способ аэрации водоемов и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ аэрации воды в открытом водоеме, включающий забор воды из водоема, формирование потока воды, забор воздуха из атмосферы, смешивание потоков воды и воздуха, сброс водовоздушной смеси в водоем, отличающийся тем, что забор воды производят из глубинных придонных слоев водоема водоподъемной трубой, закрепленной на поплавке и выходящей в открытую атмосферу, аэрацию воды производят в верхней части водоподъемной трубы нагнетанием воздуха в воду действием скоростного напора атмосферного ветра, поднимают аэрированную воду выше уровня свободной поверхности воды в водоеме в открытую атмосферу и сбрасывают аэрированную воду в водоем путем выноса ее при вакуумировании верхнего торца водоподъемной трубы скоростным потоком атмосферного ветра.

2. Устройство для аэрации водоемов, содержащее водоподъемную трубу, средства аэрации воды и средство выдачи аэрированной воды в водоем, отличающееся тем, что водоподъемная труба соединяет придонные слои водоема с атмосферой, нагнетатель воздуха в воду верхней части водоподъемной трубы выполнен в виде конфузоров, улавливающих атмосферный ветер и размещенных по периметру вокруг водоподъемной трубы, а средство для выдачи аэрированной воды в водоем выполнено в виде двух криволинейных в зеркальном отображении зонтообразных поверхностей, образующих сужающийся канал для прохода атмосферного ветра с любого направления над выходящим в атмосферу торцом водоподъемной трубы.

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 смешивание 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 проводятся ее многократные преобразования прежде, чем совершается полезное действие.

Известен передвижной плавающий аэратор (RU 2082683, опубл. 27.06.1997 г.), в котором используется энергия ветра. Способ аэрации водоема по этому патенту включает операции: забор воды из водоема, забор воздуха из атмосферы, смешивание воды и воздуха, сброс водовоздушной смеси в водоем. Но для совершения полезного действия в этом аэраторе энергию ветра преобразовывают в механическую энергию дополнительных устройств. Это снижает кпд и делает аэраторы металлоемкими. Эти аэраторы насыщены контрольной и измерительной аппаратурой, что требует использования высококвалифицированного персонала для их обслуживания. Все это удорожает процесс аэрации. Кроме того, их недостатками является необходимость ориентации навстречу ветру и ограничены возможности этих устройств аэрацией только поверхностных слоев водоемов.

Задача изобретения - обеспечить аэрацию воды без ориентации устройств навстречу ветра, без преобразований энергии ветра в другие виды энергии и аэрировать, в первую очередь, глубинные придонные слои водоема.

Технический результат достигается тем, что в способе аэрации, включающем забор воды из водоема, забор воздуха из атмосферы, смешивание воды и воздуха, сброс водовоздушной смеси в водоем, согласно изобретению, воду забирают из глубинных придонных слоев водоема, поднимают выше уровня свободной поверхности воды в водоеме в открытую атмосферу, насыщают воздухом с помощью конфузоров скоростным напором атмосферного ветра через радиальную перфорацию в водоподъемной трубе. Для формирования потока воды и аэрации ее используют водоподъемную трубу, смонтированную на поплавке. Над верхним торцом водоподъемной трубы, открытым в атмосферу, вакуумируют перемещением скоростного потока атмосферного ветра. Причем гидравлические сопротивления движению воды через приемное отверстие водоподъемной трубы выполняют больше величины гидравлических сопротивлений перфорации в водоподъемной трубе при освобождении воздушной трубы от воды в момент запуска устройства, предпочтительно, на порядок.

Пример аэрации водоема

Способ аэрации воды реализуется с помощью устройства для аэрации. В водоем опускают и фиксируют якорем поплавок с водоподъемной трубой и размещенными по ее периметру конфузорами, предназначенными для направления атмосферного ветра в водоподъемную трубу через радиальную перфорацию ниже свободной поверхности воды в водоеме. На этом подготовка устройства к работе заканчивается.

При появлении в приземном слое воздуха перемещений воздушных масс через конфузоры скорости движения воздуха усиливаются и за счет скоростного давления воздуха формируется сила, выталкивающая воду из воздушной трубы в водоподъемную трубу через радиальную перфорацию. Одновременно над верхним торцом водоподъемной трубы вакуумируют потоком движущихся воздушных масс. Поэтому создается ситуация, когда в воздушной трубе формируется давление выше атмосферного, а над торцом водоподъемной трубы формируется давление ниже атмосферного. Под действием указанной разности давлений формируется поток жидкости из воздушной трубы в водоподъемную. Поскольку гидравлическое сопротивление движению воды через приемное отверстие в нижнем торце подъемной трубы больше, чем гидравлическое сопротивление движению воды через боковую перфорацию, то в первую очередь, движется жидкость из воздушных труб. Воздушные трубы конфузоров быстро освобождаются от воды и этим обеспечивается свободный приток воздуха из атмосферы в водоподъемную трубу. Образующаяся в водоподъемной трубе водовоздушная смесь облегчает вес столба жидкости в водоподъемной трубе. Поэтому гидростатическое давление в придонном слое воды поднимает вверх столб жидкости в водоподъемной трубе. Это гарантирует устойчивый непрерывный процесс движения жидкости из придонных слоев водоема и ее аэрацию при наличии атмосферного ветра.

Таким образом, вода из придонного слоя водоема поднимается вверх, смешивается с воздухом на уровне радиальной перфорации и через верхний торец водоподъемной трубы в виде водовоздушной смеси атмосферным воздушным потоком сбрасывается в водоем.

Устройство для аэрации водоема

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 проводятся ее многократные преобразования прежде, чем совершается полезное действие.

Известен передвижной плавающий аэратор (RU 2082683, опубл. 27.06.1997 г.), в котором используется энергия ветра. Аэратор содержит плавающее средство в виде понтона, водозаборную трубу, воздухозаборник, диспергатор. Аэратор оснащен контрольно-измерительной аппаратурой, требующей высококвалифицированного обслуживания. Для совершения полезного действия энергию ветра преобразовывают в механическую энергию дополнительных устройств. Это делает аэратор металлоемким и энергоемким. К тому же аэратор нужно ориентировать навстречу ветру. Он аэрирует только поверхностные слои водоема.

Задача изобретения - обеспечить аэрацию воды глубинных слоев водоема в автоматическом режиме только за счет энергии ветра без обязательной ориентации устройства на встречу ветра и без преобразований энергии ветра в другие виды энергии.

Технический результат достигается тем, что аэратор, содержащий плавающее средство, водозаборную трубу, воздухозаборник, диспергатор, согласно изобретению, плавающее средство выполнено в виде поплавка, водозаборная труба заглублена до придонных слоев водоема и, выполняя роль водоподъемной трубы, открытым верхним торцом выходит в атмосферу, по периметру верхнего торца ее размещены конфузоры, соединяющие воздушными трубами атмосферу с радиальной перфорацией водоподъемной трубы ниже уровня свободной поверхности воды в водоеме, а верхний торец водоподъемной трубы снабжен двумя криволинейными выпуклыми элементами в виде ограниченных поверхностей зонтообразной формы, зеркально расположенных друг к другу и образующих на подходе к продольной оси открытой в атмосферу водоподъемной трубы сужающийся канал с любого направления.

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

Устройство смонтировано на заякоренном поплавке 8 и содержит водоподъемную трубу 1, конфузоры 2, воздушные трубы 3 конфузоров 2, радиальную перфорацию 4 водоподъемной трубы 1. Верхний торец водоподъемной трубы, открытый в атмосферу, снабжен зонтообразными выпуклыми навстречу друг другу зеркально расположенными ограниченными поверхностями 5 и 6, образующими сужающийся канал, в виде конфузора А, в направлении из атмосферы к продольной оси водоподъемной трубы 1. При этом нижняя выпуклая поверхность 5 размещена на уровне верхнего торца водоподъемной трубы 1 и ограничена стенками водоподъемной трубы. Она закреплена на воздушных трубах 3 и поплавке 8. А верхняя выпуклая ограниченная поверхность 6 смонтирована на воздушных трубах 3 и конфузорах 2.

Устройство для аэрации воды в водоеме работает следующим образом. Поплавок 8 со смонтированным на нем устройством для аэрации выводят в акваторию водоема и заякоривают в нужном месте. На этом подготовка устройства для аэрации воды заканчивается.

Запуск и работа аэратора производится в автоматическом режиме. С какой бы стороны ни перемещался поток атмосферного воздуха, он в обязательном порядке улавливается одним из конфузоров 2 и конфузором А над торцом водоподъемной трубы 1, образованным ограниченными поверхностями 5 и 6. В конфузорах скорость движения воздуха усиливается, и одновременно над торцом водоподъемной трубы 1 формируется вакуум с остаточным атмосферным давлением, а в каналах 3 избыточное давление, под действием которого вода и воздух выталкиваются в трубу 1 через перфорацию 4 в направлении дневной поверхности. Вакуум (величина понижения атмосферного давления) в конфузоре А и избыточное давление в конфузоре 2 складываются и формируют силу, которая поднимает воду по трубе 1 с аэрацией и сбрасывает ее в водоем через верхний торец водоподъемной трубы 1.

Для повышения надежности запуска и работы аэратора площадь поперечного сечения отверстия в приемном сопле 7 принимают на порядок меньше суммарной площади поперечного сечения радиальной перфорации 4 в каждой из отдельно взятых воздушных труб нагнетательных конфузоров. Это гарантирует при запуске первоочередное опорожнение от воды воздушных труб, последующую аэрацию воды и вынос ее.

Таким образом, происходит аэрация воды в водоеме в автоматическом режиме за счет энергии окружающей среды, а именно, за счет одновременного нагнетания воздуха в воду, находящуюся в водоподъемной трубе, и вакуумирования торца водоподъемной трубы за счет энергии движущихся атмосферных воздушных масс.