CN103332783A - 一种用于污水处理的高效率一体化曝气装置 - Google Patents

Abstract

本发明一种用于污水处理的高效率一体化曝气装置，属污水处理曝气设备领域，本装置由空气压缩机，压缩空气输气管系，水面跃水曝气、水下鼓风曝气和水下搅拌机构组成，水面跃水曝气机构是经压缩空气输气支管串接连通的曝气转斧轮排，通过输气支管与输气干管上部连通，设在水体表面；水下鼓风曝气机构是微孔曝气环管，通过其微孔径向连接管与压缩空气输气干管连通，设在水体中；搅拌机构是经压缩空气输气支管串接连通的搅拌轮排，通过输气支管与输气干管连通，分别设在曝气转斧轮排与微孔曝气环管组之间、上下微孔曝气环管组之间，通过采用一套压缩空气动力源，实现了水体中溶解氧整体性高效同步提升、快速均匀分布，显著提高了曝气效率，能源利用率。

Description

一种用于污水处理的高效率一体化曝气装置

技术领域

本发明一种用于污水处理的高效率一体化曝气装置，属污水处理曝气设备领域。

背景技术

能耗过高是城市污水处理厂运行中存在的主要问题，如何对城市污水处理厂进行节能降耗以减少污水处理成本一直是研究的重点。研究表明城市污水厂的能耗主要集中于污水处理工艺必需的好氧曝气处理环节，该过程能耗一般占污水厂总能耗的80％以上，因此提高好氧曝气处理中曝气器的效率是污水厂实现高效低耗运行的关键。

目前用于污水处理的曝气器有两大类：水面跃水曝气器和水下鼓风曝气器。水面跃水曝气器是通过电机驱动其高速转动，跃动表层水体使之腾空跃起形成不同形态的水幕，因水幕下落撞击水体表面而产生多重紊流及大量的气泡，使水体实现曝气增氧。水面跃水曝气器对曝气池表层水面传质效果相对较好，对深层水体传质效果较差，故其曝气效率偏低。水下鼓风曝气器一般安装于水下，压缩空气强制通过水下的鼓风曝气器微孔而形成大量微气泡逸出，该微气泡在水中上升的过程中将其氧传质到水体中实现曝气充氧。水下鼓风曝气器因其产生的微气泡尺寸小、比表面积大、与水体接触时间相对较长，故其界面传质效率较高，但由于微气泡紊动作用较弱，导致传质到曝气池中的溶解氧无法在水体中混合均匀，因此水体中的溶解氧横、纵向分布不均，故其曝气效果较差。

由于水面跃水曝气器和水下鼓风曝气器需要不同的动力源，若同时采用这两种装置则需要两套动力系统，而且，水面跃水曝气器和水下鼓风曝气器需要安装在曝气池不同水深处，如何将两者有机结合应用于曝气池中具有较大难度。故现有污水处理技术中，均局限于单一采用水面跃水曝气器或水下鼓风曝气器，并且因忽视水体中溶解氧分布均匀性的问题，基本未采用搅拌机构，导致污水曝气处理过程出现效率低、能耗高的不良状况。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于污水处理的高效率一体化曝气装置，以提高污水处理中曝气器的传质能力和曝气效果。

本发明一种用于污水处理的高效率一体化曝气装置，由空气压缩机，压缩空气输气管系，水面跃水曝气机构，水下鼓风曝气机构和水下搅拌机构组成，压缩空气输气管系由压缩空气输气干管、压缩空气输气支管组成，所述压缩空气输气干管与空气压缩机连接垂直设置在水体；水面跃水曝气机构由曝气转斧轮排组成，所述曝气转斧轮排之曝气转斧轮设有进气孔和驱动气孔，所述曝气转斧轮沿压缩空气输气支管间隔设置，各曝气转斧轮轮心圆管两端分别通过一个旋转法兰经压缩空气输气支管串接连通成排，串接后的压缩空气输气支管两端头封闭；水下鼓风曝气机构由微孔曝气环管组组成，微孔曝气环管组由内外连通的微孔环管和微孔径向连接管组成；水下搅拌机构由搅拌转轮排组成，所述搅拌转轮排之搅拌转轮设有进气孔和驱动气孔，所述搅拌转轮沿压缩空气输气支管间隔设置，各搅拌转轮轮心圆管两端分别通过一个旋转法兰经压缩空气输气支管串接连通成排，串接后的压缩空气输气支管两端头封闭；所述水面跃水曝气机构通过其曝气转斧轮排水平设置的压缩空气输气支管与压缩空气输气干管上部连通，设置在水体表面；水下鼓风曝气机构通过其微孔径向连接管与压缩空气输气干管连通，设置在水体中；水下搅拌机构通过其搅拌转轮排水平设置的压缩空气输气支管与压缩空气输气干管连通，分别设置在曝气转斧轮排与微孔曝气环管组之间、上下微孔曝气环管组之间，如此，即可以空气压缩机提供的压缩空气为动力，驱动水面跃水曝气机构曝气转斧轮强力转动形成水面跃水曝气、向水下鼓风曝气机构微孔曝气环管组鼓风进行水下微孔曝气、同时驱动水下搅拌机构的搅拌转轮有力旋转而搅动水体，从而全面提高曝气效率和传质均匀性。

所述组成曝气转斧轮排的曝气转斧轮由轮心圆管和斧形空腔叶片组成，叶片上端封闭，其下端口为进气口与轮心圆管径向间隔连通，驱动气孔按曝气转斧轮转动方向设置在其各斧形叶片的同一侧面排布成列，通过一顺方向的成列驱动气孔驱动曝气转斧轮转动。

所述曝气转斧轮之斧形叶片上与驱动气孔列相背侧面设置有跃水尖齿。

所述曝气转斧轮轮心圆管两端与压缩空气输气支管连接的旋转法兰的转动接头与曝气转斧轮轮心圆管端部连接，其固定接头与对应压缩空气输气支管连接固定，各曝气转斧轮通过转动接头相对固定接头绕压缩空气输气支管转动。

所述组成搅拌转轮排的搅拌转轮由轮心圆管和搅拌方管组成，搅拌方管为空腔且上端封闭，其下端口为进气口与轮心圆管径向间隔连通，驱动气孔按搅拌转轮转动方向设置在各搅拌方管的同一侧面排布成列，通过一顺方向的成列驱动气孔驱动搅拌转轮转动。

所述搅拌转轮搅拌方管两侧对称设有搅拌齿，与驱动气孔同侧面的搅拌齿与驱动气孔交错布置。

所述搅拌转轮轮心圆管两端与压缩空气输气支管连接的旋转法兰的转动接头与搅拌转轮轮心圆管端部连接，其固定接头与对应压缩空气输气支管连接固定，各搅拌转轮通过转动接头相对固定接头绕压缩空气输气支管转动。

所述微孔曝气环管组的各环管为方形或圆形微孔环管，直接连通或经微孔曝气支管连通，与压缩空气输气干管连通的微孔连接管径向设置与中心微孔内环管连通。

所述设置在水体表面的曝气转斧轮排呈一字或十字形，垂直于压缩空气输气干管与其对称交叉连通。

所述设置在水体中的搅拌转轮排呈一字或十字形，垂直于压缩空气输气干管与其对称交叉连通。

所述压缩空气输气干管底端为盲端。

本发明创造性的设计了由水面跃水曝气机构，水下搅拌机构和水下鼓风曝气机构组成的一体化曝气装置，通过水面跃水曝气机构快速转动使曝气池表层水面形成水幕卷入空气使得氧气进入水体以完成水面跃水曝气；通过水下鼓风曝气机构产生大量微气泡从曝气池下部水体中进入，这些微气泡在水体中上升的同时进行着界面传质以完成水下鼓风曝气；通过水下搅拌机构的强搅拌混合作用使经上述水面跃水曝气和水下鼓风曝气进入曝气池水体中的氧迅速的分布于整个曝气池水体中。本发明通过水面跃水曝气机构、水下搅拌机构和水下鼓风曝气机构的合理设置实现了水面跃水曝气——水下搅拌混合——水下鼓风曝气——水下搅拌混合——水下鼓风曝气…的运行模式，使得曝气池中同一水深的不同点、不同水深的各点的溶解氧能够快速同步增加，实现了水体中溶解氧横、纵向均匀分布。同时为简化动力源，本发明对水面跃水曝气机构、水下搅拌机构进行了创新性的结构设计，使之不同于传统的水面跃水曝气机构和水下搅拌机构依靠电机驱动，而是采用压缩空气驱动，从而实现了通过唯一动力源——空压机就可同时驱动水面跃水曝气机构和水下搅拌机构，并且空压机还作为水下鼓风曝气机构的气源以实现水下鼓风曝气，解决了水面跃水曝气、水下搅拌混合、水下鼓风曝气机构各需要一套动力源和气源系统的问题，大大优化了系统结构并降低了能耗。

本发明高效率一体化曝气装置集成了水面跃水曝气器和水下鼓风曝气器的各自优点，并克服了两者各自的缺点，真正实现了水体中溶解氧高效同步提升、快速均匀分布，从而大大提高了曝气效率。同时，本发明仅使用一套动力源，不仅简化了动力系统，也充分利用了能源。本发明一体化曝气装置效率较高，单位服务面积较大，故在曝气池中的布置数量较少，节省了设备投资成本。因此，采用本发明高效率一体化曝气装置不仅提升了曝气效率且降低了建设和运行成本，使污水厂真正实现高效低耗运行。

附图说明

图1 本发明装置示意图

图2 本发明装置之曝气转斧轮结构示意图

图3 本发明装置之微孔曝气方环管组结构示意图

图4 本发明装置之搅拌转轮结构示意图

图5 本发明装置之曝气转斧轮与压缩空气输气支管通过旋转法兰连接示意图

图6 本发明装置之搅拌转轮与压缩空气输气支管通过旋转法兰连接示意图

具体实施方式

现结合附图说明本发明是如何实施的：

本一体化曝气装置由空气压缩机1，压缩空气输气干管G及压缩空气输气支管G1和G2、两排曝气转斧轮排P1、两排搅拌转轮排P2、两组微孔曝气环管组P3组成。曝气转斧轮排P1及搅拌转轮排P2都呈一字形布置且垂直于压缩空气输气干管G对称交叉连通。P1位于压缩空气输气干管G上部。搅拌转轮排P2及微孔曝气环管组P3位于压缩空气输气干管G下部，且按P2、P3、P2、P3的顺序由上至下等间隔交错设置。压缩空气输气干管G垂直设置，压缩空气输气支管G1、G2水平布置，且压缩空气输气支管G1、G2分别与压缩空气输气干管G交叉连通，G顶端与空气压缩机1相连，底端为盲端。曝气转斧轮排P1由与压缩空气输气支管G1连通的多个曝气转斧轮L1组成，曝气转斧轮L1设有进气孔Q1和驱动气孔K1，曝气转斧轮L1由轮心圆管Z1和斧形空腔叶片F组成，叶片F上端封闭，其下端口为进气口Q1与轮心圆管Z1径向间隔连通，驱动气孔K1设置在各斧形叶片F的右侧面且排布成列，通过一顺方向的成列驱动气孔K1可驱动曝气转斧轮L1转动。斧形叶片F上左侧面设置有跃水尖齿C1。曝气转斧轮L1沿压缩空气输气支管G1等间隔设置，各曝气转斧轮L1轮心圆管Z1两端分别通过一个旋转法兰X1经压缩空气输气支管G1串接连通成排，串接后的压缩空气输气支管G1两端头封闭。旋转法兰X1的转动接头N2与曝气转斧轮L1的轮心圆管Z1端部连接，X1的固定接头N1与对应压缩空气输气支管G1连接固定，使各曝气转斧轮L1通过转动接头N2相对固定接头N1绕压缩空气输气支管G1转动。曝气时，压缩空气进入曝气转斧轮排P1后依次经压缩空气输气支管G1和转斧轮的轮心圆管Z1后由各斧形叶片F下端进气口Q1进入F空腔内并由各斧形叶片F的驱动气孔K1喷出驱动转斧轮L1绕压缩空气输气支管G1转动，而转斧轮L1两侧的压缩空气输气支管G1因旋转法兰X1固定接头N1的固定作用而不转动。搅拌转轮排P2分别由与压缩空气输气支管G2连通的多个搅拌转轮L2组成，搅拌转轮L2设有进气孔Q2和驱动气孔K2，搅拌转轮L2由轮心圆管Z2和搅拌方管R组成，搅拌方管R为空腔且上端封闭，其下端口为进气口Q2与轮心圆管Z2径向间隔连通，驱动气孔K2设置在各搅拌方管R的右侧面排布成列，通过一顺方向的成列驱动气孔K2可驱动搅拌转轮L2转动。搅拌方管R两侧对称设有搅拌齿C2，其中右侧面的搅拌齿C2与驱动气孔K2交错布置。搅拌转轮L2沿压缩空气输气支管G2等间隔设置，各搅拌转轮L2轮心圆管Z2两端分别通过一个旋转法兰X2经压缩空气输气支管G2串接连通成排，串接后的压缩空气输气支管G2两端头封闭。旋转法兰X2的转动接头N4与搅拌转轮L2的轮心圆管Z2端部连接，X2的固定接头N3与对应压缩空气输气支管G2连接固定，使各搅拌转轮L2通过转动接头N4相对固定接头N3绕压缩空气输气支管G2转动。曝气时，压缩空气进入搅拌转轮排P2后依次经压缩空气输气支管G2和搅拌转轮L2的轮心圆管Z2后由各搅拌方管R下端进气口Q2进入搅拌方管R空腔内并经各搅拌方管R的驱动气孔K2喷出驱动搅拌转轮L2绕压缩空气输气支管G2转动，而搅拌转轮L2两侧的压缩空气输气支管G2因旋转法兰X2固定接头N3的固定作用而不转动。微孔曝气环管组P3由内外连通的微孔环管H1、H2、H3和4根两两垂直的微孔径向连接管T组成。H1、H2和H3均为正方形，H1的各端点与H2的各边中点相连以使得H1和H2直接连通，H2的各端点与H3的各边中点相连以使得H2和H3直接连通，与压缩空气输送干管G连通的微孔连接管T径向设置并与中心微孔内环管H1垂直连通且连通点为H1各边的中点。微孔环管H1、H2、H3及各微孔径向连接管T管壁均匀设有曝气微孔K3。曝气转斧轮排P1通过水平设置的压缩空气输气支管G1与压缩空气输气干管G上部连通，设置在水体表面；微孔曝气环管组P3通过其微孔径向连接管T与压缩空气输气干管G连通，设置在水体中；搅拌转轮排P2通过水平设置的压缩空气输气支管G2与压缩空气输气干管G连通。在曝气池4中安装时，本一体化曝气装置上部通过固定于曝气池4池壁的拉杆2将压缩空气输气干管G固定，下部通过固定于曝气池4底部的支架3将微孔曝气环管组P3及压缩空气输气干管G固定。

当曝气池4进行曝气时，经空气压缩机1加压后的压缩空气由压缩空气输气干管G及压缩空气输气支管G1、G2分别进入各曝气转斧轮L1、各搅拌转轮L2、各微孔曝气环管组P3。压缩空气进入L1后由各斧形叶片F下端进气口Q1进入F空腔内并经各斧形叶片F的驱动气孔K1喷出产生反作用力从而推动各曝气转斧轮L1绕压缩空气输气支管G1转动，在该转动的过程中，各斧形叶片F的斧形顶部和跃水尖齿C1不断快速的跃动和切割曝气池4的表层水体，形成水幕卷入空气并将其中的氧传递到曝气池4水体中完成水面跃水曝气。压缩空气进入微孔曝气环管组P3后分别由微孔曝气方环管H1、H2、H3及各微孔径向连接管T上的曝气微孔K3挤出形成大量的微气泡，该微气泡在水中上升的过程中将其氧传质到水体实现水下鼓风曝气。同时压缩空气进入搅拌转轮L2后由各搅拌方管R下端进气口Q2进入搅拌方管R空腔内并经各搅拌方管R的微孔K2喷出产生反作用力从而带动各搅拌转轮L2绕压缩空气输气支管G2在水中转动，在该转动的过程中，搅拌方管R的搅拌齿C2不断搅动曝气池4中的水体使得上述通过水下鼓风曝气和水面跃水曝气进入水中的氧能迅速的在整个曝气池4内纵、横向混合均匀。

Claims (11)

1.一种用于污水处理的高效率一体化曝气装置，其特征在于，由空气压缩机，压缩空气输气管系，水面跃水曝气机构，水下鼓风曝气机构和水下搅拌机构组成，压缩空气输气管系由压缩空气输气干管、压缩空气输气支管组成，所述压缩空气输气干管与空气压缩机连接垂直设置在水体；水面跃水曝气机构由曝气转斧轮排组成，所述曝气转斧轮排之曝气转斧轮设有进气孔和驱动气孔，所述曝气转斧轮沿压缩空气输气支管间隔设置，各曝气转斧轮轮心圆管两端分别通过一个旋转法兰经压缩空气输气支管串接连通成排，串接后的压缩空气输气支管两端头封闭；水下鼓风曝气机构由微孔曝气环管组组成，微孔曝气环管组由内外连通的微孔环管和微孔径向连接管组成；水下搅拌机构由搅拌转轮排组成，所述搅拌转轮排之搅拌转轮设有进气孔和驱动气孔，所述搅拌转轮沿压缩空气输气支管间隔设置，各搅拌转轮轮心圆管两端分别通过一个旋转法兰经压缩空气输气支管串接连通成排，串接后的压缩空气输气支管两端头封闭；所述水面跃水曝气机构通过其曝气转斧轮排水平设置的压缩空气输气支管与压缩空气输气干管上部连通，设置在水体表面；水下鼓风曝气机构通过其微孔径向连接管与压缩空气输气干管连通，设置在水体中；水下搅拌机构通过其搅拌转轮排水平设置的压缩空气输气支管与压缩空气输气干管连通，分别设置在曝气转斧轮排与微孔曝气环管组之间、上下微孔曝气环管组之间。

2.根据权利要求1所述的一种用于污水处理的高效率一体化曝气装置，其特征在于，组成曝气转斧轮排的曝气转斧轮由轮心圆管和斧形空腔叶片组成，叶片上端封闭，其下端口为进气口与轮心圆管径向间隔连通，驱动气孔按曝气转斧轮转动方向设置在其各斧形叶片的同一侧面排布成列。

3.根据权利要求2所述的一种用于污水处理的高效率一体化曝气装置，其特征在于，曝气转斧轮之斧形叶片上与驱动气孔列相背侧面设置有跃水尖齿。

4.根据权利要求1所述的一种用于污水处理的高效率一体化曝气装置，其特征在于，曝气转斧轮轮心圆管两端与压缩空气输气支管连接的旋转法兰的转动接头与曝气转斧轮轮心圆管端部连接，其固定接头与对应压缩空气输气支管连接固定，各曝气转斧轮通过转动接头相对固定接头绕压缩空气输气支管转动。

5.根据权利要求1所述的一种用于污水处理的高效率一体化曝气装置，其特征在于，组成搅拌转轮排的搅拌转轮由轮心圆管和搅拌方管组成，搅拌方管为空腔且上端封闭，其下端口为进气口与轮心圆管径向间隔连通，驱动气孔按搅拌转轮转动方向设置在各搅拌方管的同一侧面排布成列。

6.根据权利要求5所述的一种用于污水处理的高效率一体化曝气装置，其特征在于，搅拌转轮搅拌方管两侧对称设有搅拌齿，与驱动气孔同侧面的搅拌齿与驱动气孔交错布置。

7.根据权利要求1所述的一种用于污水处理的高效率一体化曝气装置，其特征在于，搅拌转轮轮心圆管两端与压缩空气输气支管连接的旋转法兰的转动接头与搅拌转轮轮心圆管端部连接，其固定接头与对应压缩空气输气支管连接固定，各搅拌转轮通过转动接头相对固定接头绕压缩空气输气支管转动）。

8.根据权利要求1所述的一种用于污水处理的高效率一体化曝气装置，其特征在于，微孔曝气环管组的各环管为方形或圆形微孔环管，直接连通或经微孔曝气支管连通，与压缩空气输气干管连通的微孔连接管径向设置与中心微孔内环管连通。

9.根据权利要求1所述的一种用于污水处理的高效率一体化曝气装置，其特征在于，设置在水体表面的曝气转斧轮排呈一字或十字形，垂直于压缩空气输气干管与其对称交叉连通。

10.根据权利要求1所述的一种用于污水处理的高效率一体化曝气装置，其特征在于，设置在水体中的搅拌转轮排呈一字或十字形，垂直于压缩空气输气干管与其对称交叉连通。

11.根据权利要求1所述的一种用于污水处理的高效率一体化曝气装置，其特征在于，压缩空气输气干管底端为盲端。

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