CN105854619B - 脉冲气体发生装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种脉冲气体发生装置，旨在提供一种仅需要较小流量的气流，即可实现瞬间均匀释放大流量气体产生大气泡的脉冲曝气效果；并且可有效避免因污泥沉淀而发生气道堵塞造成曝气失效的问题，延长装置使用寿命的脉冲气体发生装置。它包括壳体，所述壳体的内腔构成集气腔室，且集气腔室的下端开口，所述集气腔室内设有集气管道，集气管道具有与集气腔室相连通的第一开口及与壳体外部相连通的第二开口，所述集气管道的最低点位于第一开口及第二开口的下方，且集气管道的最低点部位设有与集气管道的内腔相连通的排泥管。

Description

脉冲气体发生装置

技术领域

本发明涉及膜过滤系统领域，具体涉及一种用于擦洗滤膜系统的脉冲气体发生装置。

背景技术

MBR膜生物反应器是高效膜分离技术与活性污泥技术有机结合的新型污水处理技术，与传统废水生物处理工艺比，膜生物反应器工艺具有产水水质好、占地面积小、自动化程度高等优势。目前阻碍MBR工艺在污水处理中应用和推广的主要原因有：能耗较传统工艺高、膜污染问题以及更换膜所带需成本；其中，高能耗因素的影响尤为严重。

从MBR工艺主要能耗的来源来看，膜擦洗曝气和生化工艺曝气占总能耗的60-80％。MBR工艺中的膜擦洗是依靠曝气时空气泡的搅动在膜表面形成交错流产生剪切力和扰动力，使悬浮物及生物凝聚体等大颗粒物在其作用下脱离膜表面，从而实现膜表面的清洁。剪切力与扰动力的大小与初始气泡速度、气泡直径和施加到该气泡上的力相关，因此更好的膜擦洗效果就需要更高的气量及能耗。

目前，现有技术的MBR膜生物反应器大多是连续曝气，消耗很多能量；而由于膜污染是逐步累积的，上述过滤过程并不需要连续曝气搅动，适当时间间隔曝气也可实现理想的擦洗效果。现有技术中脉冲曝气装置可将连续稳定的气流累积，当气流积累到设定量时便瞬间产生高流量大气泡的曝气，该曝气可使膜上聚集的结垢薄膜、胶体等沉积物破碎，同时能更有效的去除膜上的污染物，因此节能高效的脉冲曝气便成为膜擦洗工艺的最佳选择。

例如，中国专利申请号为200910068577.5，发明创造的名称为曝气清洗装置，其通过阀门控制来实现脉冲曝气，但阀门操作过于频繁不仅降低其寿命，增大成本，而且阀门出问题时将导致无法曝气，膜污染将急剧上升，降低膜寿命。

又如，中国专利申请号为201080050537.9，发明创造的名称为气体分布器，其可产生间歇气流，但是在较高的污泥浓度下，当曝气停止时，污泥沉淀会导致管路堵塞，从而导致降低其有效使用寿命；同时，膜污染并不均匀，在不同的水质及不同的膜位置均需要不同的曝气频率及强度，该气体分布器无法满足该要求。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中存在的不足，提供一种仅需要较小流量的气流，即可实现瞬间均匀释放大流量气体产生大气泡的脉冲曝气效果；并且可有效避免因污泥沉淀而发生气道堵塞造成曝气失效的问题，延长装置使用寿命的脉冲气体发生装置。

本发明的技术方案是：

一种脉冲气体发生装置包括壳体，所述壳体的内腔构成集气腔室，且集气腔室的下端开口，所述集气腔室内设有集气管道，集气管道具有与集气腔室相连通的第一开口及与壳体外部相连通的第二开口，所述集气管道的最低点位于第一开口及第二开口的下方，且集气管道的最低点部位设有与集气管道的内腔相连通的排泥管。

本方案的脉冲气体发生装置仅需要较小流量的气流，即可实现瞬间均匀释放大流量气体产生大气泡的脉冲曝气效果；并且集气管道内沉淀的污泥可以通过排泥管排出，因而可有效避免因污泥沉淀而发生集气管道堵塞造成曝气失效的问题，延长装置使用寿命。

作为优选，排泥管位于集气管道的下方，排泥管的上端口与集气管道的内腔相连通，排泥管的下端封闭，且排泥管的下端设有排泥通孔，所述排泥通孔的内径小于排泥管的内径。

本方案结构不仅能够将集气管道内沉淀的污泥由排泥管及排泥通孔排出，并且可以防止集气管道中的气体从排泥管排出；更重要的是，由于排泥通孔的内径小于排泥管的内径，这样在曝气过程中，可以避免因集气管道内压力降低，造成外界的液体通过排泥通孔及排泥管大量涌入集气管道内，在集气管道的最低点部位内形成液塞，而中断曝气的问题。

作为优选，集气腔室内还设有浮动式防堵塞机构，浮动式防堵塞机构包括竖直导套、可沿竖直导套滑动的插设在竖直导套内的浮动杆、设置在浮动杆上端的浮力块及竖直穿插杆，所述浮力块的浮力大于浮动式防堵塞机构的重力，所述竖直导套位于第一开口及第二开口的下方，竖直导套通过第一连接杆与壳体相连接，所述竖直穿插杆的上端穿过排泥通孔并位于排泥管内，竖直穿插杆的下端通过第二连接杆与浮动杆的下端相连接。

为了避免在曝气过程中，因集气管道内压力降低，造成外界的液体通过排泥通孔及排泥管大量涌入集气管道内，在集气管道的最低点部位内形成液塞，而中断曝气的问题；因而需要尽量减小排泥通孔的内径，但排泥通孔的内径减小则会容易出现污泥沉淀堵塞排泥通孔的问题。本方案针对这一问题进行改进，有效解决上述矛盾。本方案利用气流积累及曝气过程中集气腔室内的液面高度不断的升高/降低，从而带动浮动式防堵塞机构的浮力块上下升降，进而带动竖直穿插杆不断的在排泥通孔内穿插，从而避免因而减小排泥通孔的内径，而出现污泥沉淀堵塞排泥通孔的问题。

作为优选，集气管道包括第一竖直管道、第二竖直管道及连通第一竖直管道与第二竖直管道的下端的下连接管道，所述第一竖直管道的上端口构成所述第一开口，所述第二竖直管道的上端口构成所述第二开口，所述壳体的顶面设有与集气腔室相连通的连接通孔，所述第二开口与连接通孔密封连接。

作为优选，第一竖直管道包括定竖直管道及可沿滑动插设在竖直管道升降内的竖直调节管道，所述竖直调节管道与定竖直管道之间设有密封圈，竖直调节管道的上端位于定竖直管道的上方。

本方案结构可以通过调节竖直调节管道的高度，进而调整脉冲发生器脉冲曝气的频率及强度(竖直调节管道上端的高度越高，则曝气强度越大、曝气频率降低；竖直调节管道上端的高度越低，则曝气强度越小、曝气频率升高)，以适应不同水质及不同的膜位置均需要不同的曝气频率及强度的需求。

另一方面，脉冲气体发生装置在膜生物反应器连续应用的过程中，膜污染逐步累积使得膜生物反应器的膜压差逐渐增大，因而本方案在脉冲气体发生装置使用一段时间后可以通过调节竖直调节管道的高度，将竖直调节管道往上移动，从而提高脉冲气体发生装置曝气强度，进而提高对膜表面的清洁能力，提高膜生物反应器的污水处理效果。

作为优选，排泥管为两个，其中一个排泥管设置在第一竖直管道的下端并与第一竖直管道的内腔的下端相连通，另一排泥管设置在第二竖直管道的下端并与第二竖直管道的内腔的下端相连通。

作为优选，还包括设置在壳体的顶面上方的布气罩，所述布气罩的顶面设有若干曝气孔，布气罩的侧面下边缘设有排泥口。本方案的排泥口可以将布气罩与壳体顶面之间沉淀的污泥排出。

作为优选，壳体的顶面中心向上凸起，形成由中心往四周边缘倾斜延伸的斜面。本方案结构有利于将沉淀在布气罩与壳体顶面之间的污泥由排泥口排出。

作为优选，布气罩与壳体之间通过卡扣连接。

作为优选，还包括设置在壳体上的水平布气管，水平布气管上设有开口朝下的布气槽，所述布气槽的两端封闭，且布气槽的一端设有进气接口，布气槽的槽口边缘设有排气缺口，所述排气缺口位于集气腔室内或集气腔室的正下方，且排气缺口位于集气管道的最低点的下方。

本方案的水平布气管、布气槽及排气缺口结构可以在保证可靠的为集气腔室提供气源的前提下，有效解决水平布气管内出现污泥沉淀堵塞布气管，造成曝气装置失效的问题。

本发明的有益效果是：

其一，仅需要较小流量的气流，即可实现瞬间均匀释放大流量气体产生大气泡的脉冲曝气效果；

其二，可有效避免因污泥沉淀而发生气道堵塞造成曝气失效的问题，延长装置使用寿命；

其三，可以调整脉冲发生器脉冲曝气的频率及强度，以适应不同水质及不同的膜位置均需要不同的曝气频率及强度的需求。

附图说明

图1是本发明的实施例1的脉冲气体发生装置的一种结构示意图。

图2是本发明的实施例2的脉冲气体发生装置的一种结构示意图。

图3为实施例5和实施例6中使用脉冲气体发生装置的膜生物反应器跨膜压差随运行时间的变化趋势图。

图中：壳体1、集气腔室11、斜面12，布气罩2、曝气孔21、排泥口22，集气管道3、第一开口31、竖直调节管道32、限位块33、定竖直管道34、第二开口35、第二竖直管道36、下连接管道37，排泥管4、排泥通孔41，水平布气管5、布气槽51、排气缺口52，浮动式防堵塞机构6、浮力块61、竖直导套62、浮动杆63、竖直穿插杆64、第二连接杆65。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

实施例1：如图1所示，一种脉冲气体发生装置包括壳体1，设置在壳体上的水平布气管5及设置在壳体的顶面上方的布气罩2。壳体的内腔构成集气腔室11，且集气腔室的下端开口。布气罩与壳体之间通过卡扣连接。布气罩的顶面设有若干曝气孔21。布气罩的侧面下边缘设有排泥口22。壳体的顶面中心向上凸起，形成由中心往四周边缘倾斜延伸的斜面12。壳体的顶面设有与集气腔室相连通的连接通孔，且连接通孔位于壳体的顶面的中心。

集气腔室内设有集气管道3。集气管道包括第一竖直管道、第二竖直管道36及连通第一竖直管道与第二竖直管道的下端的下连接管道37。下连接管道水平设置。第一竖直管道包括定竖直管道34及可沿滑动插设在竖直管道升降内的竖直调节管道32。定竖直管道与第二竖直管道的内径相同。竖直调节管道与定竖直管道之间设有密封圈。竖直调节管道的上端位于定竖直管道的上方。竖直调节管道的外侧面上并位于定竖直管道的上方设有限位块33。集气管道具有与集气腔室相连通的第一开口31及与壳体外部相连通的第二开口35。第二开口与连接通孔密封连接。本实施例中第一竖直管道的上端口构成所述第一开口，第二竖直管道的上端口构成所述第二开口。集气管道的最低点位于第一开口及第二开口的下方，本实施例中的集气管道的最低点位于下连接管道处。

集气管道的最低点部位设有与集气管道的内腔相连通的排泥管4。排泥管的内径与第二竖直管道的内径相同。排泥管位于集气管道的下方。排泥管竖直设置。排泥管的长度大于排泥管的外径。排泥管的上端口与集气管道的内腔相连通。排泥管的下端封闭，且排泥管的下端设有排泥通孔41。排泥管的内腔的下端呈漏斗状。排泥通孔的内径小于排泥管的内径。本实施例中排泥通孔的内径为排泥管的内径的1/4或1/5或1/6。排泥管的数量为一个或两个或三个。本实施例的排泥管为两个，其中一个排泥管设置在第一竖直管道的下端并与第一竖直管道的内腔的下端相连通，另一排泥管设置在第二竖直管道的下端并与第二竖直管道的内腔的下端相连通。

水平布气管固定在壳体侧面上。水平布气管5上设有开口朝下的布气槽51。布气槽的两端封闭，且布气槽的一端设有进气接口。布气槽的槽口边缘设有排气缺口52。排气缺口位于集气腔室内或集气腔室的正下方，本实施例中排气缺口位于集气腔室内。排气缺口位于集气管道的最低点的下方，即排气缺口位于下连接管道的下方。

本实施例的脉冲气体发生装置的具体工作过程如下：

布气管上的进气接口与外部进气设备连接，为集气腔室提供气体。气体通过进气接口进入布气槽内，逐渐在布气槽的顶部聚集并不断将布气槽中的液体排出，当布气槽中的液面低于排气缺口的上边缘时，布气槽内的气体从排气缺口输入集气腔室内。另一方面，由于布气槽的开口朝下，因而不会产生水平布气管内出现污泥沉淀堵塞布气管，造成曝气装置失效的问题。

布气槽内的气体从排气缺口不断的输入集气腔室内(即外界小流量的气流不断的输入集气腔室内)，逐渐在集气腔室的顶部聚集并不断将集气腔室中的液体排出；当集气腔室内的液体低于集气管道的最低点(即集气腔室内的液体低于下连接管道)时，集气腔室内通过集气管道排出，实现瞬间释放集气腔室内的大量气体，接着通过布气罩的曝气孔产生大气泡，如此完成一次曝气。当集气腔室内的气体不断聚集并使集气腔室内的液体低于集气管道的最低点时，将再次曝气，如此循环反复，达到小流量气流输入，来实现瞬间均匀释放大流量气体产生大气泡的脉冲曝气效果。另一方面，集气管道内沉淀的污泥可以通过排泥管排出。

另外，在MBR膜生物反应器应用时，还可以将若干个本实施例的脉冲气体发生装置并排排列组成曝气模块安装使用。

实施例2，本实施例的其余结构参照实施例1，其不同之处在于：

如图2所示，集气腔室内还设有浮动式防堵塞机构6。浮动式防堵塞机构包括竖直导套62、可沿竖直导套滑动的插设在竖直导套内的浮动杆63、设置在浮动杆上端的浮力块61及竖直穿插杆64。浮力块的浮力大于浮动式防堵塞机构的重力。竖直导套位于第一开口及第二开口的下方。竖直导套通过第一连接杆与壳体相连接。竖直穿插杆的上端穿过排泥通孔并位于排泥管内。竖直穿插杆的下端通过第二连接杆65与浮动杆的下端相连接。第二连接杆水平设置，且第二连接杆位于集气管道的下方。

本实施例的脉冲气体发生装置的具体工作过程参照实施例1，其不同之处在于：

在集气腔室内的气体聚集/释放的过程中，集气腔室内的液面高度不断的升高/降低。在集气腔室内的液面高度不断的升高/降低的过程中将带动浮力块上下升降，进而带动竖直穿插杆不断的在排泥通孔内穿插，从而避免因而减小排泥通孔的内径，而出现污泥沉淀堵塞排泥通孔的问题。

实施例3：本实施例的脉冲气体发生装置参照实施例1。本实施例的脉冲气体发生装置为设置一根排泥管的脉冲气体发生装置在膜生物反应器中的应用实例，本实施例的脉冲气体发生装置记为1#脉冲气体发生装置。

设置一根排泥管的脉冲气体发生装置进行运行测试。测试进水为城市生活污水，测试过程中不断提高膜池污泥浓度，污泥浓度典型值设置为5000mg/L、6000mg/L、7000mg/L、8000mg/L、9000mg/L、10000mg/L，水力停留时间为4小时，每种污泥浓度工况连续测试一个月(总共测试六个月)。测试过程中，若碰到脉冲气体发生装置污堵，测试过程仍继续，直至无法进行试验为止。

实施例4：本实施例的脉冲气体发生装置参照实施例1。本实施例为设置两根排泥管的脉冲气体发生装置在膜生物反应器中的应用实例，本实施例的脉冲气体发生装置记为2#脉冲气体发生装置。

设置两根排泥管的脉冲气体发生装置进行运行测试。测试进水为城市生活污水，测试过程中不断提高膜池污泥浓度，污泥浓度典型值设置为5000mg/L、6000mg/L、7000mg/L、8000mg/L、9000mg/L、10000mg/L，水力停留时间为4小时，每种污泥浓度工况连续测试一个月(总共测试六个月)。测试过程中，若碰到脉冲气体发生装置污堵，测试过程仍继续，直至无法进行试验为止。

实施例3和实施例4测试结果如下表1

表1不同污泥浓度下1#和2#脉冲气体发生装置测试结果一览表

实施例5：本实施例的脉冲气体发生装置参照实施例1。本实施例为脉冲气体发生装置在膜生物反应器中的应用实例，且本实施例的脉冲气体发生装置在膜生物反应器的应用过程中，脉冲气体发生装置的竖直调节管道的高度为固定高度。本实施例的脉冲气体发生装置记为3#脉冲气体发生装置。

本实施例的脉冲气体发生装置的排泥管设置为两根。膜生物反应器系统进水水源均为印染废水，膜池内的污泥浓度约为5000mg/L，水力停留时间为4小时。脉冲气体发生装置的竖直调节管道上端与定竖直管道上端之间的间距设置为8cm，脉冲曝气强度为55m³/h，膜池有效水深为3.5米，脉冲气体发生装置最低点距池底0.3m。测试过程连续运行六个月。

实施例6：本实施例的脉冲气体发生装置参照实施例1。本实施例为脉冲气体发生装置在膜生物反应器中的应用实例，且本实施例的脉冲气体发生装置在膜生物反应器的应用过程中，脉冲气体发生装置的竖直调节管道的高度进行了调节。本实施例的脉冲气体发生装置记为4#脉冲气体发生装置。

本实施例的脉冲气体发生装置的排泥管设置为两根。膜生物反应器系统进水水源均为印染废水，膜池内的污泥浓度约为5000mg/L，水力停留时间为4小时。脉冲气体发生装置的竖直调节管道上端与定竖直管道上端之间的间距初始设置为8cm，脉冲曝气强度为55m³/h，膜池有效水深为3.5米，脉冲气体发生装置最低点距池底0.3m。测试过程连续运行六个月，运行中期(图3中2014年11月6日)将竖直调节管道上端与定竖直管道上端之间的间距调节为10cm，脉冲曝气强度需要的变化为60m³/h。

由图3可见，膜生物反应器测试装置运行6个月后，安装有3#脉冲气体发生装置和4#脉冲气体发生装置的膜生物反应器的膜系统都进行一次化学清洗，同时4#脉冲气体发生装置的竖直调节管道上端与定竖直管道上端之间的间距调节为10cm，3#脉冲气体发生装置的竖直调节管道高度不做调整。经过一段时间运行后发现安装有4#脉冲气体发生装置的膜生物反应器的跨膜压差上升缓慢，从而延长了膜系统化学清洗的周期，降低了能耗，进而节约污水处理成本。

Claims (8)

1.一种脉冲气体发生装置，其特征是，包括壳体，所述壳体的内腔构成集气腔室，且集气腔室的下端开口，所述集气腔室内设有集气管道，集气管道具有与集气腔室相连通的第一开口及与壳体外部相连通的第二开口，所述集气管道的最低点位于第一开口及第二开口的下方，且集气管道的最低点部位设有与集气管道的内腔相连通的排泥管；

所述排泥管位于集气管道的下方，排泥管的上端口与集气管道的内腔相连通，排泥管的下端封闭，且排泥管的下端设有排泥通孔，所述排泥通孔的内径小于排泥管的内径；

所述集气腔室内还设有浮动式防堵塞机构，浮动式防堵塞机构包括竖直导套、可沿竖直导套滑动的插设在竖直导套内的浮动杆、设置在浮动杆上端的浮力块及竖直穿插杆，所述浮力块的浮力大于浮动式防堵塞机构的重力，所述竖直导套位于第一开口及第二开口的下方，竖直导套通过第一连接杆与壳体相连接，所述竖直穿插杆的上端穿过排泥通孔并位于排泥管内，竖直穿插杆的下端通过第二连接杆与浮动杆的下端相连接。

2.根据权利要求1所述的脉冲气体发生装置，其特征是，所述集气管道包括第一竖直管道、第二竖直管道及连通第一竖直管道与第二竖直管道的下端的下连接管道，所述第一竖直管道的上端口构成所述第一开口，所述第二竖直管道的上端口构成所述第二开口，所述壳体的顶面设有与集气腔室相连通的连接通孔，所述第二开口与连接通孔密封连接。

3.根据权利要求2所述的脉冲气体发生装置，其特征是，所述第一竖直管道包括定竖直管道及可沿滑动插设在竖直管道升降内的竖直调节管道，所述竖直调节管道与定竖直管道之间设有密封圈，竖直调节管道的上端位于定竖直管道的上方。

4.根据权利要求2所述的脉冲气体发生装置，其特征是，所述的排泥管为两个，其中一个排泥管设置在第一竖直管道的下端并与第一竖直管道的内腔的下端相连通，另一排泥管设置在第二竖直管道的下端并与第二竖直管道的内腔的下端相连通。

5.根据权利要求1所述的脉冲气体发生装置，其特征是，还包括设置在壳体的顶面上方的布气罩，所述布气罩的顶面设有若干曝气孔，布气罩的侧面下边缘设有排泥口。

6.根据权利要求5所述的脉冲气体发生装置，其特征是，所述壳体的顶面中心向上凸起，形成由中心往四周边缘倾斜延伸的斜面。

7.根据权利要求5所述的脉冲气体发生装置，其特征是，所述布气罩与壳体之间通过卡扣连接。

8.根据权利要求1所述的脉冲气体发生装置，其特征是，还包括设置在壳体上的水平布气管，水平布气管上设有开口朝下的布气槽，所述布气槽的两端封闭，且布气槽的一端设有进气接口，布气槽的槽口边缘设有排气缺口，所述排气缺口位于集气腔室内或集气腔室的正下方，且排气缺口位于集气管道的最低点的下方。