CZ295006B6

CZ295006B6 - Mechanical aeration plant for treating wastewater

Info

Publication number: CZ295006B6
Application number: CZ2004230A
Authority: CZ
Inventors: Zdeněk Sosna
Original assignee: Sbh Water, Spol. S R.O.
Priority date: 2004-02-12
Filing date: 2004-02-12
Publication date: 2005-05-18
Also published as: WO2005077840A1; CZ2004230A3

Abstract

Two wings (2.1, 2.2) having each the form of a half of cylindrical surface are attached to a central shaft (1). Stirring blades (3.1, 3.2) are attached underneath the wings (2.1, 2.2) to the central shaft (1), too. Between the free end of each wing (2.1, 2.2) and the central shaft (1), there are arranged L-shaped reinforcing ribs (4). Free end of the longer section of each reinforcing rib (4) is attached to the central shaft (1). In the corner, between the shorter and longer sections of each reinforcing rib (4), there is fastened the free end of each wing (2.1, 2.2). The face of the reinforcing rib (4) shorter section overlapping the wing (2.1, 2.2) free end (2.1, 2.2) is pointed. During rotation of the central shaft (1) water level drops off within the space extending between said central shaft (1) surface and inner surface of the wings (2.1, 2.2). Atmospheric air is sucked in that space. Due to mixing the air stream, fine air bubbles being thus generated advance in the direction toward an activation tank bottom. The pointed faces of the reinforcing rib shorter sections cut through a fibrous sludge, reduce consistence as well as sludge index thereof, while the stirring blades ensure hydraulic motion.

Description

Oblast technikyTechnical field

Vynález se týká mechanického provzdušňovacího zařízení pro čištění odpadních vod vytvářející jemné vzduchové bublinky.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a mechanical aeration device for the treatment of waste water producing fine air bubbles.

Dosavadní stav technikyBACKGROUND OF THE INVENTION

Mechanické provzdušňovací zařízení pro čištění odpadních vod řeší patentový dokument CZ 276137 o názvu Hlubinný komorový aerátor. Zařízení je vytvořeno ze středové válcové trouby, ke které jsou připojeny tři bočnice. Bočnice jsou obloukovitě nebo plně válcovitě zahnuté proti směru otáčení. Středová válcová trouba je spojena s hřídelem, který je spojen přes Hookův kloub s poháněcím motorem. V horní části válcové trouby je vytvořen plovákový prostor. Ten odlehčuje zařízení, které je převážnou svojí částí umístěno pod hladinou vody v aktivační nádrži s odpadovou vodou určenou k čištění. V aktivační nádrži jsou umístěny svislé ploché zábrany, které brání roztáčení kapaliny v nádrži. Když motor zařízení roztočí, voda se při hladině odtrhne od přední části komory a vzniklý prostor se zaplní vzduchem. Následně se od přední části komory odtrhnou i spodnější vrstvy vody. Ze spodu začne do všech komor vnikat voda, která se smísí se vzduchem a vzniklá směs odpadává od středu zařízení a stoupá vzhůru. Tím se voda v nádrži okysličuje a stoupá ke hladině. U tohoto uspořádání se vytvářejí vzduchové bublinky o průměru cca 10 mm, což se označuje za bubliny střední velikosti. Nevýhodou tohoto uspořádání je, že bublinky vzduchu, které mají střední velikost, poměrně rychle stoupají ke hladině. To má za následek nedostatečné okysličení aktivační nádrže. Bakterie, které jsou v odpadní vodě, nemají dostatek času aby plně využily obsah kyslíku v bublince. Pro zvýšení čisticího účinku tohoto zařízení je třeba použít výkonnější motor s vyšší spotřebou energie. Nevýhodné jsou do značné míry též svislé zábrany, které působí negativně na rotační pohyb vody v nádrži. Pokud vzduchová bublinka při rotačním a vzestupném pohybu v nádrži narazí na svislou plochou zábranu, stoupá podél zábrany kolmo ke hladině. Kyslík v bublince obsažený je využit bakteriemi jen nepatrně. Nevýhodou tohoto uspořádání je malá účinnost dodávky vzduchu do nádrže, nedostatečné míchání a minimální čisticí schopnosti tohoto zařízení.Mechanical aeration device for waste water treatment is solved by patent document CZ 276137 entitled Deep chamber aerator. The device consists of a central cylindrical tube to which three side plates are attached. The sidewalls are curved or fully cylindrical in the opposite direction of rotation. The central cylindrical tube is connected to a shaft which is connected via a Hook joint to the driving motor. A float space is formed at the top of the cylindrical tube. It relieves the equipment, which is predominantly located below the water level in the activation tank with waste water for cleaning. In the activation tank there are vertical flat barriers that prevent the liquid from spinning in the tank. When the engine spins, the water breaks away from the front of the chamber at the surface and the space is filled with air. Subsequently, the lower layers of water are torn off from the front of the chamber. Water from the bottom starts to enter all chambers, which is mixed with air and the resulting mixture falls off the center of the device and rises upwards. This causes the water in the tank to oxygenate and rise to the surface. With this arrangement, air bubbles of about 10 mm diameter are formed, which are referred to as medium-sized bubbles. A disadvantage of this arrangement is that air bubbles of medium size rise relatively quickly to the surface. This results in insufficient oxygenation of the activation tank. Bacteria that are in the wastewater do not have enough time to make full use of the oxygen content of the bubble. In order to increase the cleaning effect of this device, it is necessary to use a more powerful motor with higher energy consumption. To a large extent, vertical barriers, which have a negative effect on the rotational movement of water in the tank, are also disadvantageous. If the air bubble encounters a vertical flat barrier when rotating and rising in the tank, it rises perpendicular to the surface along the barrier. The oxygen contained in the bubble is only slightly used by bacteria. The disadvantage of this arrangement is the low efficiency of air supply to the tank, insufficient mixing and minimal cleaning ability of the device.

Podstata vynálezuSUMMARY OF THE INVENTION

Uvedené nedostatky do značné míry odstraňuje mechanické provzdušňovací zařízení pro čištění odpadních vod, vytvořené z duté středové hřídele, na které jsou upevněna křídla, která mají tvar poloviny válcové plochy. Podstata vynálezu spočívá v tom, že každé ze dvou křídel je upevněno na středové hřídeli na protilehlé části jejího průměru. Volný konec každého křídla je vzdálen od povrchu středové hřídele o jednu polovinu jejího průměru. Pod křídly jsou na středové hřídeli upevněné míchací lopatky. Mezi volnou koncovou částí každého křídla a středovou hřídelí jsou výztužná žebra, která jsou ve tvaru písmene velkého L. Volný konec delší svislé části každého žebraje upevněn na středové hřídeli. Do rohu mezi vodorovnou a svislou částí každého výztužného žebra doléhá a je v něm upevněn volný konec každého křídla. Kratší vodorovná část výztužného žebra přesahuje přes vnější povrch volného konce křídla, upevněného na protilehlé části průměru středové hřídele. Celní stěna kratší části každého žebra, která přesahuje přes vnější plochu křídla je zaostřena. Míchací lopatky svírají s vodorovnou rovinou úhel a, který se pohybuje v rozsahu 20° až 30°. Míchací lopatky mají tvar plochých desek. Vzdálenost mezi vnějšími koncovými hranami míchacích lopatek je větší,, než je největší vzdálenost mezi vnějšími plochami volných koncových části obou křídel.These drawbacks are largely eliminated by a mechanical wastewater aeration device formed from a hollow central shaft on which wings that are half-cylindrical in shape are mounted. The essence of the invention is that each of the two wings is mounted on the central shaft on the opposite part of its diameter. The free end of each wing is one half of its diameter from the center shaft surface. Stirring blades are fixed to the central shaft under the wings. Between the free end portion of each wing and the central shaft are reinforcing ribs that are L-shaped. The free end of the longer vertical portion of each fin is fixed to the central shaft. In the corner between the horizontal and vertical part of each reinforcing rib it abuts and in it is fixed free end of each wing. The shorter horizontal portion of the stiffening rib extends beyond the outer surface of the free end of the wing mounted on the opposite portion of the center shaft diameter. The front wall of the shorter portion of each rib that extends over the outer surface of the wing is in focus. The mixing vanes form an angle α with the horizontal plane which is in the range of 20 ° to 30 °. The mixing vanes have the shape of flat plates. The distance between the outer end edges of the mixing vanes is greater than the greatest distance between the outer surfaces of the free end portions of the two wings.

Výhodou uspořádání podle vynálezu je, že při rotaci se vytváří mezi středovou hřídelí a oběma křídly prostor, do kterého se nasává atmosférický vzduch. Vlivem intenzivní turbolence se v tomto prostoru vytvářejí velice jemné vzduchové bublinky. Ty poměrně pomalu stoupají k hladině. Bakterie mají dostatek času vstřebat kyslík. Čelní hrany vodorovných kratších částí žeber, které přesahují přes volné hrany křídel, řežou vláknitý kal a snižují kalový index. To má za následek snížené náklady na odvoz přebytečného kalu. Dvě míchací lopatky na konci rotoru zajišťují účinný hydraulický pohyb v nádrži. Zařízení vykazuje snížené náklady provozní i investiční, ve srovnání se zařízeními v nichž se vytvářejí vzduchové bubliny hrubé a střední velikosti. Při snížení provozních otáček cca na jednu pětinu se přestanou vytvářet jemné vzduchové bubliny, voda v aktivační nádrži se jen promíchává. V důsledku toho se ukončí aerobní způsob čištění a nastává anaerobní čištění, při kterém se z odpadové vody odbourávají nitridy a fosforečnany.An advantage of the arrangement according to the invention is that a space is created between the central shaft and the two wings during rotation, into which atmospheric air is sucked. Due to the intense turbulence, very fine air bubbles are formed in this space. They rise relatively slowly to the surface. Bacteria have enough time to absorb oxygen. The leading edges of the horizontal shorter ribs that extend over the free edges of the wings cut the fibrous sludge and reduce the sludge index. This results in reduced costs for removal of excess sludge. Two mixing blades at the end of the rotor ensure efficient hydraulic movement in the tank. The equipment exhibits reduced operating and investment costs compared to equipment in which coarse and medium size air bubbles are generated. When the operating speed is reduced to approx. One fifth, fine air bubbles will stop forming, the water in the activation tank will only mix. As a result, the aerobic purification process is terminated and anaerobic purification occurs in which nitrides and phosphates are degraded from the waste water.

Přehled obrázků na výkresechOverview of the drawings

Vynález bude blíže osvětlen pomoci výkresů, na kterých znázorňuje obr. 1 zařízení se středovou hřídelí, se dvěma obloukovitými křídly, se dvěma míchacími lopatkami a výztužnými žebry v axonometrickém pohledu, obr. 2 stejné zařízení v nárysu, obr. 3 zařízení v řezu, jehož rovina probíhá pod přírubou, obr. 4 míchací lopatky v pohledu ze spodu, obr. 5 část zařízení s první míchací lopatkou v bokorysu.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention will be explained in more detail with reference to the drawings in which: FIG. 1 shows a central shaft device with two arcuate wings, two mixing vanes and stiffening ribs in an axonometric view, FIG. 4 is a bottom view of the mixing vane, FIG. 5 is a side view of a portion of the apparatus with the first mixing vane.

Příklady provedení vynálezuDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

Středová hřídel 1 je válcová trubka. Na středové hřídeli 1 jsou upevněna dvě zahnutá křídla 2.1, 2.2. Každé křídlo 2.1, 2.2 má v příčném průřezu tvar jedné poloviny tenkostěnné válcové trubky rozříznuté v rovině procházející její podélnou osou. Průměr obou křídel 2.1, 2.2 je stejný a odpovídá asi dvojnásobku průměru středové hřídele 1. Spojení každého křídla 2J, 2.2 se středovou hřídelí 1 je provedeno na protilehlých částech jejího průměru například přivařením po celé délce přilehlé části každého křídla 2.1, 2.2. Tak se vnitřní plocha každého křídla 2.1, 2.2 postupně vzdaluje od vnějšího povrchu středové hřídele 1. Volný konec každého křídla 2.1, 2.2 je na protilehlé části průměru. Vzdálenost volného konce každého křídla 2.1, 2.2 od povrchu středové hřídele 1 odpovídá jedné polovině průměru středové hřídele 1. Délka každého křídla 2.1, 2.2 ve svislém směru odpovídá přibližně dvěma třetinám výšky středové hřídele L Mezi volným koncem každého křídla 2.1, 2.2 a středovou hřídelí jsou 1 umístěna výztužná žebra 4. Všechna výztužná žebra 4 jsou stejná. Mají tvar velkého písmene L. Volný konec delší svislé části výztužného žebra 4 je upevněn na hřídeli 1. Volný konec každého křídla 2.1, 2.2 dosedá do rohu mezi vodorovnou a svislou část každého výztužného žebra 4 a je zde upevněn. Kratší vodorovná část výztužného žebra 4 přesahuje přes vnější povrch toho křídla 2.1, 2.2, které je upevněno na protilehlé části průměru středové hřídele 1. Čelní stěna kratší části výztužného žebra 4 přesahující vnější plochu křídla 2J, 2.2 je zaostřena. Počet výztužných žeber 4 u každého křídla 24, 2.2 závisí na jeho délce. V příkladu provedení (obr. 1 a obr. 2) je 7 výztužných žeber 4. Jejich počet může být v závislosti na délce křídla 2.1, 2.2 větší nebo menší. Pod křídly 2.1, 2.2 jsou na středové hřídeli 1 upevněny dvě míchací lopatky 3.1, 3. 2, které svírají s vodorovnou rovinou úhel a, který je v rozsahu 20° až 30°. Míchací lopatky 3.1, 3.2 mají tvar plochých desek. Vzdálenost mezi vnějšími koncovými hranami míchacích lopatek 3.1, 3.2 je větší, než je vzdálenost mezi vnějšími plochami volných koncových částí obou křídel2.1, 2.2. Na horním konci je opatřena přírubou 5 pro připojení přímo nebo prostřednictvím dalších zařízení k poháněcímu motoru. Poháněči motor ani další přídavná zařízení nejsou na výkresech znázorněna.The central shaft 1 is a cylindrical tube. Two curved wings 2.1, 2.2 are mounted on the central shaft 1. Each wing 2.1, 2.2 has, in cross-section, the shape of one half of a thin-walled cylindrical tube cut in a plane passing through its longitudinal axis. The diameter of the two wings 2.1, 2.2 is the same and corresponds to about twice the diameter of the central shaft 1. The connection of each wing 20 to the central shaft 1 is made on opposite portions of its diameter, for example by welding over the entire length of the adjacent portion 2.1. Thus, the inner surface of each wing 2.1, 2.2 gradually moves away from the outer surface of the central shaft 1. The free end of each wing 2.1, 2.2 is on the opposite portion of the diameter. The distance of the free end of each wing 2.1, 2.2 from the surface of the central shaft 1 corresponds to one half of the diameter of the central shaft 1. The length of each wing 2.1, 2.2 vertically corresponds to approximately two thirds of the height of the central shaft L. 1, the reinforcing ribs 4 are located. All the reinforcing ribs 4 are the same. The free end of the longer vertical portion of the stiffening rib 4 is fixed to the shaft 1. The free end of each wing 2.1, 2.2 abuts a corner between the horizontal and vertical portions of each stiffening rib 4 and is fastened there. The shorter horizontal portion of the stiffening rib 4 extends beyond the outer surface of that wing 2.1, 2.2, which is mounted on the opposite portion of the diameter of the central shaft 1. The front wall of the shorter portion of the stiffening rib 4 extends beyond the outer surface of the wing 21, 2.2. The number of reinforcing ribs 4 for each wing 24, 2.2 depends on its length. In the exemplary embodiment (Fig. 1 and Fig. 2) there are 7 reinforcing ribs 4. Their number may be greater or less depending on the wing length 2.1, 2.2. Two stirrer blades 3.1, 3.2 are attached to the central shaft 1 under the wings 2.1, 2.2 and form an angle [alpha] within the range of 20 [deg.] To 30 [deg.] With the horizontal plane. The stirring vanes 3.1, 3.2 have the shape of flat plates. The distance between the outer end edges of the mixing vanes 3.1, 3.2 is greater than the distance between the outer surfaces of the free end portions of the two wings 2.1, 2.2. At its upper end it is provided with a flange 5 for connection directly or through other devices to the driving motor. The drive motor and other attachments are not shown in the drawings.

Zařízení je převážnou částí, která je opatřena křídly 2.1, 2.2 ponořeno do aktivační nádrže s odpadovou vodou určenou k čištění. Maximální výška hladiny odpadové vody je naznačena trojúhelníkem (obr. 2). Při roztočení celého zařízení na provozní otáčky elektromotoru se současně otáčí středová hřídel 1, obě křídla 2.J., 2.2, všechna výztužná žebra 7 a obě míchací lopatky 34, 3.2. Voda v aktivační nádrži obtéká obě křídla 24, 2.2 po jejich vnějších povrchových plochách od nejmenšího průměru, který odpovídá průměru středové hřídele 1 směrem k jejich největšímu průměru. Vlivem rotace a odstředivých sil postupně klesá hladina vody v prostoru mezi středovou hřídelí 1 a vnitřní částí křídel 24, 2.2. Do tohoto prostoru se pod tlakem přisává atmosférický vzduch. Proud vzduchu v tomto prostoru se pohybuje směrem dolů k míchacím lopatkám 3.L 3.2 a ke dnu nádrže. Výztužná žebra 4 a obě míchací lopatky 3.1, 3.2. příznivě ovlivňuji mixování proudu vzduchu, při kterém se vytvářejí velmi jemné vzduchové bublinky. Menší část těchto vzduchových bublinek postupně probublává směrem ke hladině. Převážná část proudu jemných vzduchových bublinek postupuje směrem k míchacím lopatkám 34, 3.2. K intenzivní turbulenci proudu vzduchu směrem do spodních vrstev aktivační nádrže a ke dnu nádrže a k vytváření velice jemných vzduchových bublinek přispívá i rotace míchacích lopatek 34, 3.2.The device is predominantly provided with wings 2.1, 2.2 immersed in the activation tank with waste water to be cleaned. The maximum waste water level is indicated by a triangle (Fig. 2). When the whole device is rotated to the operating speed of the electric motor, the central shaft 1, the two wings 2.J, 2.2, all the reinforcing ribs 7 and the two stirring blades 34, 3.2 are simultaneously rotated. The water in the activation tank flows around the two wings 24, 2.2 over their outer surfaces from the smallest diameter corresponding to the diameter of the central shaft 1 towards their largest diameter. Due to rotation and centrifugal forces, the water level in the space between the central shaft 1 and the inner part of the wings 24, 2.2 gradually decreases. Atmospheric air is sucked into this space under pressure. The air flow in this space moves downwards to the stirring vanes 3.L 3.2 and to the bottom of the tank. The reinforcing ribs 4 and the two mixing vanes 3.1, 3.2. I have a beneficial effect on the mixing of the air stream, in which very fine air bubbles are formed. A smaller portion of these air bubbles gradually bubbles towards the surface. The bulk of the fine air bubble flow progresses towards the stirring blades 34, 3.2. Rotation of the stirring blades 34, 3.2 also contributes to the intensive turbulence of the air flow towards the lower layers of the activation tank and the bottom of the tank and to the formation of very fine air bubbles.

Míchací lopatky 34, 3.2 současně uvádějí směs vody a bakterii v aktivační nádrži do rotačního hydraulického pohybu. Tímto pohybem se prodlužuje cesta jemných vzduchových bublinek směrem ke hladině. V průběhu této cesty mají bakterie delší dobu na odebírání a vstřebání kyslíku ze vzduchových bublinek a k čištění odpadové vody. Při provozních otáčkách probíhá aerobní čištění vody. Čelní zaostřené stěny kratších části žeber 4 přesahující vnější plochu křídel 24, 2.2 prořezávají vláknitý kal. Tím snižují hutnost kalu a kalový index. Pokud se tímto prořezáváním sníží hutnost kalu, potom se prodlouží doba mezi jednotlivým vyvážením přebytečného hutného kalu a sníží se i náklady na jeho odvoz.The stirring blades 34, 3.2 simultaneously actuate the mixture of water and bacteria in the activation tank into a rotary hydraulic motion. This movement extends the path of fine air bubbles towards the surface. During this journey, the bacteria have a longer time to remove and absorb oxygen from the air bubbles and to purify the waste water. Aerobic water purification is performed at operating speed. The front sharpened walls of the shorter portions of the ribs 4 extending beyond the outer surface of the wings 24, 2.2 cut through the fibrous sludge. This reduces sludge density and sludge index. If the sludge density is reduced by this pruning, the time between the individual balancing of the excess sludge sludge is increased and the cost of removal is reduced.

Pokud se provozní otáčky sníží cca na 20 %. podstatně se sníží vliv působení rotace a odstředivých sil. Ustane přisávání vzduchu a přestanou se vytvářet vzduchové bublinky v prostoru mezi středovou hřídelí 1 a vnitřními částmi křídel 24, 2.2. Tento prostor se zaplní vodou. Míchací lopatky 34, 3.2 uvádějí směs vody a bakterií v aktivační nádrži do klidného rotačního pohybu. Voda v aktivační nádrži se neokysličuje, ale jen se míchá. Při tomto procesu probíhá v aktivační nádrži denitrifikace. Odbourávají se nitridy a fosforečnany.If the operating speed is reduced to approx. 20%. the effect of rotation and centrifugal forces is substantially reduced. The air intake ceases and air bubbles cease to form in the space between the central shaft 1 and the inner parts of the wings 24, 2.2. This space is filled with water. The mixing blades 34, 3.2 bring the mixture of water and bacteria in the activation tank into a steady rotational motion. The water in the activation tank is not oxygenated, but only mixed. In this process, denitrification takes place in the activation tank. Nitrides and phosphates are degraded.

Průmyslová využitelnostIndustrial applicability

Vynálezu se využije k provzdušňování a míchání aktivačních nádrží v biologických čistírnách odpadních vod a k regeneraci kalu v nádržích a rybnících.The invention will be used to aerate and mix activation tanks in biological wastewater treatment plants and to recover sludge in tanks and ponds.

Claims

PATENT CLAIMS

A mechanical wastewater aeration device formed from a hollow central shaft (1) on which wings (2.1, 2.2) are fixed, each having a half-cylindrical surface, characterized in that each of the two wings (2.1, 2.2) it is mounted on the central shaft (1) on the opposite part of its diameter, the free end edge of each wing (2.1, 2.2) is distant from the surface of the central shaft (1) by one half of its diameter, and below the wings (2.1, 2.2) two mixing vanes (3.1, 3.2) are attached to the shaft (1).

Mechanical aeration device according to claim 1, characterized in that between the free end of each wing (2.1, 2.2) and the central shaft (1) there are reinforcing ribs (4) which are L-shaped, the free end of the longer part of each rib (4) is mounted on the central shaft (1), and abuts a corner between the shorter and longer portions of each reinforcing rib (4) and there is fixed the free end of each wing (2.1, 2.2), the shorter portion of each reinforcing rib (4) overlaps the free end of the wing (2.1, 2.2) mounted on the opposite part of the center shaft diameter (1).

Mechanical aeration device according to claim 1, characterized in that the front wall of the shorter part of each rib (4) that extends over the outer surface of the wing (2.1, 2.2) is in focus.

Mechanical aeration device according to claim 1, characterized in that the stirring vanes (3.1, 3.2) form an angle (α) in the range of 20 ° to 30 ° with the horizontal plane.

Mechanical aeration device according to claim 1, characterized in that the stirring vanes (3.1, 3.2) are in the form of flat plates.

Mechanical aeration device according to claim 1, characterized in that the distance between the outer end edges of the stirring vanes (3.1, 3.2) is greater than the greatest distance between the outer surfaces of the free end portions of the two wings (2.1, 2.2).