способ аэрации воды и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ аэрации воды воздухом, включающий забор воды из водоема, формирование потока воды, забор воздуха из атмосферы, перемешивание воды и воздуха, сброс насыщенной воздухом воды в водоем, отличающийся тем, что забор воды производят из придонных слоев водоема, формируют под действием гидростатического давления в водоеме скоростной поток воды, который эжектирует воздух из атмосферы и смешивается с ним, а водовоздушную смесь поднимают выше уровня воды в водоеме за счет вакуумирования скоростным атмосферным воздушным потоком верхнего выхода подъемной трубы и подпора скоростным атмосферным воздушным потоком в нижнем входе в подъемную трубу, а поднятую водовоздушную смесь направляют по сбросной трубе под уровень свободной поверхности воды в водоеме.

2. Устройство для аэрации воды по способу, изложенному в п.1, содержащее заякоренный в водоеме понтон, отличающееся тем, что понтон снабжен водоподъемной трубой, опущенной в придонные слои водоема, и сбросной трубой, причем подъемная труба имеет на нижнем торце приемное сопло для входа воды, а боковые стенки ее выше сопла имеют перфорацию, которая соединена с атмосферой воздушной трубой, оборудованной конфузором навстречу атмосферному ветру, верхний торец водоподъемной трубы также оборудован конфузором с возможностью за счет использования катков в кондукторе ориентации его навстречу атмосферному ветру, переходящим в направляющую трубу снаружи выхода из водоподъемной трубы, которая сопряжена со сбросной трубой посредством кольцевого водоприемника.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к обеспечению охраны водной среды и может быть использовано при обогащении кислородом воздуха естественных и искусственных водоемов, и, в частности, застойных зон при очистке бытовых и производственных сточных вод в биологических прудах.

Известны аэраторы для сточных вод, в которых смешение воды и воздуха производится с применением механических устройств с приводом от промышленных источников энергии (Б.М.Худенко. Аэраторы для очистки сточных вод. Стройиздат, 1973 г. - 112 стр.). Недостаток известных механических аэраторов заключается в их большой энергоемкости и металлоемкости, так как используется энергия от промышленных источников и ее многократные преобразования прежде чем совершается полезное действие.

Известен и передвижной плавающий аэратор (RU 2082683, опубл. 27.06.1997 г.), в котором используется энергия ветра. Но для совершения полезного действия энергию ветра преобразовывают в механическую энергию дополнительных устройств. Это снижает кпд и делает аэратор энергоемким и металлоемким. Тем более, что при этом аэрируют только поверхностные слои водоема.

Задача изобретения использовать энергию окружающей среды для аэрации воды без дополнительных преобразований в другие виды энергии и аэрировать, в первую очередь, только придонные слои водоема.

Технический результат достигается тем, что в способе аэрации, включающем забор воды из водоема, формирование потока воды, забор воздуха из атмосферы, перемешивание воды и воздуха, сброс насыщенной воздухом воды в водоем, согласно изобретению забор воды производят из придонных слоев водоема, формируют под действием гидростатического давления скоростной поток воды, который эжектирует воздух из атмосферы и смешивается с ним, а водовоздушную смесь поднимают выше уровня воды в водоеме за счет вакуумирования скоростным воздушным потоком верхнего выхода подъемной трубы и подпора скоростным атмосферным воздушным потоком в нижнем входе в водоподъемную трубу, а поднятую водовоздушную смесь направляют по сбросной трубе под уровень свободной поверхности воды в водоеме. Это гарантирует надежность процесса перемещения жидкости и ее аэрации за счет энергии окружающей среды, упрощает и удешевляет процесс аэрации, исключает необходимость прокладки линий электропередач к устройствам аэрации. Это делает процесс аэрации водоемов энергосберегающим.

Пример осуществления способа аэрации водоема

Аэрацию воды производят следующим образом. В водоем заводят понтон и якорем фиксируют его положение в водоеме. На понтоне монтируют с возможностью поворотов относительно продольной оси симметрии водоподъемную трубу с приемным соплом на нижнем ее торце. Водоподъемную трубу опускают до нижних придонных слоев воды. При этом ориентируют конфузоры на верхнем торце подъемной трубы и на входе в радиальную перфорацию подъемной трубы навстречу атмосферному ветру. В дальнейшем ориентация навстречу ветру сохраняется направляющей трубой, в которую поток воздуха направляет верхний конфузор. Труба для сброса аэрированного потока в водоем крепится на понтоне жестко и сопрягается с водоподъемной трубой с помощью кольцевого водоприемника.

При появлении в приземном слое воздуха перемещений воздушных масс через конфузоры скорости движения воздуха усиливаются и за счет скоростного давления обеспечивается удаление воды из зоны радиальной перфорации, через которую воздух прорывается в подъемную трубу и уносит вверх выше уровня воды в водоеме под действием вакуума воду в смеси с воздухом и выдает ее в сбросную трубу. Таким образом, вода, взятая в придонном слое, смешивается с воздухом и после аэрации возвращается в водоем. При постоянном ветре перфорация водоподъемной трубы полностью обнажается от воды и производительность водоподъема достигает максимума, равного проходу воды через приемное сопло под действием гидростатического давления, действующего в водоеме.

Устройство для аэрации водоемов

Известны механические аэраторы (Б.М.Худенко. Аэраторы для очистки сточных вод. Стройиздат, 1973 г. - 112 стр.). Недостаток известных механических аэраторов заключается в их большой энергоемкости и металлоемкости, так как используется энергия от промышленных источников и ее многократные преобразования, прежде чем совершается полезное действие.

Известен передвижной плавающий аэратор (RU 2082683, опубл. 27.06.1997 г.), в котором используется энергия ветра. Но для совершения полезного действия энергию ветра преобразовывают в механическую энергию дополнительных устройств. Это делает аэратор металлоемким и энергоемким. При этом аэрируют только поверхностные слои воды.

Задача изобретения использовать для аэрации воды энергию окружающей среды без дополнительных преобразований ее в другие виды энергии, при которых снижается кпд, и аэрировать придонные слои водоема

Технический результат достигается тем, что водоподъемная труба, забирающая воду из водоема, согласно изобретению снабжена приемным соплом на нижнем торце и боковой перфорацией выше сопла, а перфорация соединена с атмосферой воздушной трубой. На верхнем торце воздушной и водоподъемной труб размещены конфузоры, ориентированные навстречу ветру, причем на воздушной трубе конфузор направляет воздух в перфорацию водоподъемной трубы, а на водоподъемной трубе конфузор направляет воздух в направляющую трубу, которая вмещает в себя выход из водоподъемной трубы. Водоподъемная труба размещена на понтоне с возможностью кругового поворота вокруг вертикальной оси симметрии за счет использования катков в кондукторе. Направляющая труба сопряжена со сбросной трубой, установленной жестко на понтоне, кольцевым водоприемником.

Устройство для аэрации воды в водоеме изображено на прилагаемом к описанию чертеже.

Устройство смонтировано на заякоренном понтоне и содержит водоподъемную трубу 1, воздушную трубу 2, сбросную трубу 3. Водоподъемная труба 1 на нижнем торце имеет водоприемное сопло 4, радиальную перфорацию 5 выше сопла 4 и конфузор 6 с направляющей трубой 7 на верхнем торце. Воздушная труба 2 соединяет перфорацию 5 с атмосферой. На верхнем торце воздушной трубы 2 установлен конфузор 11. Конфузоры 6 и 11 ориентированы в одном направлении. Сбросная труба 3 сопряжена с направляющей трубой 7 кольцевым водоприемником 8. Водоподъемная труба 1 и воздушная труба 2 смонтированы в понтоне на катках 9 в кондукторе 10. При этом труба 2 фланцем 12 опирается на катки 9.

Устройство для аэрации воды работает следующим образом. Понтон со смонтированным на нем устройством для аэрации воды выводят в акваторию водоема и в нужном месте заякоривают. На этом подготовка устройства для аэрации воды заканчивается.

Устройство вступает в работу при появлении малейших дуновений ветра. Скорость движения атмосферного ветра усиливается конфузорами. Силовое воздействие ветра осуществляется одновременно на нижнюю и верхнюю части водоподъемной трубы. В нижней части подъемной трубы создается избыточное давление, а в верхней части подъемной трубы-вакуум. Избыточное давление внизу и вакуум в верху подъемной трубы суммируются и производят работу по подъему воды. В процессе подъема вода, поступившая через сопло 4, смешивается с воздухом, поступающим через перфорацию 5. В процессе перемешивания воды и воздуха происходит обогащение воды кислородом. Аэрированная вода из направляющей трубы 7 сливается в сбросную трубу 3 через кольцевой водоприемник 8 в водоем. Это позволяет насыщать воду водоема кислородом. Так как устройство работает круглосуточно в автономном режиме, то аэрируются большие объемы воды в водоеме.

Запуск устройства происходит в автоматическом режиме. При изменении направления движения ветра направляющая труба 7 корректирует ориентировку конфузоров 6 и 11 навстречу атмосферному ветру. При этом спаренные трубы 1 и 2 поворачиваются вокруг своей вертикальной оси симметрии на катках 9 по верхней торцевой поверхности кондуктора 10.

Таким образом, происходит аэрация воды в водоеме за счет энергии окружающей среды, а именно за счет гидростатического давления воды в водоеме и атмосферного ветра.