CN102491546A - 一种曝气系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种曝气系统，包括：气源、供气控制装置、动力水泵、射流器和增效喷嘴，所述气源包括空气源和氧气源，所述供气控制装置控制气源选择和气流流量，所述动力水泵将从曝气池抽出的水形成带压流体供应给射流器；所述增效喷嘴通过管道与射流器输出端相连，将射流器输出端输出的水汽混合液在曝气池水面下方喷射，本发明曝气系统利用供气控制装置根据水处理负荷控制气源的选择和气流流量大小，使得本发明曝气系统可具备纯氧曝气，富氧曝气及空气曝气三种功能，可在正常水量下使用空气源曝气，在负荷大幅波动和污水处理规模需要大幅提升的情况下使用富氧或纯氧曝气，在不需要任何改扩建的前提下，提高污水处理能力，降低污水处理单位成本。

Description

一种曝气系统

技术领域

本发明涉及水处理设备，尤其涉及一种曝气系统。

背景技术

污水处理是水污染防治及水资源合理开发利用的主要工作，在污水处理过程中，好氧生物化学法是物理性处理后更为完善的工艺过程，好氧生物化学法工艺中主要处理成本是曝气，将曝气成本进行控制并降低单位污水处理曝气成本，是减少好氧生物化学法处理成本的关键。

好氧微生物在氧化有机物时需要大量的氧，通常氧的供应是将空气中的氧强制溶解到污水中去的曝气过程，曝气过程除上述供氧外，还起搅拌作用，使活性污泥在污水中保持悬浮状态，与污水充分混合。

现有技术中曝气方法通常采用的有两种：（1）鼓入空气即空气曝气法；（2）压入纯氧气即纯氧曝气法。

空气曝气法采用自然大气作为氧源，使用动力设备（鼓风机，射流泵）、传输管道、传质设备和相应的控制系统传递到水中，是目前使用最为广泛和成熟的技术方式。但由于空气中的氧含量在海拔为0时，也只有20.9%,氧分压低，氧传质推动力较小，氧传递速率较慢，活性污泥浓度增长受限制，较难承受高有机负荷和冲击负荷，在污水处理负荷大幅波动或增加时，污水处理不能达标。要使污水处理达标，就只能对污水处理设施进行新建或扩建。

而纯氧曝气法采用90％以上纯度的氧气作为氧源，使用制供氧设备、传输管道、纯氧专用传质设备和相应的控制系统。氧分压为自然大气的4.3-5倍，氧传质推动力为空气曝气法的4－5倍，氧传递速率快，可以维持很高的活性污泥浓度，从而能够承受高有机负荷和冲击负荷。在同等负荷条件下，纯氧曝气池的占地面积比空气曝气的占地面积要小得多，在污水处理负荷大幅波动或增加时，采用纯氧曝气污水处理也能达标，除增加供氧设备和纯氧曝气专用设备外，不需要进行污水处理设施的新建扩建工作。但由于氧气价格较高，制氧机投资大，需要专门技术操作管理，因此纯氧曝气的运用从1934年美国联合碳化公司提出以来，虽然在世界范围内都有使用，但运用一直受到限制。

另外，现有技术中空气曝气和纯氧曝气是按各自的设计计算体系来进行的，曝气传质设备的型号和能力选择也完全不同，因此设计者和用户在项目方案选择方向上，都是将两者进行对立比较，做出非此即彼的选择，不能综合二者优势。并且，纯氧曝气和空气曝气两者运行成本比较，还是一个争论中的问题，所以使得设计者在选择曝气方案时，会处于两难的困局，若采用空气曝气，在将来污水处理负荷大幅波动和污水处理规模增大时，要进行改扩建，需要新的用地和大笔资金，若采用纯氧曝气，则在未来不可预知的条件下，又会存在投资和运行成本风险。

发明内容

本发明的目的是提供一曝气系统，具备纯氧曝气，富氧曝气及空气曝气三种功能，解决长期困扰设计者和污水处理用户的采用空气曝气好还是采用纯氧曝气好的问题，用户采用这样的曝气系统，只需根据污水处理增量相应采用空气曝气，富氧曝气和纯氧曝气中的不同模式操作，不需要在污水处理负荷增加时再做改扩建投入，单位污水处理成本可以控制，达到节能减排的目标。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种曝气系统，所述系统包括：气源、供气控制装置、动力水泵、射流器和增效喷嘴，其中：所述气源包括空气源和氧气源；所述供气控制装置一端连接气源，另一端连接射流器的吸气孔，用于控制气源选择和气流流量；所述动力水泵输出端与射流器输入端相连，动力水泵将从曝气池抽出的水形成带压流体供应给射流器；所述增效喷嘴置于曝气池水面下方，通过管道与射流器输出端相连，将射流器输出端输出的水汽混合液在曝气池水面下方喷射。

优选的，所述供气控制装置包括：控制器、流量调节阀和若干切换阀门，所述控制器根据水处理负荷控制切换阀门实现气源选择，同时控制器根据水处理负荷控制流量调节阀控制气流流量。

优选的，所述供气控制装置还包括与所述控制器相连的信号采集器，所述信号采集器置于曝气池水面下方，用于采集水中溶解氧的数值信号；所述控制器根据所述信号采集器采集到的所述数值信号，控制流量调节阀调整气流流量。

优选的，所述供气控制装置还包括手动流量调节阀，用于手动调节气流流量。

优选的，所述控制器还用于在检测到氧气源供应中断时，控制关闭氧气源，开启空气源。

优选的，所述空气源包括自然大气和动力设备加压后的大气。

优选的，所述氧气源包括：液氧储槽、汽化器、氧气压力调节器。

优选的，所述氧气源还包括制氧机。

优选的，所述动力设备为鼓风机。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

由于本发明曝气系统中的气源包括空气源和氧气源，并利用供气控制装置根据水处理负荷控制气源的选择和气流流量大小，使得本发明曝气系统可具备纯氧曝气，富氧曝气及空气曝气三种功能，可以在正常水量下使用空气源曝气，在负荷大幅波动和污水处理规模需要大幅提升的情况下使用富氧或纯氧曝气，在不需要任何改扩建的前提下，提高污水处理能力，降低污水处理单位成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：

图1为本发明实施例曝气系统的一种结构示意图；

图2为本发明实施例曝气系统中一个具体例子的处理水量和设备充氧能力曲线图；

图3为图2对应的处理水量和污水处理处理运行成本曲线图；

图4为本发明实施例中曝气系统的设计流程图；

图5为本发明实施例中曝气系统的曝气系统实施方式原理图；

图中标记：1-氧气源，2-供气控制装置，3-动力水泵，4-射流器，5-增效喷嘴，6-信号采集器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供的曝气系统包括：气源、供气控制装置、动力水泵、射流器和增效喷嘴，其中：所述气源包括空气源和氧气源，所述供气控制装置一端连接气源，另一端连接射流器的吸气孔，用于控制选择输入射流器的气源和气流流量，射流器中输入的带压流体由动力水泵从曝气池中抽取水形成，射流器输出的水汽混合体通过增效喷嘴在水池下方完成二次喷射，具体实施方式结合图1进行说明。

参见图1，为本发明实施例曝气系统的一种结构示意图，在本实施例中，气源中的空气源包括自然大气和鼓风机加压后的大气（图1中鼓风机可以为其他动力设备，在此不做限定）。从图中可以看出，供气控制装置2 与氧气源1、鼓风机、自然大气均有连接，因此本实施例中气源包括：氧气源、鼓风机加压后的大气和自然大气。所述供气控制装置2连接射流器4的吸气孔，用于控制选择吸入射流器的气源和气流流量。动力水泵3输出端与射流器4输入端相连，动力水泵3将从曝气池抽出的水形成带压流体供应给射流器4，增效喷嘴5置于曝气池水面下方，通过管道与射流器4输出端相连，将射流器4输出端输出的水汽混合液在曝气池水面下方二次喷射。其中动力水泵不仅为射流器4吸入气体、水汽混合液输送提供了能力，还为增效喷嘴5的二次喷射搅拌传质提供了必须的能量。

其中，供气控制装置2包括：控制器、流量调节阀和若干切换阀门，控制器（图1中未示出）根据水处理负荷控制切换阀门实现气源选择，具体的，可以根据水处理负大小选择不同的气源，如单独选择空气源进行空气曝气，也可以单独选取氧气源进行纯氧曝气，还可以同时选择空气源和氧气源进行富氧曝气。同时控制器还根据水处理负荷大小控制流量调节阀以控制气流流量大小，从而经济有效地控制单位污水处理成本。

本发明实施例气流流量控制还可采用水中溶解氧反馈控制方式进行，当水量变化时，曝气池中的溶解氧会相应发生变化，其数值信号被采集变送到控制器，控制器给出指令到流量调节阀及时调整气流流量到合理数值。为实现该功能，本发明实施例曝气系统中的供气控制装置2还可以包括与所述控制器相连的信号采集器6，信号采集器6置于曝气池水面下方，用于采集水中溶解氧的数值信号，信号采集器6将采集到的所述数值信号传给所述控制器，以控制流量调节阀调整气流流量。优选的，在所述供气控制装置2中还可以设置手动流量调节阀，增加手动调节气流流量功能。

所述供气控制装置2中的控制器还可以用于在检测到氧气源供应中断时，控制关闭氧气源，开启空气源，通过自吸大气的方式进行曝气，由于控制器具有这一功能，在不可抗力发生，氧气供应中断的极端情况下，可联动关闭射流器氧气阀，开启空气阀，保证曝气供氧工艺连续运行不中断，保证曝气系统的完全可靠性。而且在水泵掉电或临时停机情况下及时关闭氧气阀，保正系统安全性。优选的，所述供气控制装置2中的切换阀门既包括自动切换阀门也包括手动切换阀门，通过手动切换阀门可手动选择气源。

本发明实施例中，根据设计负荷条件，空气源可以由射流器自吸大气（最小负荷条件），也可以采用鼓风加压供气；氧气源可由制氧机、液氧储槽，汽化器、氧气压力调节和输送管道组成（最大负荷条件），也可单独由液氧储槽，汽化器，氧气压力调节和输送管道组成。

本发明实施例中，射流器是整个曝气系统的核心元件，氧气传质曝气过程从这里即行开始，氧气/空气在喉部被高速水流吸入，在射流器内形成带均匀微型气泡的水气混合液，传质过程开始，水气混合液在压力管道中输送至增效喷嘴，氧在管道内继续传质；增效喷嘴也是曝气系统的关键元件，它的作用是让带超饱和氧的水气混合液在池底完成二次喷射，与池中含氧相对较低的污水充分搅拌混合，再次进行传质，提高氧转移效率和曝气均匀度。本发明实施例中的射流器可为GW射流器，GW射流器和增效喷嘴可用SUS304/316/316L制造，长期使用效能不衰减，免更换，免维修。

在项目实施中，对于本发明实施例中的曝气系统中的各设备选型可根据不同需求进行选型，在控制方式上可先完全用手动控制方式控制气源选择和气流流量，并记录相应参数，积累学习曲线后，再将较优的控制参数预设存储在控制器中用于自动控制。

在设计本发明实施例中的曝气系统时，要经过如下三个步骤：

步骤一、需氧量计算：根据污水原水的水质、水量、出水指标和运行参数等一系列数据，计算出正常负荷、冲击负荷和工厂规模扩大负荷下，不同的氧气需要量数据。

步骤二、系统设计选型计算：计算确定曝气系统的设备型号、数量和一系列技术参数，使其能在正常负荷、冲击负荷和工厂规模扩大负荷下、采用不同的气源（空气，富氧空气，纯氧），满足不同的氧气需要量需求；

步骤三、完整的曝气系统结构和安装设计：具体结构和安装方式如图1，曝气系统能够通过开启和关闭相应功能阀门（功能阀门包括切换阀门和流量调节阀），根据实际负荷和需氧量，选择空气曝气、富氧曝气和纯氧曝气三种运行模式之一，在满足达标排放要求的同时，控制曝气运行成本。

在进行本发明实施例中曝气系统设计时，可以根据近期设计污水处理负荷，并规划远期污水处理负荷，这样可以通过一次设计和一次建设，就能同时满足近期和远期的处理能力要求。在设计时，射流器可采用GW射流器，其特性为使用纯氧曝气时气水比为15%～30%时氧转移效率较高，使用空气曝气时气水比为60%～200%时氧转移效率较高。因此，在设计计算时，采用同一型号的GW射流器，总可以找到一个设计交汇点，同时满足纯氧曝气和空气曝气的要求，本发明实施例中曝气系统的设计计算流程可参见图4流程进行，曝气系统设计好后，其实施方式原理图参见图5流程图。

下面举例说明采用本发明实施例中的曝气系统，设备充氧能力通过运用不同气源操作模式可与处理水量成正增长趋势，满足曝气要求，同时将污水处理处理运行成本可以控制在合理范围。

例如：某造纸污水处理厂，近期处理能力为12.5万吨／天，远期规划要求达到25吨／天，在进行污水处理设计时，可以知道近期设计污水处理负荷，并规划远期污水处理负荷，污水处理的水质各参数是可以预知的。根据两个阶段水质各参数参数，可以计算出不同阶段不同处理负荷的曝气需氧量，然后根据曝气需氧量进行系统设计选型及安装，具体曝气系统可参见图1，按照这样的设计，本利中曝气模式可以有四种，分别为自然吸气曝气、鼓风加压曝气、富氧曝气、纯氧曝气，得到本例处理水量和设备充氧能力曲线图如图2，从图中可以看到，采用本发明的设计使用同一套GW射流曝气系统，运用不同气源操作模式，充氧能力在1000～5800kg/h，处理能力为5000～250000t/d。与此同时，单位污水处理处理运行成本可以控制在合理范围，如图3。

由于本发明曝气系统中的气源包括空气源和氧气源，并利用供气控制装置根据水处理负荷控制气源的选择和气流流量大小，使得本发明曝气系统可具备纯氧曝气，富氧曝气及空气曝气三种功能，可以在正常水量下使用空气源曝气，在负荷大幅波动和污水处理规模需要大幅提升的情况下使用富氧或纯氧曝气，在不需要任何改扩建的前提下，提高污水处理能力，降低污水处理单位成本。

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书（包括任何附加权利要求、摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (9)

1.一种曝气系统，其特征在于，所述系统包括：气源、供气控制装置、动力水泵、射流器和增效喷嘴，其中：

所述气源包括空气源和氧气源；

所述供气控制装置一端连接气源，另一端连接射流器的吸气孔，用于控制气源选择和气流流量；

所述动力水泵输出端与射流器输入端相连，动力水泵将从曝气池抽出的水形成带压流体供应给射流器；

所述增效喷嘴置于曝气池水面下方，通过管道与射流器输出端相连，将射流器输出端输出的水汽混合液在曝气池水面下方喷射。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述供气控制装置包括：控制器、流量调节阀和若干切换阀门，所述控制器根据水处理负荷控制切换阀门实现气源选择，同时控制器根据水处理负荷控制流量调节阀控制气流流量。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述供气控制装置还包括与所述控制器相连的信号采集器，所述信号采集器置于曝气池水面下方，用于采集水中溶解氧的数值信号；

所述控制器根据所述信号采集器采集到的所述数值信号，控制流量调节阀调整气流流量。

4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述供气控制装置还包括手动流量调节阀，用于手动调节气流流量。

5.如权利要求2至4中任一项所述的系统，其特征在于，所述控制器还用于在检测到氧气源供应中断时，控制关闭氧气源，开启空气源。

6.如权利要求1至4中任一项所述的系统，其特征在于，所述空气源包括自然大气和动力设备加压后的大气。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述氧气源包括：液氧储槽、汽化器、氧气压力调节器。

8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述氧气源还包括制氧机。

9.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述动力设备为鼓风机。

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