RS93004A - Aerator - Google Patents

Abstract

Pronalazak se odnosi na aerator koji se sastoji od poroznog plastičnog izlivenog tela koje ima pore koje su manje na strani (A) izlaza vazduha nego na strani (B) ulaza vazduha, a koje se nalaze jedna nasuprot drugoj. Novi aerator je posebno pogodan za upotrebu u pogonima za prečišćavanje otpadnih voda.

Description

AERATOR

Oblast pronalaska

Ovaj pronalazak se odnosi na aerator koji se sastoji od plastičnog izlivenog tela i na postupak proizvodnje aeratora. Aerator prema pronalasku je posebno odgovarajuć za korišćenje u pogonima za preradu otpadnih voda.

Stanje tehnike

Sposobnost mikroorganizama da oksidiše organske zagađivače uz korišćenje kiseonika se koristi u većini bioloških procesa u današnjim pogonima za preradu otpadnih voda. Da bi dovoljna količina kiseonika bila dostupna mikroorganizmima, otpadnim vodama mora da se dodaje vazduh. Vazduh koji se dovodi, osim toga, treba da izazove pretvaranje jona amonijuma u nitrat, tako da se time smanjuje količina amonijuma u otpadnim vodama.

Aeracija otpadnih voda se obično obavlja tako što se uduvava vazduh kroz porozne aeratore. Ovi aeratori su napravljeni od, na primer, keramičkog materijala, čiji je nedostatak što je relativno krt i, prema tome, lako lomljiv. Osim toga, keramički materijali imaju grubu površinu na kojoj se lako talože naslage i kore od kamenca koje potom izazivaju začepljivanje aeratora.

Osim toga, poznata je upotreba aeratora u vidu izlivenih tela načinjenih od elastomera i u kojima su izrađeni kontinualni kanali. Međutim, nedostatak takvih aeratora je veliki gubitak pritiska, lako se habaju što je posledica načina na koji su proizvedeni i mogu da istrpe samo niske zapreminske protoke. Elastomeri su, osim toga, obično načinjeni od EPDM-a (etilen-propilen-dien-monomer, prim. prev.) i nisu hemijski otporni na sve vrste otpadnih voda.

Kratak opis pronalaska

Cilj koji čini osnovu ovog pronalaska je izrada aeratora koji ima mali pad pritiska, dobre mehaničke osobine, veliku izdržljivost i visoku sposobnost propuštanja kiseonika, kao i da može lako da se čisti od naslaga i kora od kamenca.

Ovaj cilj je postignut aeratorom koji se sastoji od poroznog tela izrađenog livenjem od plastičnog materijala, sa porama koje su manje na strani (A) na kojoj vazduh izlazi nego na strani (B) na kojoj ulazi, a koje se nalaze jedna nasuprot druge.

Da bi se proizveo aerator prema pronalasku, plastični materijal u vidu granulata ili praha se sinteruje u kalupu kakav je kalup za sinterovanje. Kalup ispunjen plastičnim granulatom ili prahom se zagreva u peći za sinterovanje i to na višu temperaturu na strani (A) nego na suprotnoj strani (B), što za rezultat ima pojavu da se plastični materijal u vidu granulata i/ili praha sinteruje u većoj meri na toplijoj strani nego na suprotnoj strani, čime se dobijaju pore koje imaju manji prečnik na strani (A) nego na strani (B).

Za vreme sinterovanja, zrna plastičnog granulata i/ili praha samo počinju da se tope po površini, ali se ne istope potpuno, čime se dobija sinterovana smeša koja, posle hlađenja, daje dobro očvrsnuto i postojano izliveno telo koje je, i pored toga, porozno. Temperatura na kojoj zrna plastičnog granulata i/ili praha počinju da se tope samo po površini, ali se ne istope potpuno, će se u daljem tekstu nazivati "temperaturom topljenja".

Plastično izliveno telo bi trebalo, poželjno je, da bude napravljeno od materijala visoke ili veoma visoke molekularne težine da bi se sprečilo da se plastični materijal previše međusobno stopi, kao i formiranje loših pora. U ovom pronalasku se, poželjno je, koriste polietilen (koji ima visoku molamu masu (oko 200,000 do 5 miliona g/mol), skraćenica: HD-HMW-PE (High Densitv - High Molecular Weight - Polyethylene, polietilen visoke gustine i visoke molekularne težine, prim. prev.) ili ima ultra-visoku molarnu masu (3 miliona do 6 miliona g/mol), skraćenica UHMW-HD-PE (Ultra High Molecular Weight - High Densitv - Polyethylene, polietilen ultra-visoke molekularne težine i visoke gustoće, prim. prev.) ili, takođe, polipropilen. Polietilen prosečne gustine takođe može ponekad da se koristi ukoliko se termička obrada izvodi pažljivo tako da se izbegne potpuno topljenje. Poželjno je, međutim, da se koriste materijali koji imaju .višu molekularnu težinu.

Prosečna dimenzija zrna plastičnog granulata ili praha koji se koristi bi, poželjno je, trebalo da bude u okviru između 1 um i 5 mm. Posebno je poželjna upotreba granulata kod kojeg je više od 80% zrna veće od 500um, praha u kome više od 65% zrna ima dimenzije između 250 i 500um, ih njihove mešavine.

Temperatura sinterovanja i vreme trajanja sinterovanja se tako bira da se postigne željeni stepen stapanja zajedno sa željenom poroznošću. Poželjno je da temperatura sinterovanja bude u rasponu između 80°C i 220°C, poželjnije između 120°C i 160°C, u zavisnosti od toga koji se plastični materijal koristi. Na primer, temperatura sinterovanja od 150°C je idealna za plastiku koja ima temperaturu topljenja 80°C. Vreme trajanja termičke obrade je, poželjno je, u okviru između 30 minuta i 180 minuta, posebno između 60 minuta i 120 minuta. Vreme trajanja termičke obrade mora da bude odabrano tako da se omogući kompletno zagrevanje plastičnog granulata ili praha od strane (A) do strane (B).

Pokazalo se da je posebno pogodno ako se postigne temperaturni gradijent od 1 do 25°C, poželjno 5 do 15°C, između strane (A) i strane (B) tokom termičke obrade.

Pore aeratora prema pronalasku, poželjno je, imaju prosečan prečnik na strani (A) izlaza vazduha u rasponu između 1 um do 1500 um, a posebno poželjno 10 um do 1000 um, a prosečan prečnik na strani (B) ulaza vazduha u rasponu između 5 um do 3000 um, a posebno poželjno 20 um do 1500 um. Osim toga, poželjno je da prosečan prečnik pora na strani (A) izlaza vazduha bude 20 do 80% manji od prosečnog prečnika pora na strani (B) ulaza vazduha.

Aerator prema ovom pronalasku, poželjno je, ima debljinu od 2 do 30mm, posebno poželjno 3 do 12mm.

Uz činjenicu da je proizvodnja izuzetno jednostavna, dimenzije pora mogu da se podešavaju po želji u zavisnosti od izbora dimenzije granulatnog plastičnog materijala ili plastičnog materijala u prahu, vremena termičke obrade i temperature zagrevanja. Prema tome, aeratori koji imaju različitu poroznost mogu da se proizvode na jednostavan način. Dodatna prednost sastoji se u tome da nikakvi aditivi, kao smole, vezivna sredstva ili slično, nisu potrebni za proizvodnju aeratora prema ovom pronalasku.

Pokazalo se posebno korisno ako se na kraju termičke obrade temperatura privremeno poveća u cilju specifičnog zagrevanja spoljnog površinskog sloja strane (A) aeratora Spoljni sloj aeratora se na ovaj način privremeno zagreje na višu temperaturu tako da se plastični materijal na tom mestu stapa u nešto većoj meri i kao rezultat se dobija čak manji prečnik pora u toj oblasti.

Goreopisanim procesom proizvodnje mogu da se izrađuju aeratori bilo kog tipa, poželjno je u obliku ploče ili cevi.

Kratak, opis crteža

U daljem tekstu je pronalazak opisan uz pozivanje na priložene crteže, na kojima

Slika 1 i slika 2 prikazuju aeratore proizvedene prema pronalasku. Slika 1 prikazuje aerator koji može da se koristi kao aerator u obliku ploče, dok slika 2 prikazuje aerator koji može da se koristi kao aerator u obliku cevi. Strelice na slikama 1 i 2 pokazuju smer u kojem vazduh struji kroz aerator.

Detaljan opis pronalaska

Aerator u obliku ploče prikazan na slici 1 ima manje pore na strani iz koje izlazi vazduh, označenu slovom (A), nego na strani na kojoj ulazi vazduh koja je označena slovom (B). Kada je postavljen u pogonu za preradu otpadnih voda aerator se koristi tako što se strana (A) iz koje izlazi vazduh, koja ima manje pore, okreće ka otpadnoj vodi u koju treba da se uvede vazduh.

U slučaju aeratora u obliku cevi, prikazanog na slici 2, manje pore su na spoljašnjoj strani (A) cevi, a veće pore su na unutrašnjoj strani (B) cevi. Strana (A) koja ima manje pore, tj. spoljna strana cevi, je takođe okrenuta ka otpadnoj vodi u koju treba da se uvede vazduh u ovom slučaju. Kada se uvodi vazduh u otpadnu vodu, vazduh prolazi sa unutrašnje strane (B) cevi ka spoljnoj strani (A) cevi čime se usmerava u otpadnu vodu.

Kod aeratora u obliku cevi moguće je postaviti centralnu cev sa žlebovima na unutrašnjoj strani cevi u cilju ojačanja. Ovakva cev se, poželjno je, pravi od PVC-a (Polyvinyl Chloride- polivinil-hlorid, prim. prev.) ili termootpornog polietilena.

Pri proizvodnji aeratora u obliku cevi koji je ojačan pomoću centralne cevi postoji mogućnost hlađenja unutrašnje strane centralne cevi pre ili posle završetka termičke obrade. Centralna cev, koja se takođe do određene mere zagreva tokom termičke obrade, je ovim skoro žarena da bi se sprečilo međusobno pritiskanje za verme hlađenja usled pojave skupljanja plastičnog materijala.

Zahvaljujući osobini da je prečnik pora na strani (A), na kojoj vazduh izlazi, manji nego na suprotnoj strani (B), na kojoj ulazi, postiže se manji pad pritiska pri protoku vazduha nego kod materijala koji imaju uniformne dimenzije pora. Za uzvrat, manji pad pritiska omogućava efikasnu gasifikaciju na niskim pritiscima, čime se postiže visoka iskoristivost datih performansi aeratora. Površina aeratora može veoma lako da se očisti od naslaga i kamenca, na primer jednostavnom udarnom aeracijom. Konačno, aeratori su veoma mehanički postojani i otporni na lom.

Primer

Proizvodnja aeratora u obliku cevi

Kružni aluminijumski kalup, koji može da se zagreje pomoću grejne obloge, koristi se kao peć za sinterovanje. U sredini kalupa postavljeno je jezgro u obliku šipke, takođe napravljeno od aluminijuma. Zazor između jezgra i aluminijumskog kalupa se ispunjava sa 610g granula HDPE (High Densitv Polyethylene, polietilen visoke gustoće, prim. prev.) (p=0.952-0.956 g/cm<3>, 80% granula dimenzije veće od 500 um) koje se protresu unutar kalupa. Zazor između jezgra i aluminijumskog kalupa je 5mm, pa, prema tome, aerator koji se dobija će imati odgovarajuću širinu zida, tj. debljinu. Mešavina se sinteruje zagrevanjem aluminijumskog kalupa pomoću grejne obloge do 150°C za vreme od 70 minuta. Temperaturni gradijent između strane koja je okrenuta ka aluminijumskom kalupu i strane koja je okrenuta ka jezgru je oko 7°C. Potom dolazi do hlađenja na sobnu temperaturu i vađenja iz kalupa.

Aerator naparavljen na ovaj način ima dimenzije pora na strani (A) izlaska vazduha u rasponu od 150 do 350 um, sa prosečnim prečnikom pore od 290 um i dimenzije pora na strani (B) ulaska vazduha u rasponu od 400 do 850 um, sa prosečnim prečnikom pore od 490 um.

Da bi se odredila dimenzija pora, isečeni su komadi aeratora kao uzorci i ispitani kako na stereomikroskopu, tako i na elektronskom mikroskopu. Dimenzije pora su određene merenjem odgovarajućih slika.

Prosečni prečnici pora, koji su ovde navedeni, predstavljaju aritmetičku sredinu određenu iz većeg broja odvojeno izmerenih prečnika pora.

Claims (9)

1. Aerator naznačen time što se sastoji od poroznog plastičnog izlivenog tela koje ima pore koje su manje na strani (A) izlaza vazduha nego na strani (B) ulaza vazduha, a koje se nalaze jedna nasuprot druge.

2. Aerator prema patentnom zahtevu 1, naznačen time što je plastično izliveno telo napravljeno od polietilena ili polipropilena.

3. Aerator prema patentnom zahtevu 1 ili 2, naznačen time što pore imaju prosečan prečnik od 1 um do 1500 ura na strani (A) izlaza vazduha i prosečan prečnik od 5 um do 3000 um na strani (B) ulaza vazduha.

4. Aerator prema jednom ili više patentnih zahteva od 1 do 3, naznačen time što je prosečni prečnik pore na strani (A) izlaza vazduha 20 do 80% manji od prosečnog prečnika pore na strani (B) ulaza vazduha.

5. Aerator prema jednom ili više patentnih zahteva od 1 do 4, naznačen time što ima oblik ploče ili cevi.

6. Upotreba poroznog plastičnog izlivenog tela, kao što je definisano u jednom ili više patentnih zahteva od 1 do 4, kao aeratora.

7. Upotreba prema patentnom zahtevu 6, naznačeno time što je aerator oblika ploče ili cevi.

8. Postupak za proizvodnju aeratora, kao što je definisano u jednom ili više patentnih zahteva od 1 do 4, naznačen time što se sastoji iz sledećih koraka: (a) ispunjavanje kalupa plastičnim granulatom i/ili prahom, (b) grejanje kalupa ispunjenog plastičnim granulatom i/ili prahom dok zrna plastičnog granulata i/ili praha počnu da se tope po površini; strana na kojoj treba da se dobiju manje pore se greje do više temperature nego suprotna strana, (c) hlađenje na temperaturu između 60°C i sobne temperature, i (d) vađenje izrađenog plastičnog izlivenog tela iz kalupa.

9. Postupak prema patentnom zahtevu 8, naznačen time što je srednja dimenzija granulata i/ili praha 1 um do 5 um.

1. Upotreba poroznog plastičnog izlivenog tela, koje ima pore koje su manje na strani (A) izlaza vazduha nego na strani (B) ulaza vazduha, a koje se nalaze jedna nasuprot druge, kao aeratora.

2. Upotreba prema patentnom zahtevu 1, naznačeno time što je plastično izliveno telo napravljeno od polietilena ili polipropilena.

3. Upotreba prema patentnom zahtevu 1 ili 2, naznačeno time što pore imaju prosečan prečnik od 1 um do 1500 um na strani (A) izlaza vazduha i prosečan prečnik od 5 um do 3000 um na strani (B) ulaza vazduha.

4. Upotreba prema jednom ili više patentnih zahteva od 1 do 3, naznačeno time što je prosečni prečnik pore na strani (A) izlaza vazduha 20 do 80% manji od prosečnog prečnika pore na strani (B) ulaza vazduha.

5. Upotreba prema jednom ili više patentnih zahteva od 1 do 4, naznačeno time što aerator ima oblik ploče ili cevi.