PL172505B1 - Sewage aerating method and apparatus - Google Patents

Abstract

1 Sposób napowietrzania scieków polegajacy na nadawaniu sciekom wymuszonego ruchu za pomoca zanurzonego w nich obra- cajacego sie wirnika, zaopatrzonego w lopatki, znamienny tym, ze scieki rozbryzguje sie na powierzchni ich styku z powietrzem, tylko czesciowo zanurzajac w nich wirnik, a tworzone przez lopatki wir- nika strugi scieków unosi sie do góry, a nastepnie odbija sie od znaj- dujacych sie nad nimi powierzchni wirnika 1 tworzy wewnatrz masy scieków prady, utrzymujace zawarty w nich szlam w postaci zawiesiny 4 Urzadzenie do napowietrzania scieków umieszczone w zbio- rniku ponad powierzchnia scieków, wyposazone w wirnik z po- zioma plyta 1 z zamocowanymi na niej promieniowo lopatkami, zanurzone w sciekach 1 obracajace sie dokola osi pionowej, zna- mienne tym, ze pozioma plyta (2) wirnika jest zaopatrzona w pro- mieniowe wyciecia (3), do których sa przytwierdzone lopatki (4), przy czym dolna, zanurzona w sciekach (13) czesc lopatek (4) ma postac czworokata, ograniczonego linia pozioma, odpowiadajaca powierzchni scieków (13), pionowa, zewnetrzna krawedzia(7) oraz nachylonymi w kierunku do siebie krawedziami (6) 1 (10), w prze- cieciu których znajduje sie najnizej polozony punkt (5) lopatki (4), natomiast górna, polozona nad plyta (2) czesc lopatki (4) ma ksztalt trójkata, ograniczonego linia pozioma gómej powierzchni plyty (2), zewnetrzna, pionowa krawedzia (7) oraz nachylona w kierunku osi wirnika (1) i przecinajaca sie z powierzchnia plyty (2) wewnetrzna nachylona krawedzia (8) F IG . 2 P L 172505 B 1 PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób napowietrzania ścieków polegający na nadawaniu ściekom wymuszonego ruchu za pomocą zanurzonego w nich obracającego się wirnika, zaopatrzonego w łopatki.

Przedmiotem wynalazkujest również urządzenie do napowietrzania ścieków umieszczone w zbiorniku ponad powierzchnią ścieków, wyposażone w wirnik z poziomą płytą i z zamocowanymi na niej promieniowo łopatkami, zanurzone w ściekach i obracaj ące się dokoła osi pionowej.

Znane są sposoby napowietrzania, polegające na umieszczaniu w zbiornikach napowietrzających aktywnych oczyszczalni ścieków urządzeń z wirnikami obracającymi się wokół osi pionowej, które nadają wymuszony ruch cząsteczkom ścieków, powodując w trakcie tego ruchu

172 505 ich zetknięcie z cząsteczkami powietrza, dzięki czemu mikroorganizmy, znajdujące się w zbiorniku napowietrzającym, zostają zaopatrzone w tlen.

W książce J. Suschka, J. Zieliński i E. Glajcar pt.: “Urządzenia do natleniania ścieków” (Arkady, Warszawa 1979 r.) opisano dwa rodzaje urządzeń napowietrzających ścieki, tzw. aeratorów. Aerator stały, typu DATjest zanurzony w zbiorniku ścieków na głębokość ponad 6 m i wyposażony w, zamontowaną w dolnej części rury, pompę śmigłową, pompującą ścieki w kierunku dna zbiornika i powodującą ich ruch w obiegu zamkniętym, a równocześnie rozpylającą powietrze, doprowadzone przewodem pod pompę.

Aerator pływający Sigma Yeomans jest złożony z pływaka i z osadzonego w jego środku wirnika z krzywoliniowymi łopatkami o regulowanym nachyleniu, zanurzonego głęboko pod powierzchnią ścieków. Pierścień, umieszczony w górnej części wirnika, zapobiega falowaniu powierzchni ścieków, a równocześnie uniemożliwia powrót natlenionej strugi ścieków w pobliże łopatek wirnika.

Z opisu patentowego Stanów Zjednoczonych AP nr US 3154601 znane jest urządzenie do napowietrzania ścieków z dwoma wirnikami, umieszczonymi równolegle obok siebie lub osadzonymi na jednej wspólnej osi i umieszczonego jeden nad drugim. Wirniki te są zaopatrzone w łopatki prostopadłe do poziomej płyty wirnika i osadzone na pokrywie zbiornika ścieków lub na umieszczonym na powierzchni ścieków pływaku. W każdym przypadku wirniki są głęboko zanurzone pod powierzchnię ścieków.

Z opisu patentowego Stanów Zj ednoczonych APnr US4151231 znane j est urządzenie do napowietrzania ścieków i złożone ze stojaka, osadzonego na dnie zbiornika, oraz z umieszczonego na nim wirnika o osi pionowej. Wirnik ten jest złożony z wału napędowego, z przymocowanej do niego płaskiej płyty oraz z umieszczonych pod tąpłytąpłaskich, promieniowych łopatek o nachylonych krawędziach, tworzących umieszczony w najniższym punkcie wierzchołek łopatki. Do obwodowej powierzchni łopatek są przymocowane prostopadłe do nich płytki, których celem jest zwiększenie intensywności zawirowania ścieków w wyniku ruchu obrotowego wirnika. Również i ten wirnik jest całkowicie zanurzony w ściekach wypełniających zbiornik.

Badania, które doprowadziły do wynalazku, wykazały, że przekazywanie tlenu cząsteczkom ścieków ma miejsce głównie na powierzchni styku powietrza i ścieków, przy czym zwiększenie intensywności przekazywania tlenu uzyskuje się przez zwiększanie powierzchni styku powietrza i ścieków. Okazało się również, że procesowi przekazywania tlenu pomaga utrzymywanie, nawet stosunkowo niewielkiej, zawartości tlenu w ściekach w pobliżu powierzchni ich styku z powietrzem. Ponieważ rozpuszczenie tlenu w wodzie jest tym trudniejsze, im większa jest jego zawartość w wodzie w pobliżu powierzchni jej styku z powietrzem - woda w pobliżu swej powierzchni powinna być stosunkowo szybko i intensywnie wymieniana.

Ilość energii niezbędnej do napowietrzania ścieków stanowi największą część energii zużywaną przez oczyszczalnię, przy czym sprawność napowietrzania ścieków wyraża się ilością tlenu (w kg) rozpuszczanego w wodzie na jednostkę dostarczonej energii (w kWh).

W znanych dotychczas sposobach napowietrzania ścieków, za pomocą urządzeń wyposażonych w obracający się wirnik z łopatkami zanurzony w ściekach, sterowanie wydajnością odbywa się przez zmianę głębkości zanurzenia wirnika oraz zmianę jego prędkości obrotowej. W tych znanych sposobach stosuje się stosunkowo duże głębokości zanurzenia, uwzględniające możliwe różnice poziomu ścieków w zbiorniku napowietrzającym, wobec czego odpowiednią sprawność napowietrzania uzyskuje się za pomocą odpowiednio dużych prędkości obrotowych wirnika. Wiąże się to w sposób oczywisty ze zwiększonym zużyciem energii, a tym samym również z ograniczoną sprawnością tych sposobów napowietrzania.

Celem wynalazku jest opracowanie takiego sposobu napowietrzania ścieków, przez nadawanie im wymuszonego ruchu za pomocą obracającego się wirnika, zaopatrzonego w łopatki, który zapewniłby odpowiednio dużą wydajność napowietrzania, a równocześnie wysoką i stałą w trakcie przebiegu procesu, sprawność natleniania.

Cel ten zrealizowano w procesie napowietrzania ścieków według wynalazku, polegającym na częściowym tylko zanurzeniu wirnika w ściekach, powodując ich rozbryzgiwanie na powierz4

172 505 chni ich styku z powietrzem oraz unoszenie strug ścieków. Strugi ścieków po odbiciu się od znajdujących się nad nimi powierzchni wirnika tworzą wewnątrz masy ścieków prądy, utrzymujące zawarty w nich szlam w postaci zawiesiny.

Prędkość obwodowa łopatek wirnika winna mieć korzystnie wartość od 2 do 7 m/s.

Dolna powierzchnia poziomej, nie zanurzonej płyty wirnika winna znajdować się nad powierzchnią ścieków w odległości równej przynajmniej 0,025 zewnętrznej średnicy wirnika.

Celem wynalazku jest również opracowanie konstrukcji urządzenia, umożliwiającego optymalną realizację sposobu napowietrzania ścieków według wynalazku.

Cel ten zrealizowano w urządzeniu do napowietrzania ścieków, w którym pozioma płyta wirnika jest zaopatrzona w promieniowe wycięcia, do których są przytwierdzone łopatki. Dolna, zanurzona w ściekach część łopatek ma korzystnie postać czworokąta, ograniczonego linią poziomą, odpowiadającąpowierzchm ścieków, zewnętrzną, pionową krawędzią oraz nachylonymi w kierunku do siebie krawędziami, w przecięciu których znajduje się najniżej położony punkt łopatki. Górna część łopatek, położona nad płytą ma kształt trójkąta, ograniczonego linią poziomą górnej powierzchni płyty, zewnętrzną, pionową, krawędzią oraz nachyloną w kierunku osi wirnika i przecinającą się z powierzchnią płyty wewnętrzną krawędzią.

Łopatki wirnika urządzenia według wynalazku są wyposażone w część prostopadłą do powierzchni łopatki w postaci płytki, połączonej z nachyloną powierzchnią w kierunku zgodnym z kierunkiem obrotu wirnika.

Wycięcie poziomej płyty wirnika według wynalazku składa się z promieniowej krawędzi, do której jest przytwierdzona łopatką, z połączonego z nią, stycznego odcinka krawędzi oraz z nachylonego odcinka krawędzi, łączącego koniec odcinka stycznego z wierzchołkiem sąsiedniego, promieniowego wycięcia.

Szerokość prostopadłej do łopatki płytkijest korzystnie równa lub większa od długości stycznego odcinka krawędzi wycięcia. Płytka ta stanowi korzystnie odgiętą prostopadle, górną część łopatki. Ponadto jest ona korzystnie połączona wzdłuż swej dolnej krawędzi z poziomą płytą wirnika.

Zastosowanie napowietrzania ścieków sposobem według wynalazku umożliwia intensywne natlenianie cząsteczek ścieków w pobliżu powierzchni zetknięcia z powietrzem. Wytworzone, w wyniku ruchu łopatek wirnika, strugi ścieków zostają odbite od dolnej powierzchni płyty i powierzchni płytek prostopadłych do łopatek, dzięki czemu zostaje zwielokrotniona powierzchnia styku cząsteczek ścieków z powietrzem, a ponadto odrzucone w kierunku dna zbiornika strugi powodują intensywny, wymuszony ruch ścieków w całej masie zbiornika, zapewniając równocześnie korzystne utrzymywanie zawartego w nich szlamu w postaci zawiesiny.

Urządzenie według wynalazku, umożliwiające realizację tego sposobu, dzięki częściowemu tylko zanurzeniu łopatek pod powierzchnią ścieków, jest, wskutek zmniejszenia oporów ruchu, znacznie mniej energochłonne, a tym samym zapewnia znacznie wyższą sprawność natleniania w porównaniu do znanych dotychczas urządzeń.

Wynalazekjest przykładowo wyjaśniony na rysunku, na którym: fig. 1 przedstawia wirnik urządzenia do napowietrzania ścieków w widoku z góry; fig. 2 - ten sam wirnik w przekroju wzdłuż linii II - II na fig. 1; a fig. 3 - łopatkę wirnika w widoku z boku.

Przedstawiony schematycznie na fig. 1, 2 i 3 wirnik 1 urządzenia do napowietrzania ścieków według wynalazku składa się z połączonego z zespołem napędowym wału, do którego jest przymocowana pozioma płyta 2. Płyta 2 jest zaopatrzona, na swym obwodzie, w promieniowe wycięcia 3, do których są przytwierdzone łopatki 4. Każde z wycięć 3 poziomej płyty 2 ograniczone jest promieniową krawędzią, do której jest przytwierdzona pionowa łopatka 4, połączonego z nią, stycznego odcinka krawędzi oraz z łączącego koniec tego odcinka stycznego z wierzchołkiem sąsiedniego wycięcia 3 - nachylonego odcinka krawędzi. Łopatki 4 wirnika, przytwierdzone do promieniowych krawędzi wycięć 3 poziomej płyty 2, składają się z dolnej części, zanurzonej w ściekach 13 oraz z górnej części nie zanurzonej, położnej bezpośrednio pod i nad poziomąpłytą2 wirnika 1. Dolna część łopatki 4 ma postać czworokąta, ograniczonego liniąpoziomą, odpowiadąjącąpowierzchni ścieków 13, zewnętrzną pionową krawędzią 7 oraz nachylo172 505 nymi do dołu krawędziami 6 i 10, w przecięciu których znajduje się najniżej położony punkt 5 łopatki 4. Górna, nie zanurzona część łopatki składa się z wąskiej, prostokątnej części położonej pod płytą 2 i ograniczona linią powierzchni ścieków 13 oraz krótkimi odcinkami pionowej zewnętrznej krawędzi 7 i pionowej wewnętrznej krawędzi 9 łopatki 4, oraz z częściami znajdującej się nad płytą 2, mającej postać trójkąta prostokątnego, ograniczonego linią poziomą górnej powierzchni płyty 2, zewnętrzną pionową krawędzią 7 i nachyloną w kierunku osi wirnika 1 i przecinają się z powierzchnią płyty 2 wewnętrzną nachyloną krawędzią 8. Obydwie części: nie zanurzona i zanurzona łopatki 4 stanowią oczywiście jedną całość i mają korzystnie postać kształtowej płyty wykonanej z blachy.

Łopatka 4 jest ponadto wyposażona w prostokątną, prostopadłą do niej płytkę 12, przymocowaną do niej wzdłuż całej długości wewnętrznej nachylonej krawędzi 8 łopatki w kierunku zgodnym z kierunkiem 11 obrotu wirnika. Płytka 12 może być korzystnie ukształtowana przez zagięcie pod kątem prostym górnej części łopatki 4 wzdłuż jej wewnętrznej nachylonej krawędzi 8. W celu usztywnienia połączenia łopatki 4 z płytą 2, płytka 12jest korzystnie przyspawana do płyty 2 wzdłuż krawędzi 14.

Szerokość prostopadłej do łopatki 4 płytki 12 winna być równa lub większa od długości stycznego odcinka krawędzi wycięcia 3.

Urządzenie według wynalazku nie jest oczywiście ograniczone do rozwiązania przedstawionego na rysunku. W szczególności możliwe jest wyposażenie, na przykład, co drugiej lub co trzeciej łopatki 4 w prostopadłą do niej płytkę 12. Może być również zmieniony kierunek ustawienia łopatek 4 względem osi wirnika 1 z promieniowego na nachylony do promienia, przy czym kolejne łopatki mogą być umieszczone pod różnym kątem względem promienia płyty 2.

Istota procesu napowietrzania ścieków sposobem według wynalazku, przy użyciu opisanego wyżej urządzenia z obracającym się wirnikiem, zaopatrzonym w łopatki, polega na tym, że w odróżnieniu od znanych sposobów, wirnik 1 z łopatkami 4 jest tylko częściowo zanurzony w ściekach 13. Obrót wirnika powoduj e powstawanie na powierzchni ścieków, unoszonych przez łopatki strug. Strugi te są odbijane od powierzchni poziomej płyty 2 i od połączonych z łopatkami 4, nachylonych płytek 12, przy czym odbite strugi tworzą silne prądy wewnątrz całej masy ścieków zawartych w zbiorniku. Dzięki rozbryzgiwaniu ścieków ponad ich powierzchnię, znacznie wzrasta powierzchnia ich zetknięcia z powietrzem, zwiększając przez to efekt natlenienia ścieków. Równocześnie prądy wytworzone w masie ścieków nie tylko ułatwiają napływanie do miejsc, w których odbywa się intensywne utlenianie, nowych warstw ścieków z głębi zbiornika, ale również umożliwia utrzymanie zawartego w ściekach szlamu w korzystnej postaci zawiesiny. Ponadto okazało się, że wywołany przez niecałkowicie zanurzone w ściekach łopatki, burzliwy ruch, występujący bezpośrednio pod powierzchnią ścieków, sprzyja powstawaniu pęcherzyków powietrza, dodatkowo zwiększając intensywność napowietrzania ścieków. Natomiast płaska płyta 2 wirnika 1 i część łopatek, znajdująca się ponad powierzchnią ścieków 13, obraca się w powietrzu, przy znacznie mniejszych oporach ruchu, dzięki czemu zmniejsza się zużycie energii, niezbędnej do napędu wirnika, a tym samym wzrasta sprawność natleniania. Równocześnie wyeliminowane zostają, występujące w znanych sposobach napowietrzania, w których płyta wirnika jest całkowicie zanurzona w ściekach, skierowane do góry siły osiowe, działające na wirnik i przenoszone przez wał na przekładnię zespołu napędowego, umożliwiając zmniejszenie przekroju części ruchomych, a tym samym znacznie lżejsząbudowę tych zespołów i dalsze obniżenie zużycia energii.

Odległość między powierzchnią ścieków 13 i płaską płytą 2 wirnika 1 w rozwiązaniu według wynalazku wynosi korzystnie przynajmniej 0,025 średnicy wirnika, natomiast prędkość obwodowa łopatek 4 winna być zawarta w granicach od 2 do 7 m/s.

Badania wykazały, że wyposażenie w płytkę 12 co drugiej lub co trzeciej łopatki 4 wirnika daje w efekcie rozpryskiwanie ścieków na większej powierzchni, co zwiększa intensywność natleniania ścieków, lecz równocześnie osłabia prądy powstające w masie ścieków 13, zawartych w zbiorniku. Podobny efekt można uzyskać przez zmianę kąta nachylenia wewnętrznej krawędzi 8 łopatki 4 względem płaskiej powierzchni płyty 2.

172 505

FIG.1

2 ,12

FIG. 2

4·

FIG. 3

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 2,00 zł

Claims (9)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób napowietrzania ścieków polegający na nadawaniu ściekom wymuszonego ruchu za pomocą zanurzonego w nich obracającego się wirnika, zaopatrzonego w łopatki, znamienny tym, że ścieki rozbryzguje się na powierzchni ich styku z powietrzem, tylko częściowo zanurzając w nich wirnik, a tworzone przez łopatki wirnika strugi ścieków unosi się do góry, a następnie odbija się od znajdujących się nad nimi powierzchni wirnika i tworzy wewnątrz masy ścieków prądy, utrzymujące zawarty w nich szlam w postaci zawiesiny.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że prędkość obwodowa łopatek wirnika ma wartość od 2 do 7 m/s.
3. 3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że pozioma płyta wirnika znajduje się nad powierzchnią ścieków w odległości równej przynajmniej 0,025 zewnętrznej średnicy wirnika.
4. 4. Urządzenie do napowietrzania ścieków umieszczone w zbiorniku ponad powierzchnią ścieków, wyposażone w wirnik z poziomąpłytąi z zamocowanymi na niej promieniowo łopatkami, zanurzone w ściekach i obracające się dokoła osi pionowej, znamienne tym, że pozioma płyta (2) wirnika jest zaopatrzona w promieniowe wycięcia (3), do których są przytwierdzone łopatki (4), przy czym dolna, zanurzona w ściekach (13) część łopatek (4) ma postać czworokąta, ograniczonego linią poziomą, odpowiadającą powierzchni ścieków (13), pionową, zewnętrzną krawędzią (7) oraz nachylonymi w kierunku do siebie krawędziami (6) i (10), w przecięciu których znajduje się najniżej położony punkt (5) łopatki (4), natomiast górna, położona nad płytą(2) część łopatki (4) ma kształt trójkąta, ograniczonego linią poziomą górnej powierzchni płyty (2), zewnętrzną, pionową krawędzią (7) oraz nachylonąw kierunku osi wirnika (1) i przecinającą się z powierzchnią płyty (2) wewnętrzną nachyloną krawędzią (8).
5. 5. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że łopatki (4) wirnika (1) są wyposażone w część prostopadłą do powierzchni łopatki w postaci płytki (12), połączonej z wewnętrzną nachylona krawędzią(8) i odchylonej w kierunku zgodnym z kierunkiem (11) obrotu wirnika (1).
6. 6. Urządzenie według zastrz. 4, znamienne tym, że wycięcie (3) poziomej płyty (2) składa się z promieniowej krawędzi, do której jest przytwierdzona łopatka (4), z połączonego z nią, stycznego odcinka krawędzi oraz z nachylonego odcinka krawędzi, łączącego koniec odcinka stycznego z wierzchołkiem sąsiedniego, promieniowego wycięcia.
7. 7. Urządzenie według zastrz. 5 albo 6, znamienne tym, że szerokość prostopadłej do łopatki (4) płytki (12) jest równa lub większa od długości stycznego odcinka krawędzi wycięcia (3).
8. 8. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że płytka (12) stanowi odgiętąprostopadle, górną część łopatki (4).
9. 9. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że płytka (12) jest wzdłuż swojej dolnej krawędzi (14) połączona z poziomą płytą (2) wirnika (1).