CN105836906A - 一种高效离心式潜水曝气机 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及污水处理设备，具体涉及离心式潜水曝气机。目的是提供一种工作可靠的高效离心式潜水曝气机。潜水曝气机包括潜水电机的传动轴连接位于曝气盘内腔的叶轮，曝气盘上端设置进气口、下端设置进水口，曝气盘周边设置将水、气混合物排入水中的流道，其特征在于：所述曝气盘周边的流道斜向下设置，所述的流道出口连接喷射管，喷射管设置多个，多个喷射管按长度绕曝气盘周边规律布置；所述喷射管内腔供流体流通的管内腔是变径形状。所述的潜水电机设置在曝气盘下方。采用本发明的技术方案后，曝气盘中的流道由原来的水平改成向下倾斜，使喷出的水、气混合流体对池底污泥进行搅动，防止污泥沉淀。

Description

一种高效离心式潜水曝气机
技术领域
本发明涉及一种污水处理设备，具体涉及离心式潜水曝气机。
背景技术
离心式潜水曝气机，在水处理工艺中是一种用于向水体中曝气充氧的专用设备。其工作原理是：潜水电机传动轴直接驱动内置于曝气盘中的半开式叶轮高速旋转，在旋转叶轮离心力的作用下产生高压，空气和水分别从曝气盘上、下两端的进气口被吸入；叶轮与通入水上的进气管相通，导入空气。曝气盘四周布有多个流道，水、气混合液进入流道内被充分混合后从出口处沿径向方向高速喷出，并迅速向四周扩散，细碎的微小气泡充分与池中的水体融合，使大气中的氧溶解于水中，从而达到向水体曝气充氧的目的。
该种曝气机由于靠叶轮旋转排水时所产生的负压吸入空气，不需要配置鼓风设备，设备设备投资少，因此被广泛在污水处理工艺中使用。但目前使用的该种曝气机存在如下缺陷：
1、曝气机工作时，空气是通过进气管从叶轮轴心孔被吸入到叶轮腹腔内，由于电机是放置在曝气盘上方，且与叶轮同轴，使得进气管无法与叶轮上方的轴心孔对接。为解决此问题，曝气机的进气方式目前有两种结构形式：一是进气管弯成180度从叶轮下方的轴心孔进入；二是在混气室上方与潜水电机之间设置一中间气室，与进气管相通，中间气室下方的孔与叶轮轴心孔相通，将空气导入。
这两种结构存的缺陷是：高速空气经过管道弯头或气室时产生附加阻力，造成进气负压压头损失，进气量减少，降低了曝气机的曝气效率。
2、曝气机混气室四周的流道呈水平散射形分布，在工作时水、气混合液从出口也沿水平方向喷出。安装时，为了使池底污泥不沉淀，曝气机需紧贴池底放置，这样曝气机进水口和流道容易被污泥中的杂物堵塞，易造成叶轮损坏。虽然有的厂家在曝气机进水口处安装了拦渣网，但拦渣网也会被水中的纤维物堵塞，导致曝气机曝气量下降甚至不能正常工作。
3、曝气盘为一盘状铸件，中间空腔放置叶轮，四周分布多条流道与其相通，流道出口在曝气盘圆周边上，曝气时曝气盘周边会形成一个环形气泡带。环形气泡带中的大量小气泡会因不能及时扩散而迅速合并变大，使气泡表面积急剧减少，导致水的溶氧效率下降。同时，随着单个气泡直径的变大，其在水中的浮力增大，加快了气泡的上升速度，减少了气泡在水中的停留时间，也造成了水的溶氧效率下降。
后来CN103058401A公开了一种电机在下方，进气管位于上方；曝气盘周边具有喷射管的曝气机结构。比较有针对性地对上述技术问题进行改善。但是实践中普遍发现该设备的喷射管喷出的汽水混合物，气泡较大，曝气充氧能力交底地问题。为了增加喷射管内流体的湍流效果，避免气泡合并，CN203625148U公开的技术中，在喷射管下表面增加分流孔，以因其流体的在喷射管内更剧烈地湍流。但由于喷射管会给导致管内流体泄出，而流体压力、流速降低则直接导致湍流效果降低；所以该技术理论上有一定可行性，但实际效果缺得不偿失。而且造成喷射管外端附近气泡明显合并溢出水面，丧失给水体充氧的能力。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种充氧曝气能力显著提升的高效离心式潜水曝气机。
为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：一种潜水曝气机，包括潜水电机的传动轴连接位于曝气盘内腔的叶轮，曝气盘上端设置进气口、下端设置进水口，曝气盘周边设置将水、气混合液排入水中的流道，其特征在于：所述曝气盘周边的流道斜向下设置；所述的流道出口连接喷射管，喷射管设置多个，多个喷射管按长度绕曝气盘周边规律布置；所述喷射管内腔供流体流通的管内腔是变径形状。
优选的，所述的喷射管外端附近连接棕绳内端，棕绳外端悬置于水中，所述的棕绳显露的长度L为：
L=2*L平均-L喷射管；
其中，
L平均为：喷射管平均长度；
L喷射管为：与该棕绳连接的喷射管长度。
优选的，所述的喷射管的轴向沿曝气盘的切线方向设置。
优选的，所述喷射管为等管径管，该喷射管的管壁上向内压制若干凹部使得管内腔为变径形状；或者该喷射管内腔装有部分阻挡管内腔的阻挡件使得管内腔为变径形状。
优选的，所述的阻挡件外形与喷射管内腔形状吻合，内部具有两端大中间小的通孔；或者所述阻挡件为两端对称呈锥形的实体，并由一个支架固定在喷射管内腔；或者阻挡件为固定在喷射管内的钢筋网。
优选的，所述阻挡件为两端对称呈锥形的实体，并由一个支架固定在喷射管内腔靠近喷射管出口的位置；所述的棕绳内端连接在阻挡件靠管口一端。
优选的，所述的进水口由设置在曝气盘上的进水板中间位置的通孔构成，所述通孔的边缘向内均匀设置多个齿形凸起。
优选的，所述的潜水电机设置在曝气盘下方，潜水电机下部连接底座；进气口连接的进气管与叶轮同轴布置，并竖直延伸到水池液面以上。
优选的，所述的叶轮、曝气盘、底座表面具有涂覆有防腐防锈漆，所述防腐防锈漆由100重量份的E-44环氧树脂与650聚酰胺树脂50-60重量份、二甲苯5-8重量份、丙二醇5-10重量份、叔丁醇15-20重量份、醋酸丁酯5-10重量份、消泡剂0.5-1重量份、流平剂1-2重量份、CH07A防闪锈剂0.2-0.3重量份在120-130℃下混合制成；其中环氧树脂的环氧当量为210-230g/Eq。
优选的，所述防腐防锈漆由100重量份的E-44环氧树脂与650聚酰胺树脂52重量份、二甲苯6重量份、丙二醇6重量份、叔丁醇18重量份、醋酸丁酯8重量份、消泡剂0.6重量份、流平剂1重量份、CH07A防闪锈剂0.2重量份在120-125℃下混合制成；其中环氧树脂的环氧当量为210-230g/Eq。
采用本发明的技术方案后，曝气盘中的流道由原来的水平改成向下倾斜，使喷出的水、气混合流体对池底污泥进行搅动，防止污泥沉淀。同时，延长了气泡在水中的停留时间。流道出口外接喷射管，喷射管的长度长短不一，避免了曝气时曝气盘周边环形气泡带的形成，减少了气泡合并变大的概率。而且管内腔的变径结构可以增加喷射管内流体的湍流激烈程度，避免气泡合并，显著提高了曝气充氧的效果。棕绳可以顺着汽水混合流体对气泡进行分割破坏，避免气泡合并。因此本发明的曝气机出口气泡更细小，在水中也可以保持细小状态时间更长，显著提高曝气充氧能力。棕绳表面还天然具有毛刺，而且防腐烂，在水中经久耐泡。
曝气机进水板上的通孔边缘设置凸起，使得圆形进水口变成内齿形，叶轮与进水口底板之间的间隙很小，且与凸起构成剪刀状，当污水中的纤维物或片状物被吸入通过进水口时，旋转的叶轮上的叶片将其在凸起上剪断、撕裂，从而达到防堵塞和保护叶轮的目的。潜水电机倒置安装在曝气盘下方，进气管安装在曝气盘上方，形成下进水、上进气的结构。由于进气管与叶轮同一轴心，空气直接从进气管进入叶轮腹腔内，不会产生附加阻力，无负压压头损失，提高了曝气机的曝气效率。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1的另一种实施方式示意图；
图3是图1的另一种实施方式示意图；
图4是图1的一种实施方式的俯视图；
图5是图1的另一种实施方式的俯视图；
图6是图1中的进水口的仰视图。
具体实施方式
如图1到6所述的潜水曝气机，包括潜水电机1，潜水电机1的传动轴连接位于曝气盘2内腔的叶轮3，曝气盘2上端设置进气口、下端设置进水口，曝气盘2周边设置将水、气混合液排入水中的流道4，这些都是与本发明的改进相关的现有技术。至于传动轴如何传动、固定，曝气盘2、叶轮3的具体结构和布置方式则是本领域技术人员根据现有技术或者自身创造力进一步改进可以实现的，具有许多种实施方式。
优选的如图1-3，所述的潜水电机1设置在曝气盘2下方，进气口连接的进气管7与叶轮3同轴布置，并竖直延伸到水池液面以上；所述的潜水电机1下部连接底座6。潜水电机1倒置安装在曝气盘2下方，进气管7安装在曝气盘2上方，形成下进水、上进气的结构。由于进气管7与叶轮3同一轴心，空气直接从进气管7进入叶轮3工作区域内，不会产生附加阻力，无负压压头损失，提高了曝气机的曝气效率。同时，潜水电机1下部安装的底座6构成曝气的支座，提高了进水口高度，有效减少了因吸入污泥造成的堵塞和叶轮3的损坏可能性，并且省去和简化了潜水电机1设置在曝气盘2上方时较大的支座，简化了结构，降低了制作成本。
本发明的改进在于：所述曝气盘2周边的流道4斜向下设置。该流道4可以有多种实施方式：如图1所示的，曝气盘2是中空的盘状结构，盘边缘部分设置均匀的通道连通盘外和盘中间用于布置叶轮3的内腔。也可以是曝气盘2由上下两个板体和板体外边缘附近的固定连接杆构成。固定连接杆既能支撑两个板体，同时杆与杆之间的区域就自然构成流道4。
如图1所示的，进气口位于曝气盘2和叶轮3上方，并由进气管7内吸入空气；空气流向如图1中箭头8所示。进水口位于曝气盘2下端中间位置。连接架10上端连接曝气盘2、下端连接潜水电机1。连接架10周边为镂空结构，水流如图1中箭头9所示的方向进入连接架10内并向上由进水口进入曝气盘2；然后空气和水在叶轮3的作用下混流并由流道4斜向下喷射到水池中。曝气盘2中的流道4由原来的水平改成向下倾斜，使喷出的水、气混合液对池底污泥进行搅动，防止污泥沉淀。同时，水、气混合液斜向下，然后在浮力作用下向上运动，整个运动路径类似于开口朝上的抛物线，运动路径加长，延长了气泡在水中的停留时间；显著提高向水池中充氧的效果。
核心改进是：所述的流道4出口连接喷射管5，喷射管5设置多个，多个喷射管5按长度绕曝气盘2周边规律布置。喷射管5通常就是一段直管，连接在曝气盘2周边上即可。然后水、气混合液经流道4和喷射管5内腔冲射到水池中。当曝气盘2的尺寸与叶轮3直径相当时，喷射管5直接连接在叶轮3边缘的曝气盘2外壁，此时喷射管5的管腔也就是流道4的一种实施方式了。在这样的改进中，通常曝气盘2直径可适当缩小，节省铸造加工成本；流道4出口外接喷射管5，喷射管5的长度长短不一，避免了曝气时曝气盘2周边环形气泡带的形成，减少了气泡合并变大的概率。
至于所谓“按长度”地“规律布置”，其目的就是要利用喷射管5将水、气混合液分散地喷入水池中，避免形成环形气泡带和气泡聚合。因此，可以是如图4所示的，喷射管5设置多组，每组中依次设置管长不同的长喷射管51、中喷射管52、短喷射管53，然后多组喷射管5沿曝气盘2周边均匀布置。或者如图5所示的，喷射管5包括长喷射管组54、短喷射管组55，每组中的喷射管5长短大致相同，长喷射管组54与短喷射管组55沿曝气盘2周边均匀、间隔地布置。相邻喷射管5之间的曝气盘2外边缘可以封闭；也可以是流道4直接与外部相通，以排出少量水、气混合液。还可根据池平面形状及大小设计成不同长度，增大曝气服务面积，使布气趋于均匀。例如图3所示的实施方式就适合长方形的污水池中使用。喷射管5与曝气盘2为装配式结构，可在使用现场组装，便于运输。
且所述喷射管5内腔供流体流通的管内腔是变径形状。所述变径形状例如是所述喷射管5为等管径管，该喷射管5的管壁上向内压制若干凹部使得管内腔为变径形状。或者是该喷射管5内腔装有部分阻挡管内腔的阻挡件12使得管内腔为变径形状；如图1-3所示。具体来说，所述的阻挡件12可以是图2所示的，外形与喷射管5内腔形状吻合，内部具有两端大中间小的通孔；或者如图3所示，所述阻挡件12为两端对称呈锥形的实体，并由一个支架固定在喷射管5内腔；或者如图1所示的，阻挡件12为固定在喷射管5内的钢筋网。当然，喷射管5还可只阶梯管构成的，这样内腔自然也是变径形状的。内腔变径形状可以让汽水混合物更加激烈湍流，避免气泡合并。
更好的是，所述的喷射管5外端附近连接棕绳11内端，棕绳11外端悬置于水中。棕绳11最简单的就是固定在喷射管5的外端管口上。所述的棕绳11显露的长度L为：
L=2*L平均-L喷射管；
其中，L平均为：喷射管5的平均长度；
L喷射管为：与该棕绳11连接的喷射管长度。
意思也就是棕绳11显露于喷射管5外部的长度，加上喷射管5的长度应该大致等于喷射管5平均长度的两倍。如图4、5中也即是棕绳11外端基本上就在以曝气盘2轴心为圆心，以喷射管5平均长度2倍为半径的圆周上。加之喷射管5本身长短不一但有规律的错位布置，曝气盘2出来的汽水混合能够在曝气机周围呈立体地均匀分布，搅拌污泥，曝气充氧。
所述的喷射管5的轴向沿曝气盘2的切线方向设置。这样可以减小水、气混合液喷射的阻力损失，便于向水池中喷射地更远、更均匀；进一步避免气泡团聚。最优选如图3所示，所述阻挡件12为两端对称呈锥形的实体，并由一个支架固定在喷射管5内腔靠近喷射管5出口的位置；所述的棕绳11内端连接在阻挡件12靠管口一端。这样既能方便棕绳11连接，同时依靠变径位置结束后即可利用棕绳11的分散气泡的作用，汽水混合物也能对棕绳11起到最好的浮力和冲击效果，让棕绳11始终处于汽水流的中间位置。而且两端对称呈锥形的实体在喷射管5内对流体的阻力损失可以降到最低。
进一步的，如图6所示的，所述的进水口由设置在曝气盘2上的进水板21中间位置的通孔构成，所述通孔的边缘向内均匀设置多个齿形凸起22。曝气盘2通常是铸造加工而成，进水板21可以便于叶轮3的装配。将进水板21上的圆形通孔边缘设置齿形凸起22，那么进水口就相应地形成锯齿形或称齿轮形。叶轮3的叶片与进水板21之间的间隙通常很小，且与凸起22构成剪刀状结构，当污水中的纤维物或片状物被吸入通过进水口时，旋转的叶片将其在凸起22上剪断、撕裂，从而达到防堵塞和保护叶轮3的目的。
优选的，所述的叶轮3、曝气盘2、底座6等部件表面具有涂覆有防腐防锈漆。所述防腐防锈漆由100重量份的E-44环氧树脂与650聚酰胺树脂50-60重量份、二甲苯5-8重量份、丙二醇5-10重量份、叔丁醇15-20重量份、醋酸丁酯5-10重量份、消泡剂0.5-1重量份、流平剂1-2重量份、CH07A防闪锈剂0.2-0.3重量份在120-130℃下混合制成；其中环氧树脂的环氧当量为210-230g/Eq。
这样的防腐防锈漆具有原料毒害程度低，方便加工和使用，并且配方中采用丙二醇与叔丁醇混合溶剂，可以显著改善体系流动性，减少消泡剂、流平剂的用量；因为这些助剂本身不起防腐、防锈功能作用，其重量比减少可以提升体系有效物质含量，提高漆的整体防腐防锈性能；且漆面硬度显著提升，而采用其他溶剂或配比则无法达到上述效果。
本发明的防腐防锈漆的实施例：
原料来源及说明：环氧树脂牌号：E-44，环氧当量为210-230g/Eq；
聚酰胺树脂牌号：650；
防闪锈剂牌号：CH07A；
消泡剂牌号：EL-2608，产地东莞；
流平剂牌号：EL-2819，产地东莞；
其余单质均为市售产品，工业级。
实施例一
按重量：环氧树脂：100份、聚酰胺树脂：52份、二甲苯6份、丙二醇6份、叔丁醇18份、醋酸丁酯8份、消泡剂0.6份、流平剂1份、防闪锈剂：0.2份，原料在120-125℃下混合制成。
实施例二
按重量：环氧树脂：100份、聚酰胺树脂：52份、二甲苯6份、丙二醇6份、叔丁醇16份、醋酸丁酯6份、消泡剂0.6份、流平剂1.2份、防闪锈剂：0.25份，原料在120-125℃下混合制成。
实施例三
按重量：环氧树脂：100份、聚酰胺树脂：58份、二甲苯8份、丙二醇9份、叔丁醇18份、醋酸丁酯10份、消泡剂0.8份、流平剂1.8份、防闪锈剂：0.3份，原料在120-125℃下混合制成。
对比例一
按重量：环氧树脂：100份、聚酰胺树脂：52份、二甲苯6份、丙二醇24份、醋酸丁酯8份、消泡剂需3份、流平剂需6份、防闪锈剂：0.2份，原料在120-125℃下混合制成；如消泡剂和流平剂减少则无法获得合格产品。
对比例二
按重量：环氧树脂：100份、聚酰胺树脂：52份、二甲苯6份、叔丁醇24份、醋酸丁酯8份、消泡剂需3份、流平剂需6份、防闪锈剂：0.2份，原料在120-125℃下混合制成；如消泡剂和流平剂减少则无法获得合格产品。
对比例三
按重量：环氧树脂：100份、聚酰胺树脂：52份、二甲苯6份、丁醇24份、醋酸丁酯8份、消泡剂需3份、流平剂需6份、防闪锈剂：0.2份，原料在120-125℃下混合制成；如消泡剂和流平剂减少则无法获得合格产品。
将上述六个样品进行性能检测结果如下：
项目 实例一 实例二 实例三 对比一 对比二 对比三
外观 光滑平整 光滑平整 光滑平整 光滑平整 光滑平整 光滑平整
光泽（%） ≥90 ≥90 ≥90 ≥90 ≥90 ≥90
硬度（铅笔） ≥6H ≥6H ≥6H ≥3H ≥3H ≥3H
冲击力（正反）cm 50 50 50 35 40 50
耐碱性（NaOH2%500h） 无变化 无变化 无变化 起泡 无变化 起泡、脱落
耐盐雾（120h 级） ≥2 ≥2 ≥2 ≥2 ≥2 ≥2
附着力（划格法 级） ≤1 ≤1 ≤1 ≤1 ≤1 ≤1
耐100℃水煮10h 无变化 无变化 无变化 起泡 无变化 起泡
耐油（93#汽油、28#汽油、刹车油）48h 无变化 无变化 无变化 无变化 无变化 无变化
抗刮擦3000次 无变化 无变化 无变化 划痕、脱落 划痕、脱落 划痕、脱落

Claims (10)

1.一种高效离心式潜水曝气机，包括潜水电机（1）的传动轴连接位于曝气盘（2）内腔的叶轮（3），曝气盘（2）上端设置进气口、下端设置进水口，曝气盘（2）周边设置将水、气混合液排入水中的流道（4），其特征在于：所述曝气盘（2）周边的流道（4）斜向下设置；所述的流道（4）出口连接喷射管（5），喷射管（5）设置多个，多个喷射管（5）按长度绕曝气盘（2）周边规律布置；所述喷射管（5）内腔供流体流通的管内腔是变径形状。
2.根据权利要求1所述的高效离心式潜水曝气机，其特征在于：所述的喷射管（5）外端附近连接棕绳（11）内端，棕绳（11）外端悬置于水中，所述的棕绳（11）显露的长度L为：
L=2*L平均-L喷射管；
其中，
L平均为：喷射管（5）平均长度；
L喷射管为：与该棕绳（11）连接的喷射管长度。
3.根据权利要求2所述的高效离心式潜水曝气机，其特征在于：所述的喷射管（5）的轴向沿曝气盘（2）的切线方向设置。
4.根据权利要求3所述的高效离心式潜水曝气机，其特征在于：所述喷射管（5）为等管径管，该喷射管（5）的管壁上向内压制若干凹部使得管内腔为变径形状；或者该喷射管（5）内腔装有部分阻挡管内腔的阻挡件（12）使得管内腔为变径形状。
5.根据权利要求4所述的高效离心式潜水曝气机，其特征在于：所述的阻挡件（12）外形与喷射管（5）内腔形状吻合，内部具有两端大中间小的通孔；或者所述阻挡件（12）为两端对称呈锥形的实体，并由一个支架固定在喷射管（5）内腔；或者阻挡件（12）为固定在喷射管（5）内的钢筋网。
6.根据权利要求4所述的高效离心式潜水曝气机，其特征在于：所述阻挡件（12）为两端对称呈锥形的实体，并由一个支架固定在喷射管（5）内腔靠近喷射管（5）出口的位置；所述的棕绳（11）内端连接在阻挡件靠管口一端。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的高效离心式潜水曝气机，其特征在于：所述的进水口由设置在曝气盘（2）上的进水板（21）中间位置的通孔构成，所述通孔的边缘向内均匀设置多个齿形凸起（22）。
8.根据权利要求7所述的高效离心式潜水曝气机，其特征在于：所述的潜水电机（1）设置在曝气盘（2）下方，潜水电机（1）下部连接底座（6）；进气口连接的进气管（7）与叶轮（3）同轴布置，并竖直延伸到水池液面以上。
9.根据权利要求8所述的高效离心式潜水曝气机，其特征在于：所述的叶轮（3）、曝气盘（2）、底座（6）表面具有涂覆有防腐防锈漆，所述防腐防锈漆由100重量份的E-44环氧树脂与650聚酰胺树脂50-60重量份、二甲苯5-8重量份、丙二醇5-10重量份、叔丁醇15-20重量份、醋酸丁酯5-10重量份、消泡剂0.5-1重量份、流平剂1-2重量份、CH07A防闪锈剂0.2-0.3重量份在120-130℃下混合制成；其中环氧树脂的环氧当量为210-230g/Eq。
10.根据权利要求9所述的高效离心式潜水曝气机，其特征在于：所述防腐防锈漆由100重量份的E-44环氧树脂与650聚酰胺树脂52重量份、二甲苯6重量份、丙二醇6重量份、叔丁醇18重量份、醋酸丁酯8重量份、消泡剂0.6重量份、流平剂1重量份、CH07A防闪锈剂0.2重量份在120-125℃下混合制成；其中环氧树脂的环氧当量为210-230g/Eq。
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