CN110304716A - 射流曝气臂及其集成式射流曝气器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种射流曝气臂及其集成式射流曝气器，射流曝气臂的臂体后部具有进水孔及进气孔，臂体空腔内在进水孔与进气孔之间设有一级喷嘴，进水孔具有第一渐收部分并过渡至一级喷嘴，臂体在进气孔处安装具有多个斜气道的隔板，且斜气道出口朝向筛网孔板，臂体空腔内在进气孔的前部设有筛网孔板并将臂体空腔分隔为用于气液混合的混合腔室和用于气液混合切割的混合切割腔室，所述的筛网孔板上的多个气液流道将混合腔室与混合切割腔室连通，且臂体的混合腔室经第二渐收部分至前部的二级喷嘴。本发明能大幅增强了气液两相的湍动程度，提高氧在液相中的传质效率及动力效率，并降低使用能耗。
Description
技术领域
本发明涉及一种射流曝气臂及其集成式射流曝气器，属于水处理技术领域。
背景技术
在污水处理行业内，曝气是指将空气中的氧强制向液体中转移的过程，其目的在于增加水中的溶解氧，同时曝气还能有效防止池内悬浮体的下沉，加强池内有机物与微生物及溶解氧的接触效果，从而保证生物池内微生物在有充足溶解氧的条件下，对污水中的有机物进行氧化分解。曝气器是给排水曝气充氧的必要设备，目前曝气方式主要有机械曝气、鼓风曝气及射流曝气。射流曝气作为继鼓风曝气、机械曝气之后的第三种曝气方式，以其结构简单、曝气效率高、基建投资少等优点在工程上得到广泛应用。
射流曝气是利用射流曝气器将气流或气—液混合流导入曝气池以增加液体中氧含量的系统。射流曝气器既不是一种气泡扩散装置，也不是一种机械曝气设备，而是介于这二者之间的一种曝气设备，利用气泡扩散和水利剪切这两个作用达到曝气和混合的目的。
集成式射流曝气器由曝气基座和曝气臂组成，其曝气基座包括气腔和水腔，气腔设有进气口，水腔底端设有进水口，水腔与循环水系统连接，气腔与鼓风系统连接，水腔和气腔通过隔板隔开，液相通过一级喷嘴进入曝气臂主体混合腔室，一级喷嘴处高速喷出的液体产生的负压，将气相从侧管进气口吸入，气液两相在混合腔室内接触混合并进行气液传质，最后经出口喷出，完成液相中的充氧过程。但现在的曝气臂的出口腔径与混合腔室腔径相同，而一级喷嘴口与液相入口处口径相同，无梯度变化，这就使得气液两相混合区无压力变化，一定程度上影响了液相中氧的传质效率。其次，曝气臂的进气口为圆孔进气结构，混合腔室内的气相传质仅在气液两相表面进行，氧的传质效率较低。再则，曝气臂的混合腔室内未安装任何构配件，腔室内气液两相接触面积有限，湍流程度较弱，因此现有集成式射流曝气器存在着氧在液相中的传质效率及动力效率不高，使用能耗高的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种能大幅增强了气液两相的湍动程度，提高氧在液相中的传质效率及动力效率，并降低使用能耗的射流曝气臂及集成式射流曝气器。
本发明为达到上述目的的技术方案是：一种射流曝气臂，包括内设有空腔的臂体，臂体后部具有用于通入液相的进水孔及臂体侧部用于通入气相的进气孔，臂体空腔内在进水孔与进气孔之间设有一级喷嘴，其特征在于：所述的进水孔具有第一渐收部分并过渡至一级喷嘴，臂体在进气孔处安装具有多个斜气道的隔板，且斜气道出口朝向筛网孔板，臂体空腔内在进气孔的前部设有筛网孔板并将臂体空腔分隔为用于气液混合的混合腔室和用于气液混合切割的混合切割腔室，所述的筛网孔板上的多个气液流道将混合腔室与混合切割腔室连通，且臂体的混合腔室经第二渐收部分至前部的二级喷嘴。
本发明为达到上述目的的技术方案是：一种集成式射流曝气器，包括多个射流曝气臂，还包括曝气基座，所述的曝气基座一端具有与供风系统连接的进气管接头、另一端与水系统连接的进水管接头，且曝气基座内设有内隔板将水腔与气腔分隔，内隔板上均布有多个分气孔并分别与曝气基座的周向均布的各通道对应相通，各射流曝气臂安装在对应的通道上，且射流曝气臂的进水孔与曝气基座内的水腔相通、进气孔与各分气孔相通。
本发明射流曝气臂通过对进气孔进行改进，在进气孔处安装有具有多个斜气道的隔板，故能形成狭缝进气结构，一方面加大了气相进入射流曝气臂腔室的流速，增强了气相对液相的脉动冲击与动量传递，增加湍流动能及两相间的湍动程度，同时多个斜气道使气相进入腔室内的横截面积被大幅缩减，这有利于加大液相对气相的剪切程度，在混合切割腔室内的气相在高剪切力的作用下，大气泡被液相切割压碎成更小的气泡，并随液相一同通过筛网孔板上的多个气液流道进入前部的混合腔室，继而在混合腔室内使气液两相进一步混合，将气泡直径密度分布大幅减小。本发明的射流曝气臂的腔室内增设了筛网孔板，当气液两相通过筛网孔板上的多个气液流道时，能改变气液两相在混合腔室内的流动状况，减少了气液两相的层流层厚度，大幅增强了气液两相的湍动程度，同时，混合腔室经渐收部分至前部的二级喷嘴，使二级喷嘴处流体的压力梯度变化，气液两相从二级喷嘴中高速喷出，提高了氧气在液相中的传质效率及动力效率。本发明的射流曝气臂和集成式射流曝气器能大幅提高氧在液相中的传质效率及动力效率，降低使用能耗，故能提升污水处理效率。
附图说明
下面结合附图对本发明的实施例作进一步的详细描述。
图1是本发明射流曝气臂的结构示意图。
图2是图1的A-A剖视结构示意图。
图3是本发明集成式射流曝气器的结构示意图。
图4是图3的B-B剖视并去除一侧射流曝气臂的结构示意图。
其中：1—射流曝气臂，1-1—二级喷嘴，1-2—第二渐收部分，1-3—混合腔室，1-4—混合切割腔室，1-5—进气孔，1-6—一级喷嘴，1-7—进水孔，1-8—轴肩，1-9—卡槽，1-10—臂体，2—筛网孔板，2-1—气液流道，3—隔板，3-1—斜气道，4—曝气基座，4-1—进水管接头，4-2—通道，4-3—环台，4-4—分气孔，4-5—内隔板，4-6—气腔，4-7—进气管接头，4-8—水腔。
具体实施方式
见图1、2所示，本发明的射流曝气臂，包括内设有空腔的臂体1-10，臂体1-10后部具有用于通入液相的进水孔1-7及臂体1-10侧部用于通入气相的进气孔1-5，臂体1-10空腔内在进水孔1-7与进气孔1-5之间设有一级喷嘴1-6，进水孔1-7具有第一渐收部分并过渡至一级喷嘴1-6，进水孔1-7的第一渐收部分的轴长与径差比在0.8～1.6，即进水孔1-7的轴长L1/大径D1-小径D2，该第一渐收部分的轴长与径差比还可在1.0～1.4，由于液相能沿着流动方向使进水孔1-7的孔径逐渐减小，使经一级喷嘴1-6处流体的压力梯度发生变化，继而提高进入混合切割腔室1-4的进水压力。
见图1、2所示，本发明臂体1-10在进气孔1-5处安装具有多个斜气道3-1的隔板3，使射流曝气臂1的进气口形成多个狭缝的斜气道3-1进气结构，一方面加大了气相进入混合切割腔室1-4的流速，从而增强气相对液相的脉动冲击与动量传递，同时能加大了湍流动能及两相间的湍动程度。本发明通过隔板3上的多个斜气道3-1，使气相进入混合切割腔室1-4内的横截面积被大幅缩减，进一步加大液相对气体的剪切程度，在高剪切力的作用下，在斜气道3-1入口处的大气泡被液相切割压碎成更小的气泡，并随液相一同进入前部的混合腔室1-3内进行充分混合。
见图1、2、4所示，本发明隔板3上多个斜气道3-1相互平行设置，且各斜气道3-1与曝气基座4上的分气孔4-4相通，使气相直线进入混合切割腔室1-4内，该斜气道3-1可与分气孔的中心平行。本发明还可隔板3上多个斜气道3-1呈弧形的涡旋结构，且各斜气道3-1与曝气基座4上的分气孔4-4相通，使气相涡旋进入混合切割腔室1-4内，增强气相进入混合腔室1-3的流速，继而进一步增强了气相对液相的脉动冲击与动量传递。
见图1、2所示，本发明臂体1-10空腔内在进气孔1-5的前部设有筛网孔板2并将臂体1-10空腔分隔为用于气液混合的混合腔室1-3和用于气液混合切割的混合切割腔室1-4，筛网孔板2上的多个气液流道2-1将混合腔室1-3与混合切割腔室1-4连通，通过筛网孔板2上的多个气液流道2-1改变气液两相在混合腔室1-3内的流动状况，减少了气液两相的层流层厚度，大幅增强了气液两相的湍动程度，从而提高氧在液相中的传质效率及动力效率。
见图1、2所示，本发明筛网孔板2的长度L3在5-30mm，筛网孔板2上的气液流道2-1呈阵列设置，该多个气液流道2-1可按中心轴线沿圆周方向排列设置或纵横排列设置，气液流道2-1的孔径在1～5mm，如该筛网孔板2的长度L3在10-25mm、气液流道2-1的孔径在2～4mm，混合切割腔室1-4内的气液两相经筛网孔板2上的气液流道2-1而进入混合腔室1-3内充分混合，使气泡直径密度分布大幅减小，提高氧在液相中的传质效率及动力效率。见图1、2所示，本发明臂体1-10的混合腔室1-3经第一渐收部分1-2至前部的二级喷嘴1-1，可大幅增加二级喷嘴1-1处流体的压力梯度变化，使气液两相能从混合腔室1-3喷出时进一步增加压力，提高氧气在液相中的传质效率及动力效率。本发明混合腔室1-3的第二渐收部分1-2的轴长与径差比在4.6～6.0，即混合腔室1-3的第二渐收部分1-2的轴长L2/大径D3-小径D4，第二渐收部分1-2的轴长与径差比可在5.0～5.5，使气液混合腔室1-3内具有较大的压力梯度变化，气液两相从二级喷嘴1-1中高速喷出，提高氧气在液相中的传质效率及动力效率。
见图1、2所示，本发明臂体1-10的混合腔室1-3的腔径大于混合切割腔室1-4的腔径，臂体1-10的气液混合室1-4后部通过斜面过渡至混合腔室1-3的室臂，使筛网孔板2两端的混合腔室1-3与混合切割腔室1-4的腔径的不同。见图1、2所示，本发明一级喷嘴1-6的孔径D2与二级喷嘴1-1的孔径D4比在0.35～0.75，如一级喷嘴1-6的孔径D2与二级喷嘴1-1的孔径D4比在0.4～0.6，使一级喷嘴1-6与二级喷嘴1-1形成同心异径构造，而提高氧气在液相中的传质效率及动力效率。。
见图3、4所示，本发明的集成式射流曝气器，包括多个射流曝气臂1，还包括曝气基座4，该曝气基座4一端具有与供风系统连接的进气管接头4-7、另一端与水系统连接的进水管接头4-1，进气管接头4-7上设有连接法兰方便与供风管道连接，同样进水管接头4-1上也设有连接法兰方便与循环水系统连接。见图4所示，本发明曝气基座4内设有内隔板4-5将水腔4-8与气腔4-6分隔，内隔板4-5上均布有多个分气孔4-4并分别与曝气基座4的周向均布的各通道4-2对应相通，且射流曝气臂1的进水孔1-7与曝气基座4内的水腔4-8相通、进气孔1-5与各分气孔4-4相通。
见图3、4所示，本发明曝气基座4均布有4～8个通道4-2，且通道4-2的中心线与曝气基座4的中心线之间的夹角α在30～60°，如图3所示，曝气基座4均布有6个通道4-2，且通道4-2的中心线与曝气基座4的中心线之间的夹角α在45°，各射流曝气臂1安装在对应的通道4-2上，曝气基座4上的各通道4-2上设有用于对射流曝气臂1进行限位的环台4-3，射流曝气臂1外周上的轴肩1-8与环台4-3相接并将射流曝气臂1卡接在曝气基座4的通道4-2上，射流曝气臂1与通道4-2的连接部分设有多个卡槽1-9，可通过多个弹性卡簧将射流曝气臂1卡接在在曝气基座4的通道4-2的卡槽1-9上，射流曝气臂1方便安装维护。
见图1～4所示，本发明工作时，当液相通过曝气基座4内的水腔4-8进入射流曝气臂1渐收的进水孔1-7，经一级喷嘴1-6进入混合切割腔室1-4内，一级喷嘴1-6处高速喷出的液相产生的负压，气相通过隔板3上的多个狭缝的斜气道3-1被吸入，在高剪切力的作用下，在混合切割腔室1-4把大气泡被液相切割压碎成更小的气泡，再经筛网孔板2上的多个气液流道2-1进入混合腔室1-3，不仅改变气液两相在混合腔室1-3内的流动状况，而且也大幅增强气液两相的湍动程度，使气液两相在混合腔室1-3内充分接触混合并进行气液传质，使混合腔室1-3中的气泡直径密度分布大幅减小，最后经二级喷嘴1-1口处高速喷出，完成液相中的充氧过程。
Claims (10)
1.一种射流曝气臂，包括内设有空腔的臂体(1-10)，臂体(1-10)后部具有用于通入液相的进水孔(1-7)及臂体(1-10)侧部用于通入气相的进气孔(1-5)，臂体(1-10)空腔内在进水孔(1-7)与进气孔(1-5)之间设有一级喷嘴(1-6)，其特征在于：所述的进水孔(1-7)具有第一渐收部分并过渡至一级喷嘴(1-6)，臂体(1-10)在进气孔(1-5)处安装具有多个斜气道(3-1)的隔板(3)，且斜气道(3-1)出口朝向筛网孔板(2)，臂体(1-10)空腔内在进气孔(1-5)的前部设有筛网孔板(2)并将臂体(1-10)空腔分隔为用于气液混合的混合腔室(1-3)和用于气液混合切割的混合切割腔室(1-4)，所述的筛网孔板(2)上的多个气液流道(2-1)将混合腔室(1-3)与混合切割腔室(1-4)连通，且臂体(1-10)的混合腔室(1-3)经第二渐收部分(1-2)至前部的二级喷嘴(1-1)。
2.根据权利要求1所述的射流曝气臂，其特征在于：所述一级喷嘴(1-6)的孔径D2与二级喷嘴(1-1)的孔径D4比在0.35～0.75。
3.根据权利要求1所述的射流曝气臂，其特征在于：所述筛网孔板(2)的长度L3在5-30mm，筛网孔板(2)上的气液流道(2-1)呈阵列设置，且气液流道(2-1)的孔径在1～5mm。
4.根据权利要求1所述的射流曝气臂，其特征在于：所述进水孔(1-7)的第一渐收部分的轴长与径差比在0.8～1.6，混合腔室(1-3)的第二渐收部分(1-2)的轴长与径差比在4.6～6.0。
5.根据权利要求4所述的射流曝气臂，其特征在于：所述进水孔(1-7)的第一渐收部分的轴长与径差比1.0～1.4，混合腔室(1-3)的第二渐收部分(1-2)的轴长与径差比在5.0～5.5。
6.根据权利要求1所述的射流曝气臂，其特征在于：所述臂体(1-10)的混合腔室(1-3)的腔径大于混合切割腔室(1-4)的腔径。
7.根据权利要求1所述的射流曝气臂，其特征在于：所述的隔板(3)上多个斜气道(3-1)相互平行设置，或隔板(3)上多个斜气道(3-1)呈弧形的涡旋结构，且各斜气道(3-1)与曝气基座(4)上的分气孔(4-4)相通。
8.一种集成式射流曝气器，包括如权利要求1～7所述的多个射流曝气臂(1)，还包括曝气基座(4)，所述的曝气基座(4)一端具有与供风系统连接的进气管接头(4-7)、另一端与水系统连接的进水管接头(4-1)，且曝气基座(4)内设有内隔板(4-5)将水腔(4-8)与气腔(4-6)分隔，内隔板(4-5)上均布有多个分气孔(4-4)并分别与曝气基座(4)的周向均布的各通道(4-2)对应相通，各射流曝气臂(1)安装在对应的通道(4-2)上，且射流曝气臂(1)的进水孔(1-7)与曝气基座(4)内的水腔(4-8)相通、进气孔(1-5)与各分气孔(4-4)相通。
9.根据权利要求8所述的集成式射流曝气器，其特征在于：所述曝气基座(4)均布有4～8个通道(4-2)，且各通道(4-2)的中心线与曝气基座(4)中心线之间的夹角α在30～60°。
10.根据权利要求8所述的集成式射流曝气器，其特征在于：所述曝气基座(4)上的各通道(4-2)上设有用于对射流曝气臂(1)进行限位的环台(4-3)，射流曝气臂(1)外周上的轴肩(1-8)与环台(4-3)相接并将射流曝气臂(1)卡接在曝气基座(4)的通道(4-2)上。
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