CN110436612B - 一种曲面曝气器及曝气方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种曲面曝气器及曝气方法，曲面曝气器包括气泡剪切扩散盘和气流释放器，气流释放器包括气流释放结构和座体，座体具有进气通道及与进气通道同心设置的气体环形通道；气流释放结构包括气水分离部和连接于气水分离部上端的气流缓释部，气流缓释部具有缓释空腔，气水分离部设于所述气体环形通道中，气水分离部、进气通道和气体环形通道之间形成蛇形状气流通道，蛇形状气流通道与缓释空腔连通；气流缓释部上设有供气流从缓释空腔中通过多方位逸出的气流通道。本发明设计更合理，结构更简化，无需设计复杂的气流切割辅助结构，且气泡分布均匀、稳定，大小合适，使用安全。

Description

一种曲面曝气器及曝气方法

技术领域

本发明属于污废水曝气设备技术领域，尤其涉及一种曲面曝气器及曝气方法。

背景技术

污水处理中，曝气器是微生物处理中必不可少的设备，而曝气器设备的优劣及运行情况的好坏，直接影响污水处理效率和费用，甚者决定污水处理系统的成败。

目前，常用的曝气器有微孔曝气器和大中型曝气器，微孔曝气器利用小孔截留的思路进行张合曝气，孔口膜片张合的大小决定了气泡的大小，在水中气泡越小，与水接触面积越大，单位体积内，氧传递的效率越高，但孔口长时间张合，膜片疲劳强度加大，张合处内外一旦有任何异物，膜片随时处于撕裂状态，因而曝气器关键部件堵塞、布气阻力大小及结构可靠是技术领域发展存在的主要问题；大中型曝气器，结构较为可靠，气孔较大，搅拌较好，但氧利用率不高。

实用新型专利（申请号：201120043063.7；授权公告号：CN201932953U）公开了旋流剪切气泡曝气器，包括进气座体、单向阀、气体分配器、反应外筒、反应内筒及剪切气泡扩散盘，单向阀设置于进气座体上，一面与进气座体连接，另一面与反应外筒连接，气体分配器设置在单向阀及反应外筒内，底部与进气座体连接，上部与剪切气泡扩散盘连接，外围与反应外筒间设置反应内筒，剪切气泡扩散盘底部有一级和二级旋流台阶，一级和二级旋流台阶上有齿。改变了微孔曝气的思路，在大中曝气器基础上提高了氧利用率，在实际工程运行中，这种曝气器很好的解决了部件堵塞、布气阻力、搅拌效果不理想的问题，但曝气停歇间隙，曝气管内异物进入，集中出气，运行不是很稳定。

发明专利申请（申请号：CN201710355313.2；申请公布号：CN106966516A）公开了一种曲面曝气器，包括曲面盘，设置在曲面盘下方的旋切器，设置在旋切器下方的气流消减结构；旋切器和气流消减结构固定安装在座体上，所述座体上套装有气水接触筒，且在曲面盘与气水接触筒之间设有气泡切割结构。该装置主要通过设计专门的气流削减结构与底座配合形成M状的气流通道对气流进行缓释，再进入旋切器中进一步缓释，以获得均匀、稳定，大小合适的气泡。实践表明，该装置的气流缓释效果有限，需额外设计气水接触筒与气泡剪切扩散盘配合对气流进行切割。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构简化、气泡分布均匀、稳定，大小合适，使用安全可靠的曲面曝气器，还相应提供一种利用该曲面曝气器进行曝气的方法。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种曲面曝气器，包括气泡剪切扩散盘，所述气泡剪切扩散盘的下侧面向下凹陷形成曲面，所述曲面设有多个第二气泡切割结构和气泡出孔；还包括固定于所述气泡剪切扩散盘的下方的气流释放器，

所述气流释放器包括气流释放结构和座体，所述座体具有进气通道及与进气通道同心设置的气体环形通道；所述气流释放结构包括气水分离部和连接于气水分离部上端的气流缓释部，所述气流缓释部具有缓释空腔，所述气水分离部设于所述气体环形通道中，所述气水分离部、进气通道和气体环形通道之间形成蛇形状气流通道，所述蛇形状气流通道与缓释空腔连通；所述气流缓释部上设有供气流从缓释空腔中通过多方位逸出的气流通道。

申请人的实践表明，CN106966516A由于旋切器需安装固定在座体上，且气流削减结构占用缓释腔空间，导致缓释腔空间和气流逸出通道不够，存在缓释短流现象。本发明中，将气流释放结构设计为上下布置且相连的气流缓释部和气水分离部，通过将气水分离部设于气体环形通道中即可固定气流释放结构，气流缓释部无需与座体安装，且气水分离部不占用缓释空间，因而缓释空间增大且可在气流缓释部上设计多方向的气流通道，提高了气流缓释效果且增大了气流辐射进入气泡剪切扩散盘的面积，减轻短流，强化扩散盘切割能力与气泡携氧能力，从而无需设计复杂的气流切割辅助结构。

由此，一方面，蛇形气流通道利用气液密度差原理，可较好地阻止液相进入曲面曝气器内部，减少内压。另一方面，通过蛇形气流通道进入缓释空腔内的气流，可经由气流缓释部的多方位气流通道逸出，不仅可减轻内部气流出流压力，分散出流，扩散更均匀，而且气泡分布更均匀和稳定。

作为上述技术方案的进一步改进：

作为座体的一种具体结构，所述座体包括底板，以及设于底板上的内筒和外筒，所述外筒与内筒同心设置，所述底板与内筒对应的区域开设有进气孔，所述内筒的上部开设有气流通道，所述内筒与底板围成的空间形成所述进气通道，所述内筒外壁、所述外筒内壁和底板围成的空间形成所述气体环形通道。

所述座体的进气通道内设有止回体。止回体为一光滑实心球体，密度约为水2~8倍。止回体的主要功能是起到气流止回的作用。

进气孔边缘设置有O型圈槽，O型圈槽位于内筒内；进气孔和O型圈槽的主要功能是停止供气时，O型圈槽放置的O型圈稳固止回体。

所述气水分离部包括内环和外环，所述外环、内环、外筒与内筒同心设置，所述内环的下部开设有气流通道，所述内环和外环围成的空间与缓释空腔连通。

所述内筒上的气流通道为多个沿内筒周向方向布置的第一条缝，所述内环上的气流通道为多个沿内环周向方向布置的第二条缝。

由此，气水分离部固定于气体环形通道中，气流经由进气孔进入气流释放器中，依次经过进气通道、第一条缝、第二条缝和出气孔，从而形成类N形气流通道（为蛇形状气流通道的一种），达到较好地阻止液相进入曲面曝气器内部，减少内压的目的。在内环和外环之间再多设几个同心环，并依次按上-下-上-下的方式在相应同心环上开设条缝，即可形成更曲折的蛇形状气流通道。

所述气流缓释部包括上板、下板，以及周向安装于上板和下板之间的侧板，所述上板、下板和侧板围成的空间形成所述缓释空腔；所述内环和外环固定于下板的下端；所述上板、下板和侧板上均开设有可供气流逸出的气流通道。

所述下板包括中心区以及环绕所述中心区的边缘区，所述内环和外环固定于所述中心区的下端；所述下板位于所述内环和外环之间的区域开设有与缓释空腔连通的出气孔。所述下板上的气流通道为多个开设于所述边缘区的第三条缝，第三条缝宽2mm，长4mm~8mm，多个第三条缝以下板的中心区的中心点为中心呈放射状分布。

所述下板的外缘下端沿周向布置有多个第一气泡切割结构。第一气泡切割结构优选为三角锥齿。第三条缝与外缘下端的三角锥齿主要功能是将第三条缝逸散出来的大气泡，通过锥齿切割为小气泡。

所述侧板上的气流通道为多个沿侧板周向方向布置的第四条缝，所述第四条缝的侧面相对径向面顺时针或逆时针偏转，使得气流通过第四条缝时的流向平行于侧板的圆周切线方向；各第四条缝的侧面偏转方向和偏转角度相同。

所述侧板上的气流通道为内旋切条缝，内旋切条缝主要功能是形成旋切出流方式。

所述曲面的中心位置向上凹陷从而将所述曲面分割为内切割区及环绕内切割区的外切割区；所述上板的气流通道包括且沿径向开设的第一圆孔和第二圆孔，所述第一圆孔位于内切割区的下方，所述第二圆孔位于外切割区的下方。

第一圆孔直径2mm，第二圆孔直径3mm。第二圆孔主要功能是与W型扩散盘内侧锥齿配合形成撞击气泡结构。

所述第一圆孔和第二圆孔均设有多个，多个第一圆孔呈圆弧状均匀分布，多个第二圆孔呈圆弧状均匀分布。

由此，所述曲面的纵截面为W型，第二气泡切割结构优选三角锥齿，三角锥齿锥角锤子向下。W型扩散盘的主要功能是通过三角锥齿削减气泡直径，通过W型盘辐射扩散。

优选多个第二气泡切割结构分布在多个第一圆弧曲线上，多个第一圆弧曲线沿气泡剪切扩散盘的高度方向间隔排列；多个气泡出孔分布在多个第二圆弧曲线上，多个第二圆弧曲线沿气泡剪切扩散盘的高度方向间隔排列；第一圆弧曲线和第二圆弧曲线同心设置，相邻两个第一圆弧曲线之间至少设有一个第二圆弧曲线。

气泡出孔直径优选2mm，同一同心圆上相邻两个气泡出孔间距为8mm~15mm；相邻两个圆的气泡出孔间距为10mm~15mm。气泡出孔的主要功能是防止盘面囤积沉泥，改善盘面无气泡现象。

作为一个总的发明构思，本发明还提供一种利用上述的曲面曝气器进行曝气的方法，包括如下步骤：

S1：气水混合物从曝气支管出口经座体的进气通道进入曲面曝气器内；

S2：气水混合物经过蛇形状气流通道对气水进行分离；

S3：步骤S2分离出的气流进入缓释空腔内，随后从气流缓释部上的多方位气流通道中逸出；

S4：步骤S3逸出的气流经第二气泡切割结构切割形成气泡。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明的气流释放器，设计更合理，结构更简化，无需设计复杂的气流切割辅助结构。

2、本发明的气流释放器，一方面可较好地阻止液相进入曲面曝气器内部，减少内压；另一方面可减轻内部气流出流压力，分散出流，扩散更均匀。

3、本发明的曲面曝气器结构可靠，气泡分布均匀、稳定，大小合适，使用安全，可解决困扰水厂曲面曝气器长时间使用不可靠的问题。

附图说明

图1是本发明实施例的曲面曝气器的剖面结构示意图。

图2是本发明实施例中的气泡剪切扩散盘的平面图。

图3是本发明实施例中的气泡剪切扩散盘与释放器的剖面图。

图4是本发明实施例中的气流释放器的俯视图。

图5是本发明实施例中的气流释放器的仰视图。

图6是本发明实施例中的侧板下部的剖面图。

图7是本发明实施例中的座体的剖面图。

图例说明：1、气泡剪切扩散盘；11、第二气泡切割结构；12、气泡出孔；2、气流释放结构；21、气水分离部；211、内环；2111、第二条缝；212、外环； 22、气流缓释部；221、缓释空腔；222、上板；2221、第一圆孔；2222、第二圆孔；223、下板；2231、第三条缝；2232、第一气泡切割结构；23、出气孔；224、侧板；2241、第四条缝；225、连接杆；3、座体；31、进气通道；32、气体环形通道；33、内筒；331、第一条缝；34、外筒；35、进气孔；4、止回体。

具体实施方式

以下结合具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

实施例1：

如图1所示，本实施例的曲面曝气器，包括气泡剪切扩散盘1和设于气泡剪切扩散盘1下端的气流释放器。

气泡剪切扩散盘1的下侧面向下凹陷形成曲面，曲面设有多个第二气泡切割结构11和气泡出孔12。曲面的中心位置向上凹陷从而将曲面分割为内切割区及环绕内切割区的外切割区。

如图2所示，多个第二气泡切割结构11分布在多个第一圆弧曲线上，多个第一圆弧曲线沿气泡剪切扩散盘12的高度方向等间距排列；多个气泡出孔12分布在多个第二圆弧曲线上，多个第二圆弧曲线沿气泡剪切扩散盘1的高度方向间隔排列；第一圆弧曲线和第二圆弧曲线同心设置，相邻两个第一圆弧曲线之间至少设有一个第二圆弧曲线。

如图1和3所示，本实施例中，第二气泡切割结构11为三角锥齿，三角锥齿锥角垂直向下。气泡剪切扩散盘1的主要功能是通过三角锥齿削减气泡直径，通过扩散盘辐射扩散。

气泡出孔布设在三角锥齿间，优选为圆孔，圆孔直径2mm，圆孔间线长8mm~15mm；相邻圆圆孔间距10mm~15mm。圆孔的主要功能是防止盘面囤积沉泥，改善盘面无气泡现象。

如图1所示，气流释放器包括气流释放结构2和座体3。

如图4-6所示，气流释放结构2包括气水分离部21和连接于气水分离部21上端的气流缓释部22。

如图7所示，座体3包括底板36，以及设于底板36上的内筒33和外筒34，外筒34与内筒33同心设置，底板36与内筒33对应的区域开设有进气孔35，内筒33的上部开设有气流通道，内筒33与底板36围成的空间形成进气通道31，内筒33外壁、外筒34内壁和底板36围成的空间形成气体环形通道32。

其中，座体3的进气通道31内设有止回体4，止回体4为一光滑实心球体，密度约为水2~8倍。止回体的主要功能是起到气流止回的作用。

内筒33的底部开设进气孔35，内筒33的内壁开设有O型圈槽；进气孔和O型圈槽的主要功能是停止供气时，O型圈槽放置的O型圈稳固止回体。

气水分离部21包括内环211和外环212，外环212、内环211、外筒34与内筒33同心设置，内环211的下部开设有气流通道。

气水分离部21设于气体环形通道32中，外筒34内壁开设有螺纹；外环212的外壁下部也开设有螺纹，外筒34开设的螺纹与外环212上开设的螺纹配合从而将气流释放结构2和座体3固定。由此，气水分离部21、进气通道31和气体环形通道32之间形成N形状气流通道。

具体地，内筒33上的气流通道为多个沿内筒33周向方向布置的第一条缝331，内环211上的气流通道为多个沿内环211周向方向布置的第二条缝2111，优选地，第二条缝2111宽3mm，长8mm~10mm。第一条缝331和第二条缝2111的主要功能是形成过气通道。

如图3所示，本实施例中，气流缓释部22包括上板222、下板223，以及周向安装于上板222和下板223之间的侧板224，上板222、下板223和侧板224围成的空间形成缓释空腔221；内环211和外环212固定于下板223的下端；上板222、下板223和侧板224上均开设有可供气流逸出的气流通道。

如图5所示，本实施例中，下板223包括中心区以及环绕中心区的边缘区，内环211和外环212固定于中心区的下端；下板223上的气流通道为多个开设于边缘区的第三条缝2231，多个第三条缝2231以下板223的中心为中心点呈放射状分布。下板223的外缘下端沿周向布置有多个第一气泡切割结构2232。第一气泡切割结构2232优选为三角锥齿，第一气泡切割结构2232主要功能是将第三条缝2231中逸散出来的大气泡，通过锥齿切割为小气泡。

本实施例中，如图6所示，侧板224上的气流通道为多个沿侧板224周向方向布置的第四条缝2241，第四条缝2241的侧面相对径向面顺时针或逆时针偏转，使得气流通过第四条缝2241时的流向平行于侧板224的圆周切线方向；各第四条缝2241的侧面偏转方向和偏转角度相同。第四条缝宽2mm，长3mm~5mm。第四条缝主要功能是形成旋切出流方式。

如图3和4所示，上板222的上表面中心设置有连接杆24，与W型扩散盘组合成一整体。上板222的气流通道包括且沿径向开设的第一圆孔2221和第二圆孔2222，第一圆孔2221位于内切割区的下方，第二圆孔2222位于外切割区的下方。第一圆孔直径2mm，第二圆孔直径3mm。第二圆孔主要功能是与W型扩散盘内侧锥齿配合形成撞击气泡结构。

下板223位于内环211和外环212之间的区域开设有与缓释空腔221连通的出气孔23。由此，气流经由进气孔35进入气流释放器中，依次经过进气通道31、第一条缝331、第二条缝2111和出气孔23，从而形成类N形气流通道，达到较好地阻止液相进入曲面曝气器内部，减少内压的目的。

气流从出气孔23出来后进入缓释空腔221中，经由气流缓释部的多方位气流通道逸出，不仅可减轻内部气流出流压力，分散出流，扩散更均匀，而且气泡分布更均匀和稳定。

本发明的技术原理：曲面曝气器产生的气泡越小，其氧利用率越高，但气泡越小，搅拌效果越差，合理利用率就越差且能耗高，合理气泡大小是本发明的一大举措。气流从曝气支管经座体气体圆形通道中心的进气孔推开止回体进入N形气流通道的前期稳压腔；稳压腔由气水分离部和座体组合而成，稳压腔后的气流再次经气水分离部和座体间的内外圆柱间结合而成的环形通道形成N形气流通道，N形气流通道利用气液密度差原理，较好地阻止液相进入曲面曝气器内部，减少内压；N形气流通道出口与气流缓释部的缓释空腔连通，缓释空腔内的气流以四种出流方式逸出气流释放结构，第一种是气流顺气流缓释部底部的第三条缝孔逸出，与设置在气流释放结构外侧下部的三角锥齿接触切割，形成直径约10mm的气泡，切割的气泡随密度差上升至W型扩散盘底部再次与W型扩散盘底部的三角锥齿进行切割，形成约2~5mm的气泡，部分从盘面上气泡出孔向上出气，另部分以盘面倾斜结构辐射扩散；第二种是气流缓释部侧板上的内旋切条缝，将缓释空腔内的部分气流以旋流形式排出至与W型扩散盘底部的三角锥齿接触、被切割，形成直径约2~5mm的气泡向上经盘面圆孔和盘面倾斜结构辐射扩散；第三种是气流缓释部上板外侧轨道上开设的直径3mm的第二圆孔， W型扩散盘内侧三角锥齿齿尖伸入第二圆孔中，形成气泡撞击型结构，气流经撞击后，形成直径约2~5mm的气泡向上经盘面圆孔和盘面结构辐射扩散；第四种为气流释放结构上表面内侧轨道开设的2mm的第一圆孔，缓释空腔内的部分气流经2mm的第一圆孔逸散进入W型扩散盘底部，并与底部三角锥齿进行切割，形成2~5mm的气泡向上经盘面圆孔和盘面结构辐射扩散。气流释放结构的上述四种出流方式，可减轻内部气流出流压力，分散出流，扩散更均匀。

以上所述，仅是本申请的较佳实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。

Claims (4)

1.一种曲面曝气器，包括气泡剪切扩散盘（1），所述气泡剪切扩散盘（1）的下侧面向下凹陷形成曲面，所述曲面设有多个第二气泡切割结构（11）和气泡出孔（12）；其特征在于，所述气泡剪切扩散盘（1）的下方固定有气流释放器；

所述气流释放器包括气流释放结构（2）和座体（3），所述座体（3）具有进气通道（31）及与进气通道（31）同心设置的气体环形通道（32）；所述气流释放结构（2）包括气水分离部（21）和连接于气水分离部（21）上端的气流缓释部（22），所述气流缓释部（22）具有缓释空腔（221），所述气水分离部（21）设于所述气体环形通道（32）中，所述气水分离部（21）、进气通道（31）和气体环形通道（32）之间形成蛇形状气流通道，所述蛇形状气流通道与缓释空腔（221）连通；所述气流缓释部（22）上设有供气流从缓释空腔（221）中通过多方位逸出的气流通道；

所述座体（3）包括底板（36），以及设于底板（36）上的内筒（33）和外筒（34），所述外筒（34）与内筒（33）同心设置，所述底板（36）与内筒（33）对应的区域开设有进气孔（35），所述内筒（33）的上部开设有气流通道，所述内筒（33）与底板（36）围成的空间形成所述进气通道（31），所述内筒（33）外壁、所述外筒（34）内壁和底板（36）围成的空间形成所述气体环形通道（32）；

所述气水分离部（21）包括内环（211）和外环（212），所述外环（212）、内环（211）、外筒（34）与内筒（33）同心设置，所述内环（211）的下部开设有气流通道，所述内环（211）和外环（212）围成的空间与缓释空腔（221）连通；

所述气流缓释部（22）包括上板（222）、下板（223），以及周向安装于上板（222）和下板（223）之间的侧板（224），所述上板（222）、下板（223）和侧板（224）围成的空间形成所述缓释空腔（221）；所述内环（211）和外环（212）固定于下板（223）的下端；所述上板（222）、下板（223）和侧板（224）上均开设有可供气流逸出的气流通道；

所述下板（223）包括中心区以及环绕所述中心区的边缘区，所述内环（211）和外环（212）固定于所述中心区的下端；所述下板（223）上的气流通道为多个开设于所述边缘区的第三条缝（2231），多个第三条缝（2231）以下板（223）的中心区的中心点为中心呈放射状分布；

所述侧板（224）上的气流通道为多个沿侧板（224）周向方向布置的第四条缝（2241），所述第四条缝（2241）的侧面顺时针或逆时针偏转，使得气流通过第四条缝（2241）时的流向平行于侧板（224）的圆周切线方向；各第四条缝（2241）的侧面偏转方向和偏转角度相同；

所述曲面的中心位置向上凹陷从而将所述曲面分割为内切割区及环绕内切割区的外切割区；所述上板（222）的气流通道包括且沿径向开设的第一圆孔（2221）和第二圆孔（2222），所述第一圆孔（2221）位于内切割区的下方，所述第二圆孔（2222）位于外切割区的下方。

2.根据权利要求1所述的曲面曝气器，其特征在于，所述下板（223）的外缘下端沿周向布置有多个第一气泡切割结构（2232）。

3.根据权利要求1-2任一项所述的曲面曝气器，其特征在于，多个第二气泡切割结构（11）分布在多个第一圆弧曲线上，多个第一圆弧曲线沿气泡剪切扩散盘（1）的高度方向间隔排列；多个气泡出孔（12）分布在多个第二圆弧曲线上，多个第二圆弧曲线沿气泡剪切扩散盘（1）的高度方向间隔排列；第一圆弧曲线和第二圆弧曲线同心设置，相邻两个第一圆弧曲线之间至少设有一个第二圆弧曲线。

4.一种利用如权利要求1-3任一项所述的曲面曝气器进行曝气的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：气水混合物从曝气支管出口经座体（3）的进气通道（31）进入曲面曝气器内；

S2：气水混合物经过蛇形状气流通道对气水进行分离；

S3：步骤S2分离出的气流进入缓释空腔（221）内，随后从气流缓释部（22）上的多方位气流通道中逸出；

S4：步骤S3逸出的气流经第二气泡切割结构（11）切割形成气泡。

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