PL238797B1

PL238797B1 - Sediment trap

Info

Publication number: PL238797B1
Application number: PL426442A
Authority: PL
Inventors: Maksymilian Cieśla; Liliana Bartoszek
Original assignee: Politechnika Rzeszowska Im Ignacego Lukasiewicza
Priority date: 2018-07-25
Filing date: 2018-07-25
Publication date: 2021-10-04
Also published as: PL426442A1

Abstract

Pułapka charakteryzuje się tym, że jej lej (2) sedymentacyjny jest zamocowany wewnątrz cylindrycznego naczynia (1), przy czym lej (1) jest zakończony deflektorem (3), a naczynie (1) zawiera, oddzielone do siebie lejem (2), komorę sedymentacyjną, która jest powyżej leja (2), oraz komorę sedymentacyjno - magazynującą (5) znajdującą się poniżej leja (2).The trap is characterized by the fact that its sedimentation funnel (2) is mounted inside a cylindrical vessel (1), where the funnel (1) is ended with a deflector (3), and the vessel (1) contains a chamber separated by a funnel (2). sedimentation chamber, which is above the hopper (2), and the sedimentation and storage chamber (5) located below the hopper (2).

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest pułapka sedymentacyjna mająca zastosowanie do określania strumienia sedymentujących cząstek stałych w środowiskach wodnych.The present invention relates to a sedimentation trap for use in determining the flux of sedimenting solids in aqueous media.

Najstarszą a zarazem najprostszą metodą określania strumienia sedymentujących cząstek stałych w środowiskach wodnych jest pułapka sedymentacyjna. Opadające cząsteczki w wodzie poruszają się w zależności od warunków praktycznie we wszystkich możliwych kierunkach począwszy od prostoliniowego opadania, a skończywszy na spiralnym transporcie materiału na dno zbiornika. Na intensywność procesu sedymentacji wpływ mogą mieć m.in. wielkość cząstek (frakcja), region (strefa klimatyczna i warunki pogodowe), pory roku i głębokość toni wodnej. Ponadto badania procesu sedymentacji osadów wskazywały, że cząstki stałe podczas odkładania mogą ulegać procesowi agregacji, zwłaszcza w przypadku sedymentującego materiału planktonowego, który charakteryzuje się dużą pojemnością sorpcyjną. Ponadto erozja przybrzeżna i transport zawieszonych cząstek stałych wpływa na redyspozycję osadów w zbiorniku. Cząstki grantów (głównie gliny i iły) pochodzące z erozji przybrzeżnej w określonych warunkach mogą też łączyć się ze sobą tworząc flokuły, których prędkości opadania są znacznie większe niż w przypadku cząstek elementarnych. Powstawanie flokuł uzależnione jest m.in. od warunków fizyczno-chemicznych i elektrochemicznych cieczy, właściwości cząstek elementarnych, zawartości materii organicznej oraz wielkości przepływu wody. Właśnie wrażliwość pułapek na turbulentne przepływy wody (przepływy poziome i pionowe) wpływa na wydajność gromadzenia osadów w pułapce. Próby ulepszenia pułapek sedymentacyjnych w celu zmniejszenia wrażliwości hydrodynamicznych doprowadziły do modyfikacji rozwiązań konstrukcyjnych pułapek. Podstawowym kryterium doboru rodzaju pułapki w celu maksymalizacji efektywności działania jest jej kształt.The oldest and, at the same time, the simplest method of determining the flux of sedimenting solid particles in water environments is the sedimentation trap. Depending on the conditions, falling particles in the water move in practically all possible directions, from straight descent and ending with the spiral transport of material to the bottom of the tank. The intensity of the sedimentation process may be influenced by e.g. particle size (fraction), region (climatic zone and weather conditions), seasons and depth of water. Moreover, studies of the sedimentation process indicated that solid particles may undergo an aggregation process during their deposition, especially in the case of sedimenting planktonic material, which is characterized by high sorption capacity. In addition, coastal erosion and the transport of suspended solids affect the sediment redisposition in the reservoir. Grant particles (mainly clays and clays) from coastal erosion under certain conditions can also combine with each other to form floccoli, the falling velocities of which are much higher than in the case of elementary particles. The formation of floccoli depends, among others, on on the physico-chemical and electrochemical conditions of the liquid, the properties of elementary particles, the content of organic matter and the amount of water flow. It is the sensitivity of the traps to turbulent water flows (horizontal and vertical flows) that influences the efficiency of collecting sediments in the trap. Attempts to improve sedimentation traps in order to reduce hydrodynamic sensitivity led to modifications of the design of the traps. The basic criterion for selecting the type of trap in order to maximize the effectiveness of operation is its shape.

Najczęściej stosowane są trzy rodzaje pułapek tj. naczynia cylindryczne, komory otwarte głównie prostopadłościenne oraz pułapki w kształcie leja.Three types of traps are most commonly used, i.e. cylindrical vessels, open chambers, mainly rectangular, and funnel-shaped traps.

Przykładowo z rosyjskiego opisu ochronnego RU 113002 U1 znana jest pułapka sedymentacyjna zawierająca cylindryczne naczynie połączone od dołu z lejkiem, na którego szyjce znajduje się gwint, na który nakręcony jest zbiornik w postaci butelki.For example, from the Russian patent specification RU 113002 U1 a sedimentation trap is known, containing a cylindrical vessel connected at the bottom with a funnel, on the neck of which there is a thread on which a container in the form of a bottle is screwed on.

Z koreańskiego opisu zgłoszeniowego KR 20160091479 A znana jest pułapka sedymentacyjna zawierające lej z siatki, którego koniec jest połączony rozłącznie z pojemnikiem na osad. Pułapka od góry połączona jest z boją, a od dołu z kotwicą.From the Korean application description KR 20160091479 A, a sedimentation trap is known which comprises a mesh funnel, the end of which is detachably connected to a sludge container. The trap is connected to the buoy at the top and to the anchor at the bottom.

Pułapki w kształcie leja oraz komory prostopadłościennej zwykle są mniej efektywne w warunkach przepływów burzliwych. Natomiast cylindryczne reaktory są najczęściej stosowanymi kształtami pułapek. Ponadto istotny jest współczynnik kształtu to jest relacja pomiędzy wysokością a średnicą pułapki. Badania wykazały, że stosunek wysokości do średnicy silnie wpływa na efektywność gromadzenia materiału w pułapce osadowej. Zbyt mała wartość tego parametru prowadzić może do ryzyka związanego ze zjawiskiem wymywania oraz ponownego zawieszenia w toni wodnej zebranego już osadu w pułapce. Stosowane są różne wielkości tego współczynnika, początkowo stosowane były pułapki, w których wartość ta mieściła się w przedziale od 3 do 5, w zależności od występujących warunków wodnych. W ostatnich latach w badaniach wód śródlądowych, jak również mórz i oceanów stosowane są cylindryczne pułapki posiadające stosunek wysokości do średnicy w zakresie od 6 do 9, a w niektórych przypadkach nawet powyżej 10.Funnel-shaped traps and cuboidal chambers tend to be less effective under turbulent flow conditions. In contrast, cylindrical reactors are the most commonly used trap shapes. In addition, the shape factor is important, i.e. the relationship between the height and the diameter of the trap. Studies have shown that the height-to-diameter ratio has a strong influence on the efficiency of material collection in the sedimentation trap. Too low value of this parameter may lead to the risk of leaching and re-suspension of the collected sediment in the trap in the water depth. Various values of this coefficient are used, initially traps were used, in which this value ranged from 3 to 5, depending on the existing water conditions. In recent years, cylindrical traps with a height-to-diameter ratio ranging from 6 to 9, and in some cases even above 10, have been used in the study of inland waters as well as seas and oceans.

Dotychczas stosowane pułapki charakteryzują się prostą konstrukcją, najczęściej stanowiącą jednokomorowe naczynia cylindryczne, a występujące różnice pomiędzy nimi ograniczone są jedynie do współczynnika kształtu to jest stosunku wysokości do średnicy pułapki. Wadą takich rozwiązań jest zwiększona podatność pułapki na ryzyko związane z uwalnianiem zgromadzonego w pułapce materiału pod wpływem oddziaływania sił hydrodynamicznych. Celem wynalazku jest osiągnięcie najbardziej optymalnego grawitacyjnego zbierania sedymentujących cząstek stałych zawieszonych w toni wodnej w niekorzystnych warunkach występujących w akwenach wodnych.The traps used so far are characterized by a simple structure, most often being single-chamber cylindrical vessels, and the differences between them are limited only to the shape factor, i.e. the ratio of the height to the diameter of the trap. The disadvantage of such solutions is the increased susceptibility of the trap to the risk of releasing the material collected in the trap under the influence of hydrodynamic forces. The aim of the invention is to achieve the most optimal gravity collection of sedimenting solid particles suspended in the water column under the unfavorable conditions occurring in water bodies.

Pułapka sedymentacyjna zawierająca cylindryczne naczynie oraz lej sedymentacyjny według wynalazku, charakteryzuje się tym, że lej sedymentacyjny jest zamocowany wewnątrz cylindrycznego naczynia, przy czym lej jest zakończony deflektorem, a naczynie zawiera, oddzielone do siebie lejem, komorę sedymentacyjną, która jest powyżej leja, oraz komorę sedymentacyjno-magazynującą znajdującą się poniżej leja.A sedimentation trap, comprising a cylindrical vessel and a sedimentation hopper according to the invention, is characterized in that a sedimentation hopper is mounted inside the cylindrical vessel, the hopper terminating in a deflector, and the vessel comprises, separated by a hopper, a sedimentation chamber, which is above the hopper, and a chamber sedimentation and storage located below the funnel.

Korzystnie deflektor pułapki jest pod kątem 45° w stosunku do osi leja.Preferably, the trap deflector is at an angle of 45 ° to the axis of the hopper.

Dalsze korzyści uzyskiwane są, jeśli lej pułapki jest scalony z deflektorem.A further advantage is obtained if the trap hopper is integrated into the deflector.

Kolejne korzyści uzyskuje się, jeżeli zamocowanie leja pułapki wewnątrz naczynia jest rozłączne.Further advantages are obtained if the fixation of the trap cone inside the vessel is releasable.

PL 238 797 B1PL 238 797 B1

Następne korzyści uzyskiwane są, jeżeli zamocowanie leja pułapki w naczyniu cylindrycznym jest przesuwne.Further advantages are obtained if the fixation of the trap funnel in the cylindrical vessel is movable.

Dalsze korzyści uzyskiwane są, jeżeli naczynie pułapki ma stosunek wysokości do średnicy wynoszący 6.Further advantages are obtained if the trap vessel has a height-to-diameter ratio of 6.

Dzięki zastosowaniu układu dwukomorowego z deflektorem na końcu leja sedymentacyjnego pułapka według wynalazku uniemożliwia wymywanie oraz ponowne zawieszenie zgromadzonego uprzednio osadu na dnie pułapki w toni wodnej. Pułapka według wynalazku umożliwia stabilne oraz wydajne, grawitacyjne gromadzenie sedymentujących cząstek stałych zawieszonych w toni wodnej w szczególności przy turbulentnych - burzliwych - przepływach wody w akwenie.Thanks to the use of a two-chamber system with a deflector at the end of the sedimentation funnel, the trap according to the invention prevents the washing out and re-suspension of the previously collected sediment at the bottom of the trap in the water. The trap according to the invention enables stable and efficient gravitational accumulation of sedimenting solid particles suspended in the water column, in particular with turbulent - turbulent - water flows in a body of water.

Pułapka sedymentacyjna według wynalazku w przykładzie wykonania pokazana jest na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia pułapkę w przekroju wzdłużnym, a fig. 2 - w widoku z góry.The sedimentation trap according to the invention is shown in an exemplary embodiment in the drawing, in which Fig. 1 shows the trap in longitudinal section, and Fig. 2 in top view.

Pułapka sedymentacyjna według wynalazku w przykładzie wykonania zawiera cylindryczne naczynie 1 oraz lej 2 sedymentacyjny. Naczynie 1 wykonane jest z rury ze szkła akrylowego o grubości ściany wynoszącej 3 mm, wysokości 570 mm i średnicy wewnętrzna 94 mm. Lej 2 jest zamocowany wewnątrz cylindrycznego naczynia 1 rozłącznym połączeniem wciskowym, a jego położenie wewnątrz naczynia 1 jest regulowane. Do regulacji wysokości wykorzystuje naprężenia powstałe w wyniku działania sił wewnętrznych pomiędzy wewnętrzną powierzchnią ścian naczynia 1 cylindrycznego oraz zewnętrzną krawędzią leja 2 sedymentacyjnego. Takie zamocowanie leja 2 w naczyniu 2 pozwala na demontaż w celu poboru zgromadzonych osadów. Na końcu leja sedymentacyjnego 2 umiejscowiony jest pod kątem 45° deflektor 3 o długości wynoszącej 60 mm. Lej 2 sedymentacyjny jest scalony z deflektorem 3 w jeden element. Naczynie 1 cylindryczne jest podzielone lejem 2 sedymentacyjnym na komorę sedymentacyjną 4 oraz komorę sedymentacyjno-magazynującą 5, w której dzięki deflektorowi 3 woda ze stałymi cząstkami sedymentacyjnymi jest skierowana z osi pionowej lejka 2 do ścianki bocznej naczynia 1. Kąt pochylenia leja wynosi 32°, a średnica jego nóżki wynosi 20 mm, natomiast wylotu z deflektora wynosi 19 mm. Krawędź lejka 2 jest zamocowana na wysokości 200 mm, a odległość pomiędzy dnem naczynia 1 a deflektorem wynosi 20 mm.The sedimentation trap according to the invention, in an embodiment, comprises a cylindrical vessel 1 and a sedimentation hopper 2. The vessel 1 is made of an acrylic glass tube with a wall thickness of 3 mm, a height of 570 mm and an internal diameter of 94 mm. The funnel 2 is fixed inside the cylindrical vessel 1 by a detachable interference fit, and its position inside the vessel 1 is adjustable. To adjust the height, it uses the stresses created by the action of internal forces between the inner surface of the walls of the cylindrical vessel 1 and the outer edge of the sedimentation hopper. Such fastening of the funnel 2 in the vessel 2 allows for disassembly in order to collect the accumulated sediment. At the end of the sedimentation funnel 2 there is a deflector 3 with a length of 60 mm at an angle of 45 °. The sedimentation hopper 2 is integrated with the deflector 3 into one element. A cylindrical vessel 1 is divided by a sedimentation funnel 2 into a sedimentation chamber 4 and a sedimentation-storage chamber 5, in which, thanks to the deflector 3, water with solid sediment particles is directed from the vertical axis of the funnel 2 to the side wall of the vessel 1. The angle of the funnel is 32 °, and the diameter of its foot is 20 mm, while the outlet from the deflector is 19 mm. The edge of the funnel 2 is fixed at a height of 200 mm, and the distance between the bottom of the vessel 1 and the deflector is 20 mm.

Wykaz oznaczeńList of designations

- naczynie- dish

- lej- funnel

- deflektor- deflector

- komora sedymentacyjna- sedimentation chamber

- komora sedymentacyjno-magazynująca- sedimentation and storage chamber

Claims

Patent claims

1. A sedimentation trap comprising a cylindrical vessel and a sedimentation hopper, characterized in that its sedimentation hopper (2) is mounted inside the cylindrical vessel (1), the hopper (2) terminating in a deflector (3) and the vessel (1) containing, separated by with the funnel (2), the sedimentation chamber, which is above the funnel (2), and the sedimentation-storage chamber (5), located below the funnel (2).

2. A trap according to claim A device according to claim 1, characterized in that its deflector (3) is at an angle of 45 ° to the axis of the hopper (2).

3. A trap according to claim A hopper according to claim 1 or 2, characterized in that its funnel (1) is integrated with the deflector (3) into a single element.

4. A trap according to claim 3. The hopper as claimed in claim 1, 2 or 3, characterized in that the mounting of its funnel (2) inside the vessel (1) is releasable.

5. A trap according to claim The method according to claim 4, characterized in that the mounting of its funnel (2) in the cylindrical vessel (1) is movable.

6. A trap according to claim A vessel as claimed in any one of the preceding claims, characterized in that its vessel (1) has a height-to-diameter ratio of 6.