CN101411968A - 曝气系统用的散气器 - Google Patents

Abstract

一种曝气系统用的散气器，包含：一基座及一气体扩散膜。该基座包括一承载盘及一进气管，该承载盘中央形成有一喷气孔并具有一承载面，该进气管连接于该承载盘的承载面的相反侧，并具有一与该喷气孔相连通的通道。该气体扩散膜设置于该承载盘的承载面，且该气体扩散膜的边缘与该承载盘的承载面密合，该气体扩散膜包括由纤维构成的一邻近该承载盘的进气层及一层叠于该进气层上的支撑层，且该进气层是由直径介于50奈米～5微米的纤维所制成的不织布，且其基重介于20～150克/平方公尺。可具有细化气泡，大幅提升溶氧速率的功效。

Description

曝气系统用的散气器

【技术领域】

本发明涉及一种曝气系统(aeration)用的散气器(diffuser)，特别是涉及一种利用不织布的孔隙使气流进入水中时形成较细的气泡以增加溶氧速率的散气器。

【背景技术】

一般使用好氧(aerobic)生物处理方式(biological treatment)的污水(sewage)或废水(wastewater)处理系统以及养殖池等，通常利用曝气系统增加水中溶氧量以提供水中生物所需的氧。

曝气系统包含数个散气器、一与各散气器连接的输气管路，及一与输气管路连接的鼓风机。散气器大多设在水池或水槽底部，利用鼓风机将空气加压输入输气管路后，空气再通过散气器形成气泡进入水中。散气器主要用以使气流扩散以增加出气面积，并使气流通过微孔隙再进入水中，可产生较细小的气泡，以增加溶氧速率。现有的散气器，例如美国专利案第5,330,688号所揭露的，如图1所示，包含一与输气管91连接的基座92及一覆盖于基座92上的气体扩散膜93，基座92呈圆盘状且其气体扩散膜93呈圆形，参见图2，气体扩散膜93是利用弹性材料制成并形成有环状排列的透气孔94，以供气流通过后形成气泡。为了形成较细小的气泡，透气孔94的尺寸越小且密度越高者较佳，但是由于弹性材料具有相当的韧性，较不易加工形成微小的穿孔，且为了使气体扩散膜93具有一定的强度，单一个膜面所能形成穿孔的数量有限，使得穿孔密度较低。目前市售的散气器的气体扩散膜所用的弹性材料，常见的是合成橡胶，例如三元乙丙橡胶(EPDM rubber，ethylene propylene diene monomer rubber)、热塑性弹性体(TPE，thermal plastic elastomer)等，而形成的透气孔尺寸仅在毫米(mm)等级。

因此，如何使气体扩散膜的透气孔更微小化并增加穿孔密度，以能形成更细化的气泡，仍有很大的改进空间。

【发明内容】

为了解决弹性材料不易形成微小穿孔且穿孔密度不高的难题，发明人等经过多方研究与实验发现，利用具有微米级孔隙大小(poresize)之不织布，例如熔喷不织布，为进气层，以及利用基重较重，亦即强度较强，但是孔隙较大的织布或不织布作为支撑层，形成复合层体结构的气体扩散膜。当气流欲通过气体扩散膜时，须先通过孔隙较小且较密的进气层，再通过孔隙较大的支撑层进入水中。藉由进气层的不织布本身具有大量的孔隙，加上其微米级的孔隙大小，可以增加气体扩散膜的孔隙密度。且因为气流通过微细孔隙的速率较慢，所以可使气流先横向扩散，均匀地分布于进气层表面，以增加出气面积。当气流通过进气层时可形成更细化的气泡，故能大幅提升溶氧速率。又，作为支撑结构的支撑层，可使气体扩散膜具有适当强度以抵抗气流的冲击力，增加气体扩散膜的使用寿命。

本发明的目的是在提供一种可以细化气泡以大幅提升溶氧速率的曝气系统用的散气器。

本发明曝气系统用的散气器，包含：一基座及一气体扩散膜。该基座包括一承载盘及一进气管，该承载盘中央形成有一喷气孔并具有一承载面，该进气管连接于该承载盘的承载面的相反侧，并具有一与该喷气孔相连通的通道。该气体扩散膜设置于该承载盘的承载面，且该气体扩散膜的边缘与该承载盘的承载面密合，该气体扩散膜包括由纤维构成的一邻近该承载盘的进气层及一层叠于该进气层上的支撑层。

该进气层以直径介于50奈米～5微米的纤维所制成的不织布为宜，且其基重较佳的是介于20～150克/平方公尺，而该进气层的孔隙尺寸较佳的是介于1～20微米，更佳的是介于5～12微米。

此外，该支撑层以直径介于20微米～200微米的纤维所制成的织布或不织布为宜，该支撑层的基重介于100～500克/平方公尺，且其孔隙尺寸较佳的是介于8～100微米，更佳的是介于10～30微米。

本发明的有益效果在于：本发明曝气系统用的散气器利用具有高密度微细孔隙的不织布作为进气层，可增加出气面积，并能形成更细化的气泡，而能大幅提升溶氧速率。

【附图说明】

图1是一示意图，说明一现有的散气器；

图2是一示意图，说明一现有的气体扩散膜；

图3是一剖视示意图，说明本发明曝气系统用的散气器的第一较佳实施例；

图4是一立体分解图，说明该第一较佳实施例与一输气管；

图5是一剖视示意图，说明该第一较佳实施例在一通气状态；

图6是一示意图，说明该第一较佳实施例应用于一曝气系统；

图7是一立体分解图，说明本发明曝气系统用的散气器的第二较佳实施例；

图8是一图7的另一角度视图，说明该第二较佳实施例。

【具体实施方式】

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明：

如图3、图4与图5所示，说明本发明曝气系统用的散气器的第一较佳实施例。本发明第一较佳实施例的散气器1包含一基座2、一气体扩散膜3及一逆止阀33。基座2包括一圆形的承载盘21及一进气管22，承载盘21中央形成有一喷气孔211并具有一承载面212，进气管22连接于承载盘21的承载面212的相反侧213，并具有一与喷气孔211相连通的通道221，进气管22的外壁面形成有螺纹222，以供与一输气管81锁接。气体扩散膜3设置于承载盘2的承载面212，包括一邻近承载盘22的进气层31、一层叠于进气层31上的支撑层32。进气层31与支撑层32分别由不同直径大小的纤维所制成，进气层31使用较细的纤维以形成较细密的孔隙，借此可使气流在进气层31与承载盘21之间进行横向扩散时，由于进气层31孔隙较小，可减缓气流通过的速率，使得气流可在承载盘21表面均匀扩散，增加出气面积。进气层31的孔隙尺寸以介于1～20微米较佳，更佳的是介于5～12微米的孔隙尺寸。为了达到前述孔隙尺寸，以使用熔喷法(melt-brown)制成的不织布较佳，其基重可介于20～150克/平方公尺，其纤维直径可介于50奈米～5微米，纤维材质可选用例如聚酯(polyester)、聚丙烯(polypropylene)、聚乙烯(polyethylene)等适用于制作不织布的化学纤维材质，但是并不以前述材质为限。此外，熔喷不织布的结构可为单层或多层。

支撑层32的强度大于进气层31，主要作为支撑结构，用以强化进气层31，增加进气层31耐气流冲击的能力。支撑层32可使用基重介于100～500克/平方公尺的织布或不织布，其纤维直径可介于20微米～200微米，纤维材质可选用例如聚酯、聚丙烯、聚乙烯等化学纤维，但是并不以前述材质为限。支撑层32的孔隙尺寸以介于8～100微米较佳，更佳的孔隙尺寸是介于10～30微米。适用于支撑层32的不织布可用纺粘法(spun-bonded)制作，并可为单层或多层结构的不织布。在本实施例中，进气层31为熔喷不织布，支撑层32为纺粘不织布，进气层31与支撑层32经由热压粘合为一体结构的气体扩散膜3。

逆止阀33具有一固设于支撑层32侧的顶面部331，及一固设于进气层31侧的底锥部332，顶面部331与底锥部332将支撑层32与进气层31夹置其间，且底锥部332的锥形部分可移动地容置于喷气孔211中。逆止阀33是以不透水材质制成，且以弹性材料较佳，在本实施例中，逆止阀33是以聚氨酯(Poly Urethane)制成并粘合固定于气体扩散膜3中央处，而气体扩散膜3周缘以超音波粘合于承载盘21的承载面212的周缘。本实施例以复合不织布制成的气体扩散膜3，相较于现有的合成橡胶制的气体扩散膜，不但具有质量轻的优点，且可利用超音波直接粘合于承载盘21，而使组装程序更为简便。

再参阅图3与图5，如图5中的箭头方向所示，当气流由进气管22的通道221进入时，气流可将逆止阀33往上提升，使逆止阀33的底锥部332部分移出承载盘21的喷气孔211，形成气流可通过的空隙，气流即可通过喷气孔211往承载盘21的外周缘方向扩散，由于进气层31的孔隙为微米等级，非常微小，可减缓气流通过的速度，使得气流可以均匀的布满承载盘21的承载面212，并能到达远离喷气孔211的外周缘处。借此，除了能增加出气的面积范围，也使气流通过进气层31后，在水中形成更细化的气泡，而增加溶氧速率。当未输送气流时，如图3所示，逆止阀33的底锥部332位于喷气孔211中，可将喷气孔211封闭，以防止水流入输气管路80(参阅图6)中。

如图6所示，本发明的散气器1适用与输气管路80组装形成曝气系统8，以装设于水池底部82，前述水池可以是污水或废水处理系统的曝气池，或是水产养殖池等，需要增加水中溶氧量的水池。输气管路80外接鼓风机(图中未示)以将气体(一般为空气)经由输气管路80传送至散气器1，再参阅图5，气流在散气器1的承载盘21面扩散后，再通过具有微米级孔隙的进气层31以及支撑层32后进入水中，而形成微细化的气泡，能大幅提升溶氧速率。

如图7与图8所示，说明本发明曝气系统用的散气器的第二较佳实施例。本发明第二较佳实施例的散气器4与第一较佳实施例大致相同，其所差异之处在于，第二较佳实施例的散气器4还包含一固定环5，气体扩散膜6是利用固定环5与基座7螺锁固定，而使气体扩散膜6的周缘与基座7的承载盘71表面密合。为了使气体扩散膜6的周缘与基座7能达到气密效果，气体扩散膜6的周缘表面涂布有防水的弹性材料层61，该弹性材料可举例如聚氨酯。基座7的承载盘71上形成有与固定环5的穿孔51相配合的螺孔711，且气体扩散膜6上也具有相对应的穿孔611，以供螺丝52锁接，而将气体扩散膜6的周缘夹置于固定环7与承载盘71之间。本发明第二较佳实施例是提供另一种固定气体扩散膜的方式，其功能及应用可参照第一较佳实施例，在此不再重复说明。

溶氧率实验

实验例是使用本发明的散气器，其进气层为聚丙烯(PP)材质的熔喷不织布，基重为60g/m²，孔隙尺寸(pore size)的平均值约为7.5μm。支撑层为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)材质的纺粘不织布，基重为220g/m²，孔隙尺寸(pore size)的平均值约为11μm。进气层与支撑层利用热压粘合为一体结构以作为气体扩散膜。散气器的盘面直径约30公分。

比较例是使用市售商品的散气器(楷欣企业有限公司，型号Disc-300)，其气体扩散膜材质为EPDM橡胶，散气器的盘面直径约30公分。

实验步骤如下：分别将实验例与比较例的散气器置入装有100公升自来水的测试池1及测试池2中，并以30L/min的通气量，持续曝气10分钟，分别量测在曝气前后测试池1、2中池水的溶氧量，用以比较实验例与比较例的溶氧速率。实验的环境温度为28.8℃，测量结果如表1所示。

表1

 

	曝气前溶氧量(mg/L)	曝气后溶氧量(mg/L)	增加溶氧量(mg/L)
				实验例	4.56	7.87	3.31
比较例	5.17	7.18	2.01

由表1可知，在相同的通气量及经过相同的曝气时间的条件下，使用实验例所增加的水中溶氧量为3.31mg/L，而使用比较例仅增加2.01mg/L，实验例相较于比较例可多增加水中溶氧量约65％，显示本发明的散气器具有大幅提升溶氧速率的优点。

综上所述，本发明曝气系统用的散气器利用具有高密度微细孔隙的不织布作为进气层，可增加出气的面积范围，并能形成更细化的气泡，而能大幅提升溶氧速率。

Claims (10)

1.一种曝气系统用的散气器，包含：一基座及一气体扩散膜，该基座包括一承载盘及一进气管，该承载盘中央形成有一喷气孔并具有一承载面，该进气管连接于该承载盘的承载面的相反侧，并具有一与该喷气孔相连通的通道；其特征在于：该气体扩散膜设置于该承载盘的承载面，且该气体扩散膜的边缘与该承载盘的承载面密合，该气体扩散膜包括由纤维构成的一邻近该承载盘的进气层及一层叠于该进气层上且基重大于该进气层的支撑层，其中该进气层是由直径介于50奈米～5微米的纤维所制成的不织布，且其基重介于20～150克/平方公尺。

2.如权利要求1所述的曝气系统用的散气器，其特征在于：该进气层的孔隙尺寸介于1～20微米。

3.如权利要求2所述的曝气系统用的散气器，其特征在于：该进气层的孔隙尺寸介于5～12微米。

4.如权利要求1或2所述的曝气系统用的散气器，其特征在于：该支撑层是由直径介于20微米～200微米的纤维所制成的织布或不织布，且其基重介于100～500克/平方公尺。

5.如权利要求4所述的曝气系统用的散气器，其特征在于：该支撑层的孔隙尺寸介于8～100微米。

6.如权利要求5所述的曝气系统用的散气器，其特征在于：该支撑层的孔隙尺寸介于10～30微米。

7.如权利要求1所述的曝气系统用的散气器，其特征在于：该气体扩散膜的边缘直接粘合固定于该承载盘。

8.如权利要求1所述的曝气系统用的散气器，其特征在于：该曝气系统用的散气器还包含一设于该气体扩散膜的逆止阀，该逆止阀由不透水材质所制成并用以于该喷气孔未进气时封闭该喷气孔。

9.如权利要求8所述的曝气系统用的散气器，其特征在于：该逆止阀具有一固设于该支撑层侧的顶面部，及一固设于该进气层侧的底锥部，该顶面部与该底锥部将该支撑层与该进气层夹置其间，且该底锥部的锥形部分可移动地容置于该喷气孔中。

10.如权利要求1或8所述的曝气系统用的散气器，其特征在于：该曝气系统用的散气器还包含一与该承载盘组接的固定环，且该气体扩散膜的边缘夹置于该固定环与该承载盘之间。

Images