CN105523648A - 盘式曝气器及曝气带 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种盘式曝气器，其包括：曝气带，为可弯曲的带状物，所述曝气带厚度均匀，其一面具有横贯曝气带横向的、分布均匀的槽，槽的深度为0.01至1mm；一个安装盘，所述安装盘包括第一表面和第二表面，所述安装盘在第一表面上设有至少一个高于所述第一表面的凸棱，并且所述安装盘在第二表面上设有用于连接进气管道的管道接口，所述管道连接口的一端连接进气管道，另一端设有允许气体流通至所述第一表面的气体通道；一个卷轴，所述卷轴固定在所述安装盘上，并且所述曝气带可卷绕于所述卷轴上，形成环形分布的曝气孔；其中借助于所述凸棱，所述曝气带与所述第一表面之间形成气流空间，气体由气流空间通过环形分布的曝气孔曝气。

Description

盘式曝气器及曝气带
技术领域
本发明涉及用于对液体环境充气的设备，更具体而言，涉及一种用于曝气池的盘式曝气器及曝气带。
技术背景
在液体环境(例如鱼塘、水族馆、家用鱼缸、微生物培养池、污水处理池等)中，有时需要充气(包括充氧)，将气体送入液体体系内，这类充气设备称为曝气器，如果输送的气体主要是氧气时，又称为曝气增氧设备。在培养微生物以净化污水的体系中，曝气增氧设备有许多种，其中最为普遍使用的是机器搅拌曝气增氧设备和鼓风曝气增氧设备。现在污水处理厂使用的大部分鼓风曝气增氧设备是刚玉曝气器(砂轮材质曝气器的孔经烧结成型)和橡胶膜片曝气器(橡胶膜片材质上通过机器打孔和激光打孔)等曝气增氧设备。现有曝气器的曝气口(砂轮材质)都是固定孔，由于气体中含有油分和灰分，刚玉曝气器的曝气口易堵塞，从而运行中的阻力迅速加大，电耗迅速增加，以致无法运行，因此，不可再生的刚玉曝气器容易造成二次污染。对于橡胶膜片曝气器，已有数据表明，机器打孔和激光打孔的橡胶膜片材质的曝气口开孔运行阻力大，易老化撕裂，寿命短，长期运行气泡不均匀，氧利用率不高，电能损耗大，适应性差，且维修困难，影响长期运行效果。
鉴于上述提及的曝气口易堵塞、易撕裂、氧利用率不高、耗电多等问题，期望提供一种曝气器能解决上述问题，实现高效、节能、可持续地运行。
发明内容
本发明的目的是提供一种盘式曝气器，以克服现有技术的问题。
为此，本发明提供一种盘式曝气器，其包括：曝气带，为可弯曲的带状物，所述曝气带厚度均匀，其一面具有横贯曝气带横向的、分布均匀的槽，槽的深度为0.01至1mm；一个安装盘，所述安装盘包括第一表面和第二表面，所述安装盘在第一表面上设有至少一个高于所述第一表面的凸棱，并且所述安装盘在第二表面上设有用于连接进气管道的管道接口，所述管道连接口的一端连接进气管道，另一端设有允许气体流通至所述第一表面的气孔；一个卷轴，所述卷轴固定在所述安装盘上，并且所述曝气带可卷绕于所述卷轴上，形成环形分布的曝气孔；其中借助于所述凸棱，所述曝气带与所述第一表面之间形成气流空间，气体由气流空间通过环形分布的曝气孔曝气。
本发明还提供一种用于盘式曝气器的曝气带，为可弯曲的带状物，所述曝气带厚度均匀，其一面具有横贯曝气带横向的、分布均匀的槽，槽的深度为0.01至1mm，优选0.05-0.5mm，更优选0.07至小于0.1mm(即0.07-0.1mm，但是不包括0.1mm)。
本发明的曝气器的优点是，曝气孔通过曝气带上的槽形成，其结构简单、易于制造，另外，通过简单地将曝气带卷绕于卷轴上实现曝气功能，使其便于拆装、利于清洁从而可以重复使用。此外，本发明的曝气器有利于污染物冲出，使微孔重新处于“干净”状态。这样，可以克服刚玉曝气器，橡胶曝气器等曝气增氧设备固定开孔存在运行阻力大、易堵塞、易老化撕裂、氧利用率运行不高、耗电、维修困难、不可再生等问题。
附图说明
现将参照附图详细地描述本发明的优点、特征，在附图中，各部件未必按比例绘制，其中：
图1是根据本发明的盘式曝气器的一个实施方案的示意图；
图2是根据本发明的盘式曝气器的剖视图；
图3是根据本发明的盘式曝气器的仰视图；
图4是根据本发明的盘式曝气器的曝气带的放大图；
图5是图4的曝气带的侧视图；
图6是根据本发明的盘式曝气器移除曝气带的俯视图；以及
图7是根据本发明的盘式曝气器的外圈盖的侧视图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。应理解，以下实施方案仅是举例性的，对本发明不构成限制。本发明的保护范围由权利要求书限定。还应理解，在实施本发明的过程中，不必包括下述实施方案中的所有技术特征，这些技术特征可以有多种组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，词语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所指示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所示的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本说明书中，为叙述的方便与简明，以曝气器中安装盘的第一表面和第二表面处于水平方向的方位为准，此时认为曝气器处于水平方向，与其垂直的方向定义为竖直方向，上述对于方向的限定不能理解为对本发明的限制。
本发明的盘式曝气器包括：曝气带，为可弯曲的带状物，所述曝气带厚度均匀，其一面具有横贯曝气带横向的、分布均匀的槽，槽的深度为0.01至1mm；一个安装盘，所述安装盘包括第一表面和第二表面，所述安装盘在第一表面上设有至少一个高于所述第一表面的凸棱，并且所述安装盘在第二表面上设有用于连接进气管道的管道接口，所述管道连接口的一端连接进气管道，另一端设有允许气体流通至所述第一表面的气孔；一个卷轴，所述卷轴固定在所述安装盘上，并且所述曝气带可卷绕于所述卷轴上，形成环形分布的曝气孔；其中借助于所述凸棱，所述曝气带与所述第一表面之间形成气流空间，气体由气流空间通过环形分布的曝气孔曝气。
根据本发明的一个优选实施方案，所述安装盘在其外缘处具有从第一表面突出沿竖直方向延伸的周壁，曝气带卷绕后借助于所述周壁压紧。优选地，该周壁的高度为曝气带宽度的80-120％，优选为90-110％。
优选地，所述曝气带一面具有的横贯曝气带横向的、分布均匀的槽的深度为0.07mm至小于0.1mm。
根据本发明的一个优选实施方案，所述卷轴相对所述安装盘可旋转，使得可借助于所述卷轴的旋转来卷绕曝气带。
根据本发明的一个优选实施方案，所述卷轴被安装到安装盘的基本中间位置。
根据本发明的一个优选实施方案，所述安装盘第二表面上还设有加强筋，用于增加安装盘的强度，防止安装盘变形扭曲等。
根据本发明的一个优选实施方案，所述卷轴和所述周壁上各设有用于固定所述曝气带的固定部。优选地，卷轴中部有穿透的缝，其缝宽和缝长可以供曝气带穿过，通过卷绕即作为卷绕曝气带的一端固定部位。优选地，周壁上有穿透的缝，其缝宽和缝长可以供曝气带穿过，作为卷绕曝气带的另外一个固定部位。
根据本发明的一个优选实施方案，所述卷轴还包括压紧装置，将所述卷绕压紧至所述安装盘，使其相对于所述安装盘不可动，以防止使用中的窜动。
根据本发明的一个优选实施方案，所述盘式曝气器还包括固位装置，用于防止所述曝气带脱离所述安装盘。优选地，所述固定装置为钉，穿过所述安装盘的周壁和卷绕的曝气带将所述曝气带固位。
根据本发明的一个优选实施方案，所述盘式曝气器还包括外圈盖，所述外圈盖连接至所述安装盘，可覆盖所述周壁。
根据本发明的一个优选实施方案，所述盘式曝气器还包括预应力圈，所述预应力圈有弹性，设置在卷轴与曝气带之间，或者设置在周壁与外圈盖之间，所述预应力圈优选地由橡胶或塑料制成。预应力圈高度为曝气带宽度的80-120％，优选为90-110％；厚度为0.2-0.5mm，优选0.25-0.40mm，其直径按实际需要确定。
本发明还提供一种用于盘式曝气器的曝气带，为可弯曲的带状物，所述曝气带厚度均匀，其一面具有横贯曝气带横向的、分布均匀的槽，槽的深度为0.01至1mm，优选0.05-0.5mm，更优选0.07至小于0.1mm(即0.07-0.1mm，但是不包括0.1mm)。
将曝气带沿卷绕方向延伸的方向定义为纵向，将与纵向垂直的宽度方向定义为横向，卷绕之后曝气带在径向上的维度为厚度。在一个优选实施方案中，用于盘式曝气器的曝气带的宽度为0.5-2.2cm，优选0.8-1.8cm，更优选1.0-1.5cm；曝气带的厚度为0.4-1.5mm，优选为0.5-1.25mm。其长度不限，可以根据实际需要选择。
本发明的盘式曝气器中，各部件(例如曝气带、安装盘、管道接口、卷轴、固定部、压紧装置、固位装置(例如钉)、外圈盖、等)可以采用塑料、橡胶和延展性金属(例如铝、钢、合金等)制成。
本发明的盘式曝气器各部件可以采用本领域已知的方法制造，例如采用注塑等方法制造。各部件的组装方式基于其各自结构和功能不言自明，在此不作赘述。
本发明的盘式曝气器可以用于各种液体环境(例如鱼塘、水族馆、家用鱼缸、微生物培养池、污水处理池等)中，对液体环境充气(包括充氧)。
以下结合附图对本发明作进一步示例性说明。
下面根据图1-7描述根据本发明实施方案的一种盘式曝气器，其中本实施方案中的盘式曝气器为直径为300mm环形盘式曝气器，其有效曝气面积为270mm。如图1所示，盘式曝气器01包括：曝气带1、安装盘2和卷轴3，卷轴3被安装到安装盘2的基本中间位置，曝气带1卷绕于卷轴3，在安装盘2上形成曝气器。优选地，卷轴3可以相对于安装盘2绕一轴线自转，通过转动卷轴3将曝气带1卷绕于其上，这样使得曝气带的卷绕更加简单。
参照图4和图5，图4和图5示出了曝气带1的放大图。曝气带1为厚度均匀(槽的深度不计)的带状物，其优选地由塑料、橡胶或者柔性金属例如铝制成，使其成型为可弯曲。为描述方便，将曝气带1沿卷绕方向延伸的方向定义为纵向，将与纵向垂直的宽度方向定义为横向。如图4和图5所示的，曝气带1一面具有槽11，一面为光滑表面，其中槽11横贯曝气带1的横向均匀分布，并且优选地在曝气带的整个宽度上分布，使得通过将曝气带1卷绕于卷轴3时，沿曝气带1宽度上均匀分布的槽11贴合与其相邻的曝气带11的光滑表面，从而形成整体上环形分布的曝气孔。优选地，槽11的深度为0.01至1mm，更优选地，槽11的深度为0.07mm至小于0.1mm。可替代地，槽11与横向方向成角度地在曝气带1上延伸，以形成允许气体通过的槽。
图2示出根据本发明的盘式曝气器的剖视图。如图2所示，安装盘2包括第一表面21和第二表面22，其中第一表面21上设有多个高于第一表面21的凸棱211，凸棱211在第一表面21上沿径向分布，当曝气带1卷绕于卷轴3时，曝气带1与凸棱211接触，由于凸棱211高于第一表面，因此曝气带1、凸棱211和第一表面21之间形成了一个空间，以允许气体流动，气体进入该气流空间后通过环形分布的曝气孔曝气。如图2所示，第一表面21上还设有周壁212，周壁212在安装盘2的外缘处从第一表面21向远离第一表面方向延伸，其高度优选地大体上等于曝气带1的宽度，曝气带1卷绕后借助于周壁212将其压紧。应理解，周壁212的延伸高度并不受限于曝气带的宽度。还应理解的是，曝气带1并不限于通过周壁212将其压紧至安装盘，它还可以通过其他方式，例如如图6中示出的卡紧口41，将其固定到安装盘2，例如熔接，或者在安装盘上设置接收装置，以接收曝气带的末端并将其固定，应理解，曝气带末端的固定存在多种方式，普通技术人员可以根据自己的技能作出选择，在本文中不再一一描述。
从上述结构可知，曝气带可简单地卷绕于卷轴上实现曝气功能，而且便于拆装、利于清洁从而可以重复使用。
再次参照图2，安装盘2的第二表面22上配置有管道接口222，用于连接进气管道，优选地通过螺纹连接。应理解，可以采用任何适合的连接方式，此处不再赘述。第二表面22上还设有加强筋221，用于增加安装盘2的强度，防止安装盘变形扭曲等。管道接口222上设有至少一个气孔223，进入管道接口的气体可以通过气孔223导入到第一表面，从而通过上述形成的气流空间经由环形分布的曝气孔曝气。优选地，气孔223沿管道接口的外周对应于气流空间大体上均匀分布。应领会，气孔223的尺寸不应过小，否则会产生气体压降，降低通气速度，影响曝气效果。
参照图2、图6和图7，塑料曝气盘还包括外圈盖4，外圈盖4套装在安装盘的外边缘处，可以覆盖安装盘的周壁，同时还可以至少部分地压紧安装盘的周壁附近的曝气带，以防止曝气带脱离安装盘。优选地，盘式曝气器01还包括固位装置，例如钢钉6，用于防止使用时由于气压导致曝气带脱离安装盘2。钢钉6穿过曝气带1将其固位在安装盘2上。应理解，固位装置并不限于钢钉，也可以是固位带、粘结剂等。
有利的是，盘式曝气器01还包括预应力圈5，其为具有弹性的圈状物，当与曝气带接触时，其高度优选地不超过曝气带的宽度，但应理解，预应力圈的高度是不受曝气带限制的。预应力圈5优选地由橡胶、硅胶等材料制成。由于预应力圈5具有弹性，它可套紧在卷轴、卷绕的曝气带和周壁上，从而被设置在卷轴3与曝气带1之间、曝气带1和周壁212之间和/或设置在周壁212与外圈盖之间，当进气量增加和/或气压增大时，预应力圈可以响应进气量和/或气压以调整间隙。
再次参照图2和图5，卷轴3用于卷绕曝气带1的主体部分设有固定曝气带1的固定部31，可以将曝气带穿入到固定部31中，之后开始执行卷绕。应注意，在本实施方案中，固定部31优选地，卷轴3还包括压紧装置，在本实施方案中为压紧盖33，其可以插入到卷轴3内部，借助于螺栓32将其固定，从而将卷轴3压紧抵靠在安装盘2上，使其相对于安装盘不可动，以防止卷轴3在使用中窜动，导致曝气带松脱。应理解，卷轴3也可以与安装盘2一体成型，此时卷轴3相对于安装盘2不可动，使曝气带绕卷轴3缠绕以形成曝气器。
在使用过程中，气体通过进气管道进入管道接口222，经由气孔223导入到由凸棱211、曝气带1和第一表面21限定的气流空间中，然后通过由曝气带1上的槽11形成的环形分布的曝气孔曝气。以此方式形成的盘式曝气器，由于其有效曝气面积大、结构简单、曝气孔可变，因此具有曝气量大、维护维修方便、可重复利用率高等优点。
检测实施例1
为本实施例的目的，图1中的盘式曝气器的直径为300mm，其中，有效曝气直径(即卷绕的曝气带所占的部分)为270mm。曝气带的宽度为1.3cm；曝气带的厚度为1.0mm；横贯曝气带有横向的、分布均匀的槽深度为0.08mm。曝气带长度以卷绕至达到周壁内侧为限，一端超过卷轴中部的缝固定，一端直接填塞在安装盘周壁(高度1.4cm)内侧固定。曝气带卷绕至如下程度：曝气带在径向紧密贴合，但是用20倍放大镜观察最接近卷轴的2层横贯曝气带的槽和最接近安装盘周壁的2层横贯曝气带的槽形成的曝气孔形状基本相同，此时表明曝气带卷绕受力均匀、合理。盘式曝气器通过连接进气管道的管道接口通入曝气气体，卷轴通过压紧装置被压紧在安装盘上，同时压紧装置封闭管道接口的另一端。
实验采用从城市雨天街道收集的污水和污水处理厂的活性污泥，置于实验池中，将曝气器置于污水中，水平放置(曝气的一面朝上)，曝气器位于水深6m处，服务面积为1m2/个。分别按2Nm3/h、3Nm3/h、5Nm3/h、7Nm3/h(按20℃、0.06Mpa，下同)通压缩空气。分别在不同的通气量下测量阻力损失和充氧能力，得到以下数据：
标准通气量(N m3/h) 2 3 5 7
阻力损失(Pa) 2100 2300 2700 3240
充氧能力(Kg/h) 0.195 0.271 0.422 0.572
在HJ/T256-2006《环境保护产品技术要求中、微孔曝气器》行业标准的指标要求中，要求压力损失小于等于5000Pa，充氧能力大于等于0.13Kg/h，根据上述数据可以明显地看到，本发明的盘式曝气器的阻力损失小，充氧能力强，且随着通气量的增加，阻力损失小幅上升，而充氧能力急剧增加。
另外，按2Nm3/h(按20℃、0.06Mpa，下同)通压缩空气。初期，压力损失为2100Pa，120小时后，由于曝气孔中可能存在的污染物使压力损失增大，盘式曝气器出气口压力损失增加到2500Pa。于是加大气量，用10Nm3/h气量吹洗30分钟。然后恢复2Nm3/h气量，检测盘式曝气器出气口压力损失，为2450Pa。
实验过程中，曝气器运行稳定，无抖动和振动。
检测实施例2
与“检测实施例1”的试验条件相同，所不同的是，进一步采用图2所示的曝气器，在卷轴与曝气带之间、曝气带与周壁之间以及周壁与外端盖之间均设有的橡胶预应力圈(预应力圈高度为1.3cm，厚度0.3mm)。在卷轴与曝气带之间的预应力圈有裂口，供曝气带穿过固定至卷轴。曝气带外侧由预应力圈固定。
实验采用从城市雨天街道收集的污水和污水处理厂的活性污泥，置于实验池中，将曝气器置于污水中，水平放置(曝气的一面朝上)，曝气器位于水深6m处，服务面积为1m2/个。
实验按2Nm3/h(按20℃、0.06Mpa，下同)通气。压力损失为2230Pa，120小时后，由于曝气孔中可能存在的污染物使压力损失增大，盘式曝气器出气口压力损失为2560Pa。于是加大气量，用10Nm3/h气量吹洗30分钟。然后恢复2Nm3/h气量，检测盘式曝气器出气口压力损失为2250Pa。可见，“去污”效果明显。
实验过程中，曝气器运行稳定，无抖动和振动。
虽然在上文展示和描述了示例各种实施方案，但对本领域技术人员显而易见的是，可以在不背离所附权利要求书所定义的本发明范围的前提下作出修改和变化。

Claims (10)

1.一种盘式曝气器，其包括：
曝气带，为可弯曲的带状物，所述曝气带厚度均匀，其一面具有横贯曝气带横向的、分布均匀的槽，槽的深度为0.01至1mm；
一个安装盘，所述安装盘包括第一表面和第二表面，所述安装盘在第一表面上设有至少一个高于所述第一表面的凸棱，并且所述安装盘在第二表面上设有用于连接进气管道的管道接口，所述管道连接口的一端连接进气管道，另一端设有允许气体流通至所述第一表面的气体通道；
一个卷轴，所述卷轴固定在所述安装盘上，并且所述曝气带可卷绕于所述卷轴上，形成环形分布的曝气孔；
其中借助于所述凸棱，所述曝气带与所述第一表面之间形成气流空间，气体由气流空间通过环形分布的曝气孔曝气。
2.根据权利要求1所述的盘式曝气器，所述安装盘在其外缘处具有周壁，周壁在竖直方向从第一表面向远离第一表面方向延伸，曝气带卷绕后借助于所述周壁压紧。
3.根据权利要求2所述的盘式曝气器，所述曝气带一面具有的横贯曝气带横向的、分布均匀的槽的深度为0.07mm至小于0.1mm。
4.根据权利要求3所述的盘式曝气器，所述卷轴被安装到安装盘的基本中间位置且相对所述安装盘可旋转，使得可借助于所述卷轴的旋转来卷绕曝气带。
5.根据权利要求4所述的盘式曝气器，所述卷轴和所述周壁上分别设有用于固定所述曝气带的固定部。
6.根据权利要求4所述的盘式曝气器，所述卷轴还包括压紧装置，将所述卷绕压紧至所述安装盘，使其相对于所述安装盘不可动，以防止使用中的窜动。
7.根据权利要求1-6中的任意一项所述的盘式曝气器，所述盘式曝气器还包括固位装置，用于防止所述曝气带脱离所述安装盘。
8.根据权利要求1-6中的任意一项所述的盘式曝气器，所述盘式曝气器还包括外圈盖，所述外圈盖连接至所述安装盘，可覆盖所述周壁。
9.根据权利要求1-6中的任意一项所述的盘式曝气器，所述盘式曝气器还包括预应力圈，所述预应力圈有弹性，设置在卷轴与曝气带之间和/或曝气带与周壁之间和/或设置在周壁与曝气带之间，所述预应力圈优选地由橡胶制成。
10.一种用于曝气器的曝气带，为可弯曲的带状物，所述曝气带厚度均匀，其一面具有横贯曝气带横向的、分布均匀的槽，槽的深度为0.01至1mm，优选0.07至小于0.1mm。
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