CN102101730A - 曝气用的气体扩散器 - Google Patents

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Abstract

一种曝气用的气体扩散器，包含：一基座、一气体扩散片及一逆止阀。基座中心具有一气体通道，气体扩散片周缘密封于基座，逆止阀位于气体通道的出气口，为浮动式活塞，单向封闭该气体通道，只供气体流出。气体扩散片具有一支撑层及一涂布于该支撑层表面的高分子多孔膜，支撑层可透气且断裂延伸率不大于20％，高分子多孔膜位于支撑层与基座之间，通过高分子多孔膜能使由气体通道流出的气体先横向扩散后，再依序通过高分子多孔膜及支撑层进入水中形成气泡。可使气泡细化并增加传氧效率。

Description

曝气用的气体扩散器
技术领域
本发明涉及一种用于曝气系统的气体扩散器，特别涉及一种用于曝气系统的可细化气泡以增加传氧效率的气体扩散器。
背景技术
一般使用好氧(aerobic)生物处理方式(biologicaltreatment)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。
曝气系统包含多个气体扩散器、一与各气体扩散器连接的输气管路及一与输气管路连接的鼓风机。气体扩散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，空气再通过气体扩散器形成气泡进入水中。气体扩散器具有可透气膜片，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。
现有气体扩散器的可透气膜片大多如美国专利案第5,330,688号所揭露的，利用弹性材料制成，并形成有环状排列的透气孔，以供气流通过后形成气泡。较为普遍使用的弹性材料为三元乙丙橡胶(EPDM rubber，ethylene propylene dienemonomer rubber)。为了形成较细小的气泡，通常透气孔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，一般形成的透气孔尺寸只在厘米(mm)等级。而且为了使可透气膜片具有一定的强度，单一个膜面所能形成穿孔的数量有限，使得穿孔密度较低。
如何使气体扩散器能形成更细化的气泡，且能增加透气孔的密度，仍有改善的空间。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可以细化气泡，以提升传氧系数(Oxygen Transfer Coefficient)及传氧效率(Standard OxygenTransfer Rate，SOTR)的曝气用的气体扩散器。
本发明曝气用的气体扩散器，包含：一基座、一气体扩散片及一逆止阀；该基座中心具有一气体通道，该气体扩散片周缘密封于该基座，该逆止阀位于该气体通道的出气口，为浮动式活塞，单向封闭该气体通道，只供气体流出；该气体扩散片具有一支撑层及一涂布于该支撑层表面的高分子多孔膜，该支撑层可透气且断裂延伸率(Break Elongation)不大于20％，该高分子多孔膜位于该支撑层与该基座之间，通过该高分子多孔膜能使由该气体通道流出的气体先横向扩散后，再依序通过该高分子多孔膜及该支撑层进入水中形成气泡。
本发明曝气用的气体扩散器，该高分子多孔膜的透气性介于1cc/cm2·sec至20cc/cm2·sec之间。
本发明曝气用的气体扩散器，该高分子多孔膜的透气性介于3cc/cm2·sec至10cc/cm2·sec之间。
本发明曝气用的气体扩散器，该高分子多孔膜的孔径介于1μm至16μm之间。
本发明曝气用的气体扩散器，该高分子多孔膜的孔径介于3μm至8μm之间。
本发明曝气用的气体扩散器，该高分子多孔膜的厚度介于0.05mm至10mm之间。
本发明曝气用的气体扩散器，该高分子多孔膜的厚度介于0.1mm至5mm之间。
本发明曝气用的气体扩散器，该支撑层为织布、不织布或格网。
本发明曝气用的气体扩散器，该逆止阀固设于该气体扩散片的中央处。
本发明曝气用的气体扩散器，该高分子多孔膜具有连续性穿孔透气的结构特性。
本发明曝气用的气体扩散器，该高分子多孔膜为高分子发泡体。
本发明的有益效果在于：高分子多孔膜具有微米级的微孔，可使气泡细化，并通过支撑层增加机械强度，能够提升传氧系数及传氧效率，增加溶氧量。再者，该气体扩散片的高分子多孔膜直接以涂布方式在支撑层表面成膜，使得高分子多孔膜与支撑层间无须使用外加的粘合材料或贴合步骤，即可贴合，且不会有分层的间隙，使气体可连续通过高分子多孔膜及支撑层，中间不会有阻碍。
附图说明
图1是一立体分解图，说明本发明曝气用的气体扩散器的一优选实施例；
图2是图1的另一角度视图，说明该优选实施例；
图3是一剖视示意图，说明该优选实施例在未通气的状态；
图4是一剖视示意图，说明该优选实施例在通气的状态；
图5是一立体分解图，说明本发明曝气用的气体扩散器的另一优选实施例。
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：
参阅图1与图2，本发明曝气用的气体扩散器1的第一优选实施例包含：一基座2、一气体扩散片3及一逆止阀4。基座2包括一圆形的承盘21及一进气管22，承盘21具有一承载面211及一位于承载面211相反侧的底面212，进气管22连接于承盘21的底面212，进气管22的外壁面形成有螺纹221，以供与一输气管81锁接。基座2中心具有一气体通道23，气体通道23的进气口231位于进气管22与输气管81的连接端，气体通道23的出气口232位于承载面211中央。
气体扩散片3具有一支撑层31及一涂布于支撑层31表面的高分子多孔膜32。支撑层31可透气且断裂延伸率不大于20％，其可为织布、不织布或格网，只要符合断裂延伸率不大于20％即可，在本实施例中，支撑层31以150den的长纤纱经纬交织而成，基重为180g/m2，厚度为0.17mm。高分子多孔膜32具有连续性穿孔透气的结构特性，在本实施例以连续性穿孔的高分子发泡体直接涂布于支撑层31表面成膜，可通过选择发泡剂的种类、调整发泡剂的剂量及发泡机的参数来控制高分子多孔膜32的孔径大小，发泡体的制作可利用现有的技术完成，于此不再详述。适用本发明高分子多孔膜32的透气性以介于1cc/cm2·sec至20cc/cm2·sec之间为宜，且以介于3cc/cm2·sec至10cc/cm2·sec之间较佳；其孔径以介于1μm至16μm之间为宜，而以介于3μm至8μm之间较佳；其厚度以介于0.05mm至10mm之间为宜，而以介于0.1mm至5mm之间较佳。在本实施例中，高分子多孔膜32为聚碳酸酯(PC)发泡体，厚度为1mm、孔径约5至7μm、透气性约为6至9cc/cm2·sec。
参阅图1至图4，逆止阀4位于气体通道23的出气口232，为浮动式活塞，单向封闭气体通道23只供气体流出，其具有一固设于支撑层31侧的顶面部41及一固设于高分子多孔膜32侧的底锥部42，顶面部41与底锥部42将支撑层31与高分子多孔膜32夹置其间，且底锥部42的锥形部分可移动地容置于气体通道23中。逆止阀4以不透水材质制成，且以弹性材料较佳，当气体通道23未充气时，逆止阀4即封闭气体通道23的出气口232，以防止水流进气体通道23。在本实施例中，逆止阀4以聚氨酯(PolyUrethane)制成并以贴合方式固设于气体扩散片3的中央处，但是逆止阀4也可以单独设于气体通道23的出气口232，位于气体扩散片3下方，惟，逆止阀4固设于气体扩散片3的生产工序可较为简化。
气体扩散片3周缘密封于基座2，在本实施例中，气体扩散片3利用一固定环5与基座2螺锁固定，而使气体扩散片3的周缘与基座2的承盘21表面密合。为了使气体扩散片3的周缘与基座2能达到气密效果，气体扩散片3的周缘表面涂布有防水的弹性材料层6，弹性材料可举例如聚氨酯。基座2的承盘21上形成有与固定环5的穿孔51相配合的螺孔213，且气体扩散片3上也具有相对应的穿孔33，以供螺丝52锁接，而将气体扩散片3的周缘夹置于固定环5与承盘21之间。此外，参阅图5，本发明的第二优选实施例，也可利用超声波直接将气体扩散片3周缘直接贴合于基座2’的承盘21’表面。
参阅图3与图4，气体扩散片3组装于基座2后，即覆盖于承盘21的承载面211，使高分子多孔膜32位于支撑层31与基座2之间。以鼓风机(图中未示出)加压输送的气体，经由输气管81(见图2)进入，如图4中的箭头方向所示，当气流由气体通道23进入时，气流可将逆止阀4往上提升，使逆止阀4的底锥部42部分移出，形成气流可通过的空隙，气流即可通过出气口232往承盘21的外周缘方向扩散，由于高分子多孔膜32的孔隙为微米等级，非常微小，可减缓气流通过的速度，使得由气体通道23流出的气体可以先横向扩散，均匀的布满承盘21的承载面211，并能到达远离出气口232的外周缘处，再依序通过高分子多孔膜32及支撑层31进入水中形成气泡。借此，除了能增加出气的面积范围，也使气流通过高分子多孔膜32后，在水中形成更细化的气泡，而增加溶氧速率。
曝气实验
以前述优选实施例为实验组，其基座2直径约24.6cm，气体扩散片3的支撑层31以150den的长纤纱经纬交织而成，基重为180g/m2，厚度为0.17mm，高分子多孔膜32为聚碳酸酯(PC)发泡体，厚度为1mm、孔径约5至7μm、透气性约为6至9cc/cm2·sec。
另取市售的以EPDM膜为气体扩散片的气体扩散器为比较组，比较组的基座直径同为24.6cm，但是形成在EPDM膜上的穿孔，其孔隙长度约1000±250μm，穿孔密度约为8至12孔/cm2。
分成两次将实验组与比较组的气体扩散器置入装有自来水的测试桶槽中，其桶槽尺寸为0.35m(L)×0.35m(W)×4.66m(H)，水深4m并以30LPM的通气量供气，分别量测实验组与比较组在桶槽中的传氧系数(αkLa20)及传氧效率(S OTR)。实验结果如下表1所示。
表1
  实验组   比较组
  传氧系数(αkLa20)   24.4hr-1   21.0hr-1
  传氧效率(SOTR)   25.4％   21.8％
由表1结果可知，实验组的传氧系数及传氧效率均高于比较组，显示本发明的气体扩散器1可具有较佳的溶氧效果。
综上所述，本发明曝气用的气体扩散器1，其气体扩散片3的高分子多孔膜32具有微米级的微孔，可使气泡细化，并通过支撑层31增加机械强度，能够提升传氧系数及传氧效率，增加溶氧量。再者，气体扩散片3的高分子多孔膜32直接以涂布方式在支撑层31表面成膜，使得高分子多孔膜32与支撑层31间无须使用外加的粘合材料及贴合步骤，即可贴合，且不会有分层的间隙，使气体可连续通过高分子多孔膜32及支撑层31，中间不会有阻碍，所以确实能达成本发明的目的。

Claims (11)

1.一种曝气用的气体扩散器，包含：一基座、一气体扩散片及一逆止阀；该基座中心具有一气体通道，该气体扩散片周缘密封于该基座，该逆止阀位于该气体通道的出气口，为浮动式活塞，单向封闭该气体通道，只供气体流出；其特征在于，该气体扩散片具有一支撑层及一涂布于该支撑层表面的高分子多孔膜，该支撑层可透气且断裂延伸率不大于20％，该高分子多孔膜位于该支撑层与该基座之间，通过该高分子多孔膜能使由该气体通道流出的气体先横向扩散后，再依序通过该高分子多孔膜及该支撑层进入水中形成气泡。
2.根据权利要求1所述的曝气用的气体扩散器，其特征在于，该高分子多孔膜的透气性介于1cc/cm2·sec至20cc/cm2·sec之间。
3.根据权利要求1或2所述的曝气用的气体扩散器，其特征在于，该高分子多孔膜的透气性介于3cc/cm2·sec至10cc/cm2·sec之间。
4.根据权利要求1所述的曝气用的气体扩散器，其特征在于，该高分子多孔膜的孔径介于1μm至16μm之间。
5.根据权利要求1或4所述的曝气用的气体扩散器，其特征在于，该高分子多孔膜的孔径介于3μm至8μm之间。
6.根据权利要求1所述的曝气用的气体扩散器，其特征在于，该高分子多孔膜的厚度介于0.05mm至10mm之间。
7.根据权利要求1或6所述的曝气用的气体扩散器，其特征在于，该高分子多孔膜的厚度介于0.1mm至5mm之间。
8.根据权利要求1所述的曝气用的气体扩散器，其特征在于，该支撑层为织布、不织布或格网。
9.根据权利要求1所述的曝气用的气体扩散器，其特征在于，该逆止阀固设于该气体扩散片的中央处。
10.根据权利要求1所述的曝气用的气体扩散器，其特征在于，该高分子多孔膜具有连续性穿孔透气的结构特性。
11.根据权利要求1或10所述的曝气用的气体扩散器，其特征在于，该高分子多孔膜为高分子发泡体。
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