PL B1. INSTYTUT TECHNOLOGICZNO- PRZYRODNICZY, Falenty, PL BUP 18/06. RYSZARD KONIECZNY, Drezdenko, PL

Transkrypt

1 PL B1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11) (13) B1 (21) Numer zgłoszenia: (51) Int.Cl. C02F 7/00 ( ) E02B 15/00 ( ) Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: (54) Stacjonarny aerator pulweryzacyjny (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 18/06 (73) Uprawniony z patentu: INSTYTUT TECHNOLOGICZNO- PRZYRODNICZY, Falenty, PL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 09/13 (72) Twórca(y) wynalazku: RYSZARD KONIECZNY, Drezdenko, PL

2 2 PL B1 Opis wynalazku Przedmiotem wynalazku jest stacjonarny aerator pulweryzacyjny do rekultywacji rzek i cieków oraz naturalnych i sztucznych powierzchniowych otwartych zbiorników wodnych zlokalizowanych w pobliżu wód płynących. Zanieczyszczone zbiorniki wody, rzeki oraz cieki wymagają sztucznego napowietrzania, aby spowodować w wodzie proces tlenowej mineralizacji dennej materii organicznej i wyeliminować niepożądane skutki jej beztlenowego rozkładu. Równolegle z procesem sztucznego napowietrzania wód zachodzi w strefie naddennej konieczność zapewnienia organizmom wodnym odpowiednich warunków życia poprzez wyprowadzenie z wody do atmosfery lotnych produktów beztlenowego rozkładu. W opisach patentowych zawarto szereg technicznych systemów do poprawy warunków tlenowych wód otwartych, w tym zapewniających trwałą eliminację pozostałości gazowych beztlenowego rozkładu materii dennej. Z polskiego opisu patentowego nr znane jest urządzenie do oczyszczania i napowietrzania akwenów wodnych o dowolnej głębokości. Zawiera ono otwarty od góry zbiornik w postaci części ssawnej i tłocznej, w którym od dołu są usytuowane króćce stanowiące łącze dla rur karbowanych zakończonych w dolnej części otworami perforowanymi. Ponadto, w części ssawnej zbiornika jest zamocowany obrotowo od góry rozbryzgiwacz napędzany siłownią wiatrową z silnikiem o pionowej osi obrotu. Ruch obrotowy rozbryzgiwacza oczyszcza i napowietrza określoną strefę wodną. Z polskiego opisu patentowego nr jest też znane urządzenie do rekultywacji jezior stratyfikowanych termicznie. Konstrukcja urządzenia zawiera korpus główny w postaci dwóch połączonych stożków, w którym utworzona jest komora do zmiany kierunku przepływu wody. W osi komory jest umieszczona rura przelotowa i przeciwciężar do zakotwiczenia urządzenia na dnie jeziora. Stożkowa budowa urządzenia umożliwia za pośrednictwem dyszy powietrza połączonej z zewnętrznym układem zasilającym napowietrzanie dwóch stref jeziora. Z polskiego opisu patentowego nr znanym także rozwiązaniem jest urządzenie do napowietrzania ścieków w oczyszczalniach biologicznych oraz wody w rzekach i jeziorach w kształcie prostokątnej skrzyni o trzech poprzecznych, równoległych ścianach pionowych, z których środkowa i tylna połączone są podwójnym dnem. Z polskiego opisu patentowego nr jest również znana wielokaskadowa zastawka napowietrzająca z poziomymi szczelinami, umieszczonymi na różnych wysokościach, w dwuwariantowym rozwiązaniu, bez regulacji wysokości szczelin i przy zmiennym natężeniu napływu, zmiennej wysokości napływu cieczy lub z możliwością regulacji wysokości szczelin i większej stabilności poziomu napływu cieczy przy zmiennym natężeniu napływu. Przedstawione według opisów patentowych rozwiązania napowietrzające zapewniają wodzie zarówno wysoki stopień natlenienia jak i jej oczyszczenie z produktów rozkładu beztlenowego. Wskazują one jednak szereg niedogodności i ograniczeń. Przepływ wody przez systemy aeratorów w przykładzie wykonania nr PL i nr PL oraz przez kaskadę schodkową i komorę swobodnego spadku scharakteryzowane w opisach nr PL i nr PL nie zapewnia uzyskania optymalnego nasycenia wód tlenem. Przemieszczenie wody przez układ elementów rozpatrywanych rozwiązań jest bowiem zbyt szybki aby spowodować w procesie aeracji wód otwartych oczekiwany skutek tlenowy. Ponadto, przy wykorzystaniu energii wietrznej do napędu aeratora nr PL częstym charakterystycznym dla określonego rejonu problemem są zmienne parametry wiatru uniemożliwiające poniżej prędkości 2 m s -1 napęd siłowni wiatrowej jak również problem eksploatacyjny aeratora stanowi pionowa lokalizacja króćców ssących i tłoczących. Pionowe ustawienie króćców zapewnia jedynie oczyszczanie wody w miejscu zastosowania systemu napowietrzającego i stwarza przy gwałtownych porywach wiatru niebezpieczeństwo uszkodzenia węży wskutek zaistnienia niepożądanych naprężeń w miejscu łącz króćców i węży. Zastosowana pozycja króćców stwarza również niedogodność w aeracji wód płytkich zbiorników, koryt rzecznych oraz cieków ograniczając możliwość umiejscowienia segmentu pulweryzacyjnego na dnie w sposób zapewniający maksymalny wydatek aeratora wynikający z zasady naczyń połączonych. Z kolei w stosowaniu pneumatycznego układu napowietrzającego nr PL problem stanowi jego koszt eksploatacyjny wynikający ze znacznych nakładów energetycznych w postaci paliwa lub prądu dla napędu sprężarek powietrza oraz trudność w doprowadzeniu sprężonego powietrza do dyszy powietrza umiejscowionej w systemie aeratora na dnie zbiornika.

3 PL B1 3 Niedogodności i ograniczenia wielu urządzeń i systemów napowietrzających, w tym przedstawionych w niniejszych opisach patentowych, rozwiązuje przedmiot wynalazku. W wyniku umiejętnego połączenia znanych rozwiązań techniki w jeden racjonalizatorski układ napowietrzający wynalazek zapewnia za pośrednictwem napędu wodnego koła łopatkowego osiągnięcie zamierzonego stanu tlenowego wód, większego od dotychczas uzyskiwanych w technicznych rozwiązaniach do sztucznego napowietrzania wód otwartych. Powyższy stan rzeczy wynika z kaskady schodkowej (lub perforowanej płyty) oraz systemu aeracji pulweryzacyjnej umożliwiającej w układzie połączenia elementów aeratora dwuetapowy sposób napowietrzania wód otwartych poprzez spowodowanie wydłużenia czasu kontaktu wody z powietrzem atmosferycznym. Pierwszy etap sztucznego napowietrzania wód zapewnia intensywne rozdrobnienie wody w powietrzu atmosferycznym w wyniku ruchu obrotowego koła łopatkowego aeratora z ogólnie znanym i oczekiwanym skutkiem. Drugi etap sztucznego napowietrzania wód ma miejsce z wykorzystaniem perforowanej płyty lub kaskady schodkowej. Kaskada schodkowa lub perforowana płyta ułożona w systemie aeratora pod odpowiednim kątem, zależnym od długości konstrukcji aeratora, powoduje spowolnienie przepływu wody częściowo napowietrzonej. Efektem wydłużenia okresu grawitacyjnego spływu wody po kaskadzie schodkowej lub perforowanej płycie jest wydłużenie czasu trwania procesu sztucznego napowietrzania wody, co gwarantuje w kontakcie wody z powietrzem atmosferycznym maksymalne jej nasycenie tlenem (a nawet i jej przesycenie). Ponadto, w przypadku bardzo powolnego przepływu wód otwartych przez stacjonarny system pulweryacyjny, w otwartym terenie pod wpływem promieni słonecznych ma miejsce podwyższenie temperatury kaskady schodkowej lub perforowanej płyty, co gwarantuje w procesie sztucznego napowietrzania wód otwartych przyspieszenie procesu uwalniania siarkowodoru z wody do atmosfery. Zaletą urządzenia według wynalazku są stałe warunki pracy aeratora wody spowodowane jednostajnym ciągłym ruchem obrotowym koła łopatkowego zasilanego od silnika wodnego energią wód płynących z możliwością sztucznego napowietrzania dowolnej strefy naddennej lub powierzchniowej rzek i cieków oraz naturalnych i sztucznych powierzchniowych otwartych zbiorników wodnych przy zapewnieniu samoczynnego napływu wód do komory poboru wody aeratora przez przewód wężowy połączony króćcem dopływu. Zaletą urządzenia według wynalazku jest również pionowa lokalizacji króćców ssących i tłoczących dla przewodów wężowych. Umiejscowienie króćców i ewentualne zamontowanie na króćcach rozgałęźnika, umożliwia w procesie sztucznego napowietrzania wód otwartych ułożenie na dnie jednego lub większej liczby węży w dowolnym miejscu dowolnego akwenu zapewniając wodzie większy stopień i obszar natlenienia bez zmiany temperatury wód nadosadowych i wtórnego wprowadzania do toni nadosadowej materii dennej. Ponadto, według wynalazku poprzez zastosowaną pozycję króćców istnieje możliwość umiejscowienia stacjonarnego aeratora pulweryzacyjnego w fundamencie stałym na dnie w płytkich korytach rzecznych lub ciekach z zachowaniem optymalnych parametrów pracy aeratora wynikających z zasady naczyń połączonych. Celem wynalazku jest konstrukcja stacjonarnego aeratora pulweruzacyjnego do ciągłej rekultywacji rzek i cieków oraz naturalnych i sztucznych powierzchniowych otwartych zbiorników wodnych zlokalizowanych w pobliżu wód płynących o dużej efektywności, zarówno ilości przepływającej wody, jak i stopnia jej natlenienia przy zastosowaniu energii wód płynących jako źródła napędu silnika wodnego aeratora. Istota urządzenia polega na tym, że ma ono postać otwartego korpusu złożonego z komory poboru wody, komory aeracji i komory swobodnego spadku. Wewnątrz komory poboru wody od góry jest zamocowany rozbryzgiwacz w postaci koła łopatkowego połączonego wałem z silnikiem wodnym, zaś od dołu do komory poboru wody jest przytwierdzony króciec dopływu stanowiący łącze dla przewodu wężowego, przy czym komora poboru wody poprzez komorę aeracji jest zwarta z komorą swobodnego spadku, w której zamontowana perforowana płyta lub kaskada schodkowa wytycza spad do króćca odpływu i przewodu wężowego. Ponadto, trzyczęściowy korpus w kształcie otwartych od góry komór w połowie jest usytuowany w gruncie stałym lub wodzie, zespolone wałem koło łopatkowe i silnik wodny stanowią w osi obrotu prostopadłą pozycję pracy względem płaszczyzny powierzchni wód komory poboru wody i wód napędowych silnika wodnego, króciec dopływu jest ulokowany w gruncie stałym lub wodzie poniżej oraz równolegle do płaszczyzny powierzchni wód rekultywowanego zbiornika, rzeki lub cieku, natomiast pozycja króćca odpływu stanowi w powietrzu atmosferycznym usytu-

4 4 PL B1 owany równolegle względem płaszczyzny powierzchni wód rekultywowanego zbiornika, rzeki lub cieku element dla przewodu wężowego. Przedmiot wynalazku został uwidoczniony na załączonym rysunku przykładowego rozwiązania, na którym fig. 1 przedstawia schemat urządzenia w widoku z góry, natomiast fig. 2 - przekrój korpusu urządzenia w pionowej płaszczyźnie A-A. Jak uwidoczniono na rysunku, urządzenie w postaci komory poboru wody (3), komory aeracji (4) i komory swobodnego spadku (5) stanowi zwarty korpus usytuowany w połowie poniżej poziomu lustra wody rekultywowanego zbiornika w gruncie stałym przy cieku wodnym będącym źródłem napędowym silnika wodnego (1). Wewnątrz komory poboru wody (3) zamocowany jest od góry obrotowo rozbryzgiwacz w postaci koła łopatkowego (2) połączonego na wale z silnikiem wodnym (1). W dolnej części komory poboru wody (3), jest przytwierdzony króciec dopływu (7) stanowiący łącze dla przewodu wężowego. Komora poboru wody (3) poprzez komorę aeracji (4) jest połączona z komorą swobodnego spadku (5), w której zamontowana perforowana płyta lub kaskada schodkowa stanowi spad do króćca odpływu (6) dla przewodu wężowego. Napędzane silnikiem wodnym (1) koło łopatkowe (2) pobiera z komory poboru wody (3) samoczynnie napływającą z nadennej strefy rekultywowanego zbiornika poprzez przewód wężowy połączony z króćcem dopływu (7) zanieczyszczoną wodę. Ruch obrotowy koła łopatkowego (2) powoduje rozdrobnienie i przerzucenie wody do komory aeracji (4) z jednoczesnym jej oczyszczeniem i silnym napowietrzeniem. W wyniku siły grawitacji następuje samoczynny spływ wody z komory aeracji (4) do komory swobodnego spadku (5), gdzie po kaskadzie schodkowej lub płycie perforowanej płynąca woda w kierunku króćca odpływu (6) połączonego z przewodem wężowym ułożonym w dowolnym miejscu zbiornika ulega wtórnemu napowietrzeniu. Zastrzeżenia patentowe 1. Stacjonarny aerator pulweryzacyjny w postaci otwartego korpusu złożonego z komory poboru wody (3), komory aeracji (4) i komory swobodnego spadku (5), znamienny tym, że wewnątrz komory poboru wody (3) zamocowany jest od góry rozbryzgiwacz w postaci koła łopatkowego (2) połączonego wałem z silnikiem wodnym (1), a w dolnej części komory poboru wody (3) jest przytwierdzony króciec dopływu (7) stanowiący łącze dla przewodu wężowego, przy czym komora poboru wody (3) poprzez komorę aeracji (4) jest zwarta z komorą swobodnego spadku (5), w której zamontowana perforowana płyta lub kaskada schodkowa stanowi spad do króćca odpływu (6) dla przewodu wężowego. 2. Stacjonarny aerator pulweryzacyjny według zastrz. 1, znamienny tym, że trzyczęściowy korpus w kształcie otwartych od góry komór (3), (4), (5) w połowie jest usytuowany w gruncie stałym lub wodzie. 3. Stacjonarny aerator pulweryzacyjny według zastrz. 1, znamienny tym, że zespolone wałem koło łopatkowe (2) i silnik wodny (1) stanowią w osi obrotu prostopadłą pozycję pracy względem płaszczyzny powierzchni wód komory poboru wody (3) i wód napędowych silnika wodnego (1). 4. Stacjonarny aerator pulweryzacyjny według zastrz. 1, znamienny tym, że króciec dopływu (7) jest usytuowany w gruncie stałym lub wodzie poniżej oraz równolegle do płaszczyzny powierzchni wód rekultywowanego zbiornika, rzeki lub cieku. 5. Stacjonarny aerator pulweryzacyjny według zastrz. 1, znamienny tym, że króciec odpływu (6) jest usytuowany w powietrzu atmosferycznym równolegle do płaszczyzny powierzchni wód rekultywowanego zbiornika, rzeki lub cieku.

5 PL B1 5 Rysunki

6 6 PL B1 Departament Wydawnictw UP RP Cena 2,46 zł (w tym 23% VAT)