(86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego: , PCT/SE96/00041

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (21) Numer zgłoszenia: (22) Data zgłoszenia: (86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego: , PCT/SE96/00041 (87) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego: , WO96/22249, PCT Gazette nr 34/96 (13) B1 (51) IntCl7 C02F 1/24 B01F 3/04 B03D 1/16 (54) Urządzenie do dyspersji gazu w płynie, zwłaszcza do dyspersji powietrza w wodzie (30) Pierwszeństwo: ,SE, (73) Uprawniony z patentu: Isaksson Kent, Norrtälje, SE Eriksson Hans, Rimbo, SE (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 25/97 (72) Twórcy wynalazku: Kent Isaksson, Norrtälje, SE Hans Eriksson, Rimbo, SE (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 07/01 (74) Pełnomocnik: Sierpińska Urszula, PATPOL Spółka z 0.0. PL B1 (57) 1. Urządzenie do dyspersji gazu w płynie, zwłaszcza do dyspersji powietrza w wodzie, zawierające pojemnik na płyn, wyposażony we wlot płynu i umieszczony w sąsiedztwie tego wlotu zespół dyspersyjny dla rozprowadzania i rozpraszania płynu nasyconego sprężonym gazem do płynu dostarczanego poprzez ten wlot, znamienny tym, że zespół dyspersyjny (21) ma postać obudowy, która jest przyłączona do rury zasilającej (25) dostarczającej płyn nasycony gazem, przy czym ta rura zasilająca (25) ma przynajmniej jeden otwór (26) mający ujście do wnętrza tej obudowy, zaś obudowa ma przynajmniej jeden otwór (23) mający ujście do wnętrza pojemnika na płyn. FIG 2

2 Urządzenie do dyspersji gazu w płynie, zwłaszcza do dyspersji powietrza w wodzie Zastrzeżenia patentowe 1. Urządzenie do dyspersji gazu w płynie, zwłaszcza do dyspersji powietrza w wodzie, zawierające pojemnik na płyn, wyposażony we wlot płynu i umieszczony w sąsiedztwie tego wlotu zespół dyspersyjny dla rozprowadzania i rozpraszania płynu nasyconego sprężonym gazem do płynu dostarczanego poprzez ten wlot, znamienny tym, że zespół dyspersyjny (21) ma postać obudowy, która jest przyłączona do rury zasilającej (25) dostarczającej płyn nasycony gazem, przy czym ta rura zasilająca (25) ma przynajmniej jeden otwór (26) mający ujście do wnętrza tej obudowy, zaś obudowa ma przynajmniej jeden otwór (23) mający ujście do wnętrza pojemnika na płyn. 2. Urządzenie na płyn według zastrz. 1, znamienne tym, że pojemnik na płyn ma postać zbiornika flotacyjnego urządzenia do oczyszczania wody. 3. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że obudowa jest w postaci podłużnych rur dystrybucyjnych (22), (24). 4. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, że do rury dystrybucyjnej (22) pomiędzy jej końcami jest podłączona rura zasilająca (25). * * * Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do dyspersji gazu w płynie, zwłaszcza do dyspersji powietrza w wodzie. Znane są urządzenia flotacyjne do dyspersji gazu w płynie, które w coraz większym stopniu stosowane są do oczyszczania wody, zarówno wody pitnej jak i wody ściekowej, przy czym zamierzeniem jest zwiększanie szybkości przepływu wody przez urządzenie oczyszczające, co umożliwi zredukowanie rozmiaru koniecznych zbiorników i tym samym całości urządzenia oczyszczającego. W odniesieniu do wody pitnej, wymagania dotyczące produktu końcowego są zasadniczo jednakowe i konstrukcja urządzenia oczyszczającego jest zasadniczo określana przez rodzaj źródła wody lub rodzaj zaopatrzenia. Jeżeli źródłem wody jest jezioro lub rzeka, wówczas grube cząstki są zwykle oddzielane z wody w komorze zawierającej sito, a następnie woda zostaje oczyszczona chemicznie i biologicznie przez dodanie do niej środków wytrącających i kłaczkujących w komorze kłaczkującej. Wytrącone cząstki są następnie oddzielone z wody przez umożliwienie ich osadzenia na dnie zbiornika odstojnikowego w wyniku grawitacji. Rozmaite rodzaje cząstek będą miały rozmaite gęstości i wynikające stąd rozmaite szybkości osadzania. Dla pozostawienia odpowiedniej ilości czasu dla cząstek o małych gęstościach, "cząstek lekkich" dla osadzenia gdy woda przechodzi przez zbiornik odstojnikowy, zbiornik ten musi mieć duży obszar powierzchni tak, aby spełniał warunek zapewnienia długiego okresu czasu potrzebnego dla tego rodzaju lekkich cząstek dla osadzenia. Czasy osadzania cząstek mogą być znacznie zredukowane poprzez procesy flotacyjne, w których do wody są dodane mikroskopijne pęcherzyki powietrza do których przylegają cząstki lub kłaczki cząstek w wodzie. Te pęcherzyki współdziałają również w tworzeniu kłaczków cząstek i w utrzymywaniu spójności kłaczków. Pęcherzyki powietrzne szybko wznoszą się do powierzchni wody, unosząc wraz z nimi przylgnięte cząstki i kłaczki cząstek, które to kłaczki tworzą stabilną powłokę szlamu na powierzchni wody, który może być usunięty za pomocą zgarniaczy lub przez okresowe podnoszenie poziomu wody w zbiorniku flotacyjnym tak, że powłoka szlamu będzie spływała do zlewu szlamu, utworzonego przy jednej krawędzi zbiornika.

3 Te kadzie ciśnieniowe stosowane do wytwarzania wysoce sprężonej wody dyspersyjnej która została nasycona powietrzem w największym możliwym stopniu, są zwykle do połowy wypełnione wodą za pomocą wyposażenia regulacyjnego i towarzyszących czujników poziomów wody. Sprężone powietrze jest dostarczane do wypełnionej powietrzem przestrzeni powyżej powierzchnią wody i woda jest często dostarczana przez dyszę zamontowaną w ścianie bocznej kadzi w przestrzeni wypełnionej powietrzem. Ta woda jest wtryskiwana na przeciwległą ścianę boczną kadzi tak, że strumień wody będzie w pewnym stopniu ulegał rozpadowi w wyniku uderzenia o tę ścianę. Sposób flotacji umożliwia znaczne skrócenie czasu oczyszczania wody, zaś skrócony czas przejścia umożliwia wykonywanie mniejszych urządzeń oczyszczających bez ujemnego wpływu na ich wydajność. Ta redukcja wymagań przestrzennych dotycząca urządzeń oczyszczających otwiera nowe sposoby ich stosowania. Jednakże sposób ten łączy się nie tylko z określonymi korzyściami. Mianowicie, sposób ten sprawia, że oczyszczanie jest bardziej kosztowne, ponieważ woda która została już oczyszczona zostaje zawrócona i wykorzystana do wytworzenia wody dyspersyjnej. Aby sposób ten był bardziej ekonomiczny, potrzebne są sposoby oczyszczania utrzymujące pobór wody dyspersyjnej na niskim poziomie, zwłaszcza przez zwiększenie stopnia nasycanie powietrzem wody dyspersyjnej, i częściowo przez polepszenie dyspersji gdy woda dyspersyjna wpływa do zbiornika flotacyjnego. Jak wspomniano uprzednio, woda dyspersyjna jest wprowadzana do zbiornika flotacyjnego przez liczne dysze, z których każda zawiera zawór dławiący który powoduje natychmiastowy spadek ciśnienia wody dyspersyjnej potrzebny do uwolnienia powietrza w wodzie i uformowanie w wyniku mikroskopijnych pęcherzyków. Dysze są często zamontowane według konfiguracji przypominającej grabie, po jednej stronie rury dystrybucyjnej lub przewodu który ma długość kilku metrów i do którego jest dostarczana woda przez rurę zasilająca zamontowaną w połowie drogi wzdłuż rury rozprowadzającej, zasadniczo pod kątem prostym do dysz. Ze względu na podobną do grabi konfigurację dysz, rura zasilająca może być przyłączona do otworu w którym jest osadzona rękojeść grabi. "Grabie" mogą zawierać 25 dysz przykręconych do tulejek przyspawanych na rurze dystrybucyjnej. Rury dystrybucyjne wyposażone w dysze są stosunkowo kosztowne, zaś gdy dysze są wykonane z tworzywa sztucznego, wówczas ulegają one łatwemu zniszczeniu, przykładowo podczas czyszczenia zbiorników. Celem wynalazku jest opracowanie urządzenia do dyspersji gazu w płynie, zawierającego pojemnik na płyn, wyposażony w zespół dyspersyjny powodujący dystrybucję i rozpraszanie płynu nasyconego sprężonym gazem z dużym stopniem skuteczności i wydajności, przy czym tego rodzaju zespół dyspersyjny powinien być solidny i stosunkowo tani do wytworzenia. Urządzenie do dyspersji gazu w płynie, zwłaszcza do dyspersji powietrza w wodzie, zawierające pojemnik na płyn, wyposażony we wlot płynu i umieszczony w sąsiedztwie tego wlotu zespół dyspersyjny dla rozprowadzania i rozpraszania płynu nasyconego sprężonym gazem do płynu dostarczanego poprzez ten wlot, według wynalazku charakteryzuje się tym, że zespół dyspersyjny ma postać obudowy, która jest przyłączona do rury zasilającej dostarczającej płyn nasycony gazem, przy czym ta rura zasilająca ma przynajmniej jeden otwór mający ujście do wnętrza tej obudowy, zaś obudowa ma przynajmniej jeden otwór mający ujście do wnętrza pojemnika na płyn. Pojemnik na płyn ma postać zbiornika flotacyjnego urządzenia do oczyszczania wody. Obudowa jest w postaci podłużnych rur dystrybucyjnych. Do rury dystrybucyjnej pomiędzy jej końcami jest podłączona rura zasilająca. Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematyczny widok z boku w przekroju konwencjonalnie wyposażonego zbiornika flotacyjnego, fig. 2 - częściowy przekrój widoku z przodu wstępnego zespołu rozpraszającego do rozprowadzania i rozpraszania nasyconej powietrzem wody w urządzeniu według wynalazku, a fig. 3 - widok z boku w częściowym przekroju zespołu dyspersyjnego pokazanego na fig. 2.

4 Na fig. 1 pokazano schematyczny widok z boku w przekroju konwencjonalnie wyposażonego zbiornika flotacyjnego 1. Zbiornik ten zawiera wlot 2 do którego jest dostarczana woda z nie pokazanej komory kłaczkującej. Woda przepływa w górę zbiornika flotacyjnego 1 przez nachyloną zaporę lub przegrodę 3 zamontowaną wewnętrznie względem wlotu 2. Pomiędzy ścianą 4 zbiornika flotacyjnego 1 a przegrodą 3 jest uformowana kieszeń, do której wyładowuje się szereg dysz lub strumieni 5 zamontowanych na przechodzącej poziomo rurze dystrybucyjnej 6. Rura dystrybucyjna 6 pełni funkcję dostarczania wody nasyconej powietrzem, czyli wody dyspersyjnej, do klaczkowanej wody wpływającej do zbiornika przez wlot 2, przy czym sprężona, wtryskiwana woda dyspersyjna przyspiesza ruch kłaczkowanej wody. Dysze lub strumienie 5 maję konstrukcję powodującą natychmiastowe obniżenie ciśnienia wody dyspersyjnej, przy czym następuje uwolnienie powietrza z wody dyspersyjnej i powoduje się formowanie mikroskopijnych pęcherzyków, które w trakcie swego ruchu w stronę powierzchni wody gromadzą cząstki i kłaczki cząstek i przesuwają główną część tych cząstek i kłaczków szybko do powierzchni wody gdzie powstaje kożuch szlamu, który jest usuwany i osadzany w zlewie 8 szlamu umieszczonym w sąsiedztwie ściany 9 zbiornika, za pomocą dowolnego rodzaju zgarniacza szlamu 7, lub jest on usuwany w inny sposób. Ciężkie cząstki które nie mogą być gromadzone przez mikroskopijne pęcherzyki i podnoszone do powierzchni są przechwytywane w filtrze 10 umieszczonym pomiędzy tylną stroną przegrody 3 a ściany 9 zbiornika i przez który przechodzi oczyszczona woda na swej drodze do zbiornika wody oczyszczonej (nie pokazanego) poprzez wylot 11. Część oczyszczonej wody jest wypompowywana ze zbiornika wody czystej pod wysokim ciśnieniem do wlotu wody 13 kadzi ciśnieniowej 12. Kadź ciśnieniowa 12, w której jest wytwarzana woda dyspersyjna, jest zasilana sprężonym powietrzem z kompresora (nie pokazanego) poprzez wpust powietrza 14, a następnie nasycona powietrzem woda jest podawana z powrotem do dysz 5 zamontowanych w zbiorniku flotacyjnym 1 poprzez wylot 15 i rurę dystrybucyjną 6. Na fig. 2 pokazano schematyczny, częściowo w przekroju widok z przodu zespołu dyspersyjnego 21 urządzenia według wynalazku do rozprowadzania i rozpraszania nasyconej powietrzem wody. Zespół dyspersyjny 21 zawiera obudowę zbudowaną częściowo z przechodzącej poziomo rury dystrybucyjnej 22 mającej wylotowe otwory 23 wody dyspersyjnej, umieszczone wzdłuż jednego jej boku (strona tylna na fig. 2), i częściowo ze złącza rury dystrybucyjnej 24, zamontowanego w połowie odległości wzdłuż poziomej rury dystrybucyjnej 22, do którego jest przyłączona rura zasilająca 25 do dostarczania wody dyspersyjnej. Wewnątrz obudowy jest zamontowany wstępny zespół rozpraszający 27, 28 w postaci pojemnika posiadającego otwory 26 dławiące przepływ wody dyspersyjnej, przez które woda dyspersyjna jest wtłaczana tak aby przechodziła przez te otwory przed dotarciem do rury dystrybucyjnej 22, co powoduje obniżenie ciśnienia wody dyspersyjnej i wywołanie określonego stopnia wstępnego rozproszenia. Na fig. 2 pokazano dwa rozwiązania wstępnego zespołu rozpraszającego, po jednym w każdej połowie tej fig. 2. Wstępny zespół rozpraszający 27 pokazany na lewo względem linii symetrii jest umieszczony zasadniczo w łączniku rurowym tworzącym rurę dystrybucyjną 24 i jest zbudowany z pojemnika, który wyposażono w dławiące otwory 26 i do którego wyładowuje się rura zasilająca 25. Przyczyna dla której powietrze jest tylko częściowo rozproszone w wodzie dyspersyjnej, gdy ta woda dyspersyjna przechodzi przez otwory 26 polega na tym, że spadek ciśnienia nie jest całkowity, ponieważ część ciśnienia jest zatrzymywana w rurze dystrybucyjnej 22. Końcowe wyrównoważenie ciśnienia i dyspersja powietrza nie następują aż wstępnie rozproszona woda przejdzie przez wylotowe otwory 23. Ponieważ otwory 23 są umieszczone blisko siebie i są rozłożone równomiernie, zatem ta dyspersja w dwóch etapach jest znacznie skuteczniejsza niż dyspersja przez dysze 5, pomiędzy którymi występuje pewien obszar wody stojącej. Wstępny zespół rozpraszający 28 w rozwiązaniu pokazanym na prawo względem linii symetrii na fig. 2 ma postać rury, która jest umieszczona współosiowo z rurą dystrybucyjną 22 i która posiada ułożone wzdłuż jednego boku dławiące otwory 26, przez które jest wytłaczana woda dyspersyjna dostarczana do wstępnego zespołu rozpraszającego 28 przez

5 przedłużenie rury zasilającej 25, przy czym określony stopień rozproszenia następuje w opisany powyżej sposób przed końcowym rozproszeniem w wyniku przejścia przez wylotowe otwory 23. Otwory 23 mogą być zastąpione wąskimi poziomymi szczelinami lub też szczeliną, która przechodzi podłużnie względem rury. Na fig. 3 pokazano wstępny zespół rozpraszający 28 pokazany na prawo na fig. 2, w częściowym przekroju w widoku z boku. Rozmaite elementy składowe oznaczono tymi samymi o znacznikami cyfrowymi co stosowane na fig. 2. Kierunki w których przepływa woda dyspersyjna w rurach i pomiędzy dwiema rurami są pokazane strzałkami. Rozwiązanie wstępnego zespołu rozpraszającego 28 pokazanego na fig. 3 i na prawo na fig. 2 jest szczególnie odpowiednie do stosowania z długimi rurami dystrybucyjnymi, zaś wstępny zespół rozpraszający 27 pokazany na lewo na fig. 2 jest odpowiedniejszy do stosowania przy krótkich rurach dystrybucyjnych. Otwory 26 dławiące wodę dyspersyjną mogą być utworzone w postaci siatki, która całkowicie lub częściowo zastępuje powierzchnie płaszczowe odpowiednich wstępnych zespołów rozpraszających 27 i 28. Wylotowe otwory 23 w rurze dystrybucyjnej 22 również mogą być utworzone w postaci siatki. W przypadku niektórych zastosowań korzystne jest, aby rura dystrybucyjna 22 tworzyła bezpośrednie przedłużenie łącznikowej rury dystrybucyjnej 24. Jakkolwiek opisany i przedstawiony zespół dyspersyjny dotyczy dostarczania wody nasyconej powietrzem do zbiornika flotacyjnego urządzenia do oczyszczania wody, to należy rozumieć że zespół ten może być również stosowany do innych pojemników z płynem oraz innych gazów i płynów. FIG.2

6 FIG. 1 FIG. 3 Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz. Cena 2,00 zł.