙСТВО И СПОСОБ АЭРАЦИИ ОТРАБОТАННОЙ ВОДЫ
DEVICE AND METHOD FOR AERATION OF WASTE WATER

Перекрестная ссылка на родственную заявку
[0001] Настоящая заявка испрашивает приоритет в отношении заявки на полезную модель США №15/945,188, поданной 04 апреля 2018 г., описание которой во всей своей полноте включено в настоящий документ посредством ссылки.
Область и уровень техники настоящего изобретения
Область техники настоящего изобретения
[0002] Настоящее изобретение относится к устройству для смешивания жидкостей и газов и, в частности, к устройству и способу аэрационной очистки отработанной воды.
Уровень техники настоящего изобретения
[0003] Аэраторы многочисленных различных типов используются для множества разнообразных потребностей и процессов. Некоторые такие аэраторы используются для очистки отработанной воды. Однако многие из этих аэраторов имеют недостатки, заключающиеся в том, что они не обеспечивают максимально эффективную аэрацию отработанной воды.
[0004] Поверхностные аэраторы содержат приводимые в движение двигателями пропеллеры, которые закреплены с помощью якоря на заданном месте поверхности бассейнов или прудов для перемешивания отработанной жидкости в целях насыщения кислородом. В большинстве используемых поверхностных аэраторов требуемая мощность составляет от 25 до 100 лошадиных сил для каждого двигателя, причем большинство установок содержат множество блоков для выполнения требований полной аэрации. Высокое энергопотребление делает эти аэраторы весьма дорогостоящими в эксплуатации и обслуживании на месте работы. Кроме того, поверхностные аэраторы содержат многочисленные движущиеся детали и компоненты, находящиеся в непосредственном контакте с отработанной водой, которая подвергается аэрации. Это может вызывать значительные простои на обслуживание и высокие эксплуатационные расходы.
Вследствие размеров поверхностных аэраторов, их массы и размещения в больших водоемах возникает другой недостаток, заключающийся в необходимости оборудования типа крана для снятия поверхностных аэраторов в целях обслуживания, ремонта или замены.
[0005] Мелкопузырьковые аэрационные системы представляют собой другой тип устройств для аэрации воды. Аэрационное устройство этого типа помещают на дно водных бассейнов с ограничением глубины от 13 до 16 футов. Глубина, на которой могут работать такие установки, требует относительно высокого давления для преодоления веса находящейся сверху воды. Высокое давление вызывает высокое энергопотребление, которое, в свою очередь, означает повышение расходов. Отверстия в мелкопузырьковых аэраторах, которые выпускают воздух в воду, зачастую имеют очень малые размеры и не очень высокую эффективность. Это часто приводит к закупориванию указанных мелких отверстий.
[0006] Аэрационное устройство следующего типа представляет собой кольцевой барботер. Кольцевые барботеры помещают на дно бассейнов на глубине от 13 до 16 футов. Для кольцевых барботеров требуется относительно высокое давление впуска и, таким образом, необходимо высокое энергопотребление, что приводит к повышению эксплуатационных расходов. С этими устройствами используются турбины для уменьшения размеров воздушных пузырьков и перемешивания больших объемов жидкости, содержащейся в бассейне. Турбины представляют собой устройства с высоким энергопотреблением, которые содержат движущиеся части в непосредственном контакте с отработанной жидкостью и требуют непрерывного обслуживания.
[0007] Аэрационное устройство следующего типа представляет собой аспирационный стриппер. Аэратор этого типа всасывает окружающий воздух. Подвергаемая аэрации жидкость закачивается через множество отверстий внутрь установки. Для насыщения воздухом жидкость перекачивают через указанные устройства при давлении, которое может превышать 50 фунтов на квадратный дюйм. Высокое давление приводит к высокому энергопотреблению, что, в свою очередь, увеличивает расходы. Мелкие удлиненные отверстия в установках делают их уязвимыми к закупориванию. Для настоящего аэрационного устройства часто требуется предварительная фильтрация. Аэрационное устройство этого типа является ограниченным в отношении количества всасываемого воздуха, доступного для введения кислорода в жидкость. Когда процесс имеет высокое потребление кислорода, устройство этого типа часто должно обеспечивать рециркуляцию жидкости перед обработкой. Уязвимость к закупориванию, высокое энергопотребление и необходимость рециркуляции в приложениях с высоким потреблением кислорода представляют собой ряд недостатков аспирационного стриппера.
[0008] Аэрационное устройство следующего типа раскрыто в патенте США №6,033,562 (Budeit), описание которого во всей своей полноте включено в настоящий документ посредством ссылки. Аэрационное устройство этого типа выполнено с возможностью введения кислорода в жидкость с однократным массопереносом. Индивидуальные аэрационные модули обеспечивают непрерывный поток жидкости, насыщаемой кислородом при прохождении через ряд последовательных реакционных камер. Непрерывный поток жидкости сначала поступает в инфузионную камеру из источника напорного или безнапорного потока. Непрерывный поток жидкости проходит под перегородкой и поднимается в соседнюю реакционную камеру. Кислород вводится в реакционную камеру через ряд вертикальных труб и поступает в непрерывный поток жидкости. Поток жидкости затем проталкивается над другой перегородкой в выпускную камеру. Это аэрационное устройство также может вводить химические реагенты в камеры для разложения нефтяных компонентов в потоке жидкости.
Краткое раскрытие настоящего изобретения
[0009] Учитывая перечисленные выше недостатки современных аэрационных устройств, требуются экономичные и надежные устройства и способы аэрации отработанной воды, которые преодолевают недостатки существующих аэрационных устройств.
[0010] Согласно одному аспекту настоящего изобретения аэрационное устройство может содержать резервуар, определяющий полость для приема жидкости, по меньшей мере один аэратор, расположенный внутри резервуара, и нагнетательную камеру, присоединенную к нижней поверхности резервуара и находящуюся в сообщении с возможностью переноса текучей среды по меньшей мере с одним аэратором, причем воздушный поток направляется из нагнетательной камеры по меньшей мере в один аэратор для подачи воздуха в жидкость в резервуаре для окисления текучей среды.
[0011] Согласно другому аспекту настоящего изобретения по меньшей мере один аэратор может содержать внутреннюю подающую трубу и наружную аэрационную трубу. Внутренняя подающая труба может быть присоединена к отверстию, определенному в нижней поверхности резервуара, для установления сообщения с возможностью переноса текучей среды с нагнетательной камерой. Внутренняя подающая труба может определять по меньшей мере одно отверстие для установления сообщения с возможностью переноса текучей среды между нагнетательной камерой и наружной аэрационной трубой. По меньшей мере одно отверстие может быть определено в верхнем конце внутренней подающей трубы. Направляющая поток лента может быть расположена на наружной аэрационной трубе для создания вихревого движения в направлении против часовой стрелки в жидкости, окружающей наружную аэрационную трубу. Наружная аэрационная труба может быть присоединена к внутренней подающей трубе посредством конфигурации крышки и штифта. Наружная аэрационная труба может быть приварена к нижней поверхности резервуара.
[0012] Согласно следующему аспекту настоящего изобретения аэрационное устройство может содержать резервуар, определяющий полость для приема объема жидкости по меньшей мере одну разделительную стенку, расположенную внутри резервуара, для определения в нем реакционной камеры по меньшей мере один аэратор, расположенный внутри реакционной камеры, и нагнетательную камеру, присоединенную к резервуару и находящуюся в сообщении с возможностью переноса текучей среды по меньшей мере с одним аэратором.
[0013] Согласно следующему аспекту настоящего изобретения по меньшей мере одна разделительная стенка может содержать первую разделительную стенку и вторую разделительную стенку, между которыми определена реакционная камера. Первая разделительная стенка может проходить от нижней поверхности резервуара. Вторая разделительная стенка может проходить от верхней поверхности резервуара. Аэрационный источник может находиться в сообщении с возможностью переноса текучей среды с нагнетательной камерой для направления воздушного потока в нагнетательную камеру. Аэрационное устройство может быть выполнено с возможностью перемещения между различными местами или рабочими площадками. Неаэрационная камера может быть определена между по меньшей мере одной разделительной стенкой и боковой стенкой резервуара. По меньшей мере один аэратор может содержать внутреннюю подающую трубу и наружную аэрационную трубу. По меньшей мере один аэратор может содержать направляющую поток ленту для создания вихревого движения в направлении против часовой стрелки в жидкости, окружающей по меньшей мере один аэратор. По меньшей мере один аэратор может содержать три аэратора, которые расположены последовательно внутри реакционной камеры.
[0014] Согласно следующему аспекту настоящего изобретения способ аэрации отработанной воды может включать помещение аэрационного устройства внутри источника отработанной воды; направление отработанной воды в аэрационное устройство; направление воздушного потока в нагнетательную камеру, расположенную внутри аэрационного устройства; направление воздушного потока из нагнетательной камеры по меньшей мере в один аэратор, расположенный внутри аэрационного устройства; и направление воздушного потока по меньшей мере из одного аэратора в полость, определенную аэрационным устройством, для аэрации отработанной воды, содержащейся в аэрационном устройстве.
[0015] Согласно следующему аспекту настоящего изобретения способ также может включать направление воздушного потока по меньшей мере из одного аэратора в полость, включая направление воздушного потока из внутренней подающей трубы по меньшей мере одного аэратора в наружную аэрационную трубу по меньшей мере одного аэратора. Направление воздушного потока по меньшей мере из одного аэратора в полость может включать создание вихревого движения в направлении против часовой стрелки в отработанной воде, содержащейся близи по меньшей мере одного аэратора.
[0016] Далее дополнительные аспекты будут описаны в следующих пронумерованных пунктах.
[0017] Пункт 1: аэрационное устройство, содержащее: резервуар, определяющий полость для приема жидкости; по меньшей мере один аэратор, расположенный внутри резервуара; и нагнетательную камеру, присоединенную к нижней поверхности резервуара и находящуюся в сообщении с возможностью переноса текучей среды по меньшей мере с одним аэратором, причем воздушный поток направляется из нагнетательной камеры по меньшей мере в один аэратор для подачи воздуха в жидкость в резервуаре для окисления текучей среды.
[0018] Пункт 2: аэрационное устройство по п. 1, в котором по меньшей мере один аэратор содержит внутреннюю подающую трубу и наружную аэрационную трубу.
[0019] Пункт 3: аэрационное устройство по п. 2, в котором внутренняя подающая труба присоединена к отверстию, определенному в нижней поверхности резервуара, для установления сообщения с возможностью переноса текучей среды с нагнетательной камерой.
[0020] Пункт 4: аэрационное устройство по п. 2 или 3, в котором внутренняя подающая труба определяет по меньшей мере одно отверстие для установления сообщения с возможностью переноса текучей среды между нагнетательной камерой и наружной аэрационной трубой.
[0021] Пункт 5: аэрационное устройство по п. 4, в котором по меньшей мере одно отверстие определено в верхнем конце внутренней подающей трубы.
[0022] Пункт 6: аэрационное устройство по любому из пп. 2-5, в котором направляющая поток лента расположена на наружной аэрационной трубе для создания вихревого движения в направлении против часовой стрелки в жидкости, окружающей наружную аэрационную трубу.
[0023] Пункт 7: аэрационное устройство по любому из пп. 2-6, в котором наружная аэрационная труба присоединена к внутренней подающей трубе посредством конфигурации крышки и штифта.
[0024] Пункт 8: аэрационное устройство по любому из пп. 2-7, в котором наружная аэрационная труба приварена к нижней поверхности резервуара.
[0025] Пункт 9: аэрационное устройство, содержащее: резервуар, определяющий полость для приема объема жидкости; по меньшей мере одну разделительную стенку, расположенную внутри резервуара, для определения в нем реакционной камеры; по меньшей мере один аэратор, расположенный внутри реакционной камеры; и нагнетательную камеру, присоединенную к резервуару и находящуюся в сообщении с возможностью переноса текучей среды по меньшей мере с одним аэратором.
[0026] Пункт 10: аэрационное устройство по п. 9, в котором по меньшей мере одна разделительная стенка содержит первую разделительную стенку и вторую разделительную стенку, между которыми определена реакционная камера.
[0027] Пункт 11: аэрационное устройство по п. 10, в котором первая разделительная стенка проходит от нижней поверхности резервуара; и в котором вторая разделительная стенка проходит от верхней поверхности резервуара.
[0028] Пункт 12: аэрационное устройство по любому из пп. 9-11, дополнительно содержащее аэрационный источник, находящийся в сообщении с возможностью переноса текучей среды с нагнетательной камерой, для направления воздушного потока в нагнетательную камеру.
[0029] Пункт 13: аэрационное устройство по любому из пп. 9-12, причем аэрационное устройство выполнено с возможностью перемещения между различными местами или рабочими площадками.
[0030] Пункт 14: аэрационное устройство по любому из пп. 9-13, в котором неаэрационная камера определена между по меньшей мере одной разделительной стенкой и боковой стенкой резервуара.
[0031] Пункт 15: аэрационное устройство по любому из пп. 9-14, в котором по меньшей мере один аэратор содержит внутреннюю подающую трубу и наружную аэрационную трубу.
[0032] Пункт 16: аэрационное устройство по любому из пп. 9-15, в котором по меньшей мере один аэратор содержит направляющую поток ленту для создания вихревого движения в направлении против часовой стрелки в жидкости, окружающей по меньшей мере один аэратор.
[0033] Пункт 17: аэрационное устройство по любому из пп. 9-16, в котором по меньшей мере один аэратор содержит три аэратора, расположенные последовательно внутри реакционной камеры.
[0034] Пункт 18: способ аэрации отработанной воды, включающий: помещение аэрационного устройства внутри источника отработанной воды; направление отработанной воды в аэрационное устройство; направление воздушного потока в нагнетательную камеру, расположенную внутри аэрационного устройства; направление воздушного потока из нагнетательной камеры по меньшей мере в один аэратор, расположенный внутри аэрационного устройства; и направление воздушного потока по меньшей мере из одного аэратора в полость, определенную аэрационным устройством, для аэрации отработанной воды, содержащейся в аэрационном устройстве.
[0035] Пункт 19: способ по п. 18, в котором направление воздушного потока по меньшей мере из одного аэратора в полость включает направление воздушного потока из внутренней подающей трубы по меньшей мере одного аэратора в наружную аэрационную трубу по меньшей мере одного аэратора.
[0036] Пункт 20: способ по п. 18 или 19, в котором направление воздушного потока по меньшей мере из одного аэратора в полость включает создание вихревого движения в направлении против часовой стрелки в отработанной воде, содержащейся близи по меньшей мере одного аэратора.
[0037] Эти и другие признаки и характеристики аэрационного устройства, а также способа аэрации становятся более понятными при рассмотрении следующего описания и прилагаемой формулы изобретения со ссылками на сопровождающие фигуры, все из которых составляют часть настоящего описания, причем на различных фигурах аналогичными условными номерами обозначены соответствующие части. Однако следует определенно понимать, что фигуры представлены исключительно для целей иллюстрации и описания и не предназначены в качестве определения ограничений настоящего изобретения. При использовании в описании и формуле изобретения грамматические формы единственного числа могут означать и множественное число, если иное условие четко не продиктовано контекстом.
Краткое описание фигур
[0038] На фиг. 1 представлен вид спереди в перспективе аэрационного устройства в соответствии с одним аспектом настоящего изобретения с удаленной частью передней стенки;
[0039] на фиг. 2 представлен вид поперечного сечения аэрационного устройства, проиллюстрированного на фиг. 1;
[0040] на фиг. 3 представлен вид спереди аэратора, используемого в аэрационном устройстве, проиллюстрированном на фиг. 1;
[0041] на фиг. 4 представлен отдельный вид аэратора, проиллюстрированного на фиг. 3;
[0042] на фиг. 5 представлен схематический вид снизу, изображающий поток текучей среды, создаваемый аэратором, проиллюстрированным на фиг. 3;
[0043] на фиг. 6 представлен вид спереди аэратора, проиллюстрированного на фиг. 3, с которого снята направляющая поток лента;
[0044] на фиг. 7 представлен вид сверху аэрационного устройства согласно другому аспекту настоящей заявки; и
[0045] на фиг. 8 представлен вид в перспективе компонентов направляющего поток приспособления, используемого на аэраторе согласно настоящему изобретению.
Подробное раскрытие настоящего изобретения
[0046] Для целей описания далее в настоящем документе термины «верхний», «нижний», «правый», «левый», «вертикальный», «горизонтальный», «верх», «низ», «поперечный», «продольный» и соответствующие производные термины относятся к настоящему изобретению согласно ориентации на фигурах. Однако следует понимать, что настоящее изобретение может предусматривать альтернативные вариации и последовательности стадий, за исключением тех случаев, где определено иное условие. Кроме того, следует понимать, что конкретные устройства и процессы, проиллюстрированные на прилагаемых фигурах и приведенные в следующем описании, представляют собой просто примерные аспекты настоящего изобретения. Следовательно, конкретные размеры и другие физические характеристики, имеющие отношение к аспектам, которые описаны в настоящем документе, не следует рассматривать в качестве ограничительных.
[0047] Как представлено на фиг. 1-8, в аэрационном устройстве 2 согласно настоящему изобретению использован механически производимый воздушный поток большого объема для введения воздуха в жидкость в целях изменения химического состава жидкости. В настоящем описании термины «текучая среда», «жидкость», «отработанная вода» и «вода» использованы взаимозаменяемым образом и имеют одинаковое значение по отношению к настоящему изобретению.
[0048] Как представлено на фиг. 1 и 2, аэрационное устройство 2 выполнено с возможностью перемещения жидкостей, таких как отработанная вода, внутрь и насквозь резервуара 4. Согласно одному аспекту резервуар 4 может иметь практически прямоугольную форму. Резервуар 4 может содержать переднюю стенку 6, заднюю стенку 8 и две боковые стенки 10, 12. Стенки 6, 8, 10, 12 присоединены друг к другу таким образом, что образуется практически прямоугольный корпус, который определяет внутреннюю полость для резервуара 4. Кроме того, предусмотрено, что резервуар 4 может иметь альтернативную форму, в том числе такую как квадратная, треугольная, овальная и круглая. Резервуар 4 сконструирован и выполнен с возможностью перемещения между источниками отработанной воды таким образом, что оператор может устанавливать и демонтировать резервуар 10 на различных рабочих площадках по мере необходимости. Нижняя поверхность 14 может присутствовать на нижней поверхности каждой стенки 6, 8, 10, 12, и в результате этого в резервуаре 4 определяется полость. Резервуар 4 принимает жидкость через впуск 16, обеспечивает самотечное перемещение жидкости через аэрационные или реакционные камеры внутри резервуара 4 и, в конечном счете, ее выход через выпуск 18. Согласно одному аспекту резервуар 4 может иметь приблизительные размеры, составляющие десять (10) футов в длину, восемь (8) футов в ширину и пять (5) футов в высоту.
[0049] Согласно одному аспекту герметичная камера, называемая термином «нагнетательная камера 20», непосредственно присоединяется к нижней поверхности 14 резервуара 4 и имеет такие же размеры, как резервуар 4, с толщиной, составляющей приблизительно шесть (6) дюймов. Нагнетательная камера 20 принимает нагнетаемый воздух через впускной или приемный коллектор 22 и обеспечивает равномерное распределение воздушного потока А во внутренняя подающие трубы 24, присутствующие в резервуаре 4. Нагнетательная камера 20 может содержать единственное воздушное впускное отверстие 22, которое принимает нагнетаемый воздух из аэрационного источника, такого как спиральный вентилятор 26. Когда воздух нагнетается в нагнетательную камеру 20, воздух распределяется по всему пространству, определенному нагнетательной камерой 20, и выпускается под давлением через отверстия или каналы 28, определенные в нижней поверхности 14 резервуара 4 и ведущие в одну из внутренних подающих труб 24. Согласно одному аспекту каналы 28 могут иметь диаметр, составляющий приблизительно три (3) дюйма. Согласно одному аспекту каждая подающая труба 24 приварена к нижней поверхности 14 резервуара 4 и к нагнетательной камере 20. Подающая труба 24 имеет достаточную высоту, чтобы проходить выше уровня воды внутри резервуара 4, причем эта высота составляет приблизительно четыре (4) фута. Верхний конец подающей трубы 24 определяет отверстия 30 для безопасной подачи нагнетаемого воздуха выше уровня воды в целях предотвращения обратного поступления воды в нагнетательную камеру 20. Подающая труба 24 обеспечивает подачу нагнетаемого воздуха наружную аэрационную трубу 32.
[0050] Согласно одному аспекту каждая наружная аэрационная труба 32 имеет приблизительно восемь (8) дюймов в диаметре и прикрепляется на внутреннюю подающую трубу 24 с применением резьбовой крышки 34 со штифтом 36 на верхнем конце внутренней подающей трубы 24. Крышка 34 прикрепляется с возможностью вращения к верхнему концу внутренней подающей трубы 24, и штифт 36 проходит от крышки 34 через верхнюю поверхность наружной аэрационной трубы 32, где штифт 36 прикрепляется к ней с помощью гайки крышки. Крышка 34 внутренней подающей трубы 24 может быть снята для замены в случае повреждения. Воздух нагнетается из отверстий 30 внутренней подающей трубы 24 и поступает вниз в наружную аэрационную трубу 32. Воздух затем нагнетается из основания 38 наружной аэрационной трубы 32.
[0051] Как представлено на фиг. 2-5, основание 38 наружной аэрационной трубы 32 также может быть приварено на нижнюю поверхность 14 резервуара 4. Согласно одному аспекту основание 38 каждой наружной аэрационной трубы 32 содержит прикрепленную к нему направляющую поток ленту 40. Как представлено на фиг. 6, каждая наружная аэрационная труба 32 определяет множество отверстий 33, которые расположены в углублении 35, определенном в основании 38 наружной аэрационной трубы 32. Лента 40 расположена внутри углубления 35, чтобы направлять воздушный поток в направлении против часовой стрелки по отношению к наружной аэрационной трубе 32. Направляющая поток лента 40 может быть изготовлена из нержавеющей стали и может быть прижата в сплошном контакте к основанию 38 наружной аэрационной трубы 32 для инициирования атмосферного воздушного потока, проходящего, как правило, в направлении против часовой стрелки. Направленный против часовой стрелки воздушный поток может направлять жидкость в том же направлении против часовой стрелки, создавая непрерывное вихревое движение воздуха. Этот процесс перемешивания воздушного потока заставляет атмосферный воздух оставаться в жидкости в течение более продолжительного времени и заставляет воду выплескиваться из одной аэрационной камеры в следующую камеру. Лента 40 может определять множество отверстий 42, расположенных на окружной наружной поверхности ленты 40. Воздушный поток из наружной аэрационной трубы 32 нагнетается из отверстий 42, создавая вихревое движение воздушного потока и кислорода вокруг наружной аэрационной трубы 32. Лента 40 может быть прижата к основанию 38 наружной аэрационной трубы 32 с применением одного или нескольких шланговых зажимов 44. Воздушный поток, который направляется из отверстий 33 в наружной аэрационной трубе 32, направляется через отверстия 42, определенные в ленте 40.
[0052] Лента 40 может представлять собой изготовленную из нержавеющей стали ленту шириной, составляющей приблизительно три (3) дюйма, и толщиной, составляющей 1/16 дюйма, которая прижата к основанию 38, чтобы направлять аэрационный поток в конкретном или заданном направлении. Отверстия 42, определенные в ленте 40, создают мелкие воздушные пузырьки, которые значительно содействуют окислению жидкостей. Отверстия 42 имеют опущенный впускной край и поднятый выпускной край. Впускной край и выпускной край расположены под одинаковыми углами, чтобы обеспечивать воздушный поток в направлении против часовой стрелки, таким образом, индуцируя поток воды в направлении против часовой стрелки в целях максимального переноса кислорода, смешивания и перемешивания жидкости. Указанные ленты 40 легко заменять в случае повреждения. Требуемое реакционное воздействие в сочетании с введением воздуха, представляющего собой нагнетаемый воздух из нагнетательной камеры 20, обеспечивает необходимую окислительную обработку жидкостей перед выходом из резервуара 4. Согласно одному аспекту резервуар 4 изготовлен таким образом, чтобы обеспечивать максимальную степень аэрации в имеющей минимальный размер системе.
[0053] Как представлено на фиг. 1 и 7, множество аэраторов 46, из которых каждый содержит внутреннюю подающую трубу 24 и наружную аэрационную трубу 38, могут разделять разделительные стенки 48 (которые также могут называться термином «перегородки») внутри резервуара 4, определяя отдельные реакционные камеры 50 и неаэрационные камеры 52. Согласно одному аспекту каждая реакционная камера 50 содержит по меньшей мере три аэратора 46. Аэраторы 46 непрерывно выпускают большой объем воздуха низкого давления в жидкость в реакционной камере 50 в заданном восходящем наклонном радиальном потоке. Аэраторы 46 могут быть расположены в каждой реакционной камере 50 на прямой линии. Согласно одному аспекту аэраторы 46 разделены промежутками, составляющими приблизительно 22 дюйма при измерении расстояния между центрами. Согласно одному аспекту аэраторы 46 могут находиться на расстоянии, составляющем приблизительно 4 дюйма, от стенок соответствующей реакционной камеры 50. Аэраторы 46 обеспечивают поступление большого объема нагнетаемого воздуха низкого давления в реакционные камеры 50 при номинальной скорости, составляющей от 80 до 100 кубических футов в минуту (куб. фут/мин). Согласно одному аспекту аэраторы 46 изготовлены из трубы HDPV, которая представляет собой долговечный и устойчивый к коррозии материал. Введение воздуха в резервуар 4 посредством аэраторов 46 создает интенсивное движение воздушных пузырьков сквозь жидкость, вызывая химическую реакцию с молекулами воды. Реакция вызывает повышение содержания кислорода в воде до максимально возможного уровня абсорбции с текучей средой. Удар подвергаемой аэрации текучей среды о стороны реакционной камеры 50, напор сталкивающихся потоков, создаваемых дополнительными аэраторами 46 внутри одной и той же реакционной камеры 50, восходящее направление выпускаемого воздуха, а также турбулентность и смещение, вызываемые большими объемами воздуха в сочетании обеспечивают перенос кислорода в жидкость. Направленный поток жидкости, создаваемый в резервуаре 4, также значительно способствует процессу аэрации. Вся жидкость, которая проходит через резервуар 4, в равной степени подвергается обработке в ходе этого процесса.
[0054] Разделительные стенки 48 могут присоединяться к боковым стенкам 10, 12 резервуара 4. Разделительные стенки 48 могут быть изготовлены из древесины, пластмассы, металла, такого как сталь, или любого другого материала, имеющего соответствующую жесткость. Согласно одному аспекту в аэрационном устройстве 2 присутствуют четыре разделительные стенки 48. Согласно другому аспекту настоящего изобретения в аэрационном устройстве 2 могут быть использованы три разделительные стенки 48. Однако следует понимать, что в аэрационном устройстве 2 может присутствовать большее или меньшее число разделительных стенок согласно требованиям рабочей площадки. Разделительные стенки 48 могут проходить от верхней поверхности резервуара 4 до положения выше нижней поверхности 14 резервуара 4. Разделительные стенки 38 могут проходить от нижней поверхности 14 резервуара 4 до положения ниже верхней поверхности резервуара 4. Согласно одному аспекту разделительные стенки 48 могут чередоваться таким образом, что первая разделительная стенка 48 проходит от верхней поверхности резервуара 4 до положения выше нижней поверхности 14 резервуара 4, и вторая разделительная стенка 48 проходит от нижней поверхности 14 резервуара 4 до положения ниже верхней поверхности резервуара 4.
[0055] Рассмотрим фиг. 2, где представлен аэрационный процесс с применением аэрационного устройства 2. Безнапорный поток жидкости В из впускного отверстия 16 в первую неаэрационную камеру 52а заставляет жидкость перетекать через первую разделительную стенку 48а в первую реакционную камеру 50а. Впускное отверстие 16 обеспечивает поступление различных объемов жидкости от 100 галлонов в минуту до тысяч галлонов в минуту в режиме безнапорного потока для поступления в первую неаэрационную камеру 52а. Жидкость подвергается аэрации посредством аэраторов 46 в первой реакционной камере 50а и протекает под второй разделительной стенкой 48b. Спиральный вентилятор 26 направляет воздушный поток в нагнетательную камеру 20 для направления воздушного потока в аэраторы 46. Воздушный поток А направляется из нагнетательной камеры 20 во внутреннюю подающую трубу 24 аэраторов 46. Воздушный поток А затем направляется из внутренней подающей трубы 24 в наружную аэрационную трубу 32 аэраторов 46. Воздушный поток А затем направляется из наружной аэрационной трубы 32 посредством направляющей поток ленты 40, создавая вихревое движение в жидкости. Поток жидкости В затем движется вверх через вторую неаэрационную камеру 52b и над третьей разделительной стенкой 48 с во вторую реакционную камеру 50b. Когда поток жидкости В перемещается через вторую реакционную камеру 50b, аэраторы 46 направляют воздушный поток А в жидкость для аэрации жидкости. Поток жидкости В затем направляется под четвертой разделительной стенкой 48d в третью реакционную камеру 50с. Аэраторы 46 внутри третьей реакционной камеры 50с направляют воздушный поток А в жидкость для аэрации жидкости. Поток жидкости В затем направляется вверх и вытекает из выпускного отверстия 18. Рисунок потока жидкости ниже, выше и под разделительными стенками из первой камеры в заключительную камеру создает направленный и структурированный поток жидкости, как представлено с помощью стрелок на фиг. 2. Действие вращательного или вихревого движения жидкости в каждой реакционной камере 50 дополнительно ускоряет захват и абсорбцию кислорода посредством доведения до максимума продолжительности реакции воздуха в реакционной камере 50. Как представлено на фиг. 7, например, согласно некоторым конструкционным требованиям в резервуаре присутствуют четыре (4) аэрационные камеры. Однако следует понимать, что полное число реакционных камер и аэрационных труб можно регулировать на основании химических свойств обрабатываемой жидкости.
[0056] Одна задача аэрационного устройства 2 заключается в том, чтобы обеспечить устройство для эффективного процесса переноса в любую жидкость любого желательного количества кислорода, которое может потребоваться на рабочей площадке. Для окисления и осаждения соединений двухвалентного железа из кислого водного раствора требуется один миллиграмм кислорода в расчете на семь миллиграммов железа. Для обработки кислого водного раствора, содержащего железо в концентрации, составляющей одну тысячу миллиграммов на литр, требуемое содержание кислорода составляет сто сорок три миллиграмма на литр. В то время как девять миллиграммов кислорода обеспечивают насыщение литра воды, для полного окисления железа в концентрации, составляющей одну тысячу миллиграммов на литр, требуется пятнадцатикратное насыщение. Непрерывная последовательность аэрационных устройств может обеспечивать непрерывную обработку потока, имеющего высокое потребление кислорода, посредством многократного переноса кислорода в один и тот же объем воды в процессе его прохождения через последовательные реакционные камеры. Непрерывная обработка с применением безнапорного потока исключает необходимость насосов или рециркуляции в сочетании с большим объемом воздуха низкого давления, который уменьшает энергопотребление, делают это устройство экономичным для процессов с высоким потреблением кислорода.
[0057] Другая задача данного устройства заключается в том, чтобы обеспечить снижение суммы и повышение эффективности эксплуатационных расходов. Это осуществляется посредством уменьшения энергопотребления и снижения расходов на обслуживание. Все другие системы, такие как мелкопузырьковый диффузор, кольцевой барботер и поверхностный аэратор, имеют высокие уровни энергопотребления и необходимого обслуживания. Настоящее аэрационное устройство 2 обеспечивает уменьшение количества химических реагентов, требуемых для обработки жидкости, или полное исключение химических реагентов для насыщения кислородом воды в целях эффективного осаждения растворенных соединений металлов в процессе естественной нейтрализации. Следующая задача настоящего устройства заключается в том, чтобы создавать перемешивание и турбулентность на необходимом уровне в целях удерживания осажденных твердых частиц в составе суспензии.
[0058] Когда жидкости или химические реагенты добавляют, чтобы индуцировать осаждение заданных веществ, аэрационный модуль посредством непрерывного перемешивания и введения воздуха будет предотвращать ламинарный поток и обеспечивать полное смешивание добавляемых химических реагентов. Если требуются химические реагенты, они могут быть введены в этот процесс с большей легкостью, чтобы обеспечивать более эффективное смешивание и снижение расходов на обработку.
[0059] Конструкция настоящего аэрационного устройства 2 является эффективной для очистки муниципальной воды, поскольку она обеспечивает введение требуемого воздуха, содержащего необходимое количество кислорода, в канализационную сточную воду, создавая требуемую среду для эффективного воздействия аэробных бактерий и удаления ила.
[0060] Следующая и более конкретная функция настоящего аэрационного устройства 2 заключается в том, чтобы обеспечивать экономичное удаление летучих органических соединений из жидкостей. Во многих процессах обработки жидкостей, содержащих летучие органические соединения, требуется рециркуляция жидкости для снижения количества летучих органических соединений до приемлемых уровней. Настоящее аэрационное устройство 2 способно осуществлять многократную аэрацию одной и той же жидкости в последовательных модулях в процессе прохождения потока жидкости через последовательные модули посредством приема больших объемов воздуха из коллектора единого источника.
[0061] Следующая функция настоящего аэрационного устройства 2 заключается в том, что одно может не только принимать жидкости для смешивания, но также принимать гранулированные химические реагенты, направляемые в аэратор, посредством пневматической транспортировки из источника воздуха и его введения в жидкости для эффективного смешивания. Настоящее аэрационное устройство 2 может регулировать уровень рН в жидкости при однократном пропускании посредством смешивания с кислотами и основаниями в отдельных последовательных реакционных камерах и обеспечения в каждой камере достаточной продолжительности пребывания и оптимизации соответствующих индивидуальных реакций при устранении насосов и смесителей.
[0062] Следующая основная функция аэратора заключается в том, чтобы обеспечивать средства удаления газов и летучих органических соединений из жидкостей и газов. Аэратор обеспечивает введение воздуха, содержащего кислород в качестве основного элемента, в целях регулирования значения рН, окисления и окисления металлов, перемешивания для удерживания осажденных твердых частиц и металлов в составе суспензии, а также осуществление всех экономичных и ускоренных естественных средств с непрерывным течением жидкости при однократном пропускании без насосов и смесителей.
[0063] Хотя в приведенном выше описании представлены разнообразные аспекты аэрационного устройства 2, специалисты в данной области техники могут производить модификации и видоизменения указанных аспектов без выхода за пределы объема и идеи настоящего изобретения. Например, следует понимать, что настоящее раскрытие предусматривает, что, насколько это возможно, один или несколько признаков любого аспекта могут быть объединены с одним или несколькими признаками любого другого аспекта. Соответственно, приведенное выше описание предназначено в качестве иллюстративного, а не ограничительного. Настоящее изобретение, описанное выше в данном документе, определено прилагаемой формулой изобретения, и все изменения настоящего изобретения, которые находятся в пределах значения и диапазона эквивалентности формулы изобретения, должны находиться в соответствующем объеме.