CN106145315B - 一种有限空间高效充氧系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种有限空间高效充氧系统，其包括曝气池，所述曝气池内沿水流方向设置若干导流板，所述导流板将所述曝气池分为若干区域，所述若干区域内分别根据该区域的溶氧要求集中布置不同数量的曝气器，所述曝气器为旋切混流曝气装置，所述旋切混流曝气装置的出水口上方设置有导流切割器，所述导流切割器设置在所述中心进气管外部，并且所述导流切割器与所述出水口之间具有缓冲距离；所述导流切割器为倒置的圆锥体，并且其锥度为60‑65°。本发明解决了实际工程中好氧池内曝气不均、总体溶氧效率低、池体污泥淤积、曝气器容易脱落、堵塞、老化、氧利用效率下降快、管理维护不便、成本高等问题。

Description

一种有限空间高效充氧系统

技术领域

本发明涉及污废水处理技术领域，特别涉及一种用于曝气的有限空间高效充氧系统。

背景技术

好氧生物处理工艺在各类工业废水和城市生活污水处理工程中应用广泛。曝气是其关键的工艺环节，通过曝气设备实现向污水中充氧，为好氧微生物分解有机物提供氧气并维持好氧微生物的活性，另外，曝气也起到搅拌混合的作用，保证活性污泥、溶解氧、有机污染物三者的充分接触，提高污水处理效果。鼓风曝气是国内主流采用的曝气方式，由鼓风机、空气扩散装置和空气输送管道组成。根据产生的气泡大小，空气扩散装置可分为微气泡扩散装置、中气泡扩散装置和大气泡扩散装置。理论上，气泡越小，气液接触面积越大，氧利用率越高，所以目前膜片式微孔曝气装置以其高利用率得到了广泛应用。然而，现有曝气设备在实际运行过程中却不可避免的出现好氧池内曝气不均匀，总体溶氧效率低，池底污泥淤积厌氧化，因曝气器的脱落、堵塞、老化等导致的氧利用率急速下降、高能耗、高运行成本等问题。

目前多数好氧处理单元采用鼓风曝气，膜片式曝气器为散气装置。图1为曝气系统示意图，加压空气由鼓风机30提供，空气输送管道起到输送和配气的作用，均匀固定安装在曝气池底部的散气装置40是整个曝气系统的关键部位，它的作用是将鼓风机所提供的压缩空气分散成尽可能小的气泡，以增大空气和混合液的接触界面，促进空气中的氧气溶解到水中的传质过程。

现有曝气系统实际应用中存在以下问题：

1.曝气器多采用满池均匀布置的方式，而实际污水处理过程中，沿曝气池水流方向，污染物浓度逐渐降低，均匀布气会导致曝气池前端曝气不足，末端过量，为保证曝气均匀而需要加大曝气量，导致运行成本增加；

2.现有曝气系统溶氧效率总体而言并不高，曝气系统使用的膜片式曝气器形成的气泡很小，虽增加了气液接触面积，但由于气泡尺寸越小，气泡运动速度越慢，无法形成水流，对池内混合液的扰动作用不强，最终减弱了氧传质过程，另外仅向上的单向曝气方式也导致对池底污泥的搅动效果很差，致使池底污泥厌氧化；

3.曝气器固定在池底，且在运行过程中容易脱落，导致局部泄气，最终可能导致曝气系统崩溃，更换维护时必须停产抽干后作业；

4.膜片式曝气器的膜孔小，空气流动阻力大，引起压力损失增大，相应能耗上升；

5.膜片式曝气器的膜片所用橡胶材质易老化，使用寿命较短，一般为3年，膜片老化撕裂后曝气效率急剧下降，产生局部泄压，膜孔易堵塞，尤其应用在高浓度、高悬浮物、高硬度或易结垢的污水中，清洗检修维护困难；

6.曝气器脱落、老化、易堵等缺点都导致了维护成本上升，增加了污水处理运行成本，甚至直接影响污水处理工艺的正常运行。

发明内容

本发明提供一种有限空间高效充氧系统，以解决实际工程中好氧池内曝气不均、总体溶氧效率低、池底污泥淤积、曝气器容易脱落、堵塞、老化、氧利用效率下降快、管理维护不便、成本高等问题。

本发明的技术方案如下：

一种有限空间高效充氧系统，其包括曝气池，所述曝气池内沿水流方向设置若干导流板，所述导流板将所述曝气池分为若干区域，所述若干区域内分别根据该区域的溶氧要求集中布置不同数量的曝气器；所述曝气器为旋切混流曝气装置，所述旋切混流曝气装置主要由外筒、中心进气管、顺向旋流板、逆向旋流板、分流器组成，所述外筒的下部为进水口，上部是出水口，所述中心进气管竖直内置于所述外筒并且其上部具有进气口、下部具有出气口，所述顺向旋流板和逆向旋流板与所述中心进气管固定，所述顺向旋流板和所述逆向旋流板之间具有缓冲空间；所述分流器固定在所述中心进气管的底部并使从所述中心进气管底部排出的气体向四周排出；所述旋切混流曝气装置的出水口上方设置有导流切割器，所述导流切割器设置在所述中心进气管外部，并且所述导流切割器与所述出水口之间具有缓冲距离；所述导流切割器为倒置的圆锥体，并且其锥度为60-65°。

本发明通过在曝气池内加设导流板，使得污水形成合适的流速，并延长水力停留时间，同时将曝气池分割成几个区域；并且，在每个区域内集中布置不同数量的曝气器，可以使沿水流方向形成曝气区与缓冲区间隔分布。曝气器集中布置的设置方式与曝气器均匀布置的设置方式相比，曝气器集中布置使沿水流方向形成曝气区与缓冲区间隔分布，曝气区的溶解氧浓度相对较高，缓冲区的溶解氧相对较低，在水流的推动下，高溶氧区的水很快流向低溶氧区，利用溶氧浓度的高低差，造成较大的溶氧浓度梯度分布，提高了氧的传递速率，大大增加充氧能力。在本发明中，可以通过顺向旋流板和逆向旋流板的叶片角度的设计使得水流形成旋流。设置所述分流器使气体从进气管的周边向外呈一个扩大的角度流出可以增加气体和水的混合面积。其中，旋切混流曝气装置的中心进气管竖直内置，使得设备结构更简化，空气流动更顺畅，并且通过设置中心进气管作为气体输送装置并将其下部作为出气口和曝气口，使设置大口径曝气口成为可能；同时，分别包括具有角度的多个叶片的顺向旋流板和逆向旋流板具有剪切、旋流的作用，可形成强烈紊流；特殊的结构设计使得该旋切混流曝气装置运行时，可提高周边混合液的湍流程度，并对池底污泥形成强力搅动作用，避免出现污泥厌氧，大大强化氧传质过程，在以该曝气器为中心的有限空间内实现高效充氧。此外，本发明的旋切混流曝气装置通过上述结构的设置使其内无易损部件，运行过程中各部件不会出现脱落的情况，旋切混流曝气装置性能稳定，运行故障极少，基本能实现免维护。本发明设置了导流切割器，并首次认识到导流切割器的锥面对氧利用效率和充氧效果具有重要作用，并且进一步的通过设置导流切割器，使其具有适宜角度的锥面，从而能够适应气液固三相混合液的流动，进而发挥其导流、扩散的功能。在本发明的优选实施方式中，在至少一个所述区域的垂直方向上，所述曝气器分层布设。因此，曝气器分层布设可以仅在一区域设置，或仅在其中一些区域设置，或全部区域均设置。曝气器在垂直方向上分层布设，一方面使得垂直方向曝气均匀，解决了现有曝气器产生的气泡在上升过程中不断变大，氧传质效率减弱的问题，另一方面也大大增强水流混合作用。

在本发明的优选实施方式中，所述旋切混流曝气装置的外筒下部的进水口为喇叭状进水口。喇叭状进水口设计，有利于水流循环。

在本发明的优选实施方式中，所述顺向旋流板和所述逆向旋流板间隔设置，实现进入其中的水流的旋流上升。

在本发明的一优选实施方式中，所述顺向旋流板和逆向旋流板的叶片上分别分布有多个碰撞头。叶片上碰撞头的设计可形成大量微小气泡。

在本发明的优选实施方式中，所述导流切割器的外表面分布有多个切割构件，该些切割构件相对于所述导流切割器的角度为90-100°，所述切割构件的长度为3-5cm。本发明首次认识到导流切割器外设置的切割构件相对于导流切割器锥面的角度和切割构件的长度对氧利用效率和充氧效果具有重要作用，并且进一步的通过设置所述切割构件，使其具有适宜的角度及长度，并经实验验证该角度和长度能够实现切割构件对气液固三相混合液的切割。

上述的具有切割构件的导流切割器能够对气水混流实现二次导流、切割、扩散，经试验验证，该结构可有效提升曝气设备的充氧能力，与未设置导流切割器和切割构件的旋切混流曝气装置相比，该旋切混流曝气装置的充氧能力可提升1.25倍以上。

在本发明的一实施例中，所述旋切混流曝气装置的中心进气管通过法兰与外部空气管路连接。

在本发明的优选实施方式中，所述旋切混流曝气装置的所述中心进气管的出气口为大口径曝气口，从而在曝气时，曝气口不会堵塞，而且气流可顺水流之势，大大降低了空气流动阻力，节能降耗效果明显；同时，大口径曝气口的设计也避免了膜片式曝气器橡胶老化且膜孔易堵的问题。

在本发明的一优选实施方式中，所述旋切混流曝气装置与鼓风装置通过可拆卸的空气管路连接，并且所述旋切混流曝气装置通过支架设置在所述曝气池中，所述旋切混流曝气装置与所述支架固定连接，并且所述支架放置在池底且不与所述池底固定连接。通过上述方式，本发明所采用的曝气器安装简单方便，且可安装后再放入水中，并且由于空气管路的可拆卸设计，旋切混流曝气装置设置是可提升的，更换维护时无需停产抽干作业，极大方便了运行维护工作，并大大降低了运行成本。

在本发明的优选实施方式中，所述外筒的进水口下部设有螺纹连接结构，用于将旋切混流曝气装置的外筒与所述支架进行可拆卸式连接。通过此螺纹连接结构的设置，使外筒与支架的连接不需要金属连接件如螺栓、螺钉等，从而避免了在使用过程中出现金属件腐蚀的不利状况。并且，结合该旋切混流曝气装置的整个装置的结构设置，该整个装置均未使用金属连接件如螺栓、螺钉等，从而避免了在使用过程中出现金属件腐蚀的不利状况。

在本发明的一优选实施方式中，所述导流板的至少一个表面上设有多个碰撞头。具体地，可以为所述导流板的两个表面上均设有多个碰撞头，或者仅所述导流板的一个表面上设有多个碰撞头。导流板上设置大量碰撞头，可将水流中的溶氧再次切割成微小气泡，增加气液接触面积，提高充氧效率。

在本发明的一优选实施方式中，所述多个碰撞头包括间隔设置的多个大碰撞头和多个小碰撞头，从而进一步增加气液接触面积，提高充氧效率。

在本发明的一些优选实施方式中，所述导流板将所述曝气池分为2-3个区域。

在本发明的一些优选实施方式中，所述若干区域至少包括一前段，所述前段的曝气器数量大于其它区域的曝气器数量。这样的布置方式满足了前段高需氧的要求，实现供氧与需氧的平衡，有利于节约能耗，降低运行成本。

在本发明的一实施方式中，对于典型的推流曝气池，所述导流板将所述曝气池分为3个区域，并且所述曝气器数量设置为“前段>中段>后段”。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

第一.本发明通过在曝气池内加设导流板，使得污水形成合适的流速，并延长水力停留时间，同时将曝气池分割成几个区域，每个区域内集中布置不同数量(如前段>中段>后段)的曝气器，使沿水流方向形成曝气区与缓冲区间隔分布。根据气液传质理论，充氧过程的控制因素为气液接触面积和溶解氧的浓度梯度，当曝气器均匀布置时，对每个曝气器来说，其周围液膜中的溶解氧浓度相对来说是均匀的，溶解氧的浓度梯度也可看作是相等的，在此状态下，氧的传质动力比较小。而当曝气器集中布置时，曝气区的溶解氧浓度相对较高，缓冲区的溶解氧相对较低，在水流的推动下，高溶氧区的水很快流向低溶氧区，利用溶氧浓度的高低差，造成较大的溶氧浓度梯度分布，提高了氧的传递速率，大大增加充氧能力。此外，导流板上分布着大量碰撞头，可将水流中的溶氧再次切割成微小气泡，增加气液接触面积，提高充氧效率。最后，前段>中段>后段的布置方式满足了前端高需氧的要求，实现供氧与需氧的平衡，有利于节约能耗，降低运行成本；

第二.本发明提出有限空间高效充氧的概念，采取多种措施，大大强化气液间传质过程：(1)采用新式旋切混流曝气装置，曝气效果好，运行时可以形成大量微小气泡；由于该旋切混流曝气装置出水为旋转水流，且装置下部持续进水，上部持续出水，因此可在曝气池中形成以曝气器为中心的强烈循环水流，提高了周边混合液的湍流程度以及水流对池底污泥的强力搅动作用，避免出现污泥厌氧，大大强化氧传质过程，在以曝气器为中心的有限空间内实现高效充氧；(2)垂直方向上曝气器的多层布置以及曝气区与缓冲区的设置，一方面使得垂直方向曝气均匀，解决现有曝气器产生的气泡在上升过程中不断变大，氧传质效率减弱的问题，另一方面也大大增强水流混合作用，在曝气区与缓冲区组合的有限空间内显著提高溶氧效率，降低能耗，节约成本；(3)通过设置导流板，一方面延长了水力停留时间，另一方面将曝气池分割成若干区域，不同区域布置不同数量的曝气器，平衡了供氧和需氧，实现按需分配，整个池体相当于由大量高效充氧单元组合而成，解决了现有曝气系统溶氧效率不高的问题，完全契合节能降耗的政策要求和节约成本的企业需求；

第三.本发明所采用的曝气器安装方便，且可安装后再放入水中，更换维护时无需停产抽干作业；

第四.本发明采用的曝气器内没有易损部件，运行过程中不会出现部件脱落的情况；

第五.本发明采用的曝气器具有大口径曝气口，在曝气时，不会堵塞，而且气流可顺水流之势，大大降低了空气流动阻力，节能降耗效果明显；同时，大口径曝气口的设计还避免了膜片式曝气器存在的膜片老化且易堵的情况。

第六.结合上述的第三到第五条，本发明采用的曝气器采用大口径曝气口且内部无易损部件，不会出现由于某些零部件脱落导致整个装置失效(现有的膜片式曝气器的膜容易掉，膜一掉装置就失效了)、材质老化、膜孔堵塞等问题，性能稳定，运行故障极少，基本能实现免维护，即使有需要，也因装置是可提升的，无需停产抽干作业，极大方便了运行维护工作，并大大降低了运行成本；

第七，本发明采用的旋切混流曝气装置设有导流切割器，所述导流切割器外表面设有切割构件，导流切割器和切割构件这两种结构的配合设置可有效提升曝气装置的充氧能力，与未设置导流切割器和切割构件的旋切混流曝气装置相比，其充氧能力可提升1.25倍以上。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

图1为现有技术中曝气系统的示意图；

图2为本发明实施例的有限空间高效充氧系统的竖直方向内部结构布置示意图；

图3为图2中标号为9和7的部件的连接示意图；

图4为本发明实施例的有限空间高效充氧系统的导流板的结构示意图；

图5为本发明实施例的有限空间高效充氧系统的旋切混流曝气装置的分流器相对于中心进气管的设置位置示意图；

图6为本发明实施例的有限空间高效充氧系统的旋切混流曝气装置的顺向旋流板的结构示意图；

图7为本发明实施例的有限空间高效充氧系统的旋切混流曝气装置的逆向旋流板的结构示意图；

图8为本发明实施例的有限空间高效充氧系统的旋切混流曝气装置的顺向旋流板和/或逆向旋流板上设置的碰撞头的形状示意图；

图9为本发明实施例的有限空间高效充氧系统的旋切混流曝气装置的结构示意图；

图10为本发明实施例的有限空间高效充氧系统的旋切混流曝气装置的导流切割器上设置的切割构件的形状示意图。

其中，1—进水管；2—曝气池；3—曝气区；4—缓冲区；5—导流板；6—出水管；7—旋切混流曝气装置；8—鼓风机；9—空气输送管道；9-1—空气管路；9-2—空气管路；10—小碰撞头(导流板上)；11—大碰撞头(导流板上)；12—法兰；13—进气管；14—出水口；15—外筒；16—顺向旋流板；17—上升通道；18—逆向旋流板；19—分流器；20—喇叭状进水口；21—固定构件；22—碰撞头(旋流板上)；23-螺纹连接结构；24-导流切割器；25-切割构件。

具体实施方式

鉴于现有曝气设备在实际运行过程中不可避免的出现好氧池内曝气不均匀，总体溶氧效率低，池底污泥淤积厌氧化，因曝气器的零部件脱落、膜堵塞、装置老化等导致的氧利用率急速下降、高能耗、高运行成本等问题，有人通过自控手段实现曝气系统按需运行以降低能耗，有人研发同样具有较高氧利用率但又不存在现有曝气器缺陷的新式曝气装置。纵观所有这些手段，提高溶氧效率是其本质。溶氧效率的高低，与曝气池形式、曝气装置的结构和布置方式、曝气池内水流流态、污水水质等密切相关。本发明即是对曝气装置的形式、布置方式、曝气池形式、水流流态等方面进行多维改进，提出有限空间高效充氧的概念，形成一种区别于现有膜片式微孔曝气的高效充氧系统。

本发明针对现有曝气系统在实际运行过程中暴露的上述不足而提供一种有限空间高效充氧系统，可应用于各类工业废水和生活污水的好氧生物处理单元。下方结合具体附图和实施例对本发明做进一步的描述。其中，附图中各部件和装置的形状和尺寸比例仅作为示意，其形状和相对比例并没有严格按照实际形状和比例进行绘制。

实施例

本实施例采用新式曝气器，并融合集中曝气、分区供氧技术，提供了一种有限空间高效充氧系统。

请参见图2，本实施例提供的一种有限空间高效充氧系统，包括：

曝气池(2)，

曝气池(2)内沿水流方向加设若干个导流板(5)，将曝气池(2)沿水流方向分割成若干区域(如图2中所示为I、II、III三个区域，在其他实施例中也可以为两个区域或更多区域)，每个区域内根据需氧量的具体情况集中布置不同数量的曝气器，具体在本实施例中曝气器为旋切混流曝气装置(7)。根据需氧量的具体情况集中布置不同数量的旋切混流曝气装置平衡了供氧和需氧，实现按需分配，有利于节约能耗，降低运行成本，并且集中布置的方式还沿水流方向形成曝气区(3)与缓冲区(4)间隔分布。

由于通常在曝气池中，前段耗氧大于其他区域，因此，优选在前段布置的曝气器多于其他区域，如对于典型的推流曝气池，微生物在前半段池容内耗氧约占70％，后半段内耗氧占30％，根据这个来设计供氧量分配，曝气器数量设置可以为“前段(区域I)>中段(区域II)>后段(区域III)”；

同时，在至少一个区域内或一些区域内或所有区域内，旋切混流曝气装置(7)在垂直方向上分层布置，如图2和图3所示，在本实施例中，所有区域内的旋切混流曝气装置(7)均分为两层布置。压缩空气由鼓风机(8)提供，并通过空气输送管道输送至旋切混流曝气装置(7)。由于图2中的视图角度难以体现空气输送管道9和旋切混流曝气装置(7)的真正连接关系，因此，图2中标号为9的空气输送管道仅表示有空气输入曝气池中，并且标号为9的空气管道不代表管道的真正形状，在图2中标号为9的空气输送管道和标号为7的旋切混流曝气装置之间的相对位置关系尤其是连接关系并没有表现出来，图2中的这种现象并不代表两者之间是没有连接的。具体地，图2中所示意的标号为9的空气输送管道和标号为7的旋切混流曝气装置之间的相对位置关系和连接关系详情请参见图3所示。空气输送管道9可包括空气干管和空气支管。在图3中，空气干管(9-3)通过空气支管(9-1)、(9-2)与旋切混流曝气装置(7)连接，安装时，只需将旋切混流曝气装置(7)与空气支管(9-2)固定，如需将旋切混流曝气装置(7)提升出池外，只需断开空气支管(9-2)与空气支管(9-1)的连接即可。

导流板(5)：

导流板(5)通过如卡槽等固定在曝气池(2)的池壁上，在本实施例中，导流板(5)的两表面均分布着大量碰撞头，在其他实施方式中，也可以是导流板的其中一表面分布大量碰撞头，或者有些导流板为两个表面设置碰撞头，有些导流板为一个表面设置碰撞头，本发明不对此做特别限定。该些碰撞头可包括间隔设置的多个小碰撞头10和多个大碰撞头11，如图4所示，它们可将水流中的溶氧再次切割成微小气泡，增加气液接触面积，提高充氧效率。

旋切混流曝气装置(7)：

请参见图9，旋切混流曝气装置(7)主要由外筒(15)、中心进气管(13)、顺向旋流板(16)、逆向旋流板(18)、分流器(19)组成，顺向旋流板(16)和逆向旋流板(18)之间具有缓冲空间(17)。所述顺向旋流板(16)和逆向旋流板(18)的叶片上分别分布有多个碰撞头(21)，该碰撞头的一种典型形状如图8所示，该碰撞头(21)为圆锥形，并且其底面与所述顺向旋流板(16)或逆向旋流板(18)的叶片相固定。所述外筒(15)的下部为进水口，上部是出水口，所述中心进气管(13)竖直内置于所述外筒(15)并且所述中心进气管(13)上部具有进气口、下部具有出气口，所述分流器(19)固定在所述中心进气管(13)的底部并使从所述中心进气管(13)底部排出的气体向四周排出。其中，中心进气管(13)通过法兰(12)与空气管路(9-2)相连。外筒(15)下部的进水口设计成喇叭状进水口(20)，顺向旋流板(16)和逆向旋流板(18)与中心进气管(13)固定，具体地，顺向旋流板(16)和逆向旋流板(18)套设固定在中心进气管(13)的外部。中心进气管(13)底下连接有分流器(19)，分流器(19)在横截面上与中心进气管(13)的底部的位置关系请参见图5，分流器(19)是位于中心进气管(13)的底部的中心位置，从而能够使得从中心进气管(13)流出的气体沿管壁向外呈一个扩大的角度流出，如图9所示。气水混合液从外筒的下部喇叭状进水口(20)通过逆向旋流板(18)—缓冲空间(17)—顺向旋流板(16)的多重结构旋流上升，并不断被顺向旋流板(16)和逆向旋流板(18)上分布的碰撞头(21)(如图5所示例)切割，形成大量微小气泡，最终通过外筒(15)上部的出水口(14)旋流喷出，并对出水口(14)上方的水产生一定的搅动作用。

该旋切混流曝气装置(7)曝气时，空气从中心进气管(13)的进气口进入并从出气口排出，之后进入曝气设备的外筒内并旋转上升，气流在上升过程中使得局部水体的密度下降，由于存在密度差，底部的水流从进水口(20)往上涌，气水混流在顺向旋流板(16)和逆向旋流板(18)及其上面分布的大量碰撞头(21)的作用下被切割，形成大量微小气泡，达到气水高效混合的目的，随后气水混流从出水口(14)处喷射而出，由于此时液体的速度水头转为压头，使得空气快速溶解到水中，同时在导流切割器15的作用下再次生成大量微小气泡，并使得雾化的气水混流扩散上升，与此同时在以曝气设备为中心的区域会形成循环流，可大大强化对底部区域的搅拌作用。从上述曝气过程看，其原理与射流设备类似，同样都是进行气水混合，经历喷射、混合、导流的过程。两者之间的主要区别在于，本发明喷射的是空气，因密度差从而实现以气带水(气提作用)的目的，且气流可顺水流之势，大大降低曝气能耗，而射流设备则是喷射液体，依靠液体的高速流动形成负压从而将空气吸入并实现切割混合，曝气能耗高。由于原理上与射流设备有相似性，而又存在上述区别，因此我们把本发明的曝气设备工作原理称为气提式射流原理。

该旋切混流曝气装置(7)可替代现有常规膜片式曝气器以及功能相近的曝气装置。

在本实施例中，通过旋切混流曝气装置(7)整体结构的设置，尤其是中心进气管的设置，使该旋切混流曝气装置(7)能够设置为具有大口径曝气口，因此，在本实施例中，所述旋切混流曝气装置(7)的所述中心进气管(13)的出气口设置为大口径曝气口。大口径曝气口的设置可以实现在曝气时不会堵塞，而且气流可顺水流之势，大大降低了空气流动阻力，节能降耗效果明显；同时，大口径曝气口的设计也避免了膜片式曝气器橡胶老化且膜孔易堵的问题。

在本实施例中，通过旋切混流曝气装置(7)整体结构的设置，使所述旋切混流曝气装置(7)内无易损部件，运行过程中不会出现零部件脱落的情况，性能稳定，运行故障极少，基本能实现免维护。

在本实施例中，该旋切混流曝气装置(7)不固定在池底，而是离池底大约20-30cm进行设置，通过其上设置的构件(21)与一支架固定，然后将支架放置在池底，但支架并没有固定在池底，而是通过空气支管(9-2)与支架之间形成的力使之固定不动。安装时，只需将连有支架的曝气装置(7)的中心进气管(13)通过法兰(12)与空气支管(9-2)固定后放入池中即可，简化方便了安装程序。旋切混流曝气装置(7)本身通常不会出现什么问题，基本是免维护，若是碰到其他情况需要将其更换或者拆下时，只需要将空气支管(9-1)与空气支管(9-2)之间的法兰拆下，然后通过空气支管(9-2)将旋切混流曝气装置(7)提上来即可，更换维护时无需停产抽干作业，更换维护程序简便，极大方便了运行维护工作。

在本实施例中，有限空间高效充氧系统设置的旋切混流曝气装置还包括以下部件：

请参见图9，在本实施例中，所述旋切混流曝气装置7的出水口14上方设置有导流切割器24，所述导流切割器24设置在所述中心进气管13外部，并且所述导流切割器24与所述出水口14之间具有缓冲距离；所述导流切割器24为倒置的圆锥体，并且其锥度为60-65°。本实施例首次在旋切混流曝气装置的出水口加设导流切割器，并且认识到导流切割器的锥面对氧利用效率和充氧效果具有重要作用，并进一步的通过设置导流切割器，使其具有适宜角度的锥面，从而能够适应气液固三相混合液的流动，进而发挥其导流、扩散的功能。

进一步地，在本实施例中，所述导流切割器24的外表面分布有切割构件25，所述切割构件25相对于所述导流切割器24的角度为90-100°，所述切割构件的长度为3-5cm。切割构件25的一种具体形状请参见图10，该切割构件25为椎体，并且其底面固定于导流切割器24的外表面。本发明首次认识到导流切割器24外部设置的切割构件相对于导流切割器24的角度和切割构件25的长度对氧利用效率和充氧效果具有重要作用，并且进一步的通过设置所述切割构件25，使其具有适宜的角度及长度，并经实验验证该角度和长度能够实现切割构件25对含有污泥的污水气液固三相混合液的切割。

本实施例的具有切割构件25的导流切割器24能够对气水混流实现二次导流、切割、扩散，经试验验证，该结构可有效提升曝气设备的充氧能力，与未设置导流切割器24和切割构件25的曝气器比，本实施例的旋切混流曝气装置7的充氧能力可提升1.25倍以上。

此外，在本实施例中，所述旋切混流曝气装置7的中心进气管13通过法兰12与外部空气管路连接，并且所述法兰12的高度(相当于中心进气管13的长度)设置为对从出水口16旋流喷射而出的水流不产生阻滞作用。

另外，在本实施例中，所述喇叭状进水口20下部设有螺纹连接结构23，用于将旋切混流曝气装置的外筒15与支架进行可拆卸式连接。通过此螺纹连接结构的设置，使外筒15与支架的连接不需要金属连接件如螺栓、螺钉等，从而避免了在使用过程中出现金属件腐蚀的不利状况。并且，结合该旋切混流曝气装置的整个装置的结构设置，该整个装置均未使用金属连接件如螺栓、螺钉等，从而避免了在使用过程中出现金属件腐蚀的不利状况。

本实施例的有限空间高效充氧系统用于曝气处理的流程举例如下：

请参见图2，污水通过进水管(1)进入曝气池(2)，依次经过I、II、III区域的好氧处理，其出水由出水管(6)接入后续构筑物。导流板(5)的设置使得污水可形成合适的流速，延长水力停留时间，同时将曝气池(2)分割成不同区域。并且，根据上述不同区域的溶氧要求集中布置不同数量的旋切混流曝气装置(7)，平衡了供氧和需氧，实现按需分配。曝气器在垂直方向上分层布设，一方面使得垂直方向曝气均匀，解决了现有曝气器产生的气泡在上升过程中不断变大，氧传质效率减弱的问题，另一方面也大大增强水流混合作用。另外，曝气器的集中布置使得每个区域内形成曝气区(3)和缓冲区(4)，曝气区(3)的溶解氧浓度相对较高，缓冲区(4)的溶解氧相对较低，在水流的推动下，高溶氧区的水很快流向低溶氧区，利用溶氧浓度的高低差，造成较大的溶氧浓度梯度分布，提高了氧的传递速率，大大增加充氧能力。从缓冲区过来的污水经过导流板(5)时，其中的溶氧被导流板(5)上分布的大量碰撞头(10、11)再次切割成微小气泡，增加气液接触面积，提高了充氧效率。本发明采用的旋切混流曝气装置(7)的中心进气管(13)通过法兰(12)与外部空气管路(9-2)连接，由鼓风机(8)提供的压缩空气从中心进气管(13)进入，并从其下部出气口排出，排出的压缩空气通过分流器(19)的分流作用向四周扩散，并强力吸引水流从喇叭状进水口(20)进入旋切混流曝气装置(7)，气水混合液通过逆向旋流板(18)—缓冲空间(17)—顺向旋流板(16)多重结构螺旋上升，气水混合液旋流上升过程中经过旋流板(16、18)上错落布置的碰撞头(21)的反复碰撞剪切，会形成无数微小气泡，大大增加了气水接触面积，并且强烈的混流状态大大提高了传质效率，最后含有无数微小气泡的紊流从外筒(15)顶部出水口(14)旋流喷出，并经导流切割器24的锥面及其外表面分布的切割构件25导流和切割并迅速扩散，实现污水高效充氧的目的。曝气过程中形成的以旋切混流曝气装置(7)为中心的强大循环水流和紊流，更是对水体起到了很好的搅动作用，避免了实际工程中常出现的污泥在池底部淤积的情况，也就避免了局部厌氧的不利状况。

旋切混流曝气装置(7)的大口径的曝气口以及顺水而为的气体流势大大降低了空气流动阻力，显著降低能耗，碰撞头对气泡的不断剪切，形成无数微小气泡，大大增加了气水接触面积，最后气水紊流旋转喷出，迅速扩散，大大提高了服务面积。该曝气装置解决了现有曝气器存在的使用寿命短、维护困难、能耗高、因堵塞、老化等原因造成的氧利用率下降快等问题。总之，整个池体相当于由大量高效充氧单元组合而成，解决了现有曝气系统曝气不均、总体溶氧效率不高的问题，完全契合节能降耗的政策要求和节约成本的企业需求。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (9)

1.一种有限空间高效充氧系统，其特征在于，包括曝气池，所述曝气池内沿水流方向设置若干导流板，该些导流板将所述曝气池分为若干区域，所述若干区域内分别根据该区域的溶氧要求集中布置不同数量的曝气器; 所述曝气器为旋切混流曝气装置，所述旋切混流曝气装置主要由外筒、中心进气管、顺向旋流板、逆向旋流板、分流器组成，所述外筒的下部为进水口，上部是出水口，所述中心进气管竖直内置于所述外筒并且其上部具有进气口、下部具有出气口，所述顺向旋流板和逆向旋流板与所述中心进气管固定，所述顺向旋流板和所述逆向旋流板之间具有缓冲空间；所述分流器固定在所述中心进气管的底部并使从所述中心进气管底部排出的气体向四周排出; 所述旋切混流曝气装置的出水口上方设置有导流切割器，所述导流切割器设置在所述中心进气管外部，并且所述导流切割器与所述出水口之间具有缓冲距离；所述导流切割器为倒置的圆锥体，并且其锥度为60-65°；所述导流切割器的外表面分布有多个切割构件，该些切割构件相对于所述导流切割器的角度为90-100°，所述切割构件的长度为3-5 cm。

2.如权利要求1所述的有限空间高效充氧系统，其特征在于，在至少一个所述区域的垂直方向上，所述曝气器分层布设。

3.如权利要求1所述的有限空间高效充氧系统，其特征在于，所述旋切混流曝气装置的外筒下部的进水口为喇叭状进水口。

4.如权利要求1所述的有限空间高效充氧系统，其特征在于，所述顺向旋流板和所述逆向旋流板间隔设置。

5.如权利要求1所述的有限空间高效充氧系统，其特征在于，所述顺向旋流板和逆向旋流板的叶片上分别分布有多个碰撞头。

6.如权利要求1所述的有限空间高效充氧系统，其特征在于，所述旋切混流曝气装置的所述中心进气管的出气口为大口径曝气口。

7.如权利要求1所述的有限空间高效充氧系统，其特征在于，所述旋切混流曝气装置与鼓风装置通过可拆卸的空气管路连接，并且所述旋切混流曝气装置通过支架设置在所述曝气池中，所述旋切混流曝气装置与所述支架固定连接，并且所述支架放置在池底且不与所述池底固定连接。

8.如权利要求1或3所述的有限空间高效充氧系统，其特征在于，所述外筒的进水口下部设有螺纹连接结构。

9.如权利要求1所述的有限空间高效充氧系统，其特征在于，对于典型的推流曝气池，所述导流板将所述曝气池分为前段、中段、后段3个区域，并且所述曝气器数量设置为“前段>中段>后段”。