ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения конструкторской разработки.

Одним из эффективных способов очистки и регенерации сточных вод является их аэрация, т.е. насыщение воздухом. В процессе аэрации ускоряются внутриводные окислительные явления, восстанавливается кислородный баланс.

Способов аэрации известно несколько, в том числе разбрызгивание сточных вод в воздухе, нагнетание воздуха в воду в компрессором.

Предлагается использовать для этой цели особенности истечения жидкости через насадки и применить их для очистки вод, сливаемых периодически, например, из сортировочных бассейнов лесопромышленных и деревообрабатывающих предприятий.

Из гидравлики известно, что вследствие кривизны траекторий движения частиц жидкости к отверстию, вылетающая струя сжимается, а затем расширяется. При наличии насадка (короткая труба из отверстия длиной от 3-х до 5-ти его диаметров) струя при расширении ограничивается его стенками и вылетает с площадью сечения, равной площади насадка на выходе.

Вследствие сужения струи образуется примыкающая к стенкам насадка вальцовая зона с пониженным давлением.

Максимальный вакуум в этой зоне:

h_вакmax(0,75…0,80)·Н (1)

где Н - напор над отверстием, М.

Смысл предназначенного способа состоит в том, что сливное отверстие в дне бассейна выполняется в виде цилиндрического внешнего насадка (см. рис.), а в поясе его стенки с наибольшим вакуумом предусматривают радиальнын отверстия. Под действием разности атмосферного давления вне насадка Р _ат и в зоне вакуума воздух будет подсасываться через отверстия, смешиваться вследствие турбулентности с водой в струе. Вода из трубы будет выливаться аэрированной.

Задача теоретического обоснования предлагаемого способа заключается в определении площади и числа отверстий для воздуха, зависящих от расхода воды через насадок и требуемой концентрации кислорода в воде.

Рис. Схема аэрации промышленных стоков.

Расход воды через насадок определяют по известной формуле:

гдеq_н- расход воды, м ³/с;

М _н - коэффициент расхода насадка;

w_н- площади отверстия насадки на выходе, м ²;

g- ускорение свободного падения, м ²/с.

Поскольку вакуумная зона через отверстия сообщается с атмосферой, то будет наблюдаться частичный срыв вакуума, и насадок по условиям пропуска воды приближается к отверстию в тонкой стенке.

Поэтому следует принимать коэффициент расхода М _н = 0,62.

Продолжительность опорожнения бассейнаt_1сопределяют по формуле:

гдеs- площадь зеркала воды в бассейне;

Н _Н и Н _к - соответственно начальный и конечный напор, м;

Н _{Н -} Н _к =h- глубина воды в бассейне перед опорожнением.

С учетом зависимости (1) расход воздуха через отверстия в стенке насадка:

где М ₀ - коэффициент расхода;

w₀- площадь отверстия;

n- количество отверстий;

p- количество воды, кг/м ³.

Концентрация кислорода в воде оценивается в миллиграммах на один кубический дециметр (литр), поэтому расход воздуха (4) представлен в массовых единицах:

где М _в - массовый расход воздуха, кг/с;

p_в- плотность воздуха (p_в1,3 кг/м ³).

Концентрация в воде воздуха, подсасываемого из отверстий с учетом (2), (4), (5):

После преобразований, при М ₀ = М _Н

Поскольку содержание кислорода в воздухе примерно 20%, то расчетная формула для определения количества отверстий окончательно будет иметь вид:

где С _К - требуемая концентрация кислорода в сточной воде, мг/дм ³.

В качестве примера определим параметры рассматриваемого аэратора при следующих исходных данных: длина бассейнаl=40 м, ширина В=20м, напор Н=1,5м, диаметр сливного отверстия (насадка)d_н=0,6м, нормативная концентрация кислорода С _н=8мг/дм ³ [ 2 ], начальная - С ₀=0, т.е. С _К=С _Н; Р _ат/pg=10м.водяного столба. Задаваясь диаметром отверстий в стенке насадкаd₀=10мм, по формуле (7) определим их количество:

Отверстия предусматривают по окружности, расположенной на расстоянии 0,6/2=0,3 м от дна бассейна, примерно через 43 мм между их осями.

- Начальный расход воздуха по формуле (4):

- Скорость подсасывания воздуха:v_В=8,4 м/с.

Эта скорость существенно меньше предельной (v _max=70м/с), при которой следует учитывать в расчетах сжижаемость воздуха.

- Начальный расход воды из бассейна:

- Начальная скорость воды:v_Н= 3,36 м/с.

По величине скорости воды можно изготовлять насадок из стали, армоцемента или из керамики, дерева. Продолжительность опорожнения бассейна около одного часа.