CN107381771B - 一种多通道全自动耦合控制鼓风曝气塔 - Google Patents

一种多通道全自动耦合控制鼓风曝气塔 Download PDF

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Abstract

一种多通道全自动耦合控制鼓风曝气塔，涉及一种曝气塔。本发明是为了解决目前地下水处理中传统曝气装置曝气效率低、能耗过高、不能自动工艺控制及酸性气体影响环境等技术问题。本发明由布水装置、隔板、塔体、填料组、布气板、鼓风曝气装置、阻气板、DO、pH及T探测器、在线仪表、控制柜和计算机组成；所述的塔体的中部设置填料组，在填料组内设置多个竖直放置的隔板使得填料组被平均分为多个截面相同的正方形通道；布气板设置于填料组的下方；在塔体的外部设置有鼓风曝气装置；在塔体的底部出水口的正上方设置阻气板。本发明装置具有高效、节能、稳定、安全、先进的特点，非常适用于处理受复合污染(铁、锰、氨氮及有机物等)的地下水。

Description

一种多通道全自动耦合控制鼓风曝气塔
技术领域
本发明涉及地下水处理领域，具体涉及一种鼓风曝气塔。
背景技术
我国水资源总量的1/3和全国总供水量的近20％来自地下水。在部分城市及广大农村地区，地下水往往是唯一的供水水源。然而，在我国人口较为密集、人类活动干扰大、工农业生产发达的平原地区，由于工业废水和生活污水的排放，大面积、超量化肥和农药的使用，垃圾场的淋滤和地下油罐的渗漏等原因，地下水正遭受着越来越严重的污染，往往呈现多种污染物复合污染，地下水常见污染物为铁、锰、氨氮及有机物等。
目前，铁锰的去除主要采用接触氧化法，首先需要通过曝气向水中充氧，同时散除水中溶解的CO2气体，提高水的pH值，使地下水中铁锰以氢氧化物的形式得以去除。曝气效果将直接影响铁锰的去除，尤其对于锰的去除，若地下水锰含量较高，则要求pH值及溶解氧都很高的情况下才能使出水锰达标。而氨氮和有机物经济有效的去除方法为生物法，它利用好氧微生物的生物过程使污染物去除，同样需要曝气充氧。溶氧值的大小直接影响微生物的代谢过程，是制约整个生物过程速率的关键。同时，曝气过程是整个水处理工艺中主要耗能环节，故研究高效低耗的曝气装置至关重要。
地下水处理中的传统鼓风曝气塔存在压缩空气量大及能耗高等问题，一般用于一级过滤工艺，而且产生的酸性气体无组织排放使得曝气间的操作环境很差，结露及设备腐蚀严重。另外，传统曝气塔不能进行自动的工艺控制，有些工艺要求曝气量随着进水中污染物的浓度而变化，曝气量过多或过低均不能达到预期的效果，故导致工艺整体的处理效果不佳。
发明内容：
本发明是为了解决目前传统的曝气装置曝气效率低、能耗过高及不能自动工艺控制的技术问题，而发明一种多通道全自动耦合控制鼓风曝气塔。
本发明的一种多通道全自动耦合控制鼓风曝气塔是由进水管(2)、布水装置(3)、隔板(4)、塔体(5)、填料组(6)、布气板(7)、风管(8)、偶数个鼓风曝气装置(9)、阻气板(10)、第一支架(12)、DO探测器(13)、pH探测器(18)、T探测器(19)、在线仪表(14)、控制柜(15)、计算机(16)和第二支架(17)组成；
所述的塔体(5)的中部的水平截面为矩形，所述的塔体(5)的顶部设置玻璃钢排风道(1)，玻璃钢排风道(1)的出风口设置在室外，布水装置(3)设置在塔体(5)的上部且在玻璃钢排风道(1)的下部，布水装置(3)的进水口与进水管(2)的出水口连通；所述的塔体(5)的中部且在布水装置(3)的下方设置填料组(6)，且填料组(6)的粒径由下至上逐渐减小；在填料组(6)内竖直设置多个隔板(4)使得填料组(6)的水平截面被平均分为多个相同的正方形，隔板(4)的高度与填料组(6)的高度相等；所述的布气板(7)设置于填料组(6)的下方，布气板(7)上均匀的布置圆孔(7-1)；在塔体(5)的外部均匀对称设置偶数个鼓风曝气装置(9)，偶数个鼓风曝气装置(9)均通过各自的风管(8)与塔体(5)中布气板(7)的下方区域几何对称连通；所述的塔体(5)的底部由四周向中心倾斜向下，在塔体(5)的底部中心设置出水口(11)，在塔体(5)的底部出水口(11)的正上方设置阻气板(10)，所述的阻气板(10)为一个空心圆锥体，阻气板(10)的侧壁通过第二支架(17)固定在塔体(5)的底部侧壁上，阻气板(10)的最下端与塔体(5)的底部侧壁有150mm～300mm的空隙；所述的DO探测器(13)、pH探测器(18)和T探测器(19)设置在阻气板(10)的最下端与塔体(5)的底部侧壁之间的空隙处，所述的DO探测器(13)、pH探测器(18)和T探测器(19)的信号输出端分别与在线仪表(14)的信号输入端连接，在线仪表(14)的信号输出端与控制柜(15)的信号输入端连接，控制柜(15)的信号输出端分别与计算机(16)和偶数个鼓风曝气装置(9)连接；在塔体(5)的下端外壁设置四个支架(12)，在塔体(5)的外壁设置苯板(20)。
本发明的多通道全自动耦合控制鼓风曝气塔具有高效、节能、稳定、安全、先进的特点，非常适用于处理受复合污染(铁、锰、氨氮及有机物等)的地下水，其特点如下：
1、曝气塔内通过设置隔板4进行多通道分区，将曝气塔内部分隔成多个正方形的通道，设置多通道一方面可避免短流，以保证配水均匀、送风均匀；另一方面，隔板4对气泡产生壁面作用，气泡尺寸增加作用效果增强，气泡的停留时间延长20％，提高气含率20％，提高传质效率15％；
2、所述的阻气板10为空心圆锥体，与塔底留有空隙，作用是防止大量空气从出水口11散出；
3、本设备可对水质pH值、DO(溶解氧)、温度、风机送风量等多参数进行实时监测，可将监测到的所有数据实时显示并同时存储到在线仪表14的存储器中，同时还具有对重要数据进行分析，报警，显示数据历史变化曲线等功能，可在任意时间段调取数据报表，并具有报表输出打印功能；
4、本设备的计算机16可通过对采集到的pH值和DO值进行数据分析处理后，根据pH值和DO值的变化情况，将经过处理后的数据反馈给控制柜15的变频器，经过PLC程序控制可同时实现对鼓风曝气装置9的送风量进行实时控制，以达到曝气塔的工艺要求；并可使鼓风曝气装置9的风机达到优化的运行状态，高效的使用功率；本设备节能效果显著，节电率可达到20％-60％，同时还可保护电机启动电流过大造成设备损坏，延长电机使用寿命，降低维护成本，提高设备运行可靠性和安全性；
5、本设备的淋水密度可达40m3/m2·h，曝气塔内分层装填笼球形多面体填料，根据流场优化布置填料粒径，由上至下填料尺寸逐渐增大，直径由25mm逐渐增加到100mm，设置梯度变化尺寸的填料可使水滴曲折地穿过填料组的细小通道，并且使气泡尺寸由下至上逐渐增大直至破裂，而且产生了向上的气升力，可节约鼓风耗能，曝气后溶解氧饱和度及二氧化碳去除率均可达到95％以上；
6、本发明在塔体5的外壁设置了苯板20进行保温，有效的解决了曝气塔的保温问题，确保不结露；而且设置了出风口在室外的玻璃钢排风道1，解决了传统设备酸性气体无组织排放问题，彻底改善了曝气间的操作条件和操作环境，解决了曝气间内设备腐蚀的问题。
附图说明
图1为具体实施方式一中多通道全自动耦合控制鼓风曝气塔的示意图；
图2为图1中的A-A剖面图；
图3为图1中的B-B剖面图；
图4为图1中区域A的示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式为一种多通道全自动耦合控制鼓风曝气塔，具体是由进水管(2)、布水装置(3)、隔板(4)、塔体(5)、填料组(6)、布气板(7)、风管(8)、偶数个鼓风曝气装置(9)、阻气板(10)、第一支架(12)、DO探测器(13)、pH探测器(18)、T探测器(19)、在线仪表(14)、控制柜(15)、计算机(16)和第二支架(17)组成；
所述的塔体(5)的中部的水平截面为矩形，所述的塔体(5)的顶部设置玻璃钢排风道(1)，玻璃钢排风道(1)的出风口设置在室外，布水装置(3)设置在塔体(5)的上部且在玻璃钢排风道(1)的下部，布水装置(3)的进水口与进水管(2)的出水口连通；所述的塔体(5)的中部且在布水装置(3)的下方设置填料组(6)，且填料组(6)的粒径由下至上逐渐减小；在填料组(6)内竖直设置多个隔板(4)使得填料组(6)的水平截面被平均分为多个相同的正方形，隔板(4)的高度与填料组(6)的高度相等；所述的布气板(7)设置于填料组(6)的下方，布气板(7)上均匀的布置圆孔(7-1)；在塔体(5)的外部均匀对称设置偶数个鼓风曝气装置(9)，偶数个鼓风曝气装置(9)均通过各自的风管(8)与塔体(5)中布气板(7)的下方区域几何对称连通；所述的塔体(5)的底部由四周向中心倾斜向下，在塔体(5)的底部中心设置出水口(11)，在塔体(5)的底部出水口(11)的正上方设置阻气板(10)，所述的阻气板(10)为一个空心圆锥体，阻气板(10)的侧壁通过第二支架(17)固定在塔体(5)的底部侧壁上，阻气板(10)的最下端与塔体(5)的底部侧壁有150mm～300mm的空隙；所述的DO探测器(13)、pH探测器(18)和T探测器(19)设置在阻气板(10)的最下端与塔体(5)的底部侧壁之间的空隙处，所述的DO探测器(13)、pH探测器(18)和T探测器(19)的信号输出端分别与在线仪表(14)的信号输入端连接，在线仪表(14)的信号输出端与控制柜(15)的信号输入端连接，控制柜(15)的信号输出端分别与计算机(16)和偶数个鼓风曝气装置(9)连接；在塔体(5)的下端外壁设置四个支架(12)，在塔体(5)的外壁设置苯板(20)。
本实施方式的装置作用机理：预处理的水经过塔体5上方的布水装置3喷淋至填料组6的上方，随后水珠以滴水的形式曲折地穿越整个经过流场模拟与优化的填料组6，与此同时，鼓风曝气装置9产生的气泡由塔体5下方的布气板7均匀释放，水气在比表面积大的填料组6内部充分接触，使得气泡在水中强烈扩散、搅动，带走水中的二氧化碳气体，并进行氧的传递。
本设备的控制柜15具有完备的通讯接口和可扩展能力，具有标准的ModBus协议，通讯方式为RS232/RS485端口，可根据需要将数据上传到上位机，实现对仪表的数据实时监控和历史数据的读取；还可根据需要增加扩展传感器，以得到更多的数据并加以分析、记录。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的填料组(6)为聚丙烯或聚乙烯。本实施方式的填料材质选用了符合饮用水卫生要求的聚丙烯或聚乙烯。其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述的填料组(6)的粒径为25mm～100mm。其他与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述的填料组(6)为笼球形多面体。其他与具体实施方式一至三之一相同。
本实施方式的曝气塔内分层装填笼球形多面体填料，根据流场优化布置填料粒径，由上至下填料尺寸逐渐增大，直径由25mm逐渐增加到100mm，设置梯度变化尺寸的填料可使水滴曲折地穿过填料组的细小通道，并且使气泡尺寸由下至上逐渐增大直至破裂，水溶氧饱合度达到95％以上，而且产生了向上的气升力，二氧化碳的驱除率可达95％以上，并且可节约鼓风耗能。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：所述的圆孔(7-1)直径为2mm。其他与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：所述的塔体(5)中部的水平截面为矩形。其他与具体实施方式一至五之一相同。
用以下试验对本发明进行验证：
试验一：本试验为一种多通道全自动耦合控制鼓风曝气塔，具体是由进水管(2)、布水装置(3)、隔板(4)、塔体(5)、填料组(6)、布气板(7)、风管(8)、偶数个鼓风曝气装置(9)、阻气板(10)、第一支架(12)、DO探测器(13)、pH探测器(18)、T探测器(19)、在线仪表(14)、控制柜(15)、计算机(16)和第二支架(17)组成；
所述的塔体(5)的中部的水平截面为矩形，所述的塔体(5)的顶部设置玻璃钢排风道(1)，玻璃钢排风道(1)的出风口设置在室外，布水装置(3)设置在塔体(5)的上部且在玻璃钢排风道(1)的下部，布水装置(3)的进水口与进水管(2)的出水口连通；所述的塔体(5)的中部且在布水装置(3)的下方设置填料组(6)，且填料组(6)的粒径由下至上逐渐减小；在填料组(6)内竖直设置多个隔板(4)使得填料组(6)的水平截面被平均分为多个相同的正方形，隔板(4)的高度与填料组(6)的高度相等；所述的布气板(7)设置于填料组(6)的下方，布气板(7)上均匀的布置圆孔(7-1)；在塔体(5)的外部均匀对称设置偶数个鼓风曝气装置(9)，偶数个鼓风曝气装置(9)均通过各自的风管(8)与塔体(5)中布气板(7)的下方区域几何对称连通；所述的塔体(5)的底部由四周向中心倾斜向下，在塔体(5)的底部中心设置出水口(11)，在塔体(5)的底部出水口(11)的正上方设置阻气板(10)，所述的阻气板(10)为一个空心圆锥体，阻气板(10)的侧壁通过第二支架(17)固定在塔体(5)的底部侧壁上，阻气板(10)的最下端与塔体(5)的底部侧壁有150mm～300mm的空隙；所述的DO探测器(13)、pH探测器(18)和T探测器(19)设置在阻气板(10)的最下端与塔体(5)的底部侧壁之间的空隙处，所述的DO探测器(13)、pH探测器(18)和T探测器(19)的信号输出端分别与在线仪表(14)的信号输入端连接，在线仪表(14)的信号输出端与控制柜(15)的信号输入端连接，控制柜(15)的信号输出端分别与计算机(16)和偶数个鼓风曝气装置(9)连接；在塔体(5)的下端外壁设置四个支架(12)，在塔体(5)的外壁设置苯板(20)。
本设备的控制柜15具有完备的通讯接口和可扩展能力，具有标准的ModBus协议，通讯方式为RS232/RS485端口，可根据需要将数据上传到上位机，实现对仪表的数据实时监控和历史数据的读取；还可根据需要增加扩展传感器，以得到更多的数据并加以分析、记录。
所述的填料组6为符合饮用水卫生要求的聚丙烯；所述的填料组6的粒径为25mm～100mm；所述的填料组6为笼球形多面体；所述的圆孔7-1直径为2mm；所述的塔体5中部的水平截面为矩形。
(1)概况
呼伦贝尔市某水厂采用的是地下水源，供水规模为80000m3/天，水源井水含铁量为5.0-7.0mg/L，锰含量在0.8-1.5mg/L，氨氮含量在1.0-1.6mg/L，高锰酸盐指数在4.5mg/L左右，这几项指标均已超过国家规定的饮用水标准，出厂水中氨氮、锰等均超标数倍。
(2)改造情况
2016年6月对该水厂进行了工艺改造，采用了试验一中的多通道全自动耦合控制鼓风曝气塔，节电率达到了40％，污染物去除效果也大幅度提高。水厂已稳定运行近1年，对铁、锰、氨氮和高锰酸盐指数等均有很好的去除效果。经国家有关部门抽检，出厂水各主要指标的平均浓度为铁0.002mg/L、锰0.005mg/L、氨氮0.05mg/L、耗氧量2.5mg/L，水质均能稳定达到(GB5749-2006)所规定的106项指标。

Claims (7)

1.一种多通道全自动耦合控制鼓风曝气塔，其特征在于多通道全自动耦合控制鼓风曝气塔是由进水管(2)、布水装置(3)、隔板(4)、塔体(5)、填料组(6)、布气板(7)、风管(8)、偶数个鼓风曝气装置(9)、阻气板(10)、第一支架(12)、DO探测器(13)、pH探测器(18)、T探测器(19)、在线仪表(14)、控制柜(15)、计算机(16)和第二支架(17)组成；
所述的塔体(5)的中部的水平截面为矩形，所述的塔体(5)的顶部设置玻璃钢排风道(1)，玻璃钢排风道(1)的出风口设置在室外，布水装置(3)设置在塔体(5)的上部且在玻璃钢排风道(1)的下部，布水装置(3)的进水口与进水管(2)的出水口连通；所述的塔体(5)的中部且在布水装置(3)的下方设置填料组(6)，且填料组(6)的粒径由下至上逐渐减小；在填料组(6)内竖直设置多个隔板(4)使得填料组(6)的水平截面被平均分为多个相同的正方形，隔板(4)的高度与填料组(6)的高度相等；所述的布气板(7)设置于填料组(6)的下方，布气板(7)上均匀的布置圆孔(7-1)；在塔体(5)的外部均匀对称设置偶数个鼓风曝气装置(9)，偶数个鼓风曝气装置(9)均通过各自的风管(8)与塔体(5)中布气板(7)的下方区域几何对称连通；所述的塔体(5)的底部由四周向中心倾斜向下，在塔体(5)的底部中心设置出水口(11)，在塔体(5)的底部出水口(11)的正上方设置阻气板(10)，所述的阻气板(10)为一个空心圆锥体，阻气板(10)的侧壁通过第二支架(17)固定在塔体(5)的底部侧壁上，阻气板(10)的最下端与塔体(5)的底部侧壁有150mm～300mm的空隙；所述的DO探测器(13)、pH探测器(18)和T探测器(19)设置在阻气板(10)的最下端与塔体(5)的底部侧壁之间的空隙处，所述的DO探测器(13)、pH探测器(18)和T探测器(19)的信号输出端分别与在线仪表(14)的信号输入端连接，在线仪表(14)的信号输出端与控制柜(15)的信号输入端连接，控制柜(15)的信号输出端分别与计算机(16)和偶数个鼓风曝气装置(9)连接；在塔体(5)的下端外壁设置四个支架(12)，在塔体(5)的外壁设置苯板(20)。
2.根据权利要求1所述的一种多通道全自动耦合控制鼓风曝气塔，其特征在于所述的填料组(6)的材质为聚丙烯或聚乙烯。
3.根据权利要求1所述的一种多通道全自动耦合控制鼓风曝气塔，其特征在于所述的填料组(6)的粒径为25mm～100mm。
4.根据权利要求1所述的一种多通道全自动耦合控制鼓风曝气塔，其特征在于所述的填料组(6)为笼球形多面体。
5.根据权利要求1所述的一种多通道全自动耦合控制鼓风曝气塔，其特征在于所述的圆孔(7-1)孔径为2mm～8mm。
6.根据权利要求1所述的一种多通道全自动耦合控制鼓风曝气塔，其特征在于在填料组(6)内竖直设置多个隔板(4)使得填料组(6)的水平截面被平均分为多个边长为1m～3m的正方形。
7.根据权利要求1所述的一种多通道全自动耦合控制鼓风曝气塔，其特征在于控制柜(15)自动调整鼓风曝气装置(9)的进风量调控出水口(11)的出水DO为7mg/L～12mg/L和pH值为7.2～8.0。
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