RU2238914C1 - Tubular pneumatic aerator - Google Patents

Abstract

FIELD: liquid aeration equipment, in particular, aeration of sewage water containing organic contaminants at biological purification stations.

SUBSTANCE: tubular pneumatic aerator is manufactured by pneumatic extrusion method and made in the form of cylindrical casing defined by thermoplastic fibers fused with one another at contact points, and stopper positioned at tube end. Thermoplastic fiber material has density of 0.40-0.50 g/cm³, porosity of 40-60%, and pore average size of 65-100 microns. Pneumatic aerator is additionally provided with air flow cutoff device made from thermoplastic material by injection casting method and provided with thread for mounting in conjunction with air supplying cone. Shape of cutoff device allows air flow to be focused by directing it along tube.

EFFECT: increased efficiency in providing of small-bubble aeration in all directions, simplified construction and form stability of pneumatic aerator.

3 dwg, 2 tbl

Description

Изобретение относится к технике аэрации жидкостей, в частности совершенствованию аэрации сточных вод на предприятиях биологической очистки, и может быть использовано при очистке сточных вод, содержащих органические загрязнения.The invention relates to techniques for aeration of liquids, in particular the improvement of wastewater aeration in biological treatment plants, and can be used in wastewater treatment containing organic contaminants.

С развитием производства и интенсификацией технологических процессов, связанных с использованием многочисленных высокоактивных химических ингредиентов, нарастает проблема снижения вредного воздействия на природную среду. В частности, это относится к сточным водам предприятий химической, металлургической, металлообрабатывающей промышленности, в которых всегда присутствуют высокие концентрации токсичных химических соединений органической природы. Попадание их в почву крайне отрицательно воздействует на природный баланс и наносит невосполнимый экологический ущерб. Ряд загрязнений (арены и их производные) обладают канцерогенными свойствами. Их попадание в природную среду почти не сопровождается естественным выводом из нее, в связи с чем они накапливаются, а их токсические эффекты аккумулируются. При попадании в водозаборную систему такие соединения могут оказаться в составе воды, используемой человеком для бытовых нужд. В связи с этим усилия материаловедов и специалистов фильтрации давно направлены на поиск оптимального технического решения, позволяющего осуществить эффективную очистку сточных вод от органики.With the development of production and the intensification of technological processes associated with the use of numerous highly active chemical ingredients, the problem of reducing harmful effects on the natural environment is growing. In particular, this applies to wastewater from enterprises in the chemical, metallurgical, and metal processing industries, in which there are always high concentrations of toxic chemical compounds of an organic nature. If they enter the soil, it negatively affects the natural balance and causes irreparable environmental damage. A number of contaminants (arenas and their derivatives) have carcinogenic properties. Their release into the natural environment is almost not accompanied by a natural conclusion from it, in connection with which they accumulate, and their toxic effects accumulate. If it enters the water intake system, such compounds may be in the composition of water used by humans for domestic purposes. In this regard, the efforts of materials scientists and filtration specialists have long been aimed at finding the optimal technical solution that allows for the effective purification of wastewater from organics.

Одним из перспективных способов достижения этого результата представляется биологическая очистка. Ряд микроорганизмов способен участвовать в цепочке специфических биохимических превращений, которые приводят к деструкции многих органических соединений, содержащих ароматические компоненты (бензольные кольца, системы конденсированных и сопряженных колец и др.). Распространение в последние годы получили системы, в которых реализуется взаимодействие очищаемой среды с биомассой, выполняющей функции адсорбции и (или) биохимической деструкции органических соединений широкой номенклатуры. Для нормального функционирования биомассы в фильтруемой среде необходимо присутствие кислорода. В связи с этим очистные установки имеют в своей схеме аэротенки-осветлители и аэротенки-отстойники, которые содержат так называемый активный ил (растительные формы, содержащие активные вещества и микроорганизмы) и оснащены аэраторами, флотаторами и другими приспособлениями. Принцип работы таких устройств заключается в окислении органических веществ микроорганизмами, использующими их как источники питания и энергии. Часто в системах аэрации вместо воздуха используют технический кислород.One of the promising ways to achieve this result is biological treatment. A number of microorganisms are able to participate in a chain of specific biochemical transformations that lead to the destruction of many organic compounds containing aromatic components (benzene rings, systems of condensed and conjugated rings, etc.). In recent years, systems have become widespread in which the interaction of the medium being cleaned with biomass is realized, which performs the functions of adsorption and (or) biochemical destruction of organic compounds of a wide range. For the normal functioning of biomass in the filtered medium, the presence of oxygen is necessary. In this regard, treatment plants have in their scheme aerotanks-clarifiers and aeration tanks-settlers, which contain the so-called activated sludge (plant forms containing active substances and microorganisms) and are equipped with aerators, flotators and other devices. The principle of operation of such devices is the oxidation of organic substances by microorganisms that use them as sources of nutrition and energy. Often in aeration systems, technical oxygen is used instead of air.

Способы аэрации (насыщения кислородом фильтруемой жидкости) разрабатываются несколько десятилетий. Основу существующих технических решений составляет прием, заключающийся в пропускании кислорода (воздуха) через систему отверстий, что позволяет диспергировать поток на мелкие пузырьки и тем самым обеспечивать эффективное растворение кислорода в воде.Methods of aeration (oxygen saturation of the filtered fluid) have been developed for several decades. The basis of existing technical solutions is the technique of passing oxygen (air) through a system of holes, which allows the flow to disperse into small bubbles and thereby ensure effective dissolution of oxygen in water.

В отечественной технике фильтрации в течение последнего десятилетия появился ряд разработок, в которых применяются разнообразные конструкционные решения с использованием широкого спектра материалов.In the domestic filtration technique over the past decade, a number of developments have appeared that use a variety of structural solutions using a wide range of materials.

Так, известен аэратор, содержащий полый вал, нижний конец которого соединен с ротором, а верхний - с валом привода, продольные отверстия в верхней части полого вала для подачи воздуха, наружный кожух с воздухозаборным каналом, причем набегающие стенки отверстий выполнены в виде лопаток центростремительного вентилятора, а верхний торец полого вала заглушен (патент РФ №2043977, 6 МПК C 02 F 3/16, 1995 (опубл.)).So, it is known an aerator containing a hollow shaft, the lower end of which is connected to the rotor, and the upper end to the drive shaft, longitudinal holes in the upper part of the hollow shaft for air supply, an outer casing with an air intake channel, and the oncoming walls of the holes are made in the form of centripetal fan blades and the upper end of the hollow shaft is plugged (RF patent No. 2043977, 6 IPC C 02 F 3/16, 1995 (publ.)).

Известное также устройство для аэрации текучих вод (патент РФ №2058271, 6 МПК C 02 F 7/00, 1996 (опубл.)) выполнено таким образом, что в своем движении поток воды наталкивается на аэраторы, на обратной стороне дисков которых создается пониженное давление или разрежение (суперкаверна), что позволяет засасывать воздух через воздухозаборник основного воздуховода. Через блок ионизации, где воздух ионизируется, он поступает в дополнительные воздуховоды, на которых закреплены аэраторы, проходит по трубке, через центральное отверстие диска и сетчатый распылитель. Ионизированный воздух поступает в воду в виде мелких пузырьков, обезвреживает и аэрирует ее.Also known is a device for aeration of fluid waters (RF patent No. 2058271, 6 IPC C 02 F 7/00, 1996 (publ.)) Is designed in such a way that in its movement the water flow runs into aerators, on the back of the disks of which a reduced pressure is created or rarefaction (supercavity), which allows you to suck in air through the air intake of the main duct. Through the ionization unit, where the air is ionized, it enters the additional air ducts, on which the aerators are fixed, passes through the tube, through the central hole of the disk and the mesh atomizer. Ionized air enters the water in the form of small bubbles, neutralizes and aerates it.

В трубчатом аэраторе (патент РФ №2112753, 6 МПК C 02 F 3/20, 1998 (опубл.)), содержащем трубу с радиальными отверстиями и диспергирующее покрытие, внутренний диаметр диспергирующего покрытия составляет 1,3-1,5 наружного диаметра трубы с радиальными отверстиями. Кроме того, аэратор дополнительно содержит кольцевые вставки между трубой с радиальными отверстиями и диспергирующим покрытием. Изделие характеризуется повышением надежности работы при обеспечении высокой диспергирующей способности.In a tubular aerator (RF patent No. 2112753, 6 IPC C 02 F 3/20, 1998 (publ.)) Containing a pipe with radial holes and a dispersion coating, the inner diameter of the dispersion coating is 1.3-1.5 of the outer diameter of the pipe with radial holes. In addition, the aerator further comprises annular inserts between the pipe with radial openings and a dispersion coating. The product is characterized by increased reliability while ensuring high dispersing ability.

Трубчатый аэратор (патент РФ №2124481, 6 МПК C 02 F 7/00, B 01 F 3/04, 1999 (опубл.)) состоит из корпуса в виде армированной эластичной перфорированной трубы (перфорация выполнена в виде радиальных или сегментных продольных или поперечных отверстий). Между внутренним и внешним слоями корпуса расположен армирующий слой (арматура выполнена в виде мелкоячеистой сетки), во внутреннем и внешнем слоях корпуса на глубину каждого вдоль корпуса выполнены разрезы. Отверстия выполнены сквозными, не пересекают разрезов во внешнем слое корпуса и с внешней стороны корпуса герметично закрыты заглушками. Плоскости разрезов в слоях не совпадают. Между отверстиями соседних последовательных участков корпуса выполнены круговые или дуговые канавки.Tubular aerator (RF patent No. 2124481, 6 IPC C 02 F 7/00, B 01 F 3/04, 1999 (publ.)) Consists of a body in the form of a reinforced elastic perforated pipe (perforation is made in the form of radial or segmented longitudinal or transverse holes). A reinforcing layer is located between the inner and outer layers of the casing (the reinforcement is made in the form of a fine mesh), cuts are made in the inner and outer layers of the casing to the depth of each along the casing. The holes are made through, do not cross the cuts in the outer layer of the housing and on the outside of the housing are hermetically sealed with plugs. Section planes in the layers do not coincide. Between the holes of adjacent consecutive sections of the housing, circular or arc grooves are made.

Трубчатый аэратор (заявка РФ №98101556, 6 МПК C 02 F 3/20, 1999 (опубл.)) выполнен в четырех вариантах: 1) с трубой с радиальными отверстиями и диспергирующее покрытие, 2) дополнительно содержащий кольцевые вставки между трубой с радиальными отверстиями и диспергирующим покрытием, 3) с варьируемым расстоянием между кольцевыми вставками, 4) с варьируемой суммарной площадью радиальных отверстий в трубе.The tube aerator (RF application No. 98101556, 6 IPC C 02 F 3/20, 1999 (publ.)) Is made in four versions: 1) with a pipe with radial holes and a dispersion coating, 2) additionally containing ring inserts between the pipe with radial holes and a dispersant coating, 3) with a variable distance between the annular inserts, 4) with a variable total area of radial holes in the pipe.

Известны также следующие исполнения трубчатого аэратора (заявка РФ №97119100, 6 МПК C 02 F 7/00, B 21 F 3/04, 1999 (опубл.)): 1) с корпусом, выполненным в виде эластичной перфорированной трубы (перфорация реализована в форме радиальных или сегментных продольных или поперечных отверстий) и армированным отдельным слоем мелкоячеистой сетки, 2) в котором отверстия не пересекают разрезов во внешнем слое корпуса и с внешней стороны герметично закрываются, 3) в котором плоскости разрезов во внешнем слое относительно плоскостей разрезов во внутреннем слое не совпадают, 4) в котором между отверстиями, расположенными в соседних последовательных участках корпуса, выполнены круговые или незамкнутые дугообразные канавки, глубина которых равна толщине внешнего слоя корпуса.The following versions of a tubular aerator are also known (RF application No. 97119100, 6 IPC C 02 F 7/00, B 21 F 3/04, 1999 (publ.)): 1) with a body made in the form of an elastic perforated pipe (perforation is implemented in in the form of radial or segmented longitudinal or transverse holes) and a reinforced separate layer of fine mesh, 2) in which the holes do not intersect the cuts in the outer layer of the casing and are tightly closed from the outside, 3) in which the cut planes in the outer layer relative to the cut planes in the inner layer not match dissolved, 4), wherein between the openings arranged in adjacent serial sections of the housing are formed unclosed circular or arcuate grooves whose depth is equal to the thickness of the outer sheath layer.

Трубчатый аэратор (заявка РФ №99109387, 7 МПК C 02 F 3/20, 2001 (опубл.)) содержит воздухопроницаемый каркас, выполненный из двух коаксиально расположенных слоев сетчатого материала, и диспергирующий слой, расположенный между этими слоями. Его разновидность - выполнение сетчатого материала из стекловолокнистого шнура, пропитанного быстротвердеющей смолой, с толщиной наружного слоя сетчатого материала не менее 1 мм, с толщиной внутреннего слоя сетчатого материала не менее 5 мм.The tubular aerator (RF application No. 99109387, 7 IPC C 02 F 3/20, 2001 (publ.)) Contains a breathable frame made of two coaxially arranged layers of mesh material, and a dispersing layer located between these layers. Its variety is the implementation of the mesh material from a fiberglass cord impregnated with quick-hardening resin, with a thickness of the outer layer of the mesh material of at least 1 mm, with a thickness of the inner layer of the mesh material of at least 5 mm.

Аэратор (патент РФ №2187381, 7 МПК C 02 F 7/00, C 02 F 3/18, 2002 (опубл.)) с повышенной эжектирующей способностью при сохранении флотационной крупности пузырьков воздуха за счет оптимизации параметров узлов аэратора включает корпус, расположенные соосно и с зазором друг к другу патрубок для подачи жидкости, размещенный в корпусе, и выпускную насадку, сообщенную с корпусом, патрубок для ввода воздуха.Aerator (RF patent No. 2187381, 7 IPC C 02 F 7/00, C 02 F 3/18, 2002 (publ.)) With increased ejection ability while maintaining the flotation size of air bubbles due to optimization of the parameters of the aerator nodes includes a housing located coaxially and with a gap to each other, a nozzle for supplying fluid, placed in the housing, and an exhaust nozzle in communication with the housing, a nozzle for introducing air.

Во всех перечисленных изобретениях основной результат - эффективная мелкопузырчатая аэрация при достаточной жесткости и оптимальной геометрии воздушного потока - достигается главным образом за счет комплексных конструкционных решений, многие из которых сопряжены с трудностью технического исполнения и высокой материалоемкостью изделия. Анализ имеющейся информации о номенклатуре применяемых материалов не позволяет утверждать об экономичности перечисленных устройств для аэрации. Кроме того, использование ряда дополнительных приспособлений (защитные и арматурные сетки, система перфорации, блоки ионизации воздуха и т.п.) в большинстве известных случаев усложняет монтаж устройств.In all of these inventions, the main result - effective fine-bubble aeration with sufficient rigidity and optimal air flow geometry - is achieved mainly due to complex structural solutions, many of which are associated with the difficulty of technical performance and high material consumption of the product. The analysis of the available information on the nomenclature of the materials used does not allow us to state the cost-effectiveness of the listed devices for aeration. In addition, the use of a number of additional devices (protective and reinforcing mesh, perforation system, air ionization blocks, etc.) in most known cases complicates the installation of devices.

Наиболее приемлемым материалом для подобных устройств являются полимеры, что вызвано удобством их обработки, несложностью придания необходимой формы, химической инертностью и небольшой стоимостью.The most acceptable material for such devices are polymers, which is caused by the convenience of their processing, the simplicity of shaping, chemical inertness and low cost.

Известны аэрирующие элементы, выполненные в виде цилиндрических труб, образованных спеканием порошкообразного полиэтилена (Попкович Г.С., Репин Б.Н. Системы аэрации сточных вод. - М.: Стройиздат, 1986. - 136 с).Known aeration elements made in the form of cylindrical pipes formed by sintering of powdered polyethylene (Popkovich G.S., Repin B.N. Wastewater aeration systems. - M.: Stroyizdat, 1986. - 136 s).

Их основной недостаток - низкая жесткость на изгиб, что приводит к трудностям при монтаже. Кроме того, отрицательную роль играет эффект краевой коалесценции пузырьков (сливания их в более крупные), что снижает растворение кислорода в воде и тем самым степень его использования по назначению.Their main disadvantage is low bending stiffness, which leads to difficulties in installation. In addition, the effect of edge coalescence of bubbles (merging them into larger ones) plays a negative role, which reduces the dissolution of oxygen in water and, thus, the degree of its use as intended.

С развитием способов обработки полимеров получили распространение волокнисто-пористые материалы на основе термопластов. Такие материалы обладают специфической структурой, в которой пучки волокон образуют поры различных размеров. Так, известен аэрирующий элемент в виде трубы с войлочной укладкой волокон термопластичного материала, причем края трубы пропитаны отверждающимся полимером (патент ФРГ №3227671, 5 МПК C 02 F 3/20, 1984 (опубл.)).With the development of polymer processing methods, fibrous-porous materials based on thermoplastics have become widespread. Such materials have a specific structure in which fiber bundles form pores of various sizes. Thus, an aeration element in the form of a pipe with felt laying of fibers of a thermoplastic material is known, and the edges of the pipe are impregnated with a curing polymer (German patent No. 3227671, 5 IPC C 02 F 3/20, 1984 (publ.)).

Такие элементы также имеют низкую жесткость на изгиб, что вынуждает усложнять конструкцию очистных сооружений, и демонстрируют значительную степень коалесценции пузырьков.Such elements also have low bending stiffness, which complicates the design of treatment facilities, and demonstrate a significant degree of bubble coalescence.

Перспективным решением данной проблемы представляется использование в качестве материала для аэраторов пневмоэкструзионных (нетканых) волокнисто-пористых полимерных материалов. Они формируются по технологии, описываемой в иностранных источниках термином melt-blowing и заключающейся в раздувании расплава термопластичного полимера потоком сжатого воздуха. Указанным способом расплав может быть вытянут в тонкие волокна, система которых обладает уникальными свойствами - представляет собой систему пор, равномерно распределенных по площади материала. С конца 70-х гг. технология “melt-blowing” используется в СНГ при разработке материалов, предназначенных для воздушных фильтров двигателей, фильтров вентиляционных систем, пневмоаппаратуры, для фильтрования лаков, красок, электролитов и других сред, а также для покрытий. Известен целый ряд отечественных вариантов метода melt-blowing, адаптированных для получения материалов с разнообразными свойствами (а.с. №586628 СССР, 5 МПК B 29 D 7/00, 1975 (опубл.), В.А. Гольдаде, А.В. Макаревич, Л.С. Пинчук, А.В. Сиканевич, А.И. Чернорубашкин. Полимерные волокнистые melt-blown материалы. - Гомель: ИММС НАНБ, 2000. - с.260., патент РБ №1484, 6 МПК В 29 С 41/08, 1996 (опубл.), патент РБ №1810, 6 МПК В 29 С 41/08, 1997 (опубл.), патент РБ №2340, 6 МПК B 01 D 35/06, 1998 (опубл.)).A promising solution to this problem is the use of fibrous-porous polymeric materials as pneumatic extrusion (non-woven) aerators. They are formed according to the technology described in foreign sources by the term melt-blowing and consisting in inflating the melt of a thermoplastic polymer by a stream of compressed air. In this way, the melt can be stretched into thin fibers, the system of which has unique properties — it is a system of pores uniformly distributed over the area of the material. Since the late 70s. “melt-blowing” technology is used in the CIS in the development of materials intended for engine air filters, ventilation system filters, pneumatic equipment, for filtering varnishes, paints, electrolytes and other environments, as well as for coatings. A number of domestic variants of the melt-blowing method are known, adapted to produce materials with various properties (AS No. 586628 USSR, 5 IPC B 29 D 7/00, 1975 (publ.), V.A. Goldade, A.V. Makarevich, LS Pinchuk, AV Sikanevich, AI Chernorubashkin. Polymer fibrous melt-blown materials. - Gomel: IMMS NASB, 2000. - p. 260., Patent of RB No. 1484, 6 IPC B 29 C 41/08, 1996 (publ.), Patent RB No. 1810, 6 IPC B 29 C 41/08, 1997 (publ.), Patent RB No. 2340, 6 IPC B 01 D 35/06, 1998 (publ. )).

Технологические возможности процесса melt-blowing таковы, что позволяют в широких пределах варьировать толщину волокон, параметры пористой системы и жесткость конструкции в целом. Таким образом, могут быть получены формоустойчивые melt-blown материалы практически любой геометрической формы.The technological capabilities of the melt-blowing process are such that they can widely vary the thickness of the fibers, the parameters of the porous system and the rigidity of the structure as a whole. Thus, form-resistant melt-blown materials of almost any geometric shape can be obtained.

Известен пневматический аэратор для мелкопузырчатого распределения диспергируемой среды по всей длине устройства (патент РФ №2071955, 6 МПК C 02 F 3/20, 1997 (опубл.), который содержит каркас в виде перфорированной трубы с коническими отверстиями, расположенными рядами со смещением их в соседних рядах, равным половине шага между отверстиями. Промежуточный слой между каркасом и гильзой выполнен в виде объемного полимерного жгута, навитого в двух направлениях на каркас с перехлестом, сверху трубу с навивкой охватывает высокопористая гильза, полученная путем пневмоэкструзии и представляющая собой волокнистый материал с пористостью 500-600 мкм. Высокопористая гильза служит подложкой для диспергирующего слоя, который в свою очередь нанесен на поверхность гильзы также путем пневмоэкструзии и имеет пористость 30-80 мкм. С целью возможности удлинения устройства для обеспечения равномерности аэрации по всему объему резервуара, корпус устройства снабжен с обеих сторон муфтами, имеющими сопрягаемые резьбы, одна - наружную, другая - внутреннюю.Known pneumatic aerator for fine-bubble distribution of dispersible medium along the entire length of the device (RF patent No. 2071955, 6 IPC C 02 F 3/20, 1997 (publ.), Which contains a frame in the form of a perforated pipe with conical holes located in rows with their offset in adjacent rows, equal to half the step between the holes. The intermediate layer between the frame and the sleeve is made in the form of a three-dimensional polymer bundle wound in two directions on the frame with an overlap, a highly porous sleeve covers the pipe with winding, obtained formed by pneumatic extrusion and constituting a fibrous material with a porosity of 500-600 microns, the highly porous sleeve serves as a substrate for the dispersing layer, which in turn is also applied to the surface of the sleeve by pneumatic extrusion and has a porosity of 30-80 microns. aeration over the entire volume of the tank, the body of the device is equipped on both sides with couplings having mating threads, one external and the other internal.

Более близким к заявляемому изобретению является пневматический аэратор (заявка РФ №93027506, 6 МПК C 02 F 3/20, B 01 F 3/04, 1995 (опубл.)), который содержит каркас в виде перфорированной трубы, находящейся внутри сетки, причем полимерная труба выполнена в виде специального профиля, представляющего собой чередование "впадин" и "гребешков", симметрично расположенных относительно оси трубы. Отверстия перфорации расположены только во впадинах. Полимерная сетка надета на каркас "чулком" и снабжена сверху нанесенным путем пневмоэкструзии диспергирующим слоем с переменной пористостью по толщине. Для удлинения устройства с двух сторон к каркасу приварены муфты, имеющие сопрягаемые резьбы, одна - внутреннюю, другая - наружную.Closer to the claimed invention is a pneumatic aerator (RF application No. 93027506, 6 IPC C 02 F 3/20, B 01 F 3/04, 1995 (publ.)), Which contains a frame in the form of a perforated pipe inside the grid, and the polymer pipe is made in the form of a special profile, which is an alternation of "troughs" and "scallops" symmetrically located relative to the axis of the pipe. Perforation holes are located only in the hollows. The polymer mesh is put on the frame with a “stocking” and is equipped with a dispersion layer with variable porosity in thickness applied by pneumatic extrusion. To extend the device from two sides to the frame are welded couplings having mating threads, one is internal, the other is external.

Разновидностью этого технического решения является пневматический аэратор (патент РФ №2070547, 6 МПК C 02 F 3/20, 1996 (опубл.)), который содержит каркас в виде перфорированной полимерной трубы, и высокопористую съемную защитную гильзу, полученную путем пневмоэкструзии и обладающую пористостью 500-600 мкм. Защитная гильза установлена внутри каркаса на специальных выступах резьбовых муфт, которыми снабжен корпус устройства с обеих сторон для обеспечения возможного секционного удлинения устройства. Полимерная труба выполнена с коническими отверстиями, расположенными рядами со смещением их в соседних рядах, равным половине шага между отверстиями. На каркас в двух направлениях навит объемный полимерный жгут, создающий промежуточный слой, поверх которого расположена пористая гильза, полученная путем пневмоэкструзии и служащая подложкой для диспергирующего слоя с пористостью 50-80 мкм.A variation of this technical solution is a pneumatic aerator (RF patent No. 2070547, 6 IPC C 02 F 3/20, 1996 (publ.)), Which contains a frame in the form of a perforated polymer pipe, and a highly porous removable protective sleeve obtained by pneumatic extrusion and having porosity 500-600 microns. A protective sleeve is installed inside the frame on special protrusions of the threaded couplings, which are provided with the device body on both sides to provide possible sectional extension of the device. The polymer pipe is made with conical holes arranged in rows with a displacement in adjacent rows equal to half the pitch between the holes. A bulk polymer tow is wound on the frame in two directions, creating an intermediate layer, on top of which there is a porous sleeve obtained by pneumatic extrusion and serving as a substrate for a dispersing layer with a porosity of 50-80 microns.

Основные недостатки аналогов - применение промежуточных элементов и, в целом, сложность конструкционного исполнения (вызванная объективной необходимостью добиться жесткости аэратора и его устойчивости в смонтированном виде), а также применение диспергирующего слоя с переменной по толщине пористостью, что призвано обеспечить диспергирование крупных пузырьков на более мелкие, но значительно усложняет получение такого материала.The main disadvantages of analogues are the use of intermediate elements and, in general, the complexity of the design (due to the objective need to achieve the stiffness of the aerator and its stability in mounted form), as well as the use of a dispersing layer with a variable porosity in thickness, which is designed to disperse large bubbles into smaller ones , but significantly complicates the receipt of such material.

Прототипом заявляемого изобретения является аэрирующий элемент (а.с. СССР №1773881, 5 МПК C 02 F 3/20, 1992 (опубл.)), содержащий трубу из волокнисто-пористого полимерного материала, выполненную с упорядоченной стереоскопической структурой из волокон, сплавленных в местах контакта, и имеющую трехгранный в поперечном сечении профиль, причем грани выполнены в виде дуг окружности. Данное техническое решение продиктовано желанием приблизить геометрию аэрирующего воздуха к некоторым расчетным параметрам. Реализация изобретения позволяет упростить конструкцию, достичь требуемой жесткости путем криволинейной укладки волокон, исключить коалесценцию пузырьков воздуха по краям профиля трубы за счет конфигурации профиля и уменьшения пористости выступов по сравнению с гранями. Кроме того, предусматривается трехкратная смена аэрирующих поверхностей, что увеличивает срок службы изделия. Указывается также, что получение трехгранного профиля позволяет сократить расход сырья.The prototype of the claimed invention is an aeration element (AS USSR No. 1773881, 5 IPC C 02 F 3/20, 1992 (publ.)) Containing a pipe made of fiber-porous polymeric material made with an ordered stereoscopic structure of fibers fused to contact points, and having a trihedral cross-sectional profile, and the faces are made in the form of circular arcs. This technical solution is dictated by the desire to bring the geometry of the aeration air closer to some design parameters. The implementation of the invention allows to simplify the design, to achieve the required stiffness by curvilinear laying of fibers, to exclude the coalescence of air bubbles along the edges of the pipe profile due to the configuration of the profile and reduce the porosity of the protrusions compared to the faces. In addition, a three-time change of aeration surfaces is provided, which increases the service life of the product. It is also indicated that obtaining a trihedral profile reduces the consumption of raw materials.

Недостатки прототипа:The disadvantages of the prototype:

1) трудность получения пневмоэкструзионным способом трехгранной трубы с однородной по всем направлениям структурой, что в значительной степени снижает вероятность достижения расчетных параметров по геометрии воздушного потока;1) the difficulty of obtaining a trihedral pipe with a pneumatic extrusion method with a structure homogeneous in all directions, which greatly reduces the likelihood of achieving design parameters for the geometry of the air flow;

2) не учтены те обстоятельства, что в данном случае равномерность движения воздуха внутри аэратора будет нарушаться из-за профиля, что неизбежно приведет к завихрениям, затруднит проникание воздуха через волокнисто-пористую систему и скажется на однородности пузырьков.2) those circumstances are not taken into account that in this case the uniformity of air movement inside the aerator will be violated due to the profile, which will inevitably lead to vortices, impede the penetration of air through the fibrous-porous system and affect the uniformity of the bubbles.

Задача заявляемого изобретения - создать формоустойчивый пневмоаэратор упрощенной конструкции, обеспечивающий эффективную мелкопузырчатую аэрацию по всем направлениям.The task of the invention is to create a form-resistant pneumatic aerator of a simplified design that provides effective fine-bubble aeration in all directions.

Указанный технический результат достигается тем, что трубчатый пневмоаэратор выполнен методом пневмоэкструзии в виде цилиндрического корпуса, образованного волокнами термопластичного полимерного материала, когезионно скрепленными между собой в местах контакта, с заглушкой в конце трубы, при этом плотность волокон цилиндрического корпуса составляет 0,40-0,50 г/см³, пористость 40-60%, средний размер пор 65-100 мкм, причем пневмоаэратор дополнительно содержит рассекатель воздуха, выполненный из термопластичного материала методом литья под давлением, имеющий резьбу для монтажа к воздухоподающему раструбу и обладающий формой, позволяющей фокусировать воздушный поток, направляя его вдоль оси трубы.The specified technical result is achieved by the fact that the tubular pneumatic aerator is made by the method of pneumatic extrusion in the form of a cylindrical body formed by fibers of a thermoplastic polymer material, cohesively bonded to each other at the contact points, with a plug at the end of the pipe, while the fiber density of the cylindrical body is 0.40-0, 50 g / cm ^3, a porosity of 40-60%, an average pore size of 65-100 micrometers, wherein pnevmoaerator further comprises an air divider, made of a thermoplastic material by injection molding to prevent HAND having threads for mounting to an air supply and having a funnel shape, which allows focusing air flow, directing it along the tube axis.

Сущность изобретения состоит в том, что высокоэффективная мелкопузырчатая аэрация достигается за счет оптимальной геометрии воздушного потока в совокупности со свойствами волокнисто-пористого материала. Предлагаемое техническое решение позволяет предотвратить рассеивание воздуха, обеспечить равномерное заполнение им внутренней полости аэратора и в полной мере использовать по назначению всю рабочую поверхность аэратора, включая пластину-заглушку. По совокупности своих характеристик аэратор также может применяться в качестве фильтрующего элемента для очистки воды от механических примесей.The essence of the invention lies in the fact that highly efficient fine-bubble aeration is achieved due to the optimal geometry of the air flow in combination with the properties of a fibrous-porous material. The proposed technical solution allows to prevent air dispersion, to ensure uniform filling of the inner cavity of the aerator with it, and to fully use for its intended purpose the entire working surface of the aerator, including the dummy plate. Based on the totality of its characteristics, the aerator can also be used as a filter element for purifying water from mechanical impurities.

Предлагаемый трубчатый аэратор иллюстрируется эскизами, представленными на фиг.1-3.The proposed tubular aerator is illustrated by the sketches shown in figures 1-3.

На фиг.1 показан пневмоаэратор с заглушкой (общий вид);Figure 1 shows a pneumatic aerator with a plug (general view);

на фиг.2 - рассекатель воздуха, вид спереди;figure 2 - air divider, front view;

на фиг.3 - рассекатель воздуха, вид сбоку в разрезе.figure 3 - air divider, side view in section.

Трубчатый аэратор содержит корпус 1, выполненный из волокнисто-пористого материала методом пневмоэкструзии, представляющий собой полый цилиндр; заглушку 2, выполненную из того же материала, представляющую собой круг с диаметром, равным диаметру цилиндра; рассекатель воздуха 3, выполненный из полимерного материала методом литья под давлением.The tubular aerator comprises a housing 1 made of a fibrous-porous material by pneumatic extrusion, which is a hollow cylinder; a plug 2 made of the same material, representing a circle with a diameter equal to the diameter of the cylinder; air divider 3 made of a polymer material by injection molding.

Заглушка 2 приваривается к торцу полого цилиндра, а рассекатель воздуха 3 ввинчивается в противоположный торец полого цилиндра.The plug 2 is welded to the end of the hollow cylinder, and the air divider 3 is screwed into the opposite end of the hollow cylinder.

Пример конкретного выполнения изобретения.An example of a specific implementation of the invention.

Гранулированный полиэтилен высокого давления марки 10803-020 (ГОСТ 16337-85) подвергали пневмоэкструзионной обработке в одношнековом экструдере с четырехступенчатой системой нагрева. Газополимерный поток направляли на формообразующую оправку, представляющую собой металлический цилиндр длиной 619 мм и диаметром 39 мм или 300 мм и совершающую равномерное возвратно-поступательное движение в направлении, перпендикулярном оси экструдера, и одновременно равномерное вращательное движение в направлении по часовой стрелке. Режимы обработки полимера представлены в таблице 1.Granular high-pressure polyethylene grade 10803-020 (GOST 16337-85) was subjected to pneumatic extrusion processing in a single-screw extruder with a four-stage heating system. The gas-polymer flow was directed to a forming mandrel, which is a metal cylinder with a length of 619 mm and a diameter of 39 mm or 300 mm and performing uniform reciprocating motion in the direction perpendicular to the axis of the extruder, and at the same time uniform rotational movement in the clockwise direction. The processing modes of the polymer are presented in table 1.

На оправке диаметром 39 мм получали имеющую кольцевой в сечении профиль полую трубу из волокнисто-пористого материала с толщиной стенки 11 мм, на оправке диаметром 300 мм - полотна из того же материала толщиной 11 мм, из которых вырезали круги диаметром 61 мм. Далее круглые элементы прикрепляли к одному из концов трубы методом сварки полимеров. В результате получали изделие, в разрезе представленное на фиг.1. Корпус аэратора после испытаний 20 образцов характеризуется параметрами, представленными в таблице 2.On a mandrel with a diameter of 39 mm, a hollow pipe made of a fibrous-porous material with a wall thickness of 11 mm having an annular cross-section was obtained, on a mandrel with a diameter of 300 mm, webs of the same material were 11 mm thick, from which circles with a diameter of 61 mm were cut. Next, the round elements were attached to one end of the pipe by polymer welding. As a result, an article was obtained, in the context of FIG. 1. The aerator body after testing 20 samples is characterized by the parameters presented in table 2.

Далее методом литья под давлением изготавливали рассекатель воздуха, предназначенный для фокусировки воздушного потока и представленный на фиг.2 и 3. Рассекатель, имеющий резьбу 4 для монтажа к воздухоподающему раструбу и отверстие для фокусировки воздуха 5, с использованием шестигранника 6 по винтовой резьбе 7 ввинчивали в конец трубы, противоположный заглушке.Then, an air divider was made by injection molding to focus the air flow and is shown in Figs. 2 and 3. A divider having a thread 4 for mounting to an air supply bell and an air focus hole 5 using a hexagon 6 were screwed into a screw thread 7 into pipe end opposite the plug.

При продувке воздуха через аэратор в диапазоне расхода воздуха 2,5-7,0 м³/ч коалесценция пузырьков не наблюдается.When blowing air through an aerator in the range of air flow 2.5-7.0 m ³ / h, coalescence of bubbles is not observed.

Из приведенного примера видно, что аэратор обладает высокой жесткостью и оптимальными параметрами пористой структуры, что обеспечивает отсутствие коалесценции. Следовательно, полученное изделие - трубчатый пнвмоаэратор - по своему комплексу характеристик может быть использовано для эффективной мелкопузырчатой аэрации на различной глубине, в том числе в системах биологической очистки сточных вод, содержащих органические загрязнения, а также в качестве фильтрующего элемента для очистки воды от механических примесей.It can be seen from the above example that the aerator has high rigidity and optimal parameters of the porous structure, which ensures the absence of coalescence. Consequently, the resulting product - a tubular air-pressure aerator - in terms of its set of characteristics, can be used for effective fine-bubble aeration at various depths, including biological wastewater treatment systems containing organic impurities, as well as a filter element for purifying water from mechanical impurities.

Claims (1)

Трубчатый пневмоаэратор, выполненный методом пневмоэкструзии в виде цилиндрического корпуса, образованного волокнами термопластичного материала, сплавленными между собой в местах контакта, с заглушкой в конце трубы, отличающийся тем, что плотность материала составляет 0,40-0,50 г/см³, пористость 40-60%, средний размер пор 65-100 мкм, причем пневмоаэратор дополнительно содержит рассекатель воздуха, выполненный из термопластичного материала методом литья под давлением, снабженный резьбой для монтажа с воздухоподающим раструбом и имеющий форму, позволяющую фокусировать воздушный поток, направляя его вдоль оси трубы.A tubular pneumatic aerator made by pneumatic extrusion in the form of a cylindrical body formed by fibers of a thermoplastic material fused to each other at the contact points with a plug at the end of the pipe, characterized in that the density of the material is 0.40-0.50 g / cm ³ , porosity 40 -60%, the average pore size of 65-100 microns, and the pneumatic aerator further comprises an air divider made of thermoplastic material by injection molding, equipped with a thread for mounting with an air-supply bell and having the shape allowing you to focus the air flow, directing it along the axis of the pipe.

Images