CN111018100B - 一种射流曝气器及污水处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种射流曝气器及污水处理系统，该射流曝气器包括气体管道和混合器，混合器的外壳体为上下连通的哑铃状筒体，混合器的下端为液体入口，上端为液体出口，混合器包括环流吸氧段和旋流混合段；环流吸氧段包括环形入流通道、环缝和第一混合管腔，气体管道一端插入混合器下端口并深入到第一混合管腔；旋流混合段包括第一导流装置、第二导流装置、第二混合管腔，第二导流装置设置在混合器的上端口，第一导流装置设置在第一混合管腔出口，混合器在第一导流装置和第二导流装置之间的部分为第二混合管腔。本发明提供的射流曝气器，结构简单、不易结垢堵塞、曝气效果好、风压损失小、氧利用率高。

Description

一种射流曝气器及污水处理系统

技术领域

本发明属于污水处理领域，尤其涉及一种射流曝气器及污水处理系统。

背景技术

在污水的好氧生化处理工艺系统中，曝气是其中一个重要的工艺部分。其中一种较为常用的曝气方式是通过将具有一定压力的空气输送至生物反应池底部的曝气器，进而将空气中的氧转移至反应池液体中，为微生物的代谢活动提供氧气。曝气器是整个鼓风曝气系统的关键部件，它的作用是将空气分散成不同尺寸的气泡，气泡越小，与周围混合液的接触界面越大。气泡在上升随水流循环流动过程中，空气中的氧不断地转移溶解于混合液中。曝气器还具有其他一些重要作用，如混合和搅拌。

按照气泡大小可将曝气器分为大中气泡曝气器和微孔曝气器两大类。大中气泡曝气器包括穿孔曝气管、双环伞形曝气器、固定螺栓曝气器、盆型曝气器等，较为常见的是穿孔曝气管，由管径为25-50mm的钢管或塑料管制成，在管壁两侧下部开3-5mm的孔眼，间距为50-100mm，产生气泡直径为2-6mm。微气泡曝气器又名微孔曝气器，按照材质可分为刚玉(陶瓷)曝气器和膜片式(包括盘式和管式)曝气器，其中，后者是目前的主流。膜式微孔曝气器结构简单，膜片套在支撑盘或支撑管外面，通过拧紧或不锈钢卡箍的方式固定。膜片材质最常用的是EPDM(三元乙丙橡胶)，当EPDM不能用时，可考虑用硅橡胶或氟橡胶。

但是，目前的曝气器具有结构复杂、易结垢堵塞、膜片易老化脱落、风压损失大、氧利用率低等缺点。

发明内容

本发明针对传统曝气器以上提出的技术问题，提供了一种射流曝气器及污水处理系统，该射流曝气器结构简单、不易结垢堵塞、曝气效果好、风压损失小、氧利用率高。

为解决上述问题，本发明的技术方案为：

一种射流曝气器，包括气体管道和混合器，所述混合器的外壳体为上下连通的哑铃状筒体，所述混合器的上下两端为莲蓬状，所述混合器的下端为液体入口，上端为液体出口，所述混合器包括环流吸氧段和旋流混合段；

所述环流吸氧段包括环形入流通道、环缝和第一混合管腔，所述气体管道一端插入所述混合器下端口并深入到所述第一混合管腔入口，另一端连接供气装置，所述气体管道的外表面与所述混合器的下端形成所述环形入流通道，所述气体管道的外表面与所述第一混合管腔的壳体内壁之间的缝隙形成所述环缝；

所述旋流混合段包括第一导流装置、第二导流装置、第二混合管腔，所述第二导流装置设置在所述混合器的上端口，所述第一导流装置设置在所述第一混合管腔出口，所述混合器在所述第一导流装置和所述第二导流装置之间的部分为所述第二混合管腔。

进一步地，所述旋流混合段还包括射流出口，所述第一导流装置和所述第二导流装置均包括导流板和导流筒，所述导流筒为一端开口，另一端封闭的圆柱筒体，所述导流筒与所述混合器同心安装，所述导流筒开口端外围设置若干个所述导流板，且所述导流板与所述混合器的内壁衔接，导流筒的作用是使液体形成空心流，导流板使空心流形成旋流；

所述第二导流装置的每个导流板将所述第二导流装置的导流筒的外表面与所述混合器的内壁形成的环形空间分割，形成所述射流出口。

优选实施例，所述第一导流装置的导流板顺时针旋转方向地设置在所述导流筒的外围，所述第二导流装置的导流板逆时针旋转方向地设置在所述导流筒的外围；或

所述第一导流装置的导流板逆时针旋转方向地设置在所述导流筒的外围，所述第二导流装置的导流板顺时针旋转方向地设置在所述导流筒的外围。第一导流装置和第二导流装置的导流板的旋转方向设置成相反的，可以使气液环流在进入第二混合管腔内形成旋进的漩涡，然后气液旋漩涡再在第二导流装置的导流作用下换向旋射而出，进入泥水混合液，高速旋射的气液混合流对曝气池的泥水混合液进行冲击和扰动，可起到充分搅拌与混合的作用。

优选实施例，所述混合器上下两端的直径相等。

为了固定空气管道，优选实施例中，所述混合器的下端口横截面为圆环形状，且所述圆环的外圆与内圆连接，所述气体管道插入所述圆环的内圆。

优选实施例，所述气体管道的形状为“J”形管道，所述气体管道的竖直部分深入所述混合器的下部，所述气体管道的弯管口连接供气装置。

优选实施例，所述射流曝气器的材质为工程塑料。

本发明还提供了一种污水处理系统，包括上述实施例所述的射流曝气器。

本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：

本发明提供的射流曝气器包括混合器和气体管道，混合器的外壳体为上下连通的哑铃状筒体，上下两端的端部设计为莲蓬形状，气体管道插入混合器的下端口，并深入到第一混合管腔入口，气体管道的外表面与第一混合管腔的内壁形成环缝，气体管道的外表面与混合器的下端形成环形入流通道，由于混合器的端部是莲蓬形状，因此环形入流通道的截面积从混合器的下端向上逐渐减小；加压的气体通过气体管道进入第一混合管腔，混合器外壳体底部的混合液由于气提作用通过底部液体入口进入环流入流通道，随着环流入流通道的截面积逐渐减小，水流速度不断增加，最终到达环缝形成高速的膜状射流进入第一混合管腔，如此设计可得到较大的气液两相的混合层、剪切表面与气液接触面积，大大强化了气液两相的卷吸与掺混作用，从而得到很高的充氧能力和动力效率。

混合器的上半部分为旋流混合段，包括第一导流装置、第二导流装置、第二混合管腔，第一导流装置设置在第一混合管腔出口，第二导流装置设置在混合器的上端口，第一导流装置和第二导流装置之间的混合器部分为第二混合管腔；第一混合管腔内的溶入大量气体的气液混合液通过第一导流装置，通过导流作用形成旋流，由于第二混合管腔的横截面积向上逐渐增大，因此气液环旋流进入第二混合管腔内会形成向上旋进的漩涡，气液环旋流再在第二导流装置的导流作用下旋射而出，进入泥水混合液。高速旋射的气液混合液对曝气池的泥水混合液进行冲击和扰动，可起到搅拌与混合的作用，进入泥水混合液。旋射的气液混合液对曝气池的泥水混合液进行冲击和扰动，可起到搅拌与混合的作用。

另外，现有的微孔曝气器，需要将膜孔撑开，导致压损大。而本发明提供的射流曝气器中深入混合器内的气体管道出口处不设其他结构，口径大，直接连通第一混合管腔，因此气体压力损失小。

附图说明

图1为本发明的射流曝气器的整体示意图；

图2为本发明的射流曝气器的剖面图；

图3为图2中A-A截面的剖面图；

图4为图2中B-B截面的剖面图；

图5为图2中C-C截面的剖面图。

附图标记说明：1-混合器；101-环形入流通道；102-环缝；103-第一混合管腔；104-液体入口；105-第一导流装置；1051-第一导流筒；1052-第一导流板；106-第二导流装置；1061-第二导流筒；1062-第二导流板；107第二混合管腔；108-射流出口；2-气体管道。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种射流曝气器及污水处理系统作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。

实施例1

参看图1、图2，一种射流曝气器，包括气体管道2和混合器1，混合器1的外壳体为上下连通的哑铃状筒体，混合器1的上下两端为莲蓬状，混合器1的上下两端的直径可以相同也可以不同，为了美观，上下协调，上下两端的直径相同，混合器1的下端为液体入口104(参看图5)，上端为液体出口，混合器1包括环流吸氧段和旋流混合段；

环流吸氧段包括环形入流通道101、环缝102和第一混合管腔103，气体管道2一端插入混合器1下端口并深入到第一混合管腔103入口，另一端连接供气装置，气体管道2的外表面与混合器1的下端形成环形入流通道101，气体管道2的外表面与第一混合管腔103的壳体内壁之间的缝隙形成环缝102；气体管道2插入混合器1的下端口，为固定气体管道2将混合器1的下端设计成如图5所示，混合器1下端口的横截面为圆环形状，且圆环的外圆与内圆连接，气体管道插入圆环的内圆，圆环的外圆为混合器1外壳体下端的横截面；

旋流混合段包括第一导流装置105、第二导流装置106、第二混合管腔107，第二导流装置106设置在混合器1的上端口，第一导流装置105设置在第一混合管腔103出口，混合器1在第一导流装置105和第二导流装置106之间的部分为第二混合管腔107。

本实施例提供的射流曝气器包括混合器1和气体管道2，混合器1的外壳体为上下连通的哑铃状筒体，上下两端的端部设计为莲蓬形状，气体管道2插入混合器1的下端口，并深入到第一混合管腔103入口，气体管道2的外表面与第一混合管腔103的内壁形成环缝102，气体管道2的外表面与混合器1的下端形成环形入流通道101，由于混合器1的端部是莲蓬形状，因此环形入流通道101的截面积从混合器1的下端向上逐渐减小；加压的气体通过气体管道2进入第一混合管腔103，混合器1外壳体底部的混合液由于气提作用通过底部混合液入口进入环流入流通道，随着环流入流通道的截面积逐渐减小，水流速度不断增加，最终到达环缝102形成高速的膜状射流进入第一混合管腔103，如此设计可得到较大的气液两相的混合层、剪切表面与气液接触面积，大大强化了气液两相的卷吸与掺混作用，从而得到很高的充氧能力和动力效率。

混合器1的上半部分为旋流混合段，包括第一导流装置105、第二导流装置106、第二混合管腔107，第一导流装置105设置在第一混合管腔103处，第二导流装置106设置在混合器1的上端口，第一导流装置105和第二导流装置106之间的混合器1部分为第二混合管腔107；在第一混合管腔103内的溶入大量气体的气液混合液通过第一导流装置105，通过导流作用形成旋流，由于第二混合管腔107的横截面积向上逐渐增大，因此气液环旋流进入第二混合管腔107内会形成向上旋进的漩涡，流体的卷吸能力得以增强，气液环旋流再在第二导流装置106的导流作用下旋射而出，进入泥水混合液。旋射的气液混合液对曝气池的泥水混合液进行冲击和扰动，可起到搅拌与混合的作用。

另外，现有的微孔曝气器，需要将膜孔撑开，导致压损大。而本发明提供的射流曝气器中深入混合器1内的气体管道2出口处不设其他结构，口径大，直接连通第一混合管腔103，因此气体压力损失小。

参看图3、图4，进一步地，旋流混合段还包括射流出口108，第一导流装置105包括若干个第一导流板1052和第一导流筒1051，第二导流装置106包括若干个第二导流板1062和第二导流筒1061，导流筒为一端开口，另一端封闭的圆柱筒体，导流筒与混合器1同心安装，导流筒开口端外围设置若干个导流板，且导流板与混合器1的内壁衔接，导流筒的作用是使液体形成空心流，导流板使空心流形成旋流；

第二导流板1062将第二导流筒1061的外表面与混合器1的内壁形成的环形空间分割形成射流出口108。

优选实施方式中，第一导流板1052顺时针旋转方向地设置在第一导流筒1051的外围，第二导流板1062逆时针旋转方向地设置在第二导流筒1061的外围；或

第一导流板1052逆时针旋转方向地设置在第一导流筒1051的外围，第二导流板1062顺时针旋转方向地设置在第二导流筒1061的外围。第一导流装置105和第二导流装置106的导流板的旋转方向设置成相反的，可以使气液环流在进入第二混合管腔107内形成旋进的漩涡，然后气液环漩涡再在第二导流装置106的导流作用下换向旋射而出，进入泥水混合液，高速旋射的气液混合流对曝气池的泥水混合液进行冲击和扰动，可起到充分搅拌与混合的作用，进一步提高充氧效率，氧利用率可达到25％-30％。

参看图1、图2，优选实施方式中，气体管道2的形状为“J”形管道，气体管道2的竖直部分深入混合器1的下部，气体管道2的弯管口连接供气装置。

优选实施方式中，射流曝气器的材质为工程塑料。由于射流曝气器一般用于污水处理或污泥处理，为了防腐蚀，采用耐磨耐腐蚀的工程塑料，寿命长达10年。

本实施例提供的射流曝气器的工作原理为：

加压的气体通过气体管道2进入第一混合管腔103，混合器1外壳体底部的混合液由于气提作用通过底部液体入口104进入环流入流通道，随着环流入流通道的截面积逐渐减小，水流速度不断增加，最终到达环缝102形成高速的膜状射流进入第一混合管腔103，在第一混合管腔103内气体管道2输入的带压气体与膜状射流发生剧烈的卷吸混合；得到溶解大量气体的气液混合液通过第一导流筒1051再次形成空心环流，在第一导流板1052的作用下形成旋流，由于第二混合管腔107的截面直径向上逐渐增大，因此气液环旋流进入第二混合管腔107内会形成向上的旋进的漩涡，气液环旋流再在第二导流板1062的导流作用下换向旋射由射流出口108而射出，进入泥水混合液。高速旋射的气液混合液对曝气池的泥水混合液进行冲击和扰动，可起到充分搅拌与混合的作用。

现有的刚玉曝气器的最大缺点在于孔隙易结垢，导致阻力损失在稳定一段时间(运行初期)后急剧上升。为保持性能的可靠性，需要设置清洗和排污装置。另外，膜片式曝气器存在膜片易老化脱落的问题。

而本发明提出的射流曝气器由具有哑铃状的混合器1和气体管道2组成，混合器1的上部分设置有具有导流作用的两组导流装置，结构简单一体化组装而成，不仅结构简单，而且曝气过程中，射流曝气器形成的高速气液混合流对自身内部的结构进行不断地冲刷，可以起到自洁的作用，避免了传统曝气器结垢堵塞的问题。

传统的曝气工艺中，利用曝气器产生的气泡上升流的紊动对泥水混合液进行搅拌和混合，如此产生的扰动效果相对较弱，泥水混合不充分。

而本发明提供的射流曝气器通过射流出口108导流板的设计，借加压空气提供的吹扫力，最终流体由射流出口108形成高速旋进的冲击流喷射而出，冲击流对泥水混合液进行冲击和扰动，起到搅拌与混合的作用。射流曝气器产生的高速旋射流对曝气池的搅拌作用与传统曝气器的气泡上升流相比，具有更大的平面扰动范围，更强的混合搅拌力度，能够对泥水混合液进行充分的搅拌和混合，使活性污泥处于良好的悬浮分散状态，有利于提高污水的处理效果。

实施例2

一种污水处理系统，包括曝气池，曝气池内具有若干个实施例1所述的射流曝气器、若干根输气管道，射流曝气器的数量与输气管道的数量相同，每个输气管道一端连接相应的射流曝气器的空气管道，另一端连接气体总管，气体总管连接供气设备，射流曝气器安装在曝气池的底部。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种射流曝气器，其特征在于，包括气体管道和混合器，所述混合器的外壳体为上下连通的哑铃状筒体，所述混合器的下端为液体入口，上端为液体出口，所述混合器包括环流吸氧段和旋流混合段；

所述环流吸氧段包括环形入流通道、环缝和第一混合管腔，所述气体管道一端插入所述混合器下端口并深入到所述第一混合管腔入口，另一端连接供气装置，所述气体管道的外表面与所述混合器的下端形成所述环形入流通道，所述气体管道的外表面与所述第一混合管腔的壳体内壁之间的缝隙形成所述环缝，所述环形入流通道的截面积从所述混合器的下端到所述环缝处逐渐减小；

加压气体通过所述气体管道进入所述第一混合管腔，所述混合器外壳体底部的混合液由于气提作用通过底部液体入口进入环流入流通道，随着环流入流通道的截面积逐渐减小，水流速度不断增加，最终到达环缝形成高速的膜状射流进入第一混合管腔；

所述旋流混合段包括第一导流装置、第二导流装置、第二混合管腔，所述第二导流装置设置在所述混合器的上端口，所述第一导流装置设置在所述第一混合管腔出口，所述混合器在所述第一导流装置和所述第二导流装置之间的部分为所述第二混合管腔。

2.根据权利要求1所述的射流曝气器，其特征在于，所述旋流混合段还包括射流出口，所述第一导流装置和所述第二导流装置均包括导流板和导流筒，所述导流筒为一端开口，另一端封闭的圆柱筒体，所述导流筒与所述混合器同心安装，所述导流筒开口端外围设置若干个所述导流板，且所述导流板与所述混合器的内壁衔接；

所述第二导流装置的每个导流板将所述第二导流装置的导流筒的外表面与所述混合器的内壁形成的环形空间分割，形成所述射流出口。

3.根据权利要求2所述的射流曝气器，其特征在于，所述第一导流装置的导流板顺时针旋转方向地设置在所述导流筒的外围，所述第二导流装置的导流板逆时针旋转方向地设置在所述导流筒的外围；或

所述第一导流装置的导流板逆时针旋转方向地设置在所述导流筒的外围，所述第二导流装置的导流板顺时针旋转方向地设置在所述导流筒的外围。

4.根据权利要求1所述的射流曝气器，其特征在于，所述混合器上下两端的直径相等。

5.根据权利要求1所述的射流曝气器，其特征在于，所述混合器的下端口横截面为圆环形状，且所述圆环的外圆与内圆连接，所述气体管道插入所述圆环的内圆。

6.根据权利要求1所述的射流曝气器，其特征在于，所述气体管道的形状为“J”形管道，所述气体管道的竖直部分深入所述混合器的下部，所述气体管道的弯管口连接供气装置。

7.根据权利要求1所述的射流曝气器，其特征在于，所述射流曝气器的材质为工程塑料。

8.一种污水处理系统，其特征在于，包括权利要求1-7任意一项所述的射流曝气器。