CN105293678A - 一种用于污水处理的防堵塞微气泡曝气装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种防堵塞的微气泡曝气装置，用于污水处理过程中好氧处理段的增氧曝气。该装置为圆筒形，包括内筒、外筒、进气管、喷气嘴、过水盘、扩散管等结构，该装置内外筒壁间形成破碎室及蛇形水路，气水混合物经扩散管进入破碎室及蛇形水路，并在此反复多次冲击破碎和搅扰分散，产生微小气泡。本发明不是让加压后的空气挤过曝气装置(头)表面的微孔来产生微气泡，因此，在装置表面和内部均不设置微孔，避免了堵塞问题的产生。
Description
技术领域
本发明是一种防堵塞的微气泡曝气装置，用于污水处理过程中好氧处理段的增氧曝气。
背景技术
曝气是污水处理过程中的一个重要工序。相等通气量下，曝气效率与曝气装置的氧利用率有正相关关系，氧利用率越高，曝气效率越高。氧利用率与曝气装置产生的气泡的粒径相关，气泡粒径越小，氧利用率越高。曝气效率影响着污水处理的能耗和成本，曝气效率越高，污水的吨水处理能耗和处理成本越低。
为了得到较高的曝气效率，目前污水处理厂使用的曝气系统普遍是微孔曝气系统，整个系统由罗茨风机、输气管道和微孔曝气装置(头)等三个主要部分组成。罗茨风机将空气鼓风加压送进输气管道，空气经管道被输送到曝气装置(头)，曝气装置(头)可由橡胶、陶瓷等不同材料制成，表面密布微小的细孔，空气在压力作用下从这些微小的细孔挤出，形成微气泡进入水中，完成曝气增氧。
在上述微孔曝气系统中，产生微气泡的部件是末端的曝气装置(头)，产生的气泡粒径与表面密布的微孔的孔径呈正相关，孔径越小，气泡粒径也越小。目前所见的微孔曝气装置(头)所产生的气泡粒径在50微米～1毫米范围，尚未见到气泡粒径50微米以下的报道。
在污水处理中，曝气主要用于两级生化法的好氧处理段，污水中含有大量微生物絮体，曝气装置(头)表面密布的微孔很容易由于微生物的附着而产生堵塞。部分微孔堵塞后，由于曝气装置(头)内的压力不均，容易造成其它微孔的损坏，导致气泡粒径变大或管道压力不均，从而造成曝气效率降低和曝气系统的损坏。
目前国内外已见报道的还有变压容气式曝气装置、射流曝气机、磁化旋流曝气装置等。变压容气式曝气装置通过在装置内对气水流的加压和减压产生微气泡；射流曝气机通过水流高速运动产生负压，依靠负压吸入空气，在水流的高速搅拌和叶轮切割作用下产生微气泡；涡流磁化装置首先对空气进行磁化，磁化后的空气在水体的旋流运动的作用下与水体混合，产生微气泡。这几种方式虽然都不同程度的避免了堵塞问题的发生，但由于都要依靠水流的高速运动来带入空气，通过搅拌或叶轮切割产生微气泡，与现在污水厂利用加压空气进行曝气的设计规范和现有曝气系统结构不能融合，需要进行整体性的技术改造，故，都没有在污水处理厂推广使用。
目前，污水好氧处理段的各种曝气方式中微孔曝气由于曝气效率较高而被广泛使用，曝气装置(头)的堵塞问题也日益突出，困扰着污水厂的正常运行。要解决微孔曝装置(头)的堵塞问题就必须加大曝气装置(头)表面微孔的孔径，但孔径变大后，气泡粒径随之变大，氧利用率随之降低，曝气效率下降，吨水处理能耗和处理成本必然上升。对堵塞曝气装置(头)的更换虽然曝气装置(头)价格便宜，但必须清空池容，不仅耗时费力，更会影响污水厂的正常运行和出水水质。
开发一种既能够产生微气泡得到较高的氧利用率和曝气效率，又能够避免堵塞的曝气装置(头)是目前污水厂亟待解决的问题。
发明内容
微孔曝气装置(头)表面的孔径尺寸决定了产生气泡的粒径尺寸，孔径越小，气泡粒径越小，也越容易堵塞。目前污水厂普遍使用的微孔曝气装置(头)所产生的气泡粒径在50微米～1毫米范围。
本发明要解决的技术问题是：开发一种既能够产生粒径不大于50微米的微气泡来得到较高的曝气效率，又能够避免发生堵塞，同时也能够与污水厂现有的曝气系统兼容，不做大规模技改施工的曝气装置。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种用于污水处理的防堵塞微气泡曝气装置，该装置为圆筒形，包括内筒、外筒、进气管、喷气嘴、过水盘、扩散管，所述内筒和外筒都设有下筒盖和上筒盖，内筒和外筒筒壁之间的间隙被设置在筒壁上的凹形挡环、锯齿挡环分割成大小不等的空间，形成蛇形水路，内、外上筒盖之间的空腔形成破碎室，内、外筒的下筒盖之间设有隔环，所述隔环将内、外筒下筒盖间的空腔与筒壁间隙和破碎室分割开，在装置底部形成进水区；进水区的内、外下筒盖上设有进水口；一管状通道从装置底部贯穿进水室、内筒，开口于内筒上筒盖；所述管状通道自下而上包括进气管、喷气嘴、扩散管，在喷气嘴下方位置设有过水盘，内筒中的水通过过水盘进入管状通道。
进气管的一端通过接头与污水厂现有曝气系统的输气管道连接，加压空气由输气管道进入进气管。进气管的另一端与喷气嘴连接，喷气嘴由两组角度不同，口径不同的喷口和磁体组成，磁体安装在喷口末端，通过喷口的不同角度和口径让空气产生旋转运动，通过磁体对流经空气完成磁化，让进入扩散管的空气极性更趋稳定。
内筒底部开有直径约1cm的进水孔，曝气池水体在水压作用下通过进水口进入到内筒，内筒水压与曝气池底部水压相等。经由喷气嘴喷射进入扩散管的空气在高速运动时在喷气嘴周围产生负压区，内筒里的水经过过水盘在负压作用下被旋转气流带入扩散管。
旋转的气水流进入扩散管后由于空间变大而造成不同程度的局部失压，形成乱流，在空气旋转、局部失压、乱流等几方面的综合作用下，空气和水完成混合，成为混合均匀的气水液，并产生一定数量的大气泡。气水液从扩散管高速进入装置顶部的破碎室。扩散管与破碎室都是圆形，扩散管与破碎室安装在同一圆心上。
破碎室顶部镶嵌有同心圆的分散盘，分散盘呈凹形，表面加工有16条宽度不同的沟槽，沟槽呈螺旋状分布。进入破碎室的气水流冲击到分散盘，在冲击作用下完成初次破碎，在沟槽的切割作用和沟槽边沿的涡流作用下完成反复多次破碎，形成气泡液。沟槽的螺旋状分布使气泡液在破碎室内产生旋转，加强气泡液的混合和沟槽边沿的涡流效应。
气泡液从破碎室高速进入内筒与外筒的间隙。外筒内侧等距离安装3个锯齿状挡环，两个锯齿挡环之间按圆周16等分安装搅扰棒。内筒外壁等距离安装3个凹形挡环，凹形挡环与外筒内侧的锯齿挡环交错布置。在外筒与内筒的间隙内，由凹形挡环、锯齿挡环形成宽度变化的蛇形水路，水路的两个部分中有搅扰棒。
气泡液高速进入蛇形水路后，在宽度大的部分发生失压，在宽度小的部分发生增压，反复多次的压力的变化带来①气液分散效应②大气泡破碎成为微气泡。气泡液多次冲击锯齿挡环和凹形挡环的过程中大气泡被破碎成微气泡。锯齿挡环边沿的涡流效应和搅扰棒起到加强气液分散效应的作用。
微气泡液从装置下方的隔环与外筒之间的排口排出，进入曝气池水体。
与现有技术相比，本发明不是让加压后的空气挤过曝气装置(头)表面的微孔来产生微气泡，因此，在装置表面和内部均不设置微孔，避免了堵塞问题的产生。
本发明通过空气磁化、空气高速旋转运动、气水液旋转、压力和流速变化、蛇形水路、局部涡流、搅扰分散等方式对气水液进行反复多次冲击破碎和搅扰分散，产生微小气泡。经检测(如图2)，本发明在纯净水中曝气停止20分钟后，水中存留的粒径0.1微米的微气泡数量约为2x105个/毫升。本发明实现了以下9个有益效果：
①.装置内部没有微孔结构的部件，避免产生堵塞；
②.装置的扩散管、破碎室、蛇形水路、喷气嘴部件的间隙均在1.8～2.7mm，微生物絮体可以顺畅通过，不发生堵塞；
③.气泡液在装置内高速运动，微生物无法附着在部件表面增殖，避免产生堵塞；
④.产生数量大的0.1～0.5微米粒径的气泡(粒径0.1微米的气泡数量约为2x105个/毫升，其它粒径尺度的气泡数量需逐个统计)在粒径尺度上优于微孔曝气装置(头)所产生的50微米气泡，满足污水厂对曝气效率的要求；
⑤.相等空气通量下，气泡粒径越小，曝气效率越高，本发明产生的微气泡粒径小于现在污水厂普遍使用的微孔曝气装置(头)所产生的气泡粒径，曝气效率高于微孔曝气装置(头)约10％～20％；
⑥.曝气效率的提高将降低曝气能耗，减少电费支出，降低污水的处理成本。
⑦.避免了曝气装置(头)堵塞问题的发生，节约了堵塞曝气装置(头)更换、酸洗维修的费用，降低污水厂的运营费用；
⑧.节约了为维修更换堵塞曝气装置(头)而必须清空池容的问题，节约了清池时间、污泥培养时间，有利于污水厂的正常平稳运行；
⑨.沿用污水厂现有曝气系统的罗茨风机、输气管道等已建成部分，仅替换现有的微孔曝气头即可使用，节约了大规模技改的费用和时间。
附图说明
图1是本装置示意图。
其中：1-连接管，2-喷气嘴，3-过水盘，4-进气管，5-内筒下盖，6-磁体，7-内筒，8-锯齿挡环，9-凹形挡环，10-内筒上盖，11-扩散管，12-外筒上盖，13-分散盘，14-外筒，15-外筒下盖，16-隔环，17-破碎室，18-接头，19-沟槽，20-搅扰棒，21-排口。
图2是本装置产生的微气泡的粒径分布图。(检测单位：华东师范大学水环境与界面科学研究中心检测时间：2015年1月)。
具体实施方式
本发明为圆筒形，由进气管、内筒、外筒、喷气嘴、过水盘、扩散管、破碎室、分散盘、锯齿挡环、凹形挡环、搅扰棒等部件组成。装置安装在污水厂曝气池底部，替换现有的微孔曝气装置(头)。
进气管4通过接头18连接在污水厂现有的曝气系统输气管上，输气管内的加压空气进入进气管4，经由喷气嘴2喷出，产生高速旋转并由磁体6完成磁化，空气极性更趋稳定。曝气池中的水通过内筒底5和外筒下盖15上的开口进入装置内筒7，内筒7内的水压与曝气池底部的水压相等，内筒7的水在气体高速旋转运动产生的负压带动下经过过水盘3与气体混合，形成气水混合液。过水盘3通过连接管1固定在喷气嘴2的下方，过水盘3的连通内筒7和扩散管11，连接管1固定在扩散管11上。
扩散管11穿过内筒上盖10，与破碎室17连通。气水混合液进入扩散管11，在局部失压和乱流的作用下，形成混合均匀的气水液。气水液进入破碎室17，冲击到镶嵌在外筒上盖12的分散盘13。分散盘13表面加工有螺旋状的沟槽19，气水混合液在冲击作用下产生破碎，在沟槽19的边沿接触角产生涡流，破碎和涡流效应将气水液破碎成为富含大气泡的气泡液。沟槽被加工成螺旋状，使气水液在破碎室17内形成旋转水路。气泡液从破碎室17高速进入内筒7与外筒14的间隙。
外筒14与外筒下盖15连接，内筒7与内筒下盖5连接，内筒下盖5和外筒下盖15之间设有隔环16。外筒14的内壁镶嵌3个锯齿挡环8，两个锯齿挡环8之间安装有搅扰棒20。内筒7外壁镶嵌3个凹形挡环9。气泡液高速进入外筒14与内筒7的间隙，冲击锯齿挡环8、搅扰棒20、凹形挡环9完成破碎和分散，形成富含微气泡的微气泡液。
锯齿挡环8和凹形挡环9交错布置，把内筒7和外筒14的间隙分割成大小不同的空间，形成蛇形水路。气泡液在蛇形水路中较大的空间失压，流速减缓，在较小的空间增压，流速加快，通过蛇形水路的压力变换和气泡液的流速变化加强气-水的分散，产生微气泡。挡环被加工成锯齿状和凹形增加了对气泡液的扰流和破碎效率。安装在锯齿挡环之间的搅扰棒20起到扰流作用，有利于微气泡的产生。
微气泡液经过隔环16和外筒14之间的排口21排出装置，进入曝气池水体。
本发明的喷气嘴2由两组角度不同的喷口组成，输气管道内的加压空气经过喷嘴后形成旋转气流，气流经过磁体6时被磁化。空气高速喷射产生的负压带入内筒7中的水，完成第一次气水混合；通过扩散管11内的局部失压和乱流完成第二次气水混合，得到混合更加均匀的气水液。
气水液从扩散管11进入破碎室17冲击分散盘13，分散盘13表面加工有螺旋状分布的沟槽19，气水液冲击分散盘和沟槽后被破碎成含有大气泡的气泡液。气水液在沟槽19边沿接触角形成涡流，提高破碎混合效率，沟槽19被加工成螺旋状，使气泡液在破碎室17的流态发生旋转，加强了破碎和涡流的作用效应。
气泡液从破碎室17高速进入内筒7和外筒14的间隙，沿间隙内的蛇形水路冲击向下，从排口21排出装置进入曝气池水体。在沿蛇形水路运动过程中，在锯齿挡环8、凹形挡环9和搅扰棒20的作用下，利用压力变化、流速变化、扰流、冲击、局部涡流等作用原理完成对气泡的反复破碎和气液分散，形成粒径不等的微小气泡。
Claims (5)
1.一种用于污水处理的防堵塞微气泡曝气装置，其特征在于，该装置为圆筒形，包括内筒、外筒、进气管、喷气嘴、过水盘、扩散管，所述内筒和外筒都设有下筒盖和上筒盖，内筒和外筒筒壁之间的间隙被设置在筒壁上的凹形挡环、锯齿挡环分割成大小不等的空间，形成蛇形水路，内、外上筒盖之间的空腔形成破碎室，内、外筒的下筒盖之间设有隔环，所述隔环将内、外筒下筒盖间的空腔与筒壁间隙和破碎室分割开，在装置底部形成进水区；进水区的内、外下筒盖上设有进水口；一管状通道从装置底部贯穿进水室、内筒，开口于内筒上筒盖；所述管状通道自下而上包括进气管、喷气嘴、扩散管，在喷气嘴下方位置设有过水盘，内筒中的水通过过水盘进入管状通道。
2.根据权利要求1所述的用于污水处理的防堵塞微气泡曝气装置，其特征在于，所述的分散盘位于扩散管的上方，破碎室的顶部，分散盘上设有沟槽。
3.根据权利要求2所述的用于污水处理的防堵塞微气泡曝气装置，其特征在于，所述分散盘呈凹形，表面有16条宽度不同的沟槽，沟槽呈螺旋状分布。
4.根据权利要求1所述的用于污水处理的防堵塞微气泡曝气装置，其特征在于，外筒内侧等距离安装3个锯齿状挡环，两个锯齿挡环之间按圆周16等分安装搅扰棒；内筒外壁等距离安装3个凹形挡环，凹形挡环与外筒内侧的锯齿挡环交错布置。
5.根据权利要求1所述的用于污水处理的防堵塞微气泡曝气装置，其特征在于，喷气嘴由两组角度不同，口径不同的喷口和磁体组成，磁体安装在喷口末端。
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