CS208105B2 - Appliance for distribution of gases in the liguids mainly for aerating the refuse waters - Google Patents

Description

(64) Zařízení pro zavádění plynů do kapalin, zejména pro provzdušňování odpadních vod

Vynález se týká zařízení pro zavádění plynů do kapalin, zejména provzdušňování odpadních vod v nádrži s kapalinovým potrubím, připojeným na cirkulační čerpadlo, s vedením, vedoucím oxidační plyny, zejména vzduch, se směšovací komorou pro směšování kapaliny s plynem a s výstupními tryskami pro zavádění směsi kapaliny se vzduchem do nádrže. Při zpracovávání vody a odpadní vody vyvstává stále znovu úkol, spočívající v rozpouštění vzduchu, směsí plynů, obsahujících kyslík nebo plynného kyslíku ve vodě za účelem umožnění chemických nebo biochemických oxidačních pochodů s látkami, obsaženými ve vodné fázi. Při zpracovávání odpadních vod nabyla zvláštního významu takzvaná metoda aktivovaného kalu. Bakterie, používané pro biologickou degradaci vyvíjejí svůj čistící účinek nejpříznivěji tehdy, je-li jim v co možná největší míře poskytován životně důležitý kyslík.

Pro zavádění plynů do vody již bylo navrženo, zavádět tyto plyny pórovitým tělesem do vody. Při výstupu pod hladinou vody se rozkládá proud vzduchu v malé bublinky a vytváří se velmi velká mezní plocha mezi plynnou fází a kapalnou fází plynu. Odpor těchto pórovitých těles proti proudění s sebou však přináší značnou spotřebu energie pro zavádění plynů do vody.

Pro zlepšení promíchávání plynné fáze s kapalnou fází bylo též již navrženo použití rotujících provzdušňovacích válců nebo provzdušňovacích rotorů, avšak i při těchto postupech je spotřeba energie relativně vysoká. Kromě toho s sebou přinášejí Části stroje, otáčející se pod vodou, problémy s opotřebením.

Další známé návrhy, především pro zaplynování odpadních vod, se týkají zaplynování injektorem. Jedná se o postupy, které směšují jak kapalinu, tak i plyn, prostřednictvím směšovacích prostorů, resp. trysek na principu injektoru. Zařízení podle vynálezu vychází z takového injektorového zaplynovače výše uvedeného druhu a jeho úkolem je navrhnout konstrukčně obzvláště jednoduché zařízení, které lze obzvláště Jednoduchým způsobem přizpůsobit stávajícím požadavkům. Ve smyslu vyřešení tohoto úkolu podstata zařízení podle vynálezu spočívá v tom, že na radiální otvory kapalinového vedení jsou připojeny trubky, které protínají plynové vedení, přičemž tyto trubky jsou ve své části ležící uvnitř plynového vedení, opatřeny zúžením na způsob trysek a otvory pro nasávání plynu, rozložené na jejich plášti a na svém volném konci jsou trubky opatřeny výstupními tryskami pro vypuzování směsi plynu a vzduchu, vytvářené uvnitř plynového vedení.

Tím, Že jsou trubky připojeny na radiálních otvorech kapalinového vedení, je možno dosáhnout jednoduchého sestavení, příkladně jednoduchým zasunutím trubek do sebe. Tím, že tyto trubky protínají plynové vedení a ve své oblasti, uspořádané uvnitř plynového vedení vykazují zúžení na způsob trysek a otvory pro nasávání plynu, rozložené po jejich plášti, může odpadnout zvláštní směšovací komora a přitom je opět dosaženo té výhody, že jsou trubky jednoduše prostrčeny odpovídajícími otvory plynového vedení. Tryskovítými zúženími v trubkách je plyn nasáván injektorovým účinkem a takto vytvořená směs plynu s vodou může být vypuzována do čištěné odpadní vody. Tímto způsobem je dosahováno rychlého a dobrého promíchávání kapalné a plynné fáze. Vedení, vedoucí plyn, může být pod atmosférickým nebo zvýšeným tlakem. Prostřednictvím výstupních trysek, uspořádaných na volných koncích těchto trubek, může být vypuzována směs plynu se vzduchem, vytvářená uvnitř plynového vedení, do nádrže. Kombinací těchto znaků je získáno jednoduché zařízení, které umožňuje optimální přizpůsobení stávajícím tvarům a rozměrům nádrže 8 odpadní vodou a které vychází s malým počtem různých konstrukčních součástí.

Zařízení podle vynálezu se obzvláště vyznačuje tím, že umožňuje uspořádání velkého počtu vyústění uvnitř nádrže, jimiž je vypuzována směs plynu s vodou do vodné fáze. Tak je pomocí jednoduchých prostředků možné dosáhnout velmi rovnoměrného a dokonalého promíchání celého obsahu nádrže. Kapalinové a plynové vedení mohou být příkladně zhotovena z umělé hmoty nebo z kovových trubek. V každém případě mohou být radiální otvory zhotoveny jednoduchým způsobem, příkladně vrtáním.

Průřez zúžení na způsob trysek je s výhodou oválný. Tím je zvětšena povrchová plocha paprsku kapaliny a vzhledem к tomu, že rozpouštění plynů v kapalinách je úměrné stávajícímu tlaku plynu a povrchu kapaliny, je zaručen velmi vysoký stupeň promíchání plynné fáze 8 fází kapalnou. Zúžení může být zhotoveno jako kruhová tryska nebo i jako tryska 8 více otvory, přičemž všem těmto tvarům provedení trýskovitého zúžení je společné, že je jejich následkem co možná největší povrchová plocha vodního paprsku.

Zařízení je 8 výhodou konstruováno tak, že vnitřní stěna trýskovitého zúžení vykazuje vodicí plochy proudění, zejména drážky, které s výhodou probíhají ve tvaru šroubovice. Těmito vodícími plochami proudění je vodě dodáván přídavný vířivý pohyb, čímž může být docilováno ještě lepšího promíchání.

Zařízení podle vynálezu může být s výhodou zhotoveno tak, že к výstupním tryskám trubek je připojen difuzor a v místě připojení difuzoru к výstupním tryskám jsou upraveny otvory. Tím může být Jednoduchým způsobem ke směšovacímu paprsku přidáván další plyn, resp. chemikálie.

Příkladná provedení zařízení podle vynálezu jsou znázorněna na přiložených výkresech, kde znázorňuje:

obr. 1 jedno příkladné provedení zařízení podle vynálezu v půdoryse, obr. 2 příkladné provedení podle obr. 1 v řezu v rovině II-I1 z obr. 1, obr. 3 pohled na příkladné provedení z obr. 1 ve směru šipky III-III z obr. 2, obr. 4 půdorys dalšího příkladného provedení zařízení podle vynálezu, obr. 5 řez v rovině V-V z obr. 4, obr. 6 pohled ve směru šipky VI-VI z obr. 5, obr. 7 příčný řez, analogický obr. 2 a 5, dalším modifikovaným příkladným provedením zařízení podle vynálezu, obr. 8 analogické zobrazení zařízení podle vynálezu, odpovídající obr. 2, u něhož je přídavně uspořádán difuzor, obr. 9 schematické znázornění tlakových a rychlostních poměrů u zařízení podle obr. 8, obr. 10 část zařízení podle vynálezu se zakřivenými vzduchovými a vodními trubkami, obr. 11 podélný řez vodní tryskou, obr. 12 až 16 různé průřezy trysek pro vodní trysku a obr. 17 až 20 schematické znázornění uspořádání zařízení podle vynálezu v různých nádržích.

U zobrazení podle obr. 1 až 3 je tlakové vodní vedení tvořeno trubkou 1 a plynové vedení trubkou 2. V radiálním směru jsou к vodní trubce j. připojeny trubky které jak je znázorněno na obr. 2, vykazují vodní trysku, tvořenou tryskovitým zúžením 4· Trubka Д vykazuje uvnitř trubek 2, vedoucích plyn, otvory 6, které jsou rozloženy po obvodu trubek J. Paprsek, vystupující ze zúžení Д ve směšovací komoře £, nasává plyn z trubky 2 plynovodního vedení a nasávaný plyn se směšuje ve směšovací komoře vytvořené uvnitř trubky s kapalnou fází. Vytvořená směs plynu a vody je výstupní tryskou 2 vypuzována dovnitř nádrže, přičemž voda je vháněna do vodní trubky 1 neznázorněným čerpadlem. U příkladného provedení podle obr. 4 až 6 má trubka J jen v dílčí oblasti svého povrchu ve směru proudění za zúžením 4, otvory pro nasávání vzduchu z trubky 2. Trubka J protíná přitom v podstatě tangenciálně plynové trubky 2 a vytvořená směs plynu a vody je opět výstupní tryskou 2 vypuzována do nádrže. U formy provedení podle obr. 7 jsou dvě trubky 3. připojeny na vodní trubku 1. Každá z těchto trubek J protíná vzduchovou trubku 2 a má uvnitř této vzduchové trubky 2 nasávací otvory 6 pro vzduch.

Toto provedení je uspořádáno tak, Že trubky J svírají navzájem úhel 180°. Je však též zcela možné, zvolit mezi oběma směšovacími trubkami libovolné úhly a respektovat tímto způsobem geometrické poměry v nádrži s odpadní vodou. Jelikož trubky 1 a 2 mohou být zhotoveny z běžného kovu nebo umělé hmoty, mohou být libovolně skládány a probíhat přes široké oblasti nádrže s odpadní vodou.

Způsob práce zařízení podle vynálezu bude vysvětlen na obr. 8 a 9. Odpadní voda, dopravovaná do trubky 1 čerpadlem, má v místě připojení do směšovací trubky J určitý tlak a určitou rychlost proudění. Při průtoku vody zúžením ± klesá tlak, jak je znázorněno na obr. 9, přičemž vzrůstá rychlost proudění. Vodní paprsek se dostává vysokou rychlostí a pod malým tlakem do oblasti vstupních otvorů 6 vzduchu trubky 2 a směšuje se s nasávaným vzduchem uvnitř směšovací komory £. V této směšovací komoře i může být pozorován vzrůst tlaku a tím současně pokles rychlosti proudění. Tento vzrůst tlaku vede к lepší rozpustnosti vzduchu ve vodě, jelikož rozpustnost plynu v kapalině závisí v první řadě na tlaku a povrchu mezních ploch obou fází.

Směšovací komora £ je na jedné straně omezena Čelní plochou 8 vodní trysky a na druhé straně ústím výstupní trysky 2· Směs vzduchu s vodou vystupuje nyní u příkladného provedení, znázorněné na obr. 8, prostřednictvím výstupní trysky 2» do difuzoru 2· Podmíněn zužujícím se průřezem výstupní trysky je opět pozorován pokles tlaku a zvýšení výstupní rychlosti, jak je znázorněno na obr. 9. Uvnitř difuzoru 2 klesá nyní opět rychlost a tlak vzrůstá.

V této zóné je proto velká část kyslíku, která není doposud rozpuštěna, rozpuštěna ve vodě na základě svého stoupajícího parciálního tlaku v plynné fázi a proto může být uspořádáni takového dífuzoru ještě dále zlepšeno působení směšovací komory £. V bezppootřední blízkosti místa připojení difuzoru 2. k výstupní trysce 2 mohou být uspořádány další otvory 10. pomocí nichž je možno přidávat ke směšovacímu paprsku další plyn nebo i chemikkáie. Tyto otvory 10 mohou být uspořádány analogickým.způsobem jako otvory 6 uvnitř dalšího vzduchového vedení.

Vzduch v trubce 2 může být u zřízení podle vynálezu pod atmosférlclým tlakem nebo i pod zvýšeným tlakem. Je samozřejmé, že rozpustnost plynné fáze v kapalině vzrůstá při vzrůstajícm tlaku ve vzduchovém vedení.

Na obr. 10 jsou znázorněny dvě koncentricky probíhající trubky i a 2· Od trubky i, vedoucí vodu, probíhají trubky J v radiálním směru ke středu kruhu zakřivení trubek a protínají trubky 2, vedoucí vzduch. Výstupní trysky 2 jsou rovněž směrovány radiálně a uspořádání může být přiom provedeno způsobem, . odpooídajícím bud obr. 1 až 3 nebo 4 až 6.

Obr. 11 znázorňuje podélný řez zúžením 1 . u nšhož je směr proudění označen šipkou 11. Obr. 12 až 16 znázorňují nyní různé poihLedy na takové zúžení 4 ve směru jeho čelní plochy 8,. . přičemž na obr. 12 je znázorněn kruhový průřez. Obr. 13 zobrazuje zúžení 4 s více otvory, která zaručuje oproti kruhovému průřezu podstatně lepší promíchávání, plynné fáze s fází kapalnou, jelikož povrchová plocha paprsku, která je ve styku s plynnou fází, je v poměru k průřezu zvětšena. Další výhodné tvary průřezu zúžení 4 vedou k dalšímu zvětšení povrchové plochy paprsku v poměru k průřezu otvoru zúžení 4· Tak je na obr. 14 znázorněna štěrbina, na obr. 15 průřez ústí trysky, v podstatě ve tvaru tří zářezů a na obr. 16 průřez kruhové trysky. ’

Obr. 17 až 20 znázorňuj schematicky různá příkladná provedení zařízení podle vynálezu uvnitř nádrží různého tvaru. Na obrázku 17 jsou znázorněny trubky 1, které vedou vodu, trubky 2 vedoucí vzduch, nádrž 12. výstupní trysky 2 směšovacího paprsku. Na obr. 18 je patrná nádrž 13 v poddtatě čtvercového půdorysu, přičemž vodní trubka 1, právě tak, jako vzduchová trubka 2, sledují obvod této nádrže 13. Na obr. 19 je znázorněna nádrž 14. jejíž průřez odpovídá oválu. Vodní a vzduchové trubky 1, 2 jsou přitom uspořádány tak, že je smmšovacími paprsky, vystupujícími z výstupních trysek 2, dosahováno směru proudění podél kruhového průřezu. Na obr. 20 je znázorněna v poddtatě válcová nádrž 15 v půdoryse. Vodní trubky 1 jsou uvnntř této nádrže 15 uvnntř a vně koncentricky obklopeny vzduchovými trubkgmi 2 a směr proudění sm^ě^<^i^É^c:ích paprsků, které tpoojtёěí výstupní trysky 2, je .střídavě zvolen radiálně dovnntř a radiálně ven.

Vzájemné relativní uspořádání trubek 1, 2, J může být též provedeno tak, že vždy vodní trubky 1 a vzduchové trubky 2 jsou uspořádány ve směru osy nádrže 12. 13. .14. 2Ž. nad sebou, přičemž trubky, odboč^ící od vodních trubek 2 a protínající trubky .2 vzduchové, probíhají v poddtatě rovnoběžně s osou nádrže 12,. 24» 14. 1Ž.· Jsou-li u tekového uspořádání vodní a vzduchové trubky 2, 2 zhotoveny z ummié hmoty, může být uspořádání ohebné a takový prefabrikovaný systém může být podle stávajících . požadavků ohnut a uložen příkladně podél stěny nádrže.

Claims (7)

PŘEDMĚT VYNÁLEZU

1. Zřízení pro zavádění plynů do kapeGin, zejména pro provzdušňováií odpadních vod v nádrži s kapalinovým potrubím, připoe«ým na cirkulační čerpadlo, s vedením, vedoucím oxidační plyny, zejména vzduch se směšovací komorou pro směšovací kapaliny s plynem a s výstupními tryskami pro zavádění směsi kapaliny se vzduchem do nádrže^, vyznačené tím, že kapalinové potrubí (1) je opatřeno radiálními otvory, na něž jsou připojeny trubky (3), které'protínají plynové vedení (2), přičemž tyto trubky (3) jsou na své částí, ležící uvnntř plynového vedení (2) opatřeny zúžením (4) na způsob trysek a otvory (6) pro nasávání plynu, rozloženými na jejich plášti a na svém volném konci jsou trubky (3) opatřeny výstupními tryskami (7).

2. Zařízení podle bodu 1, vyznačené tím, že zúžení (4) na způsob trysky má oválný průřez.

3. Zřízení podle bodu 1, vyznačené tím, že zúžením (4) na způsob trysky je kruhová tryska.

4. Zařízení podle bodu 1, ' vyznačené tím, že zúžením (4) na způsob trysky je tryska s alespoň dvěma otvory.

5. Zřízení podle jednoho z bodů 2 až 4, vyznačené tím, že vnitřní stěna zúžení (4) na způsob trysky je opatřena vodícími plochami proudění, například drážkami ve tvaru šroubovice.

6. Zeřízení podle jednoho z bodů 1 až 5, vyznačené tím, že na výstupní trysky (7) trubek (3) je připojen difuzor (9).

7. Zařízení podle bodu .8, vyznačené tím, že v difuzoru (9) jsou v místě jeho připojení na výstupní trysky (7) upraveny otvory (10).