CN103945927A - 用于将气体注入废水池的设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种悬浮设备，所述悬浮设备用于将气体注入废液或废水，且更特别是将富含氧的气体从表面注入池中，所述悬浮设备包括以下元件：驱动装置，所述驱动装置计划布置在液体上方，设置有竖直的输出轴（8），在其末端处装备有浸入在液体中的螺旋桨（6）；预混合装置（5），所述预混合装置包括注射装置（7），所述注射装置定位于具有斜叶片的可移动曝气机（9）之上或之下，螺旋桨位于轴的末端、预混合反应器之下。

Description

用于将气体注入废水池的设备
技术领域
本发明涉及能将气体注入废液或废水的设备的领域。本发明特别涉及使生物池曝气的方法，在该生物池中通过注射富氧气体或包括CO2的混合物而使污泥活化。
背景技术
本发明的目标之一是提出创新的浮动设备，该设备使装置的能量消耗优化，同时消除现有设备的局限。
已知，污水的需氧生物处理方法一般包括使污水与生物质（微生物）接触，所述生物质通过转化有机分子而降解包含在其中的污染物。因而已知将气体（通常是含氧气体/充氧气体）注入到水池中容纳的污水中，以这种方式来供养生物质。为此，用于将气体注入污水的多种设备可商购。大多数系统是浸入式的或悬浮的。
它们一般也搅动污水，注入含氧气体与搅动相结合使含氧气体在污水中更好地溶解。此溶解通过装置的输送能力来衡量的。对大多数用于搅拌液体和将气体注入液体的这些装置来说，部分的气体至液体中的输送是由气体/液体混合装置（例如文丘里管或涡轮机）实现的，所述混合装置在液体中形成了气体的乳剂，而其余的输送是在乳剂在液体中扩散的时候实现的。
已观察到，这些搅动和注射装置大多数已具有有限的注射能力：超过某一气体注射流率时，装置被阻塞，因为在将气体注入液体的装置的水平下，气体的体积相对于液体的体积变得过大。尽管可将更多气体输送和溶解在容纳于处理池内的液体中，但是装置不能提供所需气体的全部量。
通过注入富含氧的气体而实现曝气的悬浮系统采用了相对复杂的技术，导致在制造和使用上昂贵的约束并因而限制了它们的应用。
已有作为示例性范例而引用的文献EP-995485A1，所述文献描述了悬浮设备，所述悬浮设备使得富含氧的气体能够以非常高的输送效率输送至池内。但是，它为此采用了复杂的技术，所述技术需要使得能够形成气体/液体乳剂的涡轮机，并由使得该乳剂能够被导向螺旋桨的系统补充，所述螺旋桨设计用于使该乳剂在池内扩散。
这些元件（涡轮机、使得能够引导气体/液体乳剂的系统、以及扩散螺旋桨）的组合具有以下主要的后果：
-高能耗，涡轮机消耗了由设备消耗的总能量的约40%；
-高设备重量，这意味着高的材料成本和在悬浮物的选择上的约束；
-制造和装配的约束，这具有的后果是高的设备制造和维护成本；
-可由设备注射的气体的流率的极限（见上文），这特别是因采用了涡轮机以及使得能够引导由涡轮机形成的气体/液体乳剂的系统而导致的。
发明内容
因此本发明的目的之一是提出悬浮设备，所述悬浮设备使得能够注射富含氧的气体，并且具有相当于现有技术的装置的气体输送效率，而同时限制或消除了那些现有技术的装置的技术缺陷。
为了实现该目标，在此提出除去涡轮机，以达到实现以下目标的目的：
-能量消耗减少约30％；
-除去用于引导由涡轮机形成的流动的主要元件；
-设备的阻塞极限增加50％以上；
-设备的重量减少约25％；
-其制造、组装和维护显著简化；
-制造和维护成本降低；
-同等电力消耗下设备的作用区域增加。
然而，在本领域技术人员看来，去除涡轮机会有负面影响，因为它具有的后果是去除了希望的功能，例如细泡的形成（通常尺寸在0.8至2.5mm的范围内）或部分气体的输送速率。
如在下文中更详细地说明的，所提出的本发明的新型设备已被设计成替代或补偿这些基本功能并为此组合了以下元件：
-驱动装置，所述驱动装置计划布置在液体上方，设置有竖直的输出轴，在其末端处装备有浸入液体中的螺旋桨，优选地，螺旋桨的特征在于具有高的覆盖率（见下文）；
-可被称为预混合型反应器的装置，所述装置包括注射装置（例如注射圆环），并且定位于具有斜叶片的可移动曝气机之上或之下；
-螺旋桨位于轴的末端、预混合反应器之下。
应用于螺旋桨的术语“覆盖率”意为被叶片覆盖的面积和螺旋桨内接在其中的圆的面积的比率。
如前文所述，设备包括注射装置，所述注射装置优选为设置有多个孔口的圆环，所述孔口设计用于气体的有规律扩散，所述注射装置定位在内接于螺旋桨直径的圆内。由申请人进行的研究已证明注射圆环在以下方面的有利性能：获得气体的均匀扩散，并且减少可能的堵塞现象，有利于轻松安装和减少维护。圆环的孔口优选向下定向以防止可能的堵塞。
尽管根据本发明，优选为圆环，但同样可设想，在不偏离本发明的范围的情况下，采用其它注射装置，例如不同形状的多孔元件（平板、烛形过滤器或微孔平板，等等）。
反应器的基本功能是通过将扩散器和具有斜叶片的可移动曝气机组合而实现的，所述组合相对于设备的其它元件尤其是扩散螺旋桨谨慎定位。通过该组合和定位形成的液力流动带来在反应器中优化的流动。“扩散器和具有斜叶片的可移动曝气机”副提供了预混合反应器的功能，所述功能对于实现所需的性能是必不可少的，这种选择，即构成整个设备的各个元件的组合和定位一方面确保了预混合的形成，而另一方面确保了其在池中的扩散，使得能够实现至池中的最优输送。
由本发明提出的配置使得来自预混合器的预混合能够在某个区域内扩散，在所述区域内液体速度场从其强度和其方向的角度来说是最优的，从而尽可能远地推动气泡并防止聚结的现象。
本领域技术人员可能同样感到惊讶的是在本发明的设备中存在具有斜叶片的可移动曝气机。
具有斜叶片的可移动曝气机并不普遍用于气体在液体中的扩散。
尽管如此，在本发明的情况中，由于具有高覆盖率的螺旋桨的使用以及由于该可移动曝气机在各个部件之内的定位，这种用法是可能的并且有利的。
因此，可以证明，具有斜叶片的可移动曝气机形成了：
-有利于反应性混合物的均匀性的轴向和径向流动；
-小的气泡（由于可移动曝气机的高剪切系数）；
-对设备的液力流动较小的扰动，所述扰动主要由螺旋桨产生。
具有斜叶片的可移动曝气机的特征还在于具有与常规用于这种功能的可移动曝气机相比减少的能耗。
总的来说，在本技术领域内所找到的仅有具有直叶片的可移动曝气机，所述曝气机仅产生纯径向的流动，由此形成了较高阻力，因此能耗较高。
因此本发明涉及悬浮设备，所述悬浮设备用于将气体注入废液或废水，且更特别是将富含氧的气体从表面注入到池中，所述悬浮设备包括以下元件：
-驱动装置，所述驱动装置计划布置在液体上方，设置有竖直的输出轴，在其末端处装备有浸入在液体中的螺旋桨；
-预混合装置，所述预混合装置包括注射装置（例如注射圆环），并且定位于具有斜叶片的可移动曝气机之上或之下，螺旋桨位于轴的末端、预混合反应器之下。
本发明可进一步采用以下特征的一个或多个：
-螺旋桨具有在0.3至1的范围内的泵送流率数NQP，其中：
QP=NQP×N×D3；其中QP为螺旋桨的泵送流率，N为螺旋桨的旋转速度，和D是螺旋桨的直径；
-注射装置是设置有注射孔口的圆环，并定位在内接于螺旋桨直径的圆内，圆环定位在螺旋桨上方、螺旋桨直径的0.01至1.5倍范围内的距离处，优选为螺旋桨上方、螺旋桨直径的0.03至0.3倍范围内的距离处；
-注射装置是设置有注射孔口的圆环，圆环具有的直径在螺旋桨直径的20%至200%的范围内，优选在螺旋桨直径的30%至120%的范围内；
-注射装置是具有注射孔口的圆环，圆环的内部空间被划分成能容纳不同的气体的至少两个分开的区域。
例如，可以为圆环的区域之一供给氧气，为另一区域或其他区域之一供给O2/O3的混合物。具有不同的气体（O2/O2+O3，O2/空气，O2或空气/CO2等）或通过不同品质的气体供给的可能性在某些应用中是特别有利的。因此，例如，可以考虑空气和氧气同时注射或交替注射的方式，借助于通过使用完全独立的网络消除任何安全风险（氧气线路没有被品质差的空气污染的危险，氧气没有向空气压缩机返回的危险等）。
还可以考虑使用相同的设备在调节pH值的情况下注射CO2，并在同一时间或用另一替代方式注射用于执行曝气的含氧气体。
在具有不同的流率/压力的气体的情况下，关于相对彼此控制压力和流率的问题被消除：
-在一变型中，注射装置是由两个半圆环形成，每个半圆环能被供给如上面已经描述的不同的气体，
-注射装置由多孔元件的组件构成，所述多孔元件为多孔烛形过滤器或多孔平板类型或穿孔平板类型，数量优选为3个并且位于某一容积内，所述容积由以螺旋桨的竖直轴为中心的竖直柱面限定并具有优选至少等于螺旋桨直径的3倍的外径和优选等于螺旋桨直径的至少3倍的高度；
-悬浮物的下部面和螺旋桨的上部前缘之间的距离在螺旋桨直径的0.5至1.5倍的范围内，优选在螺旋桨直径的0.8至1.0倍的范围内；
-注射圆环和具有斜叶片的可移动曝气机之间的距离在可移动曝气机直径的1至20%的范围内，优选接近可移动曝气机直径的2.5%；
-具有斜叶片的可移动曝气机包括2至12个叶片，优选为4至8个叶片，并优选为位于轴末端处的螺旋桨的叶片数量的偶数倍；
-具有斜叶片的可移动曝气机定位于注射装置下方5mm至100mm的范围内的距离处；
-所注射的气体是氧含量在25%至100%的范围内的气体，或含臭氧的气体，或含二氧化碳且CO2含量在5%至100%范围内的气体，或包括80%至100%的氮的气体。
附图说明
本发明的其它特征和优势将从下文对于作为非限制性范例而给出的实施例的说明以及参考附图而显现，图中：
-图1是局部示意性剖视图，示出本发明的设备的一个实施例，所述设备采用圆环型注射装置；
-图2示出本发明的具有斜叶片的可移动曝气机的实施例，所述曝气机包括6个叶片；
-图3是本发明的包含抗振动板的一个实施例的详细视图。
具体实施方式
在图1中可见到，在本发明的用于将气体注入废液或废水池1的悬浮设备中存在：
-驱动装置，所述驱动装置计划布置在液体1上方，设置有竖直的输出轴8，在其末端处装备有浸入在液体中的螺旋桨6；
-得益于一个或多个悬浮物3的存在，该装置是悬浮的；
-包括圆环形的注射装置7（由气体入口2供给）的预混合装置5，该装置定位于具有倾斜叶片的可移动曝气机9的上方，螺旋桨位于轴的端部、在预混合反应器的下方。此处所示的实施例示出了圆环7的情况下，其内部空间是连续的、非分隔式的并通过单一的入口2供给气体，但本领域技术人员将理解的是，在具有划分成至少两个分离区的内部空间并能被供给不同的气体的被分隔的圆环的情况下，两个或更多进气口2将被设置在圆环上。
-在所示的实施例中，螺旋桨的叶片的数量是3，并且移动曝气装置的叶片的数量是6；
-具有反向叶片的系统4，此处为实施例示出包括3个反向叶片的装置，所述系统一方面使得能够界定预混合区域，并且还使得能够防止形成漩涡并驱动设备旋转（设备将像陀螺一样转动）。此外，该具有反向叶片的系统使得能够实现轴向流的取向。
图1仅为设备的局部示意图，不显示任何次要的或可选的细节以便更清晰地显示属于本发明的基本要素，此处特别地不显示组件的金属体部，其通常联结至这种注射设备的结构元件，以及例如本文中的浮子、圆环或甚至反叶片。因此，图1示出了连接两个反叶片4的两个加强条10，所述加强条形成这种体部的一部分。
图3在详细视图中示出实施本发明的有利模式之一，其具有非常有趣的配置，特别是能限制设备的振动。在该有利模式中，该装置包括具有平行六面体或梯形的形式的板11，此处数量为3（每个反叶片对应一个板），所述板在其一端固定至体部10，例如固定至反叶片4（它们甚至形成体部的一部分）之一，板定位成朝向螺旋桨的驱动轴线，并另一方面位于水线以下。
本发明不以任何方式受申请人提出的以下技术解释限制：这种构造部分地为通过所述螺旋桨吸入的液体的流动提供通道并能帮助降低系统中潜在的振动。
像在图1和图2中描述的设备已被用于将氧注入生物氧化池，所述生物氧化池处理来自印刷厂的废水。
对于估计为53.3kg/h的需氧量，45m3/h的氧流率被注入池中。计算出的输送效率估计为接近91.3%的值，这代表了非常好的性能。
由此已证明，设备的简化相反并未削弱所实现的性能。

Claims (12)

1.一种悬浮设备，所述悬浮设备用于将气体注入废液或废水，且更特别是将富含氧的气体从表面注入池中，所述悬浮设备包括以下元件：
-驱动装置，所述驱动装置计划布置在液体上方，设置有竖直的输出轴（8），在其末端处装备有浸入在液体中的螺旋桨（6）；
-预混合装置（5），所述预混合装置包括注射装置（7），所述注射装置定位于具有斜叶片的可移动曝气机（9）之上或之下，所述螺旋桨位于轴的末端、预混合反应装置之下。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，螺旋桨具有在0.3至1的范围内的泵送流率数NQp，其中，
Qp=NQp×N×D3；其中Qp是螺旋桨的泵送流率，N是螺旋桨的转速，D是螺旋桨的直径。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的设备，其特征在于，所述注射装置是圆环形的。
4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述注射装置是设置有注射孔口的圆环，并定位在内接于螺旋桨直径的圆内，所述圆环定位于螺旋桨上方、螺旋桨直径的0.01倍至1.5倍范围内的距离处，优选为螺旋桨上方、螺旋桨直径的0.03倍至0.3倍范围内的距离处。
5.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述注射装置是设置有注射孔口的圆环，所述圆环具有的直径在螺旋桨直径的20%至200%的范围内，优选在螺旋桨直径的30%至120%的范围内。
6.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述注射装置是具有注射孔口的圆环，所述圆环的内部空间被划分成能被供给不同的气体的至少两个分开的区域。
7.根据权利要求3至6中的任一项所述的设备，其特征在于，所述注射圆环和具有斜叶片的可移动曝气机之间的距离在可移动曝气机直径的1%至20%的范围内，优选接近可移动曝气机直径的2.5%。
8.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述注射装置由多孔元件的组件构成，所述多孔元件为多孔烛形过滤器类型或多孔平板类型或穿孔平板类型，所述多孔元件的数量优选为3个并且位于某一容积内，所述容积由以螺旋桨的竖直轴为中心的竖直柱面限定，所述竖直柱面具有优选等于螺旋桨直径的至少3倍的外径和优选等于螺旋桨直径的至少3倍的高度。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其特征在于，得益于一个或多个悬浮物（3）的存在，所述设备是悬浮的，并且悬浮物的下部面和螺旋桨的上部前缘之间的距离在螺旋桨直径的0.5至1.5倍的范围内，优选在螺旋桨直径的0.8至1.0倍的范围内。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其特征在于，具有斜叶片的可移动曝气机包括2至12个叶片，优选为4至8个叶片，并优选为位于轴的末端处的螺旋桨的叶片数量的偶数倍。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其特征在于，具有斜叶片的可移动曝气机定位于注射装置下方距该注射装置5mm至100mm的范围内的距离。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的设备，其特征在于，所述设备具有基本上成平行六面体或梯形形式的至少两个板（11）的组件，定位于水线以下，所述板在其一端固定至体部并完全地或部分地接合至所述注射设备的结构元件，特别是注射装置（7）以及使所述装置浮动的浮动元件，所述板被定向成朝向所述螺旋桨的驱动轴线。
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