CN1015886B

CN1015886B - 曝气装置

Info

Publication number: CN1015886B
Application number: CN86106673A
Authority: CN
Inventors: 奥村宗弘; 野村教雄; 松田正; 城户亚二郎; 石井新一; 服部英树
Original assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority date: 1985-10-11
Filing date: 1986-10-11
Publication date: 1992-03-18
Also published as: EP0218253B1; EP0218253A3; JPH084731B2; CN86106673A; JPS62168526A; US4690764A; CA1309193C; DE3684218D1; KR900005507B1; KR870003940A; EP0218253A2

Abstract

本发明涉及一种曝气装置，包括喷射流发生器以供从喷嘴喷射混合状态的气体与液体，以及管状流道矫直器用于混合喷嘴喷射的含空气泡流体与周围环境水，并从排放喷嘴排放出在其中生成的混合物，其特征在于流道矫直器呈管状而其内径从入口到排放喷嘴方向所通过的一段长度上逐渐缩小。此曝气装置可产生含微小气泡的流体，甚至当所供应的气体量达到气体对液体的体积比为3/1，仍能产生相同的效果。

Description

本发明涉及在液体中分散与溶解气体所用的装置，具体地说，涉及以含气泡流体的形式喷射大气中氧气、并将所喷射的氧气溶解在其周围环境的水中所用的曝气装置，此种曝气装置适用于对有机废水、生物工艺中应用的各种液体介质及湖水等等进行需氧生物处理。

已知的传统用于在液体中溶解气体的装置，包括诸如用于将大气中的氧溶解在水中的装置，有些带有安装在水箱中的空气扩散管，用来鼓送空气并从水中通过，有些则是将大气中氧溶解于水的装置，它包括喷射机构，先将空气与水进行混合然后喷射所产生的混合物（例如，在日本实用新型第54560/′82号及日本专利公报第41290/′82号中所述的装置）。

然而，当使用的装置是管型空气扩散器时，则形成相当大（其直径为十或几十毫米）的空气泡。基于此理由，大气中氧气的溶解效率（即溶解的氧气量与供应的氧气量之比）是很低的，以致氧气溶解效率最大值只有7%左右，因此，在设置空气扩散管的水箱中，水中所含的平均氧气浓度是非常低的。另一方面，喷射器型的装置则能以水平流的形式排放微小的空气泡。因此，将应用喷射器的方法与应用空气扩散管或机械曝气的方法进行比较，则前者较后者的氧气溶解效率要高，且空气能更均匀地分散在进行处理的水中。不过，传统的喷射器的缺点是在空气对水的混合比例约为1/1或更低时才能产生含微小空气泡的流体。当空气的供应量增加时，所生成的空气泡的直径也会变大，这些空气泡更倾向于聚结在一起而成为更大的空气泡，以致空气泡在水中的分散程度变得更差，从而降低了氧气的溶解效率。基于此理由，欲供应足够大量的气体就成为不可能了。

本发明的目的是提供一种曝气装置，即使对该装置供应的气体量增加到气体对液体的体积比为3/1，该装置仍能产生含微小气泡的流体，而且这些小气泡不会聚结成大气泡。

本发明还介绍应用该曝气装置对废水进行需氧生物处理的方法，其中所用曝气装置向废水各部分均匀地供应微小空气泡，以便达到高的氧气溶解效率，使废水受到充分搅拌，使微生物与污染物充分接触，从而能高效率地处理废水。

按照本发明提供的曝气装置，包含一个喷射流发生器，用于从喷咀喷射出处于混合状态的气体和液体;及一个管状流道矫直器，用于使喷咀喷出的含气泡流体与周围环境的水混合，并从其上的排放咀放出所成的混合物，其特征在于，所述喷射流发生器具有一个液体入口;至少一个气体入口;一个外部喷咀及至少一个内部喷咀;所述液体入口通过内部喷咀与喷射流发生器的内部空间相连通;所述流道矫直器呈管状，其内径在由入口朝向排放喷咀方向的至少其一段长度上是逐渐缩小;而外部喷咀的放置方式是使它与流道矫直器基本上共轴，其咀尖则位于邻近该流道矫直器的入口之处。

应用本发明的装置对水箱中废水进行需氧生物处理的方法中，包括下列步骤：

a）提供一个曝气装置，它包含：一个喷射流发生器，用于从喷咀喷射出处于混合状态的气体和液体;及一个管状流道矫直器，用于使喷咀喷出的含空气泡流体与周围环境的水混合，并从其上的排放喷咀放出所生成的混合物。其特征在于，所述喷射流发生器具有一液体入口;至少一个空气入口;一个外部喷咀及至少一个内部喷咀;所述液体入口通过内部喷咀与喷射流发生器的内部空间相连通;所述流道矫直器呈管状，其内径在由入口朝向排放喷咀的至少其一段长度上是逐渐缩小;而外部喷咀的放置方式是使它与流道矫直器基本上共轴，其咀尖则位于邻近该流道矫直器的入口之处。

b）将所述曝气装置安装于水箱中，使该曝气装置位于水面下至少2米的地方，而流道矫直器的排放喷咀位于沿排放喷咀放出的含空气泡流体的流道方向上，从排放喷咀至与其相对的水箱壁的距离不小于3米;

c）在水箱中放置两个隔板，使该隔板基本上与从排放喷咀放出的含空气泡流体平行，隔板所限定的隔间宽度不大于5米，而所述曝气装置是放置在与该两隔板等距离的位置处;

d）向曝气装置供应一种气体及一种液体，并在排放喷咀处产生流速不小于每分1.5米的含空气泡的流体。

图1及2说明本发明的曝气装置的两个基本具体实施方案的截面简图。

图3至7说明本发明的曝气装置的数个修改的具体实施方案的截面简图。

图8至9为按照本发明的方法用一个或多个隔板把一个水箱分隔成多个隔间的平面简图;

图10为图9说明的水箱的截面简图。

本发明的曝气装置将参照附图更详细地加以说明。

图1及2说明本发明的曝气装置的两个基本具体实施方案的截面简图。图1的具体实施方案中的流道矫直器是一个单管，图2的具体实施方案中的流道矫直器是一付套管。

本发明的曝气装置包括一个喷射流发生器1及一个流道矫直器2。所述喷射流发生器1具有一个液体入口3，一个气体入口4，一个外部喷咀5及一个内部喷咀6，而内部喷咀6位于喷射流发生器1之内。所述液体入口3通过内部喷咀6与喷射流发生器1的内部空间相连通。

虽然每个喷咀可由细狭的、直的管子组成，但最好是在朝向咀尖的方向，该管的一段的内径渐渐缩小。在所说明的具体实施方案中，虽然所述喷咀的放置方式是使它们指向同一方向，并彼此间互相排齐，但这样的放置并非是必需的。例如，各喷咀可放置成彼此间成120°角。

供应到喷射流发生器1中的液体是通过液体入口3导入，然后通过内部喷咀6注入喷射流发生器1的内部空间。因此，所述液体的供应压力通常是1至40公斤/平方厘米（表压）、最好为1.5至25公斤/平方厘米（表压）。虽然，气体入口4为导入含氧气体如空气、纯氧气或富氧空气的入口，也可由此向喷射流发生器中导入溶有高浓度氧气的水。由内部喷咀6注射的液体与由气体入口4供应的气体，在喷射流发生器内混合在一起形成包含微小气泡的液体。并从外部喷咀5把这含微小气泡的液体喷到喷射流发生器1的外部。

当以5至40公斤/平方厘米（表压）的压力向喷射流发生器供应液体，并以0.2至0.7公斤/平方厘米（表压）的压力向喷射流发生器供应气体时，所述的气体能很好地分散和溶解在液体中。其结果，从流道矫直器排放出来的流体包含很微小的气泡（其直径为1毫米或更小）并使这些微小气泡分散在整个水箱的废水中。

所述流道矫直器2是一个带开口端的管子，其内径在入口7处为最大，在由入口7朝向排放喷咀8的至少一段长度其内径是逐渐缩小的。更具体地说，所述内径在由入口7至排放喷咀8的整个长度上逐渐缩小，或者只在由入口7至介于入口至排放喷咀间的某中间点的部分其内径逐渐缩小。在后一种情况下，即只是在由入口7至介于入口与喷咀间的某点的部分其内径逐渐缩小，而其余部分的内径则保持不变，或者甚至可以再逐渐增大。从入口7开始的管子内径逐渐缩小的那一段的长度最好不小于流道矫直器总长度L的1/4，以约2/3至1/3为更好。

所述流道矫直器2应呈管状，并且从入口7处朝向排放喷咀8的至少一段长度范围内直径逐渐缩小，这一点极为重要。也就是这种管状形式能保持气泡是微小的而不致发生聚结作用，甚至当气体对液体的混合比提高2/1至3/1，仍然不会发生聚结作用。所述流道矫直器2的入口7处的内径为1.4至4倍于该流道矫直器2的最小内径B。

所述流道矫直器可用多种材料制造。虽然所述流道矫直器的内部表面可稍为粗糙些，但以尽可能光滑的内部表面为最好。特别是在具有最小内径的部分，表面粗糙的程度对含空气泡的流体中的气泡的状态有很大的影响。

关于所述喷射流发生器1与所述流道矫直器2的相对位置，必须使外部喷咀5位于与流道矫直器2共轴的位置，且喷咀5的咀尖部分须位于邻近流道矫直器入口7处。所述外部喷咀5的咀尖部分不必深入地插在流道矫直器的内部空间内，外部喷咀5只须位于它所喷射的全部含空气泡的流体能被流道矫直器接受的位置。在极端的情况下，外部喷咀的咀尖可位于恰好在流道矫直器入口处的外面。然而，通常方式是使外部喷咀的咀尖恰好在流道矫直器的入口处的里面。

在这种曝气装置中，若喷射流发生器1的外部喷咀5的内径用A表示，流道矫直器的最小内径用B表示，则A/B的值以0.1至0.5、外部喷咀5的总长L以20A至100A为最好。

如果A/B之值小于0.1，则从排放喷咀放出的含空气泡的流体的流速会减慢，而从周围环境吸入水的吸力也会减弱，从而空气泡的分散效应会降低，结果生成的空气泡的直径有变大的趋势。另一方面，如果A/B之值大于0.5，则在流道矫直器2内形成涡流的趋势增大，使空气泡之间相互碰撞并使空气泡增大。

如果外部喷咀5之总长L小于20A，流道矫直器2不能充分体现使空气泡与周围环境的水密切混合的功能，也就不能避免空气泡发生聚结，也不能充分体现其消除溶解的氧气浓度的局部高峰值的功能以改进氧气溶解效率。另一方面，如果总长L大于100A，流道矫直器就过分长了，会有再次发生空气泡聚结的趋势，从而使排放喷咀8放出的含空气泡的流体的流速慢到不合要求的程度。

虽然如上所述流道矫直器可以只是一个单管，但也可用如图2所示的套管形式的流道矫直器。在这种情况下，如上所述，流道矫直器的主体或外管2呈管状，而其内管9是具有类似外管2的形状的具开口端的管子。如图2所示，外管2与内管9放置成使内管9与外管2成为基本上共轴的、并且内管的入口10与外管的入口7处基本上平齐的位置。若内管的最小内径用C表示时，则以C/B之值为0.5至0.7、内管的总长L′较外管的总长L要小并且L′在10A至50A范围内为最好。这种套管形式的流道矫直器比起图1所示的流道矫直器的优点在于含空气泡的流体的排放距离比较长。

基本上，本发明的曝气装置具有上述的结构。然而，可进行各种修改和（或）提供辅助装置以便形成更微小的空气泡并改进氧气溶解效率。

在一个优选的修改的具体实施方案中，在喷射流发生器中提供串连排布的多个内部喷咀。图3所显示的具体实施方案中两个内喷咀是串连排布的。在这情况下，喷射流发生器具有液体入口3，第一与第二气体入口12与13，外部喷咀5，及第一与第二内部喷咀14与15。喷射流发生器1的内部空间被第二内部喷咀15分隔成第一室16与第二室17。第一室16与第一气体入口12连通，并通过第一内部喷咀14也与液体入口3连通。第二室17与第二气体入口13及外部喷咀5连通。通过第一喷咀14供应的液体及通过第一气体入口12供应的气体在第一室16中混合在一起形成含微小气泡的液体。此种含空气泡的液体通过第二内部喷咀15注入第二室17中，该含空气泡的液体于此处与第二气体入口13供应的气体进行混合，形成含更微小气泡的液体。然后从喷咀5将这含空气泡的液体喷射到喷射流发生器1的外部。

若第二内部喷咀15的咀尖部分的内径用A′表示，外部喷咀5的咀尖部分的内径用A表示，A′/A之值最好不大于1。如果此比值大于1，排布成串连形式的各内部喷咀的作用会减低。如果此比值是0.8或更小，在第一室16中的气体溶解效应得到提高，而在第二室17中所述气体会更密切地与所述液进行混合，从而使从流道矫直器排放出来的含空气泡的流体更均匀。

虽然应用两个排布成串连形式的内部喷咀已在上述具体实施方案中叙述过，但也还可以在喷射流发生器中提供三个或更多的排布成串连形式的内部喷咀。

在另一优选的修改的曝气装置具体实施方案中，如图4及5所示可在喷射流发生器中设置折流板。折流板18或19的作用机制是使由液体入口3供应的、通过内部喷咀6注入喷射流发生器1的内部空间并发生相当程度减压的液体与折流板18或19发生碰撞，从而在喷射流发生器1的内部空间产生涡流，而通过气体入口4供入的气体被导入到这些涡流中，使气体与液体的混合更为密切。提供了折流板后，可显著提高喷射流发生器中的气体与液体混合效应。此外，喷射流发生器不仅仅具有混合气体和液体而形成含微小气泡的流体的功能，而且还具有把气体溶解在液体中的功能。提供了折流板后，在内部喷咀与外部喷咀之间形成一狭缝，使得气体分散溶解于液体中的功能由于该狭缝的作用而得到提高。当曝气装置用于生物处理过程中时，通过液体入口供应的液体可包括含悬浮固体物质的原始废水。特别是在这种情况下，若是所述的曝气装置不能把气体与液体密切地混合起来，也就难以形成含微小气泡的流体。然而，提供了折流板后，则曝气装置可以以大范围的气体与液体的混合比形成含微小气泡的流体。

所用的折流板可以是具有各种形状的部件。然而，以应用具有锥体形状或平截锥体形状且其顶尖指向内部喷咀为最好。所述折流板的适宜设置位置是在内部喷咀的咀尖与外部喷咀的入口之间的基本上中间位置。

图6与7所表示的两个具体实施方案中，在液体入口3及喷射流发生器的内部喷咀5间设置碎化装置20或21。如上所述，当应用本发明的曝气装置来处理有机废水时，往往将该废水本身供给曝气装置。然而，废水通常包含粗大的颗粒如微生物的絮凝物或污染物。如果将包含这些粗大颗粒物的液体供应到曝气装置，某些颗粒物比较容易碎开，但另一些则保持粗大颗粒。这些粗大的颗粒不仅聚集其周围的气泡，使之难以形成含微小气泡的流体而喷射出去，而且还粘附在喷咀的边缘而引起各种问题。相反，如果将这些粗大颗粒先破碎成0.1至2毫米左右的碎片，而后供到喷射流发生器，氧气将溶解在这些碎片的核心部分，因此，促使形成更微小气泡并使氧气的溶解量增加。

因此，提供碎化装置20或21是为了把供入液体中的粗大颗粒破碎，从而形成更为微小的气泡并促使溶解的氧气增加。所述供入液体是通过液体入口，经碎化装置，再把液体导入喷射流发生器的内部喷咀，然后再向前推进。

为此目的，可使用各种碎化装置，所述装置须能在液体强流之中，通过与之发生撞击而能把剪切力施加于液体中的粗大颗粒。

在图6所示的具体实施方案中，虽然应用了静态混合器20作为碎化装置，也可以应用其他任何静态型的碎化装置，如拉西环或无规卷曲的金属丝等。图7所示的具体实施方案中，将能产生涡流的叶轮21用作碎化装置。因此也可应用各种动态型的碎化装置。

碎化装置20或21不仅能破碎如微生物或无机组分成为碎片，还可起到将废水生物处理过程中加入到处理箱中的各种物料有效地分散开的作用。所述加入的各种物料包括如主要含氮和磷的微生物营养物、为加速沉积作用所使用无机物料及絮凝剂、以及用于提高水处理效应的改性菌类的制剂。

本发明的曝气装置不仅可用于需氧生物处理诸如有机废水、应用于生物工艺过程中的各种液体介质及湖水等处理过程中作为在液体中溶解氧气的装置，也可用于在消毒净化过程中溶解臭氧、在含有还原物质的溶液中溶解氧气以及在溶液培养的养殖中向营养溶液供应氧气等。

当空气与水的混合比值为1/1或更高时，传统的喷射器的缺点在于它难以排放和分散微小空气泡，因而大部分空气泡聚结并散逸到大气中，还在于只能在近离喷射器的喷咀的地方分散微小空气泡。相反，本发明的曝气装置则没有这些缺点，甚至在空气与水的混合比值为1/1或更高时，依然没有上述缺点。因此，本发明的曝气装置可在相当广的空气与水的混合比值范围内，在相当长的距离内分散微小空气泡，因而达到高的氧气溶解效率。本发明的曝气装置的进一步特征在于，溶解氧气的浓度可根据待处理的废水的特性，通过改变供应到喷射流发生器的水量及压力及通过气体入口导入的气体的量与压力而在广范围内进行控制。

本发明的曝气装置优选应用于需氧生物处理，在这情况下，理想的需氧生物处理的特征为：高的氧气溶解效率及均匀的溶解氧气的分布，是通过适当决定该曝气装置的水箱的尺寸，安装该曝气装置的位置以及从曝气装置排放含空气泡的流体的流速而实现的。

现将本发明的需氧生物处理方法叙述如下。

本发明的方法，将所用的上述曝气装置安装于水箱中离水面不小于2米深度的位置。这里所谓安装曝气装置的“深度”是指从水面到流道矫直器的纵轴的距离。刚从曝气装置排放的微小空气泡具有高的氧气分压，溶解于废水中的氧气量随空气泡和废水接触的时间成正比增加。如果把曝气装置安装于水面下小于2米深度的位置，则容易使曝气装置排放的含空气泡流体的水平向流速增大，因而加强了表观搅拌力。然而，由于其水力压力较低，空气泡的直径有增大的趋势，使空气泡更迅速地向水面散逸。因此，氧气溶解效率就要降低，同时也不易使溶解氧气的浓度均匀。

此外，在实施本发明的方法时，将盛装待处理废水的水箱分隔成多个具特定尺寸的隔间。更具体讲，在水箱中设置一个或多个隔板，形成多个基本上彼此平行并且宽度不大于5米的隔间。在每个隔间中，各装上一部曝气装置并使之位于与隔板（或是水箱的边壁）等距的地方。由该装置排放的含空气泡的流体的方向基本上与隔板平行，而排放喷咀8的位置距离它所面对的水箱边壁沿含空气泡流体的方向测量不小于3米。曝气装置与其背后的水箱边壁的距离须尽可能地短。

更具体讲，在水箱纵向尺寸不小于3米及横向尺寸不大于5米的情况下，需氧生物处理可在不分隔的水箱中进行。为完成此处理过程，须把曝气装置安装成使之邻近水箱的横向边壁而含空气泡流体是朝着平行于水箱的纵向边壁排放。然而，当水箱为矩形并且横向尺寸大于5米的情况，则需把隔板24-27放置在水箱22或23中，以便将之分开成宽度不大于5米的多个矩形隔间，如图8与9所示。在每个如此分隔的隔间中，曝气装置28-33安装成使其排放喷咀距离其所面对的水箱22或23的边壁不小于3米。在附图中虽然每个隔间安装一部曝气装置，但当由前一个隔间曝气过程供应到下一隔间的废水中氧气的含量足够高时，则不必在其他的隔间安装曝气装置。

当然，前述的隔板可包括水箱的边壁。如图8与9所示，隔板24-27只需在某种程度上防止水箱中废水的自由流动，而非需要完全分隔开水箱使废水不能从一个隔间流动到其他隔间。就是说，隔板的唯一功能是使各隔间的废水被含空气泡流体所充分搅拌并均匀曝气。

在本发明的处理方法中，水箱的尺寸具有非常重要的意义。如果排放喷咀8距离其所面对的水箱边壁沿含空气泡流体的流动方向测量是小于3米，空气泡将更频繁地彼此碰撞并由于激烈湍流使之向水表面散逸，因而导致氧气的溶解不足。从实用的观点来看，排放喷咀8与其所面对的水箱边壁的距离虽然须根据水箱的横向尺寸而定，最好为约7至18米。

如果没有在水箱中提供平行于含空气泡流体的隔板或如果相邻隔板间的距离大于5米，含空气泡流体在废水中的扩散方向性将有降低趋势而变成不均匀，并导致某些区域出现曝气不足。从实用的观点来看，相邻隔板间的距离以0.7至3米为最好，因为可以使沿含空气泡流体的流动方向有较高的流动速度。

在本发明的方法中，是将水箱中的废水供给曝气装置。然而，也可以用原始废水。当应用水箱中的废水供到曝气装置中，则可达到更为有效的生物处理，因为在水箱中由于微生物聚集而形成的絮凝物，在曝气装置中被破碎成细粒并送回到所述水箱中。另外，供到曝气装置的液体可先用加压空气处理，以使其中溶解的氧气达到更高浓度。

从曝气装置排放的含空气泡流体最好具有尽可能高的流速。由于从本发明的曝气装置排放的含空气泡流体中的气泡是非常微小的，它们的上升速率低，且在流道矫直器内的聚结程度也很小。然而，当所述的流速太低时，就很难把空气泡均匀地分布到整个水箱的废水中，而在水箱的底部及角落处有发生悬浮物质局部滞止及沉积物堆集的趋势。因此，含空气泡流体在流道矫直器的排放喷咀处的流速至少须为1.5米/秒，而以不低于1.8米/秒的流速为最好。

在本发明的需氧生物处理方法中，可以采用各种已知的传统方法步骤，如可进行pH调整，温度控制，排除毒性物质，排除过多的脂肪及油类，添加营养物，及排除过多的絮凝物等，以便创造适宜于生物处理的环境。

本发明的方法适用于处理食品、化学、钢铁、脂肪和油类、及其他工业产生的工业废水，来自办公楼、学校、医院及类似的民间废水，以及包含天然的或人为的有机物质的（如城市和小镇的污水）有机废水进行需氧生物处理，也适于处理在生物工艺过程中所用的各种液体介质，以及湖水的净化处理等。

按照本发明的需氧生物处理方法，可向整个废水均匀地供应大量的微小空气泡且不会引起气泡的聚结作用，使氧气溶解效率显著地提高。因此，有可能达到有效需氧生物处理及增加处理能力。另外，可分别控制供应到曝气装置中的水和空气，甚至在外部喷咀处空气对水的体积比提高到2/1至3/1，空气泡在水中的分散程度也不会降低。因此，供应氧气时可根据原始废水含污量的变化来调整所需的供量，从而带来节省能量的效果。更进一步，如果将水箱中的废水循环供应到曝气装置，则废水中的需氧微生物组成的絮凝物可由该曝气装置破碎成细小碎片，从而进一步改进需氧生物处理的效率。

下述实例进一步说明本发明。

实例1-2，对比实例1-2及参考实例1-4

将结构如图1或2所示的曝气装置安装在宽为2米、长为18米、深为3.5米的水箱中，用来处理海产加工厂的废水。各实例中所用的各种曝气装置列于表1中。然而，对比实例1中所用流道矫直器为一个直管，而用于对比实例2中的流道矫直器呈管状，其内径由入口朝向排放喷咀的方向逐渐扩大。

原始废水的生化需氧量（BOD）平均约为1100ppm。为从曝气装置排放出含空气泡流体，供应废水到曝气装置入口处的流率为0.7立方米/分，压力为2.1公斤/平方厘米（表压），所供应的空气的流率为2.1标准立方米/分，压力为0.7公斤/平方厘米（表压）。自处理开始，经8小时后，对废水处理的状态进行评价。所获评价结果列于表1中。

各个参数的评价是按下列方法进行：

1 BOD：按JISK0102测定。

2 溶解氧气浓度：用DO表（电气化学工业株式会社制造）。

3 氧气溶解效率：收集并合并废水中存在的空气泡，测定该空气中的氧气浓度，并计算氧气溶解效率。

4 流速：用螺旋桨型流速计测定。

5 空气泡的状态：用肉眼观察由于空气泡而使水面上出现的泡沫状态并基于下列情况进行分级。

“无气泡聚结”＝可在水面上观察到直径为数毫米的气泡发生有规则的爆开现象。

“少许气泡聚结”＝除上述微小气泡爆开外，还可观察到直径为2-3厘米有时为5-7厘米的气泡发生爆开现象。

“显著气泡聚结”＝在水面上一个或多个地方连续地或周期性地发生大气泡的爆开现象。

表1

对比

实例1 实例2 实例1

曝气装置形状图1^＊1图2^＊2图1^＊3

外部喷咀的内径A（毫米） 50 50 50

流道矫直器入口的内径（毫米） 490 490 240

流道矫直器的排放喷咀的内径B（毫米） 240 240 240

A/B 0.2 0.2 0.2

流道矫直器的总长L（毫米） 2000 2000 2000

（40A）（40A）（40A）

空气泡的状态无气泡无气泡显著的

聚结聚结气泡聚结

在流道矫直器排放喷咀处含空气泡流体 0.4 0.5 0.4

的流速（米/秒）

废水中溶解氧气量（ppm） 2.0 2.0 0.8

氧气溶解效率（%） 29 32 9

净化水的生化需氧量BOD（ppm） 3 3 350

表1（续）

对比实例2 参考实例1 参考实例2 参考实例3 参考实例4

图1^＊3图1 图1 图1 图1

50 50 50 50 25

240 1300 130 490 200

1000 625 62.5 240 75

0.05 0.08 0.8 0.2 0.33

2400 2400 2400 750 3000

（48A）（48A）（48A）（15A）（120A）

显著的气泡少许气泡少许气泡少许气泡少许气泡

聚结聚结聚结聚结聚结

0.2 0.1 0.5 0.4 0.4

0.1 0.5 <0.1 0.8 0.7

6 15 10 16 15

450 200 450 140 200

＊1流道矫直器的内径从入口起至到中点为止逐渐缩小，从中点起至到排放喷为止保持不变。

＊2内管总长度为1400毫米，其入口的内径为180毫米，排放喷咀的内径为125毫米，其内径从入口起到排放喷咀为止逐渐缩小。

＊3只是流道矫直器的形状不同。

实例3

用图9与10所示的处理设备来处理洗涤牛奶瓶作业产生的废水。这有机废水的生化需氧量（BOD）及志贺氏菌属及沙门氏菌属（SS）分别在800-1400ppm与66-190ppm范围之内大幅度波动。

所用生物处理水箱23为有效深度6.2米、长12.5米、宽9.0米的水箱。使用三个隔板25-27，其长度为12米，这样，该生物处理水箱23被分隔成4个相邻隔间，各隔间宽为2.2米并彼此相连通，见图9所示。

在生物处理水箱23的各隔间的底部安装类似实例1中所用的曝气装置30-33。通过供应生物处理水箱的废水到曝气装置而排放含空气泡流体。供应曝气装置的废水流量为0.7立方米/分，压力为2.1公斤/平方厘米（表压）。供应的气体是空气，其流量为2.1标准立方米/分。几乎没有发现由于空气泡的聚结而散逸上来的空气泡，并且在废水中达到微小空气泡良好分散的效果。在这情况下，在排放喷咀处的含空气泡流体的流速为0.4米/秒。在水面下3米深处观测沿含空气泡流体的流动方向的流速分布，在离开流道矫直器的排放喷咀8为3、4及5米的位置处，流速分别为0.4、0.2及0.08米/秒。

在此处理设备中，上述有机废水是采用下列条件进行处理的：所述有机废水是通过有机废水入口导入水箱23中，其流量为250升/分。通过将有机废水与安装于第一隔间的曝气装置30所排放的含空气泡流体进行接触，使有机废水曝气，同时混合和搅拌。然后把有机废水导到第二隔间，在此处，所述有机废水又由曝气装置31进行曝气及搅拌。通过第二隔间后，最后用曝气装置33排放到第四隔间中的含空气泡流体来处理所述有机废水。如此处理后，把有机废水从水箱23排出。

有机废水中的BOD，开始时是在800-1400ppm范围，最后降低至25ppm。因此，获得品质良好的净化水。

实例4-5及对比实例3-6

鱼油加工厂排出的废水，用装有本发明的曝气装置的生物处理水箱进行处理。该有机废水的平均BOD及SS分别为1100ppm及220ppm。其温度为25-30℃。

所用生物处理水箱的有效深度3.8米、长25米、宽6米。在生物处理水箱中放置适当的隔板，流道矫直器的排放喷咀到其面对的水箱壁的距离沿含空气泡流体的流动方向测得是按三步递减（即18米，12米及2米），经分隔后水箱的宽度也按三步递减（即6米、2米及1.5米）。

在这些实例中所用的曝气装置与实例1中的曝气装置相同，但所述曝气装置在水箱中的安装位置，按垂直位置（或深度）而言也是变化的。在这些条件下，通过向所述曝气装置供应空气，并使气体对液体（或空气对废水）的体积比为3/1，从而从该曝气装置排放出含空气泡的流体。

照此，从而对所述有机废水进行20小时的连续需氧生物处理，然后对已处理的废水的状态进行评价。所获得的结果列于表2中。

表2

实例实例对比对比对比对比

4 5 实例3 实例4 实例5 实例6

曝气装置的位置 3.5 3.5 1.5 3.5 3.5 3.5

的深度（米）

流道矫直器与其对面 18 12 12 2 12 12

水箱壁的距离（米）

水箱的宽度（米） 2 1.5 2 2 6 2

在流道矫直器的排 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.02

放喷咀处含空气泡

流体的流速（米/秒）

空气泡的状态无气无气少许气显著的少许气显著的

泡聚泡聚泡聚结气泡聚泡聚结气泡聚

结结结结

废水中溶解的氧气，ppm 2.0 2.0 0.8 0.2 0.4 <0.1

氧气溶解效率（%） 29 32 16 10 13 5

净化水的BOD，ppm 15 15 150 220 100 800

Claims

1、一种曝气装置，所述装置包含一个喷射流发生器，用于从一个喷嘴喷射处于混合状态的一种气体和一种液体，以及一个管状流道矫直器，用于使所述喷嘴喷出的含空气泡流体与周围环境的水混合，并从流道矫直器的流体出口排放矫直器中生成的混合物，该喷射流发生器有一个用于喷射混合的一种气体和一种液体的外部喷嘴，其特征在于，所述喷射流发生器具有一个液体入口，至少一个气体入口，以及至少一个内部喷嘴，所述液体入口通过所述内部喷嘴与所述喷射流发生器的内部空间相连通，所述流道矫直器呈管状，其内径在从入口朝向排放喷嘴方向的至少其一段长度上是逐渐缩小，所述外部喷嘴的放置方式是使之与所述流道矫直器基本上共轴，该喷嘴的嘴尖则位于邻近所述流道矫直器的入口的位置。

2、按权利要求1所述的曝气装置，其特征在于所述外部喷嘴的嘴尖的内径用A表示，所述流道矫直器的最小内径用B表示，A/B之值为0.1至0.5，并且所述流道矫直器的总长L为20A至100A。

3、按权利要求1所述的曝气装置，其特征在于所述流道矫直器包括一个内管，所述内管具有与所述流道矫直器的外管相似的形状，并以共轴方式放置在外管之内，所述内管的入口与所述流道矫直器的外管的入口是基本上平齐的。

4、按权利要求1或3所述的曝气装置，其特征在于所述喷射流发生器具有第一与第二气体入口及第一及第二内部喷嘴，并且其中所述喷射流发生器的内部空间被所述第二内部喷嘴分隔成第一室及第二室，第一室与所述第一气体入口相连通、并通过所述第一内部喷嘴与所述液体入口相连通，第二室与所述第二气体入口及所述外部喷嘴相连通。

5、按权利要求1或3所述的曝气装置，其特征在于所述喷射流发生器还带有折流板，该折流板放置于所述内部喷嘴与所述外部喷嘴之间。

6、按权利要求1或3所述的曝气装置，其特征在于所述喷射流发生器包括碎化装置，用于使通过所述液体入口供应的液体中存在的粗大颗粒碎开，所述碎化装置放置在所述液体入口与所述内部喷嘴之间。